(57)【要約】【課題】温度補正の調整時間の短絡化および検出温度の高精度化できる熱電対温度検出装置を提供する。【解決手段】熱電対を用いて被測定物の測定点の温度を測定する温度検出装置において、熱電対の熱起電力信号を増幅しアナログ信号を出力する増幅器６と、増幅器が出力するアナログ信号を、第１のディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器７と、熱電対の基準点の温度を検出しアナログ信号を出力する温度検出器５と、温度検出器が出力するアナログ信号を、第２のディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器９と、熱電対の基準点０℃における温度−熱起電力の基準特性に、ディジタル値を割当てて記憶する記憶装置１３と、第１のディジタル信号、第２のディジタル信号、記憶手段から読出された基準特性が入力され、被測定点の温度を演算して出力する演算処理装置１０とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対を用いて被測定物の測定点の温度を測定する温度検出装置において、
前記熱電対の熱起電力信号を増幅しアナログ信号を出力する第１の増幅手段と、
前記第１の増幅手段が出力するアナログ信号を、第１のディジタル信号に変換する第１のＡ−Ｄ変換手段と、
前記熱電対の基準点の温度を検出しアナログ信号を出力する温度検出手段と、
前記温度検出手段が出力するアナログ信号を増幅する第２の増幅手段と、
前記第２の増幅手段が出力するアナログ信号を、第２のディジタル信号に変換する第２のＡ−Ｄ変換手段と、
前記熱電対の基準点０℃における温度−熱起電力の基準特性に、ディジタル値を割当てて記憶する記憶手段と、
前記第１のＡ−Ｄ変換手段が出力する第１のディジタル信号、前記第２のＡ−Ｄ変換手段が出力する第２のディジタル信号、前記記憶手段から読出された前記基準特性が入力され、被測定点の温度を演算して出力する演算処理手段と、
前記演算処理装置の出力する被測定点の温度をアナログ信号に変換するＤ−Ａ変換手段と、
前記Ｄ−Ａ変換手段の出力するアナログ信号を増幅する第３の増幅手段とを備え、
前記演算処理装置は、予め用意された少なくとも１つの既知温度に対する前記熱電対の熱起電力信号および基準点の温度と、前記記憶装置に記憶された基準特性とから、基準点０℃における温度−熱起電力の実特性を表す補正式を求めて前記記憶手段に記憶し、次に、被測定物に対する前記熱電対の熱起電力信号および基準点の温度を測定し、前記得られた基準点０℃における実特性上の熱起電力に換算し、換算した熱起電力を前記補正式に代入して、前記基準特性上の熱起電力を求め、この熱起電力に対応する温度を、前記記憶装置に記憶された基準特性から求め、求められた温度を被測定物の測定点の温度とすることを特徴とする温度検出装置。
【請求項２】
前記ディジタル値は、前記基準特性における熱起電力に比例するように割当てられていることを特徴とする請求項１に記載の温度検出装置。
【請求項３】
前記基準特性の或る熱起電力を前記第１の増幅手段に入力したときに、前記第１のＡ−Ｄ変換手段の出力値を、前記或る熱起電力に割当てられたディジタル値に対応付け、
前記基準特性の他の熱起電力を前記第１の増幅手段に入力したときに、前記第１のＡ−Ｄ変換手段の出力値を、前記他の熱起電力に割当てられたディジタル値に対応づけることを特徴とする請求項２に記載の温度検出装置。
【請求項４】
前記第３の増幅手段の出力範囲を、第１の値〜第２の値の範囲とした場合、前記第３の増幅手段の出力を前記第１の値にしたときに、前記演算処理装置の出力するディジタル値と、前記第３の増幅手段の出力を前記第２の値にしたときに、前記演算処理装置の出力するディジタル値とを用いて補正することを特徴とする請求項３に記載の温度検出装置。
【請求項５】
前記既知温度が２つの場合に、これら既知温度に対する基準点の温度が同一のときには、大きい方の既知温度以上についての補正式と、大きい方の既知温度未満についての補正式とを求めることを特徴とする請求項２に記載の温度検出装置。
【請求項６】
前記既知温度が２つの場合に、これら既知温度に対する基準点の温度が異なる場合には、基準点の温度差に基づく誤差を小さくできる、基準点０℃における温度−熱起電力の実特性を表す補正式を求めることを特徴とする請求項２に記載の温度検出装置。
【請求項７】
前記熱電対が金鉄−クロメル線からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の温度検出装置。
【請求項８】
熱電対を用いて被測定物の測定点の温度を測定する温度検出方法において、
前記熱電対の基準点０℃における温度−熱起電力の基準特性に、ディジタル値を割当てて記憶するステップと、
予め用意された少なくとも１つの既知温度に対する前記熱電対の熱起電力信号および基準点の温度と、前記記憶された基準特性とから、基準点０℃における温度−熱起電力の実特性を表す補正式を求めるステップと、
被測定物に対する前記熱電対の熱起電力信号および基準点の温度を測定し、前記得られた基準点０℃における実特性上の熱起電力に換算するステップと、
換算した熱起電力を前記補正式に代入して、前記基準特性上の熱起電力を求め、この熱起電力に対応する温度を、前記記憶装置に記憶された基準特性から求め、求められた温度を被測定物の測定点の温度とするステップと、
を含むことを特徴とする温度検出方法。
【請求項９】
前記ディジタル値は、前記基準特性における熱起電力に比例するように割当てられていることを特徴とする請求項８に記載の温度検出方法。
【請求項１０】
前記既知温度が２つの場合に、これら既知温度に対する基準点の温度が同一のときには、大きい方の既知温度以上についての補正式と、大きい方の既知温度未満についての補正式とを求めることを特徴とする請求項９に記載の温度検出方法。
【請求項１１】
前記既知温度が２つの場合に、これら既知温度に対する基準点の温度が異なる場合には、基準点の温度差に基づく誤差を小さくできる、基準点０℃における温度−熱起電力の実特性を表す補正式を求めることを特徴とする請求項９に記載の温度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電対を用いた温度検出方法および装置に関し、より詳細には、温度補正の調整時間が短縮でき温度検出精度を向上させた温度検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電対は、異種金属同士の接続点である温度測定点（以下「測定点」と称す）と、熱起電力を検出する基準接点（以下「基準点」と称す）との温度差によって熱起電力を発生する熱電変換素子である。したがって、測定点と基準点との温度差が零である場合、熱起電力が発生しない。例えば、基準点が室温２０℃の室内にあって、被測定物の温度を測る場合、被測定物の温度は測定点の温度に等しくなり、測定点の温度が２０℃であると測定点と基準点との温度差が零となるので、熱起電力が発生しない。
【０００３】
図４は、同一の熱電対において基準点の温度が０℃および２０℃の場合の温度−熱起電力特性の一例を示す図である。基準点が温度２０℃の場合の温度−熱起電力特性を示すグラフは、基準点の温度０℃における温度−熱起電力特性（以下「０℃における基準特性」と称する）（一般に既知）を示すグラフＡにおける温度２０℃での熱起電力分だけ下方に平行移動したグラフＢとなる。
【０００４】
図９は、以上のような熱電対１を用いた従来の温度検出装置３の構成を示す図である。温度検出装置３は、熱電対１、温度検出器５、増幅器２１，２３、調整器２４，２５，２６，２７、減算器２８、直線補正回路２２から構成されている。
【０００５】
熱電対１は、その基準点が装置３の熱電対接続端子ｔに繋がれている。
【０００６】
温度検出器５は、例えば、熱電変換素子であるサーミスタ、半導体温度センサ等であり、基準点の温度を検出するために熱電対接続端子ｔ付近に設置されている。
【０００７】
増幅器２１は、ｍＶ単位で出力された熱電対１の熱起電力をＶ単位にまで増幅する。
【０００８】
調整器２４は、増幅器２１に設置され、熱電対１の熱起電力（入力信号）のバイアス調整をするため、および増幅器２１の持つオフセットの影響を除去するためのオフセット調整用ボリュームである。このオフセット調整をして、増幅器２１の出力を全検出温度領域に亘って正の電圧にする。
【０００９】
調整器２５は、増幅器２１に設置され、熱電対１の熱起電力（入力信号）の増幅率（ゲイン）を調整するボリュームである。
【００１０】
増幅器２３は、温度検出器５の出力を増幅するアンプである。
【００１１】
減算器２８は、増幅器２１の出力から増幅器２３の出力を減算した差信号を出力する。これにより基準点の温度の変化による熱起電力の変化分を補正することができる。
【００１２】
調整器２６は、増幅器２３に設置され、上記補正の補正量の調整を行うボリュームである。
【００１３】
直線補正回路２２は、上記差信号を入力とし全検出温度領域において検出温度と温度検出装置３の出力電圧との関係が直線的になるように修正する回路である。
【００１４】
調整器２７は、直線補正回路２２に設置され、直線の傾きを調整するボリュームである。例えば、検出温度領域が１０Ｋから３５０Ｋまでの検出温度に対し、１０Ｖから０Ｖまでの出力が直線的に変化するように直線の傾きを調整する。
【００１５】
直線補正回路２２の出力は、検出温度として、表示装置（図示しない）により表示される。
【００１６】
温度検出装置３の実際の調整は、真の値が分かっている被測定物の温度として例えば液体窒素の沸点（７７Ｋ）、氷の凝固点（２７３Ｋ）を用いて測定し、その時の出力が上記直線補正により一義的に決まる理論値になるように、調整器２４から調整器２７までを順番に調整する。このように調整することによって実際の熱電対１の特性にあった調整ができる。
【００１７】
更に、従来技術として、図１０に示すように、熱電対接続端子ｔを介し、増幅器Ａ３  で増幅された熱電対入力信号をディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器３１と、基準点の温度を検出する検出回路２と、この検出回路２の基準点温度信号をディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器３２と、これらＡ−Ｄ変換器３１，３２の出力に基いて基準点補償を行うマイクロコンピュータのような中央処理装置よりなる演算回路４とを備えた熱電対入力回路が提案されている（特許文献１参照）。
【００１８】
上記熱電対入力回路において、熱電対１の熱電対入力信号ｅ１  は熱電対接続端子ｔを介し増幅器Ａ３  で増幅され、Ａ−Ｄ変換器３１でディジタル信号に変換される。また、同時に、端子ｔの基準点温度を検出回路２で検出し、その基準点温度信号ｅ２  は、Ａ−Ｄ変換器３２でディジタル信号に変換される。そして、演算回路４は、これら両信号ｅ１  ，ｅ２  を常時取り込み、複数種の熱電対目盛に応じた基準点補償、リニアライズ演算等を行っている。
【００１９】
【特許文献１】
特公平２−３５２５０号（第１−２頁）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱電対１が発生する熱起電力の大きさは、測定点と基準点との温度差に対し一般的に直線的な比例関係になく、いわゆる非直線特性を示すことが知られている。図１０に示した従来技術の場合、調整器２４から調整器２７による調整は、熱電対１の特性に対し互いに影響し合うために繰り返し調整する必要があり、かつ測定温度の計測精度を上げるために真の値が分かっている複数の被測定物の温度での調整が必要であり、その都度調整器を微調整せねばならず、温度補正の調整時間が多大となる問題が生じる。例えば温度表示のための直線補正がない場合、熱電対１個当たり微調整所要時間が２０分程度、そして直線補正がある場合、３０分程度となる。更に、温度検出装置３はすべてアナログ回路を使用しているためディジタル回路に比べて室温変化によるドリフトがより発生し易く、熱起電力信号から形成される信号が不安定となる。したがって、測定温度の計測精度がディジタル回路に比べてより劣化するという問題が生じる。
【００２１】
また図１１に示した従来技術では、複数種の熱電対目盛に応じた基準点補償を行っている。一方、測定点の温度を厳密に測定する場合、例えば、金鉄−クロメル線の熱電対１を使用し７７Ｋ以下の極低温領域において厳密に温度を測定する場合、表１に示すように僅かな起電力の変化に対し測定温度が大幅に変化する特性を有するので、他の温度範囲（７７Ｋより大きい範囲）に比べて熱起電力をより精密に測定しなければならないという問題が生じる。
【００２２】
【表１】
2004347383.tif 000003
【００２３】
更に、熱電対１の熱起電力は、通常組合わせる金属の種類と、測定点と基準点との温度差とに依存し、熱電対１を構成する２つの金属の形状と大きさには関係しないことが知られているが、実際の熱電対１では同種の金属であってもその構成成分がある範囲にバラツキを持っているので、それらの温度−熱起電力特性は厳密に言うと異なる。つまり、測定点の温度を精密に計測する上で、熱電対自身の特性上のバラツキも問題になる。
【００２４】
したがって、本発明の目的は、上記従来技術に伴う問題点を解決し、温度補正の調整時間の短縮化および検出温度の高精度化できる熱電対温度検出装置および方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様は熱電対を用いて被測定物の測定点の温度を測定する温度検出装置である。
【００２６】
この装置は、前記熱電対の熱起電力信号を増幅しアナログ信号を出力する第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段が出力するアナログ信号を、第１のディジタル信号に変換する第１のＡ−Ｄ変換手段と、前記熱電対の基準点の温度を検出しアナログ信号を出力する温度検出手段と、前記温度検出手段が出力するアナログ信号を増幅する第２の増幅手段と、前記第２の増幅手段が出力するアナログ信号を、第２のディジタル信号に変換する第２のＡ−Ｄ変換手段と、前記熱電対の基準点０℃における温度−熱起電力の基準特性に、ディジタル値を割当てて記憶する記憶手段と、前記第１のＡ−Ｄ変換手段が出力する第１のディジタル信号、前記第２のＡ−Ｄ変換手段が出力する第２のディジタル信号、前記記憶手段から読出された前記基準特性が入力され、被測定点の温度を演算して出力する演算処理手段と、前記演算処理装置の出力する被測定点の温度をアナログ信号に変換するＤ−Ａ変換手段と、前記Ｄ−Ａ変換手段の出力するアナログ信号を増幅する第３の増幅手段とを備えている。
【００２７】
前記演算処理装置は、予め用意された少なくとも１つの既知温度に対する前記熱電対の熱起電力信号および基準点の温度と、前記記憶装置に記憶された基準特性とから、基準点０℃における温度−熱起電力の実特性を表す補正式を求めて前記記憶手段に記憶し、次に、被測定物に対する前記熱電対の熱起電力信号および基準点の温度を測定し、前記得られた基準点０℃における実特性上の熱起電力に換算し、換算した熱起電力を前記補正式に代入して、前記基準特性上の熱起電力を求め、この熱起電力に対応する温度を、前記記憶装置に記憶された基準特性から求め、求められた温度を被測定物の測定点の温度とする。
【００２８】
前記ディジタル値は、前記基準特性における熱起電力に比例するように割当てられている。
【００２９】
本発明の第２の態様は、熱電対を用いて被測定物の測定点の温度を測定する温度検出方法である。
【００３０】
この方法は、前記熱電対の基準点０℃における温度−熱起電力の基準特性に、ディジタル値を割当てて記憶するステップと、予め用意された少なくとも１つの既知温度に対する前記熱電対の熱起電力信号および基準点の温度と、前記記憶された基準特性とから、基準点０℃における温度−熱起電力の実特性を表す補正式を求めるステップと、被測定物に対する前記熱電対の熱起電力信号および基準点の温度を測定し、前記得られた基準点０℃における実特性上の熱起電力に換算するステップと、換算した熱起電力を前記補正式に代入して、前記基準特性上の熱起電力を求め、この熱起電力に対応する温度を、前記記憶装置に記憶された基準特性から求め、求められた温度を被測定物の測定点の温度とするステップとを含んでいる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の一形態を説明する。図１は、この発明の実施の一形態による熱電対の温度検出装置の構成を示す図である。温度検出装置３は、熱電対１、増幅器６、Ａ−Ｄ変換器７、温度検出器５、増幅器８、Ａ−Ｄ変換器９、選択スイッチ１４，セットスイッチ１５，演算処理装置１０、Ｄ−Ａ変換器１１、増幅器１２、ＥＥＰＲＯＭなどの記憶装置１３から構成されている。
【００３２】
熱電対１は、例えば、表１に示したように金鉄−クロメル線の０℃における温度−熱起電力の基準特性を示す。熱電対１である金鉄−クロメル線は、極度に冷却した面に気体を物理吸着して排除するドライポンプの一つであるクライオポンプ５１内の温度を正確に測定する場合に有効であることが知られている。
【００３３】
増幅器６は、ｍＶ単位である熱電対１の熱起電力をＶ単位にまで増幅すると同時に、オフセット調整をして出力が全検出温度領域に亘って正の電圧になるようにしている。
【００３４】
Ａ−Ｄ変換手段７は、増幅器６の出力であるアナログ値をディジタル値に変換する。
【００３５】
温度検出器５は、基準点の温度を測定する温度センサ、例えば、熱電変換素子であるサーミスタ、半導体温度センサ等である。
【００３６】
増幅器８は、ｍＶ単位である熱電対１の熱起電力をＶ単位にまで増幅する。
【００３７】
Ａ−Ｄ変換器９は、温度検出器５により検出された温度のアナログ値をディジタル値に変換する。温度検出器５が、温度センサ本体と増幅器８とＡ−Ｄ変換器９の機能が一体となったものであれば、温度検出器５から出力されるディジタル値を演算処理装置１０に入力する。
【００３８】
演算処理装置１０は、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）であり、Ａ−Ｄ変換器７から出力されるディジタル値と、温度検出器５によって検出された基準点の温度に応じたディジタル値とを取り込む。
【００３９】
Ｄ−Ａ変換器１１は、演算処理装置８の出力信号を、ディジタル値からアナログ値に変換してアナログ信号を出力する。
【００４０】
増幅器１２は、Ｄ−Ａ変換器１１からのアナログ信号を増幅して出力する。
【００４１】
記憶装置１３は、ＥＥＰＲＯＭのような書換え可能なＲＯＭ（読出し専用メモリ）であり、このＲＯＭには、基準点が０℃における熱電対の基準特性に応じたディジタル値を割り付け予め書き込む。すなわち、この記憶装置は、熱電対１の０℃における温度−熱起電力の基準特性を記憶する基準特性記憶装置である。
【００４２】
選択スイッチ１４は、調整モードを選択するためのものである。具体的に増幅器６とＡ−Ｄ変換器７のオフセット調整やゲイン調整、そして熱電対１の温度−熱起電力の実特性の読込みなどの調整モードを選択できる。
【００４３】
セットスイッチ１５は、各調整モードでのデータ読込み用である。
【００４４】
記憶装置１３には、次のようにして、基準点が０℃における熱電対の基準特性に応じたディジタル値を割り付け予め書き込む。
【００４５】
表２は、測定温度に対する基準点が０℃における金鉄−クロメル線熱電対１の基準特性と記憶装置１３に書き込む熱起電力に応じたディジタル値とを示す表である。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
この場合、０Ｋのときの熱起電力−５．２６３ｍＶに対しディジタル値０を割当て、３５０Ｋのときの熱起電力１．７１５ｍＶに対しディジタル値５０００を割当てる。そして、０Ｋと３５０Ｋとの間は、熱起電力に比例して、ディジタル値を割当てる。
【００４８】
まず、調整の始めに−５．２６３ｍＶを増幅器６に入力したときＡ−Ｄ変換器７の出力値をディジタル値０に対応つけ、同様に１．７１５ｍＶを増幅器６に入力したときＡ−Ｄ変換器７の出力値をディジタル値５０００に対応付ける。このことにより増幅器６とＡ−Ｄ変換器７とが持つオフセット分をキャンセルすることができる。
【００４９】
したがって、増幅器６のオフセット調整とゲイン調整は、入力の変動範囲に対して出力が飽和しない程度に予め調整すれば良いので、固定値にすることができる。よって、従来技術における調整器２４，２５は不要になる。
【００５０】
また増幅器１２の出力を、例えば０〜１０Ｖで出す場合、出力を０Ｖにしたときの演算処理装置１０の出力のディジタル値と、増幅器１２の出力を１０Ｖにしたときの演算処理装置１０の出力のディジタル値を用いて補正することによって、Ｄ−Ａ変換器１１と増幅器１２のオフセットとゲイン調整を行うことができるので、この部分の調整器も不要となる。
【００５１】
以上のように調整した図１の温度検出装置を用いて、実特性と基準特性の差を補正する補正式を、演算処理装置１０で求める方法を説明する。
【００５２】
図８のフローチャートには、その方法の手順の一部を示している。
【００５３】
まず、熱電対１を、極低温槽内で生成された２０Ｋと７７Ｋの被測定物につないで測定点を接触させ、この２点での実際の熱起電力から、基準点の温度０℃における基準特性との差、すなわち０℃における実特性を導き出す方法について説明する。
【００５４】
熱電対１を、２０Ｋと７７Ｋの被測定物につないで測定点を接触させ、熱電対接続端子ｔから熱起電力を取り出し、増幅器６で増幅し、Ａ−Ｄ変換器７でディジタル信号に変換して、演算処理装置１０に入力する。
【００５５】
次に、基準特性記憶装置１３から、基準点０℃時の熱起電力データを、演算処理装置１０に入力する（ステップＳ０１）。
【００５６】
次に、温度検出器５により、測定点２０Ｋ時の室温ｔ２０を測定し（ステップＳ０２）、および測定点７７Ｋ時の室温ｔ７７を測定する（ステップＳ０３）。測定された室温ｔ２０およびｔ７７は、増幅器８で増幅され、Ａ−Ｄ変換器９でディジタル信号に変換されて、演算処理装置１０に入力される。
【００５７】
以上により、演算処理装置１０には、２０Ｋと７０Ｋにおける熱起電力の測定値と、その測定時の室温の値とが入力される。
【００５８】
以下、演算処理装置１０内での処理手順を説明する。演算処理装置１０の処理は、ソフトウェアにより実現される。
【００５９】
熱起電力の補正の方法は、７７Ｋ以上の領域と、７７Ｋ以下の領域とで異なっている。
【００６０】
図２は、７７Ｋより大きい領域において、７７Ｋにおける熱起電力の測定値と、その測定時の室温の値とを用いて、熱起電力を補正することを説明するための図である。
【００６１】
図３は、７７Ｋより小さい領域において、２０Ｋにおける熱起電力の測定値と、その測定時の室温の値とを用いて、熱起電力を補正することを説明するための図である。
【００６２】
図２、図３において、各変数はディジタル値に割付けられた値とする。すなわち、Ａ２７３は、記憶装置１３に記憶された室温０℃での基準特性における２７３Ｋ（０℃）の熱起電力に相当し、表２における３７７１になる。同様にＡ２０は、表２におけるディジタル値２０６となる。Ａ７７は、表２におけるディジタル値８８０となる。
【００６３】
ここで、図２に示すようにｔ２０を測定温度とし、これを室温０℃での基準特性の熱起電力に換算したディジタル値をＴ２０、２０Ｋにおける熱起電力の実測値（ディジタル換算値）をＤ２０、７７Ｋにおける熱起電力の実測値（ディジタル換算値）をＤ７７とする。
【００６４】
演算処理装置１０では、室温ｔ２０と室温ｔ７７とが同一か否かを判断する（ステップＳ０４）。
【００６５】
ｔ２０とｔ７７とが同一であれば、測定点の温度が７７Ｋ以上か否かを判断する（ステップＳ０５）。
【００６６】
測定点の温度が７７Ｋ以上の場合、以下に示す数１から数６を演算する（ステップＳ０６）。
【００６７】
温度７７Ｋ以上の領域の場合、ｔ２０における基準特性上の７７Ｋに相当する熱起電力Ａは次の式となる。すなわち、
【００６８】
【数１】
Ａ＝Ａ２７３−（Ｔ２０−Ａ７７）
なお、室温ｔ２０における基準特性は、室温０℃における基準特性をＴ２０だけ下方に平行移動することにより得られる。
【００６９】
図２において室温ｔ２０における実特性は、（Ｔ２０−Ａ７７）と（Ａ２７３−Ｄ７７）との比率で推定できる。
【００７０】
一方、図２においてｔ２０の点は、測定温度と室温とが等しい値の点、すなわち測定点と基準点との温度が等しい値の点であるので、２７３Ｋに相当するディジタル値、すなわち、Ａ２７３で固定される。すなわち、室温ｔ２０における基準特性も、室温ｔ２０における実特性も、Ａ２７３ライン上のｔ２０の点を通ることを意味する。本発明では、この点に着目して以下の補正すべく演算を行う。
【００７１】
測定温度ｔの室温０℃における基準特性上の熱起電力をＡｔ  とすると、室温ｔ２０における基準特性上の熱起電力Ｂは、Ａ２７３のラインと温度ｔ２０との交点を通り室温０℃における基準特性のグラフを下方に平行移動したグラフ上にあるから、熱起電力Ｂは、
【００７２】
【数２】
Ｂ＝Ａ２７３＋Ａｔ  −Ｔ２０
となる。
【００７３】
したがって、室温ｔ２０における実特性上の熱起電力Ｃは、前述した（Ｔ２０−Ａ７７）と（Ａ２７３−Ｄ７７）との比率を用いて推定すると、
【００７４】
【数３】
Ｃ＝Ａ２７３−（Ｔ２０−Ａｔ  ）×（Ａ２７３−Ｄ７７）／（Ｔ２０−Ａ７７）
となる。
【００７５】
よって、室温ｔ２０での２７３Ｋの実起電力Ｄは、数３でＡｔ  ＝Ａ２７３として
【００７６】
【数４】
Ｄ＝Ａ２７３−（Ｔ２０−Ａ２７３）×（Ａ２７３−Ｄ７７）／（Ｔ２０−Ａ７７）
となる。
【００７７】
次に、室温０℃における基準特性上の２７３Ｋでの起電力と室温ｔ２０における実特性上の実起電力Ｄとの差に相当する熱起電力は、（Ａ２７３−Ｄ）により次式が求まる。すなわち、差Ｅは、
【００７８】
【数５】
Ｅ＝（Ｔ２０−Ａ２７３）×（Ａ２７３−Ｄ７７）／（Ｔ２０−Ａ７７）
となる。
【００７９】
したがって、室温０℃における実特性上の温度ｔでの熱起電力Ｆは、数３＋数５より次式が求まる。すなわち、室温０℃における実特性上の熱起電力Ｆは、
【００８０】
【数６】
Ｆ＝Ａ２７３＋（Ａｔ  −Ａ２７３）×（Ａ２７３−Ｄ７７）／（Ｔ２０−Ａ７７）
となる。
【００８１】
数６により室温０℃における基準特性上の温度ｔでの熱起電力Ａｔ  が分れば、室温０℃における実特性上の熱起電力Ｆが得られる。つまり、熱電対の基準特性（室温０℃）に対し数６により基準特性を補正した実際の熱起電力（室温０℃）を演算することができる。
【００８２】
ステップＳ０５において、測定点の温度が７７Ｋ以下の場合、すなわち温度７７Ｋ以下の領域の場合、図３に示すように起電力Ｑ（温度ｔにおける２点鎖線上の起電力を指す）を（Ｄ７７−Ｄ２０）と（Ａ７７−Ａ２０）との比率で推定すると、Ｑは
【００８３】
【数７】
Ｑ＝Ａ７７−（Ａ７７−Ａｔ  ）×（Ｄ７７−Ｄ２０）／（Ａ７７−Ａ２０）
となる。したがって、２０Ｋと７７Ｋとの熱起電力の実測値Ｄ２０，Ｄ７７を用いて、室温０℃における実特性上の温度ｔでの熱起電力Ｇは、次式となる。すなわち、
【００８４】
【数８】
2004347383.tif 000005
となる。ここで、Ｆ７７は数６のＡｔ  のところにＡ７７を代入して求めた起電力とする。
【００８５】
数８を、演算処理装置１０において演算する（ステップＳ１０）ことにより、熱起電力Ｇを求める。つまり、熱電対の基準特性（室温０℃）に対し数８により基準特性を補正した実際の熱起電力（室温０℃）を演算することができる。
【００８６】
以上のようにして求められた補正式（数６，数８）は、記憶装置１３に記憶される。
【００８７】
以上のように補正式を記憶した温度検出装置３を用いて、極度に冷却した面に気体を物理吸着して排除するドライポンプの一つであるクライオポンプ内の温度を正確に測定する場合について説明する。
【００８８】
図７は、クライオポンプ５１の構造を示す。図７において、５１はクライオポンプ本体、５２はクライオパネル、５３はバッフル、５４はコールドヘッド１段、５５はコールヘッド２段、５６はシールド、５８は熱電対、５９は熱電対コントローラ、６０はヘリウム圧縮機、６１は粗引きポンプ、６２は真空室、６３は開閉弁である。熱電対コントローラ５９は、図１に示した温度検出装置３と、Ｋ線熱電対用の端子（図示せず）と、この端子に接続される増幅器，Ａ−Ｄ変換器，Ｄ−Ａ変換器，増幅器（これらは、図１に示す増幅器６，Ａ−Ｄ変換器７，Ｄ−Ａ変換器１１，増幅器１２と同様の構成である）とから構成される。
【００８９】
本発明の温度検出装置の熱電対１の測定点はクライオポンプ５１内にあるクライオパネル５２を液体ヘリウムで１０Ｋ〜２０Ｋ程度まで冷却するコールドヘッド２段５５に配置され、一方、その基準点は熱電対コントローラ５９内にある接続端子ｔ（図示せず）に接続される。
【００９０】
温度検出器５は、熱電対コントローラ５９内にある接続端子ｔと、これに対向したクライオポンプ５１内のバッフル５３の近傍に設置された熱電対５８，例えばＫ線熱電対用端子の中央部分に配置される。
【００９１】
今、温度検出装置により、コールドヘッド２段５５の温度を測定するものとする。室温ｔｒ  のときに測定した熱起電力はａｄであったものとする。
【００９２】
図６は、室温ｔｒ  のときに測定した熱起電力ａｄと、この熱起電力ａｄを室温０℃の実特性上に換算した熱起電力Ｈとの関係を示す図である。図中、室温ｔｒ  と同一の測定温度のとき、室温０℃における基準特性上の起電力をＡｔｒ、室温０℃における実特性上の起電力をＦｔｒとする。
【００９３】
Ｆｔｒは、数６により次のようになる。
【００９４】
【数９】
Ｆｔｒ＝Ａ２７３＋（Ａｔｒ−Ａ２７３）×（Ａ２７３−Ｄ７７）／（Ｔ２０−Ａ７７）
したがって、室温ｔｒ  のときの起電力−温度実特性（２点鎖線）は、熱電対の特性上、室温と同一の測定温度のとき起電力がゼロ（ディジタル値ではＡ２７３）となるので、温度ｔｒ  の点で起電力Ａ２７３と交わり、（Ｆｔｒ−Ａ２７３）だけ上方に平行移動すると、室温０℃のときの実特性に換算される。そこで、室温０℃換算の実特性上の熱起電力をＨとすると、
【００９５】
【数１０】
2004347383.tif 000006
となる（ステップＳ０７，Ｓ１１）。
【００９６】
数１０により求めた熱起電力Ｈが熱起電力Ａ７７より大きいかまたは等しいとき、数６のＦにＨを代入し、あるいは、数１０により求めた熱起電力Ｈが熱起電力Ａ７７より小さいとき、数８のＧにＨを代入することにより、０℃における基準特性上の熱起電力Ａｔ  が求められ（ステップＳ０８，Ｓ１２）、予め記憶装置１１に記憶された表２に示すデータから、この熱起電力Ａｔ  に対する測定温度ｔを求めることができる（ステップＳ０９，Ｓ１３）。
【００９７】
以上のようにして求められた測定温度ｔは、クライオポンプ５１内のコールドヘッド２段５５の温度を示している。
【００９８】
以上の説明では、ステップＳ０４においてＫ２０およびＫ７７の熱起電力を測定するときの室温ｔ２０とｔ７７とが同一であるとしたが、Ｋ２０とＫ７７との熱起電力を測定する際に、室温ｔ２０とｔ７７とが異なる場合がある。この場合には、補正式である数６，数８を用いることができない。
【００９９】
室温が変化する場合の補正式について以下に説明する。
【０１００】
図５は、２０Ｋおよび７７Ｋの熱起電力の実測値を取込むときの室温が異なる場合に、補正式を求める説明に供する図である。図５に示すように、温度２０Ｋ校正時の室温をｔ２０、熱起電力の読取値をＤ２０とし、７７Ｋ校正時の室温をｔ７７、熱起電力の読取値をＤ７７とする。またｔ２０での室温０℃における基準特性上での熱起電力に換算した値をＴ２０、ｔ７７での室温０℃における基準特性上で熱起電力に換算した値をＴ７７とする。このときＤ７７を室温０℃における基準特性を用いて室温ｔ２０の場合に換算した値ｄ１を求めると、次式になる。ここで、ｔ７７とｔ２０との差が１０℃以下とする。すなわち、
【０１０１】
【数１１】
ｄ１＝Ｄ７７−Ｔ２０＋Ｔ７７
となる。Ｄ７７は、室温ｔ７７の実特性のグラフから室温ｔ２０の実特性のグラフ上に移行できるので、この値を数６のＤ７７に代入すると、実特性（室温０℃）上の熱起電力Ｆ１が求まる。すなわち、
【０１０２】
【数１２】
Ｆ１＝Ａ２７３＋（Ａｔ  −Ａ２７３）×（Ａ２７３−ｄ１）／（Ｔ２０−Ａ７７）
となる。
【０１０３】
数１２によれば、上記仮定したｄ１とＡｔ  が決まれば、室温０℃における実特性上の熱起電力が求まる。数１２を使ってＴ２０とＴ７７とを計算し直す。すなわち、Ｔ２０を計算し直した値をＦ１の代りにＴ＊  ２０、Ｔ７７を計算し直した値をＦ２の代りにＴ＊  ７７とすると、Ｔ＊  ２０、Ｔ＊  ７７はそれぞれ次のようになる。すなわち、
【０１０４】
【数１３】
Ｔ＊  ２０＊  ＝Ａ２７３＋（Ｔ２０−Ａ２７３）×（Ａ２７３−ｄ１）／（Ｔ２０−Ａ７７）
【０１０５】
【数１４】
Ｔ＊  ７７＝Ａ２７３＋（Ｔ７７−Ａ２７３）×（Ａ２７３−ｄ１）／（Ｔ２０−Ａ７７）
となる。
【０１０６】
これらの値を用いて再度ｄ１を計算し直し、その値をｄ２とすると
【０１０７】
【数１５】
ｄ２＝Ｄ７７−（Ｔ２０−Ｔ７７）×（Ａ２７３−ｄ１）／（Ｔ２０−Ａ７７）
となる。
【０１０８】
このｄ２を数６のＤ７７に代入すると、Ｆ２は次のように求まる。すなわち、Ｆ２は、
【０１０９】
【数１６】
Ｆ２＝Ａ２７３＋（Ａｔ  −Ａ２７３）×（Ａ２７３−ｄ２）／（Ｔ２０−Ａ７７）
となる（ステップＳ１４）。
【０１１０】
この結果は、数６により計算した結果に比べて実特性に近い値となる。さらに同様な換算を繰り返すことによって温度測定の精度は上がるが、通常、数１２または数１６の範囲で実用上の問題がなくなる。
【０１１１】
以上のようにして補正式が求められたならば、前述したと同様に、クライオポンプ内のコールドヘッド２段５５の温度を測定し、数１０により室温０℃換算の実特性上の熱起電力Ｈを求める（ステップＳ１５）。
【０１１２】
Ｈを、数１２のＦ１、または数１６のＦ２に代入すると、０℃における基準特性上の熱起電力Ａｔ  が求められ（ステップＳ１６）、予め記憶装置１１に記憶された表２に示すデータからこの熱起電力Ａｔ  に対する測定温度ｔを求めることができる（ステップＳ１７）。
【０１１３】
以上により演算処理装置１０は、Ａ−Ｄ変換器７の出力とＡ−Ｄ変換器９の出力と基準特性記憶装置１３から読込まれた起電力データとから演算された０℃における温度−熱起電力の実特性の演算結果と、既知の室温における熱起電力の測定値とから測定点の温度を演算処理することができる。
【０１１４】
本発明の実施の一形態による熱電対の温度検出方法による校正のグラフと実測値と比較すると、校正のグラフと実測値が温度範囲１０Ｋ〜２７３Ｋで１Ｋ以下となりよく一致することがわかる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱電対の特性のバラツキによる誤差の補正、室温による補正を、入出力の増幅器や変換器のオフセット調整などを調整器を使用せずに行うので、熱電対による温度検出の高精度化を図り、および調整時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による熱電対の温度検出装置の構成を示す図である。
【図２】補正式を演算する方法の説明（温度範囲が７７Ｋ以上）に供する図である。
【図３】補正式を演算する方法の説明（温度範囲が７７Ｋ未満）に供する図である。
【図４】同一の熱電対において基準点の温度が変化した場合の温度−熱起電力特性の一例を示す図である。
【図５】補正式を演算する方法の説明（実測値を取込むときの室温が異なる場合）に供する図である。
【図６】補正式を演算する方法の説明（０℃換算の起電力Ｈと室温ｔｒのときに測定した起電力ａｄとの関係）に供する図である。
【図７】クライオポンプを示す図である。
【図８】本発明の実施の一形態による熱電対の温度検出方法の手順を示す図である。
【図９】従来の温度検出装置を示す図である。
【図１０】従来の他の温度検出装置を示す図である。
【符号の説明】
１  熱電対
２  検出回路
３  温度検出装置
４  ＣＰＵ
５  温度検出器
６  増幅器
７，９，３１，３２  Ａ−Ｄ変換手段
８，１２，２１，２３  増幅器
９  第２のＡ−Ｄ変換手段
１０  演算処理装置
１１  Ｄ−Ａ変換器
１３  ＥＥＰＲＯＭ（書き換え可能な読出し専用メモリ）
１４  選択スイッチ
１５  セットスイッチ
２２  直線補正回路
２４，２５，２６，２７  調整器
２８  減算器
５１  クライオポンプ本体
５２  クライオパネル
５３  バッフル
５４  コールドヘッド１段
５５  コールヘッド２段
５６  シールド
５８  熱電対
５９  熱電対コントローラ
６０  ヘリウム圧縮機
６１  粗引きポンプ
６２  真空室
６３  開閉弁
ｔ  端子
Ａ３      増幅器
【図１】
2004347383.tif 000007
【図２】
2004347383.tif 000008
【図３】
2004347383.tif 000009
【図４】
2004347383.tif 000010
【図５】
2004347383.tif 000011
【図６】
2004347383.tif 000012
【図７】
2004347383.tif 000013
【図８】
2004347383.tif 000014
【図９】
2004347383.tif 000015
【図１０】
2004347383.tif 000016