(57)【要約】【課題】  被測定体内の渦電流を利用して被測定体の温度を非接触で測定する温度計測手法において、被測定体から誘導素子（コイル）までの距離が変化した場合であっても正確な温度測定を実現する温度計測の技術を提供する。【解決手段】  コイル１０ａから被測定体である金属箔１３までの距離よりオフセット距離Ｌだけ遠い位置にコイル１０ｂを配置する。コイル１０ｂを含む共振回路の発振周波数ｆ１の測定を行い、発振周波数ｆ１から補正距離Δｄを計算する。次に、コイル１０ａを含む共振回路の発振周波数ｆ２の測定を行い、発振周波数ｆ２と計算した補正距離Δｄとから被測定体（金属箔１３）の温度Ｔを計算する。【選択図】    図２
2005207992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置であって、
第１誘導素子を含み、その発振周波数が前記被測定体の温度および前記被測定体から前記第１誘導素子までの距離に依存して変化する第１発振回路と、
第２誘導素子を含み、その発振周波数が前記被測定体から前記第２誘導素子までの距離に依存して変化し、かつ、その発振周波数への前記被測定体の温度依存性が前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性よりも小さい第２発振回路と、
前記第１発振回路および第２発振回路の各発振周波数を測定する周波数測定手段と、
補正用データを記憶する記憶手段と、
前記第２発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記第１誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出し、前記第１発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出する演算処理手段と、
を有する温度測定装置。
【請求項２】
前記第２誘導素子と前記被測定体との距離を、前記第１誘導素子と前記被測定体との距離に比較して長くすることにより、前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする請求項１記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記第２発振回路の発振周波数を前記第１発振回路の発振周波数より低くすることにより、前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする請求項１記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記第１誘導素子および第２誘導素子をコイルで構成し、前記第２誘導素子の巻き数を前記第１誘導素子の巻き数より小さくすることにより、前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする請求項１記載の温度測定装置。
【請求項５】
導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置であって、
誘導素子を含む発振回路と、
前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定手段と、
前記被測定体と前記誘導素子との間の距離を第１距離もしくは前記第１距離より長い第２距離に切替える手段と、
補正用データを記憶する記憶手段と、
前記被測定体と前記誘導素子との間の距離が前記第２距離にあるときの前記発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出し、前記被測定体と前記誘導素子との間の距離が前記第１距離にあるときの前記発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出する演算処理手段と、
を有する温度測定装置。
【請求項６】
導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置であって、
誘導素子を含む発振回路と、
前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定手段と、
前記発振回路の発振周波数を第１周波数域もしくは前記第１周波数域より低い第２周波数域に切替える手段と、
補正用データを記憶する記憶手段と、
前記発振回路の発振周波数が前記第２周波数域にあるときの前記発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出し、前記発振回路の発振周波数が前記第１周波数域にあるときの前記発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出する演算処理手段と、
を有する温度測定装置。
【請求項７】
前記被測定体を金属箔で構成し、かつ、渦電流を生成しない気体、液体または固体の対象物を前記金属箔に接触させることによって、前記対象物の温度を測定できる、前記金属箔および請求項１〜６に記載の温度測定装置からなる温度測定システム。
【請求項８】
第１誘導素子を含み、その発振周波数が前記被測定体の温度および前記被測定体から前記第１誘導素子までの距離に依存して変化する第１発振回路と、
第２誘導素子を含み、その発振周波数が前記被測定体から前記第２誘導素子までの距離に依存して変化し、かつ、その発振周波数への前記被測定体の温度依存性が前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性よりも小さい第２発振回路と、
前記第１発振回路および第２発振回路の各発振周波数を測定する周波数測定手段と、
補正用データを記憶する記憶手段と、
を有する導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置の制御方法であって、
前記第２発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記第２誘導素子と前記被測定体との間の距離を算出するステップと、
前記第２誘導素子と前記被測定体との間の距離から前記第１誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出するステップと、
前記第１発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出するステップと、
を有する温度測定装置の制御方法。
【請求項９】
前記第２誘導素子と前記被測定体との距離を、前記第１誘導素子と前記被測定体との距離に比較して大きくすることにより、前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする請求項８記載の温度測定装置の制御方法。
【請求項１０】
前記第２発振回路の発振周波数を前記第１発振回路の発振周波数より低くすることにより、前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする請求項８記載の温度測定装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第１誘導素子および第２誘導素子をコイルで構成し、前記第２誘導素子の巻き数を前記第１誘導素子の巻き数より小さくすることにより、前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする請求項８記載の温度測定装置の制御方法。
【請求項１２】
誘導素子を含む発振回路と、
前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定手段と、
前記被測定体と前記誘導素子との間の距離を第１距離もしくは前記第１距離より長い第２距離に切替える手段と、
補正用データを記憶する記憶手段と、
を有する導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置の制御方法であって、
前記被測定体と前記誘導素子との間の距離を前記第２距離にし、前記発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出するステップと、
前記被測定体と前記誘導素子との間の距離を、前記第２距離から前記第１距離に切替えるステップと、
前記発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出するステップと、
を有する温度測定装置の制御方法。
【請求項１３】
誘導素子を含む発振回路と、
前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定手段と、
前記発振回路の発振周波数を第１周波数域もしくは前記第１周波数域より低い第２周波数域に切替える手段と、
補正用データを記憶する記憶手段と、
を有する導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置の制御方法であって、
前記発振回路の発振周波数を前記第２周波数域にし、前記発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出するステップと、
前記発振回路の発振周波数を、前記第２周波数域から前記第１周波数域に切替えるステップと、
前記発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出するステップと、
を有する温度測定装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度測定装置およびその制御方法並びに温度測定システムに関し、特に被測定体の温度を非接触で測定する温度測定技術に適用して有効なものである。
【背景技術】
【０００２】
被測定体の温度を非接触で測定する方法として、被測定体からの赤外線放射を利用する測定法が知られている。しかし、被測定体と赤外線センサとの間に赤外線を遮断する部材が介在する場合にはこの方法を採用することができない。たとえば、床暖房システムの竣工検査を行う際に床内の配管に正常に温水が送り出されているか否かを迅速に検査したい要請があるが、このような場合に配管からの赤外線放射を計測して検査することは配管上に床板が存在するために短時間での計測は困難であった。
【０００３】
このため、本発明者らは、赤外線放射を用いることなく非接触で床暖房システムの床内配管の温度を測定できる技術を開発した。この技術による温度測定方法は以下の通りである。すなわち、床内の配管上に金属製のフィルムを配置し、配管からの熱伝導によって金属製フィルムを加熱する。この金属製フィルムの温度をフィルム内に発生する渦電流を用いて計測する。渦電流は床上に配置したコイルに交流電流を流すことよって発生させ、発生した渦電流による磁界を同一または別のコイルによって検知する。金属フィルムの温度によって電気抵抗が変化し、電気抵抗の変化が渦電流値の変化を生じるので、渦電流による磁界を測定することによって金属フィルムおよびこれに接触する配管の温度を検知することができる。なお、このような本発明者らの開発した技術については本出願と同一の出願人による特許出願の公報（特許文献１）に記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１９３５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１の技術による温度測定では、被測定体である金属製フィルムとコイルとの間の距離が変化してしまうと、正確な温度測定ができない問題がある。すなわち、前記特許文献１の技術では、金属製フィルムの温度変化（渦電流の変化）をコイルのインダクタンスの変化として検知するが、コイルのインダクタンスは、金属製フィルムの温度（渦電流）だけでなく金属製フィルムからコイルまでの距離によっても影響を受ける。距離を一定に維持した場合にはインダクタンスの変化は温度の変化として観測することができるが、距離が変化した場合にはインダクタンスはもはや温度によってのみ変化したとは見なせなくなる。つまり、前記特許文献１の技術では、被測定体とコイルとの距離を既知の一定値に維持する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、被測定体内の渦電流を利用して被測定体の温度を非接触で測定する温度計測手法において、被測定体から誘導素子（コイル）までの距離が変化した場合であっても正確な温度測定を実現する温度計測の技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する発明は、以下の通りである。すなわち、本発明の温度測定装置は、導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置であって、第１誘導素子を含み、その発振周波数が前記被測定体の温度および前記被測定体から前記第１誘導素子までの距離に依存して変化する第１発振回路と、第２誘導素子を含み、その発振周波数が前記被測定体から前記第２誘導素子までの距離に依存して変化し、かつ、その発振周波数への前記被測定体の温度依存性が前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性よりも小さい第２発振回路と、前記第１発振回路および第２発振回路の各発振周波数を測定する周波数測定手段と、補正用データを記憶する記憶手段と、前記第２発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記第１誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出し、前記第１発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出する演算処理手段と、を有する。
【０００７】
このような温度測定装置によれば、第２発振回路の発振周波数によって被測定体までの距離を推定できる。すなわち、第２発振回路の発振周波数は第１発振回路に比較して温度依存性が小さいので、つまり距離依存性が支配的になるので、第２発振回路の発振周波数から被測定体までの距離を推定できる。第２発振回路の第２誘導素子と第１発振回路の第１誘導素子との位置関係が予め定められたものであるなら、第２発振回路の発振周波数によって推定した距離から第１発振回路の第１誘導素子と被測定体の間の距離を補正し、第１発振回路の発振周波数から正確な被測定体の温度を知ることができる。ここで、第２発振回路の発振周波数への被測定体の温度依存性は第１発振回路における温度依存性より小さいことが要件となるが、理想的には第２発振回路における温度依存性が無いことが好ましい。しかしながら現実には第２発振回路における発振周波数への温度依存性を全く無くすることはできないので、実用的には、第２発振回路の温度依存性が、距離依存性（第２発振回路の第２誘導素子と被測定体までの距離が第２発振回路の発振周波数に及ぼす影響）に対して実質的に無視できるレベルであればよい。
【０００８】
前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする手法として以下の手法を例示できる。第１の手法は、前記第２誘導素子と前記被測定体との距離を、前記第１誘導素子と前記被測定体との距離に比較して大きくする手法である。
【０００９】
本発明に先立ち、本発明者らは、以下のような実験検討を行った。すなわち、誘導素子を被測定体の近傍に配置し、誘導素子と被測定体との間の距離および被測定体の温度によって、誘導素子のインダクタンス（全インダクタンス）がどのように変化するかを検討した。この結果、距離を以下の３つの領域に分けて考えることが可能であることを見出した。つまり、インダクタンスが距離と温度の両方の影響を受ける第１の距離領域、インダクタンスが距離の影響を受けるが温度の影響を無視できる第１の距離領域より遠い第２の距離領域、インダクタンスが距離にも温度にも影響を受けない第２の距離領域より遠い第３の距離領域である。第１および第２の距離領域では、誘導素子からの磁界によって被測定体内に渦電流を発生する。この渦電流は一種のインダクタンスを形成するから、渦電流（インダクタンス）に起因する磁界は誘導素子に相互インダクタンスを発生させる。この相互インダクタンス成分が誘導素子の全インダクタンスに変化を生じさせているものと考察できる。一方、第３の距離領域ではもはや渦電流との相互インダクタンスは形成されず（もしくは誘導素子からの磁界によって渦電流が形成されるほど近い距離にはなく）、誘導素子のインダクタンスは自己インダクタンスのみとなって被測定体の影響を受けないものと考えることができる。
【００１０】
第１の距離領域ではインダクタンスは距離と温度の両方の影響を受けるが、第２の距離領域では温度の影響をあまり受けず距離にのみ影響される（距離のパラメータが支配的）。この理由については明らかでない。理由を明らかにするための物理モデルを各種考えることは可能であるが、この知見を本願発明に利用する場合には重要ではない。本発明者らは、このような実験検討によって得られた知見、つまり、第１の距離領域では誘導素子のインダクタンスが被測定体からの距離および被測定体の温度の２つのパラメータで決定され、第２の距離領域（第１の距離領域より遠い領域）では誘導素子のインダクタンスは主に距離のパラメータによって決定されるという知見を利用して本発明に至った。すなわち、第１発振回路の第１誘導素子を第１の距離領域に置き、第２発振回路の第２誘導素子を第２の距離領域に置けば、第２発振回路の発振周波数（第２誘導素子のインダクタンスの変化に応じて変化する）から被測定体までの距離を算出でき、算出した距離と第１発振回路の発振周波数（第１誘導素子のインダクタンスの変化に応じて変化する）とから被測定体の温度を算出できる。これにより、被測定体までの距離が変化した場合であっても、正確な温度測定を行うことが可能になる。
【００１１】
前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする第２の手法は、前記第２発振回路の発振周波数を前記第１発振回路の発振周波数より低くすることである。第２発振回路の発振周波数を第１発振回路のそれより小さくしても、前記距離の場合と同様に、インダクタンスへの温度の影響を無視できる周波数領域を発見できる。第２発振回路をこのような周波数領域で発振させ、一方、第１発振回路を温度および距離の両方がインダクタンスのパラメータとなる周波数領域で発振させると、前記距離の場合と同様に被測定体までの距離が変化した場合であっても、正確な温度測定を行うことが可能になる。
【００１２】
前記第２発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性を前記第１発振回路における発振周波数への前記被測定体の温度依存性より小さくする第３の手法は、前記第１誘導素子および第２誘導素子をコイルで構成し、前記第２誘導素子の巻き数を前記第１誘導素子の巻き数より小さくすることである。この場合も、インダクタンスへの温度の影響を無視できる巻き数を発見できる。第２発振回路の第２誘導素子（コイル）の巻き数を温度の影響を受けない巻き数とし、第１発振回路の第１誘導素子（コイル）の巻き数を温度および距離の両方がインダクタンスのパラメータとなる巻き数とすることにより、前記距離の場合と同様に被測定体までの距離が変化した場合であっても、正確な温度測定を行うことが可能になる。
【００１３】
なお、前記説明では、被測定体との間の距離、印加される交流電流（電圧）の周波数、あるいは巻き数が異なる誘導素子（誘導素子を含む発振回路）を２つ用意する構成の発明を説明したが、誘導素子と被測定体との間の距離あるいは印加される周波数を変化させる手段を備えれば、誘導素子（発振回路）は１つでも良い。すなわち、本発明の温度測定装置は、導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置であって、誘導素子を含む発振回路と、前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定手段と、前記被測定体と前記誘導素子との間の距離を第１距離もしくは前記第１距離より長い第２距離に切替える手段と、補正用データを記憶する記憶手段と、前記被測定体と前記誘導素子との間の距離が前記第２距離にあるときの前記発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出し、前記被測定体と前記誘導素子との間の距離が前記第１距離にあるときの前記発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出する演算処理手段と、を有するものとすることができる。あるいは、本発明の温度測定装置は、導電性または半導電性の被測定体の温度を非接触で測定する温度測定装置であって、誘導素子を含む発振回路と、前記発振回路の発振周波数を測定する周波数測定手段と、前記発振回路の発振周波数を第１周波数域もしくは前記第１周波数域より低い第２周波数域に切替える手段と、補正用データを記憶する記憶手段と、前記発振回路の発振周波数が前記第２周波数域にあるときの前記発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出し、前記発振回路の発振周波数が前記第１周波数域にあるときの前記発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出する演算処理手段と、を有するものとすることができる。誘導素子（発振回路）が１つであっても、距離を変化させ、あるいは、周波数を変化させ、その前後での発振周波数から被測定体までの距離を算出し、さらに算出した距離を用いて正確な温度を計算できる。
【００１４】
また、前記した温度測定装置と熱容量の小さい金属箔とを用いて、気体、液体または固体等の渦電流を生成しない対象物の温度測定を行う温度測定システムを構成できる。さらに、前記温度測定装置の発明は、その制御方法として把握することも可能である。すなわち、２つの誘導素子（発振回路）で温度測定装置が構成される場合の制御方法は、前記第２発振回路の発振周波数と補正用データとから前記第２誘導素子と前記被測定体との間の距離を算出するステップと、前記第２誘導素子と前記被測定体との間の距離から前記第１誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出するステップと、前記第１発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出するステップと、を有する。あるいは、１つの誘導素子（発振回路）と被測定体までの距離を変化させる手段で温度測定装置が構成される場合の制御方法では、前記被測定体と前記誘導素子との間の距離を前記第２距離にし、前記発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出するステップと、前記被測定体と前記誘導素子との間の距離を、前記第２距離から前記第１距離に切替えるステップと、前記発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出するステップと、を有する。あるいは、１つの誘導素子（発振回路）と発振周波数域を変化させる手段で温度測定装置が構成される場合の制御方法では、前記発振回路の発振周波数を前記第２周波数域にし、前記発振回路の発振周波数と前記補正用データとから前記誘導素子と前記被測定体との間の推定距離を算出するステップと、前記発振回路の発振周波数を、前記第２周波数域から前記第１周波数域に切替えるステップと、前記発振回路の発振周波数と前記推定距離とから前記被測定体の温度を算出するステップと、を有する。これら制御方法によって、被測定体までの距離が変化した場合でも正確な温度の測定が可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明によれば、被測定体内の渦電流を利用して被測定体の温度を非接触で測定する温度計測手法において、被測定体から誘導素子（コイル）までの距離が変化した場合であっても正確な温度測定を実現する温度計測の技術を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。具体的な実施形態の説明に先立ち、本発明の基礎となる本発明者らが行った実験について説明する。図１（ａ）は、本発明者らが行った実験の系を示す概略図である。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、コイル１を準備し、このコイル１をオシレータ２に接続する。そして、たとえば温水を通す配管３上に導電性の被測定体４を配置し、被測定体４に対向するようコイル１を配置する。コイル１と被測定体４との間の距離はｄ［ｍｍ］とする。
【００１８】
コイル１は、たとえば円筒状の固体材料に絶縁被覆の導電性ワイヤを巻きつけたソレノイドコイルである。コイルの形状、巻き数、磁心の材料等、発生する磁界の強さおよび分布に影響を与えるコイルのパラメータに特別な制限はない。しかし、コイル１が発生する磁界によって被測定体４に適切な渦電流を発生させる程度の磁界の分布および強さを生じるよう、適切にコイル１のパラメータを選択する必要がある。
【００１９】
オシレータ２の内部にはコンデンサ（必要に応じて抵抗も）を含み、このコンデンサ（および抵抗）とコイル１とで共振回路を構成する。オシレータ２は、共振回路の共振周波数で発振し、その発振周波数をｆ［Ｈｚ］として出力する。発振周波数ｆは、オシレータ２内のコンデンサ（および抵抗）の値を固定とすることによりコイル１のインダクタンスの変化を反映して変動する。
【００２０】
配管３には一定温度の温水を通す。これにより配管３に接触する被測定体４の温度を一定に保つことができる。被測定体４は、導電性または半導電性の材料で構成されている限り特に制限はない。ただし、温度計測の対象が配管３の温度であるならば、できるだけ速やかに配管３の温度に等しくなること、あるいは、配管３の温度への影響を少なくすること等の要求から、被測定体４は、熱容量の小さいものであることが好ましい。たとえばアルミニウム等の金属箔が好ましい。
【００２１】
上記のようなコイル１と被測定体４との配置においてオシレータ２を発振させると、コイル１に流れる交流電流によって交流磁界が生成され、この交流磁界によって被測定体４に渦電流が発生する。この渦電流は、コイル内を流れる電流と等価であるから渦電流による磁界が発生する。渦電流による磁界はコイル１に相互インダクタンスを発生させる。ここで、コイル１に流れる電流を一定にしたとしても、コイル１と被測定体４の位置関係が変化すると、被測定体４に発生する渦電流が変化する。よってコイル１の相互インダクタンスが変化し、発振周波数ｆの変化として観測される。さらに、コイル１と被測定体４の位置関係を固定したとしても、被測定体４の温度が変化すれば、渦電流の値が変化し、やはりコイル１の相互インダクタンスが変化して発振周波数ｆの変化として観測される。このように被測定体４の温度が変化すれば発振周波数が変化するのであるから、その変化の関係を予め調べておけば、発振周波数の変化から被測定体４の温度を検知することができる。これが本発明の温度測定の基本原理である。
【００２２】
ところで、前記基本原理の説明から明らかに、発振周波数は被測定体４の温度にのみ依存するのではなく、コイル１と被測定体４との位置関係にも依存する。このため、正確な温度測定のためには、事前にコイル１と被測定体４との位置関係が明らかになっている必要がある。そこで、本発明者らは、図１（ａ）に示した系での発振周波数ｆに対するコイル１と被測定体４との距離ｄの依存性について実験を行った。
【００２３】
図１（ｂ）は、実験の結果を示すグラフである。図１（ｂ）において、縦軸は発振周波数ｆを、横軸は距離ｄを示す。点線で示したラインは、被測定体４の温度を６０℃にしたときの発振周波数ｆの距離依存性を、実線で示したラインは、被測定体４の温度を３０℃にしたときの発振周波数ｆの距離依存性を示す。図から明らかに、距離ｄが大きくなるほど発振周波数ｆは低下する。また、被測定体４の温度が高いほど発振周波数ｆが大きくなる。しかしながら、距離ｄが１３ｍｍ以下の温度依存領域においては温度の上昇に伴って発振周波数ｆは顕著に大きくなる（温度依存性がある）一方で、距離ｄが１３ｍｍより大きい温度非依存領域では、被測定体４の温度を変えても発振周波数ｆはほとんど変化しない（温度依存性が低いあるいは無い）。
【００２４】
すなわち、本発明者らは、コイル１と被測定体４との距離ｄの範囲によって、オシレータ２の発振周波数ｆが被測定体の温度Ｔと距離ｄの両方に依存する温度依存領域と、発振周波数ｆが距離ｄにのみ依存する（あるいは温度Ｔの依存性が無視できる）温度非依存領域の二つの領域に分けることができる事実を発見した。前記実験の場合、距離ｄがほぼ１３ｍｍを境にして、それより小さい領域が温度依存領域、大きい領域が温度非依存領域になる。
【００２５】
このような実験事実を利用して、距離ｄが不確定な場合にも正確な温度測定が可能になる。すなわち、まず最初に、コイル１を温度非依存領域に置き、第１回目の発振周波数ｆ１の測定を行う。この第１回目の発振周波数ｆ１の測定では、コイル１を温度非依存領域に置いているので、測定した発振周波数ｆ１は距離ｄにのみ依存する（温度Ｔに依存するとしてもその依存性は無視できる）。よって、予め発振周波数ｆの距離依存性を測定しておけば、測定した発振周波数ｆ１からコイル１と被測定体４との距離ｄ１が確定できる。前記実験の場合、距離ｄ１は例えば１６．５ｍｍとすることができる。次に、コイル１を予め決めた距離ｄｏｓだけ被測定体４に近づけ、あるいは予め定めた距離ｄｏｓだけ被測定体４に近く配置した別のコイルを用意し、この近づけたコイル１あるいは別に用意したコイルを含む発振回路の発振周波数ｆ２を測定する。距離ｄｏｓは、近づけたコイル１あるいは別に用意したコイルが温度依存領域に入るように設定する。前記実験の場合、距離ｄｏｓは、たとえば９．５ｍｍとすることができる。第２回目の測定では、コイルが温度依存領域にあるため、発振周波数ｆ２は、被測定体４の温度Ｔに依存するだけでなく被測定体４までの距離ｄ２にも依存する。ここで距離ｄ２は、第１回目の測定からｄ１−ｄｏｓであることは判明しているので、予め測定しておいた発振周波数ｆの温度依存性および距離依存性を用いて測定した発振周波数ｆ２および距離ｄ１−ｄｏｓから温度Ｔを確定できる。
【００２６】
上記実験の場合の距離ｄ１（距離ｄ２）の確定および温度Ｔの確定の具体例を以下に説明する。まず、前記実験結果から距離ｄが１４．５〜１８．５ｍｍの範囲では発振周波数ｆの温度依存性はほとんど見られない。この範囲のデータから、たとえば１６．５ｍｍを基準位置とした変位Δｄを発振周波数ｆ１から求める実験式を導ける。実験式のモデル関数として１次関数を採用すれば、その傾きおよび切片は、距離ｄが１４．５〜１８．５ｍｍの範囲のデータをカーブフィッティングすることにより求めることができる。その結果、上記実験の場合の実験式は数１のようになる。
（数１）  Δｄ＝２９１．９８−０．００５０９×ｆ１−１６．５
【００２７】
次に、発振周波数ｆに温度依存性のある範囲（ｄが４〜１０ｍｍ）のデータを用いて、温度Ｔを求める実験式を導く。前記ｄｏｓが９．５ｍｍの場合、発振周波数ｆ２測定時の距離ｄ２は、基準位置で７ｍｍとなる。よって、距離ｄ２＝４ｍｍであればΔｄ＝−３ｍｍであり、ｄ２＝５のときΔｄ＝−２、ｄ２＝６のときΔｄ＝−１、ｄ２＝７のときΔｄ＝０、ｄ２＝８のときΔｄ＝１、ｄ２＝９のときΔｄ＝２、ｄ２＝１０のときΔｄ＝３である。各距離ｄ２のときの実験データを、温度Ｔを発振周波数ｆ２の１次関数で近似すると、数２〜数８のようになる。
（数２）  Ｔ＝−０．００５１５×ｆ２＋４０７．１２    （ｄ２＝４）
（数３）  Ｔ＝−０．００７０６×ｆ２＋５２０．０７    （ｄ２＝５）
（数４）  Ｔ＝−０．００７６０８×ｆ２＋５４３．５６    （ｄ２＝６）
（数５）  Ｔ＝−０．０１１０５６×ｆ２＋７５０．０２    （ｄ２＝７）
（数６）  Ｔ＝−０．０１２１×ｆ２＋７９５．６９４    （ｄ２＝８）
（数７）  Ｔ＝−０．０２１３５×ｆ２＋１３４７    （ｄ２＝９）
（数８）  Ｔ＝−０．０４４７４×ｆ２＋２７２１．９    （ｄ２＝１０）
【００２８】
ここで、温度Ｔを数９のように表せば、
（数９）  Ｔ＝−ａ×ｆ２＋ｂ
変数ａおよび変数ｂはΔｄの関数となる。変数ａおよび変数ｂのモデル関数として、数１０および数１１を採用し、
（数１０）  ａ＝ａ１×ｅｘｐ（ａ２×Δｄ）
（数１１）  ｂ＝ｂ１×ｅｘｐ（ｂ２×Δｄ）
数２〜数８の各傾きおよび切片のデータを用いてカーブフィッティングを行えば、ａ１＝０．０１２、ａ２＝０．３２８３、ｂ１＝８２１．１９、ｂ２＝０．２８５２を計算することができる。なお、ｅｘｐは自然対数である。
【００２９】
以上の計算から、前記実験の場合の温度Ｔは、発振周波数ｆ１の測定結果および数１から求めたΔｄを数１０および数１１に代入し、数１０および数１１で求めたａおよびｂと発振周波数ｆ２の測定結果から数９を用いて計算することができる。このようにして求めた温度Ｔは、コイルから被測定体までの距離ｄが不確定な場合であっても、距離ｄを補正したものであり、正確な温度として測定されたものとなる。
【００３０】
次に、本実施の形態の温度測定装置の具体的な構成を説明する。図２は、本発明の一実施の形態である温度測定装置の構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態の温度測定装置は、コイル１０ａ、コイル１０ｂ、コイル支持部材１１、オシレータ２０ａ、オシレータ２０ｂ、制御部３０、温度表示部４０を有する。コイル１０ａ、コイル１０ｂおよびコイル支持部材１１は、たとえば床板１２、金属箔１３および温水配管１４を含む床暖房システムの上部に配置する。
【００３１】
コイル１０ａおよびコイル１０ｂは、前記したコイル１と同様のコイルである。ここでは、コイルを例示するが、電気的に誘導性を示す素子であるならコイルに限定されることはない。たとえば、負性容量性を示す半導体素子等をコイル１０ａあるいはコイル１０ｂの代わりに用いても良い。
【００３２】
コイル支持部材１１は、コイル１０ａおよびコイル１０ｂを距離Ｌのオフセットをもって非測定体近傍に配置するための構造部材である。コイル支持部材１１の透磁率に特に制限はないが、常磁性体であることが好ましい。コイル支持部材１１には、図示するように、コイル１０ａおよびコイル１０ｂに距離Ｌのオフセットを設けるための段差を有し、段差上下の各平坦面にコイル１０ａおよびコイル１０ｂを配置し、コイル１０ａおよびコイル１０ｂ間に距離Ｌのオフセットを設けるようにしている。オフセット距離Ｌとしてはたとえば９．５ｍｍを例示する。
【００３３】
オシレータ２０ａおよびオシレータ２０ｂは各々コイル１０ａおよびコイル１０ｂに接続され、その内部に有するコンデンサ２１ａおよびコンデンサ２１ｂとコイル１０ａおよびコイル１０ｂとで構成される共振回路の共振周波数で発振する発振回路である。オシレータ２０ａおよびオシレータ２０ｂの発振周波数はコイル１０ａおよびコイル１０ｂのインダクタンスの変化に応じて変化する。オシレータ２０ａおよびオシレータ２０ｂはＮＯＴ回路２２ａおよびＮＯＴ回路２２ｂで励振され、ＮＯＴ回路２３ａおよびＮＯＴ回路２３ｂによって各々その発振がパルス電圧として出力される。出力されたパルス電圧は後に説明するパルスカウンタによってカウントされ、所定時間（たとえば１秒）内のカウント数によって発振周波数が求められる。なお、ここではコイル１０ａおよびコンデンサ２１ａ（あるいはコイル１０ｂおよびコンデンサ２１ｂ）で共振回路を構成する例を示しているが、付加的に抵抗素子、容量素子、誘導素子等の回路素子を追加することは任意である。これら付加的な回路素子によって共振周波数を調整できる。あるいは共振のＱ値を調整し、共振を安定化することができる。
【００３４】
制御部３０は、本実施の形態の温度測定装置を制御する。制御部３０には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）３１、パルスカウンタ３２、パルスカウンタ３３、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３４、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）３５、表示制御回路３６を含む。ＣＰＵ３１は汎用的な演算処理装置であり、所定のプログラムに従って処理を実行できる。パルスカウンタ３２およびパルスカウンタ３３はＣＰＵ３１によって制御され、各々オシレータ２０ａおよびオシレータ２０ｂから出力されるパルスを計数する。ＲＡＭ３４はデータの一時記憶装置である。ＲＯＭ３５からロードしたプログラムやデータを保持し、また、プログラムの実行に利用するワークエリアを確保する。ＲＯＭ３５は、本装置で用いるプログラムやデータを記録する。なお、ＲＯＭ３５に代えてハードディスクドライブ等他のメモリ装置を利用することも可能である。表示制御回路３６は、温度表示部４０を制御する。
【００３５】
温度表示部４０は、制御部３０で計算した温度Ｔを表示する。表示はデジタル式、アナログ式の何れであっても良く、計算結果を表示できるものであれば任意の表示装置を適用できる。たとえば液晶表示装置を例示できる。
【００３６】
なお、本例では、床暖房システムでの温度測定を例示しているがこれに限られないことは勿論である。被測定体が渦電流を発生しうる導電体、半導体である限り本発明の温度測定を適用できることは勿論である。なお、床暖房システムにおける金属箔１３が被測定体であることは言うまでも無いが、金属箔１３のように熱容量の小さい材料を用いることによって、実質的に温水配管１４の温度を測定する温度測定システムとして本発明を把握することができることも言うまでも無い。
【００３７】
図３は、本実施の形態の温度測定装置の制御方法の一例を説明したフローチャートである。なお、以下に説明する処理は、その手順をコンピュータプログラムによって実現することが可能であり、このプログラムは前記したＲＯＭ３５に記録される。本明細書においてプログラムもＲＯＭ３５その他の記憶装置に記録される限り本発明の装置の一部を構成するものとする。また、以下の説明ではコンピュータプログラムによって下記処理を実行する例を説明するが、シーケンス制御、ハードウェアによる自動制御等他の制御手段によって同様の処理が実現できることは勿論である。
【００３８】
測定が開始されると、まず、第２発振回路（コイル１０ｂおよびコンデンサ２１ｂ）の発振周波数ｆ１の測定を行う（ステップ５１）。発振周波数ｆ１の測定は、たとえばパルスカウンタ３２で１秒間にカウントされるパルス数を計数することにより行える。
【００３９】
次に、補正距離Δｄの計算を行う（ステップ５２）。Δｄの計算は前記した数１を用いて行える。
【００４０】
次に、第１発振回路（コイル１０ａおよびコンデンサ２１ａ）の発振周波数ｆ２の測定を行う（ステップ５３）。発振周波数ｆ２の測定は、たとえばパルスカウンタ３３で１秒間にカウントされるパルス数を計数することにより行える。
【００４１】
次に、温度Ｔの計算を行う（ステップ５４）。温度Ｔの計算は、先に計算したΔｄと前記した数９〜数１１を用いて行える。
【００４２】
最後に、計算した温度Ｔを表示する（ステップ５５）。このような制御方法によって、距離ｄが不確定な場合であっても、距離ｄを補正し、正確な温度測定を行える。
【００４３】
以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。たとえば、前記例では、被測定体までの距離を予め定めたオフセット距離Ｌだけ異ならせた２つのコイルを用いて温度測定を行う例を説明したが、距離を異ならせる代わりに、コイルに加える周波数（発振周波数）を異ならせることによって、同様の温度測定を行うことも可能である。図４（ａ）は、被測定体の温度を２０℃から４０℃に変化させた場合の発振周波数の変化の値を距離を横軸として示したグラフであり、点線は発振周波数をほぼ１１３ｋＨｚに、実線は発振周波数をほぼ２５ｋＨｚにした場合を示したものである。図示するように、発振周波数をほぼ２５ｋＨｚにした場合には、発振周波数の温度依存性はほとんどなく、一方、発振周波数をほぼ１１３ｋＨｚにした場合には、発振周波数の温度依存性は大きく現れる。この結果を利用すれば、たとえば発振周波数の異なる２つの共振回路を前記例と同様に（ただし２つのコイルにオフセット距離は設ける必要はない）用意し、あるいは、第１回目と第２回目の測定ごとに発振周波数を異ならせることにより、前記同様の温度測定を行うことが可能である。
【００４４】
あるいは、コイルの巻き数を異ならせることによって、同様の温度測定を行うことも可能である。図４（ｂ）は、被測定体の温度を２０℃から４０℃に変化させた場合の発振周波数の変化の値を距離を横軸として示したグラフであり、点線はコイルの巻き数を２００巻きとし、実線はコイルの巻き数を１００巻きとした場合を示したものである。図示するように、巻き数が１００巻きの場合であって距離が５ｍｍ以上の領域では、発振周波数の温度依存性はほとんどない。一方、巻き数を２００巻きにした場合には、発振周波数の温度依存性は大きく現れる。この結果を利用すれば、たとえば巻き数の異なる２つのコイルを用意して２つの共振回路を構成し、前記例と同様に温度測定を行うことが可能である。
【００４５】
また、前記例では、２つの発振回路を用意する例を説明したが、１つの共振回路で温度測定を行うことも可能である。図５は、本実施の形態の温度測定装置の他の例を示したブロック図である。この変更例では、図２同様のコイル１０、オシレータ２０、パルスカウンタ３２を有するが、各々１組であればよく、その代わりにエレベータ６１と、制御部３０にエレベータドライバ６２を有する。エレベータ６１は、エレベータドライバ６２によって制御され、コイル１０をオフセット距離Ｌだけ上下に移動させる機能を持つ。このような構成を持つ変更例の温度測定装置では、図６に示すような制御が行える。すなわち、まず、エレベータを上にセットし（ステップ７１）、コイル１０が温度非依存領域に位置するようにする。次に１回目の周波数測定を行い（ステップ７２）、Δｄの計算を行う（ステップ７３）。次に、エレベータを下にセットし（ステップ７４）、コイル１０が温度依存領域に位置するようにする。次に、２回目の周波数測定を行い（ステップ７５）、温度Ｔの計算（ステップ７６）および温度Ｔの表示（ステップ７７）を行う。
【００４６】
また、１つの共振回路で測定を行う場合、周波数を変化させることによっても同様に正確な温度測定を行える。図７は、本実施の形態の温度測定装置のさらに他の例を示したブロック図である。この変更例では、図５同様のコイル１０、パルスカウンタ３２を有するが、オシレータ８０に付加的なコンデンサ８１およびコンデンサ８１に接続されるスイッチ８２を、制御部３０にスイッチ８２を制御するスイッチドライバ８３を有する。スイッチ８２がＯＮの場合共振回路にコンデンサ８１が接続され、ＯＦＦの場合コンデンサ８１は共振回路から分離される。この結果、スイッチ８２のＯＮあるいはＯＦＦによって共振回路の発振周波数が大きく変化する。このような構成を持つ変更例の温度測定装置では、図８に示すような制御が行える。すなわち、まず、スイッチ８２をＯＮにセットし（ステップ９１）、発振周波数を低くするようにセットする。次に１回目の周波数測定を行い（ステップ９２）、Δｄの計算を行う（ステップ９３）。次に、スイッチ８２をＯＦＦにセットし（ステップ９４）、発振周波数を高くセットする。次に、２回目の周波数測定を行い（ステップ９５）、温度Ｔの計算（ステップ９６）および温度Ｔの表示（ステップ９７）を行う。
【００４７】
また、前記例では、コイルのインダクタンスの変化をオシレータの周波数変化によって検知したが、コイルのインダクタンスを直接計測することによって検知することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】（ａ）は、本発明者らが行った実験の系を示す概略図であり、（ｂ）は、実験の結果を示すグラフである。
【図２】本発明の一実施の形態である温度測定装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態である温度測定装置の制御方法の一例を示したフローチャートである。
【図４】被測定体の温度を２０℃から４０℃に変化させた場合の発振周波数の変化の値を距離を横軸として示したグラフであり、（ａ）は発振周波数を異ならせた場合の、（ｂ）はコイルの巻き数を異ならせた場合のグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態である温度測定装置の他の例を示したブロック図である。
【図６】本発明の一実施の形態である温度測定装置の制御方法の他の例を示したフローチャートである。
【図７】本発明の一実施の形態である温度測定装置のさらに他の例を示したブロック図である。
【図８】本発明の一実施の形態である温度測定装置の制御方法のさらに他の例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１…コイル、２…オシレータ、３…配管、４…被測定体、１０…コイル、１０ａ…コイル、１０ｂ…コイル、１１…コイル支持部材、１２…床板、１３…金属箔、１４…温水配管、２０…オシレータ、２０ａ…オシレータ、２０ｂ…オシレータ、２１ａ…コンデンサ、２１ｂ…コンデンサ、２２…ＮＯＴ回路、２２ａ…ＮＯＴ回路、２２ｂ…ＮＯＴ回路、２３…ＮＯＴ回路、２３ａ…ＮＯＴ回路、２３ｂ…ＮＯＴ回路、３０…制御部、３１…ＣＰＵ、３２…パルスカウンタ、３３…パルスカウンタ、３４…ＲＡＭ、３５…ＲＯＭ、３６…表示制御回路、４０…温度表示部、６１…エレベータ、６２…エレベータドライバ、８０…オシレータ、８１…コンデンサ、８２…スイッチ、８３…スイッチドライバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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