(57)【要約】【課題】音波を用いて測定対象空間の温度を測定する際に、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することができるようにする。【解決手段】測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器の間での音波の伝播時間、および湿度センサで検出された相対湿度に基づいて、測定対象空間の温度を取得するにあたり、元の温度の初期値を設定した上で（ＳＴ１０２）、元の温度と伝播時間および相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を行い（ＳＴ１０４〜１０６，１０８〜１１０）、ここで求められた温度が収束したか否かを判定し（ＳＴ１１１）、ここで収束したものと判定されるまで温度補正処理（ＳＴ１０８〜１１０）を繰り返して測定対象空間の温度を求める。【選択図】図３
2013231679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置であって、
前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器と、
前記測定対象空間の相対湿度を検出する湿度センサと、
前記音波送波器および前記音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得部と、
前記伝播時間取得部で取得した伝播時間および前記湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を求める温度取得部と、を備え、
この温度取得部は、元の温度の初期値を設定した上で、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を収束するまで繰り返して前記測定対象空間の温度を求めることを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記温度取得部は、前記温度補正処理において、前記元の温度から飽和水蒸気圧を求め、この飽和水蒸気圧および前記相対湿度から水蒸気圧を求め、この水蒸気圧および前記伝播時間から補正された温度を求めることを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
【請求項３】
前記温度取得部は、乾燥空気と仮定して前記伝播時間から求められた温度を前記元の温度の初期値に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度測定装置。
【請求項４】
前記測定対象空間に面した壁面の近傍の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記温度取得部は、前記温度センサで検出された温度を前記初期値に設定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の温度測定装置。
【請求項５】
前記測定対象空間の気圧を検出する気圧センサをさらに備え、
前記温度取得部は、前記気圧センサで検出された気圧に基づいて前記測定対象空間の温度を求めることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の温度測定装置。
【請求項６】
音波を用いて測定対象空間の温度を測定する温度測定方法であって、
前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得工程と、
この伝播時間取得工程で取得した伝播時間および湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を取得する温度取得工程と、を備え、
この温度取得工程は、
元の温度の初期値を設定する初期値設定工程と、
前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正工程と、
この温度補正工程で求められた温度が収束したか否かを判定する収束判定工程と、を有し、
この収束判定工程で収束したものと判定されるまで前記温度補正工程を繰り返して前記測定対象空間の温度を求めることを特徴とする温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置および温度測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中の音速が温度に応じて変化する原理を用いて、測定対象空間の温度を求める技術が知られている（特許文献１，２参照）。このような音速による温度測定の技術は、例えばリフロー炉のように、測定対象空間中に温度センサを直接設置することが難しい場合に都合が良い。また、例えば店舗、倉庫、ビニールハウスなどの広い空間全体の平均的な温度を取得したい場合に、温度センサを多数設置することなく、正確かつ効率的に温度を取得することができる利点がある。
【０００３】
また、空気中の音速は湿度に応じて変化することから、湿度の影響を受けない温度測定を行うために、湿度センサで測定対象空間の湿度を測定して、その湿度の測定値に基づいて音速に補正を加える技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２５５０９６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、音速に影響を与えるものは空気中の水蒸気圧（水蒸気量）であり、一方、湿度センサで検出されるものは一般的に相対湿度、すなわち飽和水蒸気圧（飽和水蒸気量）に対する水蒸気圧（水蒸気量）の割合である。このため、湿度による音速補正を高精度に行うには、湿度センサで得られる相対湿度の他に飽和水蒸気圧を知る必要がある。ところが、飽和水蒸気圧は温度に応じて変化するため、飽和水蒸気圧を求めるには温度を知る必要があり、結局、温度測定のために温度が必要となり、このままでは堂々巡りの状態となって温度を求めることができない。
【０００６】
一方、温度センサを設けて、この温度センサで検出された温度から飽和水蒸気圧を求める方法も考えられる。ところが、これでは、湿度センサの他に温度センサも必要になることから、コストが増大する問題が生じる。さらに、音速による温度測定の技術は、前記のように、測定対象空間中に温度センサを設置することが難しい場合に利用されることから、温度センサは測定対象空間に面した壁面に設置されることになるが、温度センサで検出される壁面の近傍の温度が測定対象空間全体の平均的な温度と大きく異なる場合もあるため、測定精度を十分に高めることができないという問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する際に、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することができるように構成された温度測定装置および温度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の温度測定装置は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置であって、前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器と、前記測定対象空間の相対湿度を検出する湿度センサと、前記音波送波器および前記音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得部と、前記伝播時間取得部で取得した伝播時間および前記湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を求める温度取得部と、を備え、この温度取得部は、元の温度の初期値を設定した上で、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を収束するまで繰り返して前記測定対象空間の温度を求める構成とする。
【０００９】
また、本発明の温度測定方法は、音波を用いて測定対象空間の温度を測定する温度測定方法であって、前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得工程と、この伝播時間取得工程で取得した伝播時間および湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を取得する温度取得工程と、を備え、この温度取得工程は、元の温度の初期値を設定する初期値設定工程と、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正工程と、この温度補正工程で求められた温度が収束したか否かを判定する収束判定工程と、を有し、この収束判定工程で収束したものと判定されるまで前記温度補正工程を繰り返して前記測定対象空間の温度を求める構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、温度補正処理で得られる補正された温度は、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度となり、元の温度より真の温度に近似し、この温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。これにより、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することが可能になる。また、必ずしも温度センサを備えた構成とする必要はなく、コストの増大を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る温度測定装置を示す全体構成図
【図２】音速から求められる温度の測定誤差を示す説明図
【図３】コントローラで行われる温度取得処理の手順を示すフロー図
【図４】第２実施形態に係る温度測定装置を示す全体構成図
【図５】温度測定装置の変形例を示す全体構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
前記課題を解決するためになされた第１の発明は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置であって、前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器と、前記測定対象空間の相対湿度を検出する湿度センサと、前記音波送波器および前記音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得部と、前記伝播時間取得部で取得した伝播時間および前記湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を求める温度取得部と、を備え、この温度取得部は、元の温度の初期値を設定した上で、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を収束するまで繰り返して前記測定対象空間の温度を求める構成とする。
【００１３】
これによると、温度補正処理で得られる補正された温度は、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度となり、元の温度より真の温度に近似し、この温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。これにより、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することが可能になる。また、必ずしも温度センサを備えた構成とする必要はなく、コストの増大を抑えることができる。
【００１４】
また、第２の発明は、前記温度取得部は、前記温度補正処理において、前記元の温度から飽和水蒸気圧を求め、この飽和水蒸気圧および前記相対湿度から水蒸気圧を求め、この水蒸気圧および前記伝播時間から補正された温度を求める構成とする。
【００１５】
これによると、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度を求めることができる。
【００１６】
また、第３の発明は、前記温度取得部は、乾燥空気と仮定して前記伝播時間から求められた温度を前記元の温度の初期値に設定する構成とする。
【００１７】
これによると、元の温度の初期値を簡単に設定することができ、温度取得部での処理の負荷を軽減して処理の高速化を図ることができる。
【００１８】
また、第４の発明は、前記測定対象空間に面した壁面の近傍の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記温度取得部は、前記温度センサで検出された温度を前記初期値に設定する構成とする。
【００１９】
これによると、測定対象空間の実際の温度に近い値で温度補正処理を開始することができるため、温度補正処理の繰り返しで収束するまでの繰り返し回数を減らすことができ、温度取得部での処理の負荷を軽減して処理の高速化を図ることができる。
【００２０】
また、第５の発明は、前記測定対象空間の気圧を検出する気圧センサをさらに備え、前記温度取得部は、前記気圧センサで検出された気圧に基づいて前記測定対象空間の温度を求める構成とする。
【００２１】
これによると、測定対象空間の温度をより一層高精度に測定することができる。
【００２２】
また、第６の発明は、音波を用いて測定対象空間の温度を測定する温度測定方法であって、前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得工程と、この伝播時間取得工程で取得した伝播時間および湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を取得する温度取得工程と、を備え、この温度取得工程は、元の温度の初期値を設定する初期値設定工程と、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正工程と、この温度補正工程で求められた温度が収束したか否かを判定する収束判定工程と、を有し、この収束判定工程で収束したものと判定されるまで前記温度補正工程を繰り返して前記測定対象空間の温度を求める構成とする。
【００２３】
これによると、温度補正処理で得られる補正された温度は、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度となり、元の温度より真の温度に近似し、この温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。これにより、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することが可能になる。また、必ずしも温度センサを備えた構成とする必要はなく、コストの増大を抑えることができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る温度測定装置を示す全体構成図である。この温度測定装置１は、音速に基づいて測定対象空間Ｓの温度を測定するものであり、超音波送波器２を有する送波側装置３と、超音波受波器４を有する受波側装置５と、測定対象空間Ｓの湿度を検出する湿度センサ６と、送波側装置３および受波側装置５を制御するとともに測定対象空間Ｓの温度を取得するコントローラ７と、コントローラ７で取得した測定対象空間Ｓの温度を表示する表示装置８と、を備えている。
【００２６】
超音波送波器２および超音波受波器４は、測定対象空間Ｓを挟んで互いに対向して配置され、超音波送波器２から送波された超音波が超音波受波器４により受波される。超音波送波器２は、送波用の振動子を有する。超音波受波器４は、受波用の振動子を有する。
【００２７】
また、この温度測定装置１は、超音波送波器２の送波動作と超音波受波器４の受波動作とを同期させるために、送波側装置３に同期信号発信器１１を備え、受波側装置５に同期信号受信器１２を備えている。この同期信号発信器１１および同期信号受信器１２は、測定対象空間Ｓを挟んで互いに対向して配置され、同期信号発信器１１から電波で送信された同期信号が同期信号受信器１２で受信される。なお、同期信号の送受信には、電波に限らず、可視光や赤外光を用いることも可能である。
【００２８】
送波側装置３は、超音波送波器２および同期信号発信器１１の他に、ＣＰＵ１３と、ＣＰＵ１３からの駆動信号を増幅して超音波送波器２を駆動する増幅器１４と、を備えている。
【００２９】
この送波側装置３では、コントローラ７からの送信指令に応じて、ＣＰＵ１３から同期信号発信器１１に駆動信号が出力され、同時にＣＰＵ１３から増幅器１４に駆動信号が出力される。これにより、同期信号発信器１１から同期信号受信器１２に向けて電波が送出され、同時に超音波送波器２から超音波受波器４に向けて超音波が放射される。このとき、ＣＰＵ１３から増幅器１４に出力される駆動信号は、所定周波数（例えば４０ｋＨｚ）の矩形波信号であり、この矩形波信号が所定の時間だけ出力され、超音波送波器２から矩形波信号に基づく超音波が放射される。
【００３０】
受波側装置５は、超音波受波器４および同期信号受信器１２の他に、ＣＰＵ１５と、超音波受波器４からの信号を増幅する増幅器１６と、増幅器１６からの信号をＡ／Ｄ変換してＣＰＵ１５に出力するＡ／Ｄ変換部１７と、を備えている。
【００３１】
この受波側装置５では、同期信号発信器１１からの同期信号を同期信号受信器１２が受信すると、ＣＰＵ１５においてタイマーによる計時が開始される。その後、超音波送波器２からの超音波を超音波受波器４で受信すると、その信号が増幅器１６およびＡ／Ｄ変換部１７を介してＣＰＵ１５に入力される。ＣＰＵ（伝播時間取得部）１５では、入力信号が一定値を超えたところで超音波が到達したものと判断してタイマーによる計時を終了する。そして、タイマーで計時された時間から、超音波送受信の立ち上がり時間や信号伝達に係る遅延時間を差し引いて、超音波伝播時間を算出し、この超音波伝播時間をコントローラ７に出力する。
【００３２】
コントローラ（温度取得部）７は、受波側装置５から超音波伝播時間を取得し、また、湿度センサ６で検出された湿度を、送波側装置３を介して取得し、この超音波伝播時間および湿度に基づいて測定対象空間Ｓの温度を取得する処理を行う。
【００３３】
次に、音速に基づいて測定対象空間Ｓの温度を測定する際の問題点、および本実施形態においてコントローラ７で行われる温度取得処理の概要について説明する。
【００３４】
音速Ｃ（ｍ／ｓｅｃ）は、超音波の伝播距離Ｌ（ｍ）および伝播時間ｔ（ｓｅｃ）から次の式１により算出される。
Ｃ＝Ｌ／ｔ      （式１）
ここで、伝播距離Ｌは、超音波送波器２と超音波受波器４との離間距離である。伝播時間ｔは、前記のように受波側装置５のＣＰＵ１５において算出される。
【００３５】
一方、温度Ｔにおける乾燥空気中の音速Ｃ（ｍ／ｓｅｃ）は、温度Ｔから次の式２−１および式２−２のいずれかにより算出することができる。
Ｃ＝331.45＋0.607×Ｔ      （式２−１）
【数１】
2013231679.tif 000003
【００３６】
式１および式２−１から次の式３が得られ、この式３により温度Ｔを求めることができる。
Ｔ＝（Ｃ−331.45）／0.607
＝（Ｌ／ｔ−331.45）／0.607      （式３）
【００３７】
しかし、式１に示される音速Ｃは、実測されたもので、湿度に応じて変化するため、通常、式２−１に示される乾燥空気中の音速Ｃとは異なる。このため、式３から求められた温度Ｔには湿度に起因する誤差が含まれており、この誤差は湿度が高くなるのに応じて大きくなる。
【００３８】
図２は、音速から求められる温度の測定誤差を示す説明図である。この図２から明らかなように、音速から求められる温度の測定誤差は相対湿度ＲＨが高くなるのに応じて大きくなる。したがって、本来であれば湿度による音速の補正を行い、これにより得られた乾燥空気中の音速に基づいて温度Ｔを求める必要がある。
【００３９】
ここで、乾燥空気中の音速Ｃと、水蒸気圧Ｐ（Ｐａ）となる水蒸気を含む空気中の音速Ｃ’との関係は次の式４のように表される。この式４は、水蒸気圧Ｐにより音速を補正するものである。
【数２】
2013231679.tif 000004
ここで、γｗは水蒸気の定圧比熱と定積比熱との比率（≒１．３３）、γａは乾燥空気の定圧比熱と定積比熱との比率（≒１．４０）、Ｈは気圧（Ｐａ）である。
【００４０】
式４において、水蒸気を含む空気中の音速Ｃ’は、式１に示したように、伝播時間ｔから算出される実測値（Ｌ／ｔ）であり、式１、式２−１および式４から次の式５を得ることができる。この式５により、音速を求める処理を省略して、伝播時間ｔおよび水蒸気圧Ｐから温度Ｔを算出することができる。
【数３】
2013231679.tif 000005
【００４１】
しかし、この式５には水蒸気圧Ｐが変数として含まれており、この式５により温度Ｔを求めるには水蒸気圧Ｐを知る必要がある。
【００４２】
ここで、本実施形態では、図１に示したように、湿度センサ６が設けられており、この湿度センサ６の検出結果に基づいて水蒸気圧Ｐを求めればよい。ところが、この湿度センサ６で測定されるものは相対湿度、すなわち、測定時の温度における飽和水蒸気圧Ｐ０に対する水蒸気圧Ｐの比率（分圧）であり、相対湿度ＲＨと水蒸気圧Ｐとの関係は次の式６のように示される。この式６で水蒸気圧Ｐを求めるには飽和水蒸気圧Ｐ０を知る必要がある。
Ｐ＝Ｐ０×ＲＨ÷100      （式６）
【００４３】
一方、飽和水蒸気圧Ｐ０は、温度Ｔに応じて変化し、次の式７より算出することができる。
【数４】
2013231679.tif 000006
【００４４】
しかし、この式７には温度Ｔが変数として含まれているため、式７により飽和水蒸気圧Ｐ０を求めるには温度Ｔを知る必要があり、結局、温度測定のために温度が必要となり、このままでは堂々巡りの状態となって温度を求めることができない。
【００４５】
そこで、本実施形態では、元の温度の初期値を設定した上で、元の温度と伝播時間および相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を収束するまで繰り返して測定対象空間Ｓの温度を求める。すなわち、最初は元の温度の初期値に対して温度補正処理を行い、次回からは前回の温度補正処理で求めた温度を元の温度として温度補正処理を行い、この温度補正処理を収束するまで繰り返して、収束したときの温度を測定値に決定する。
【００４６】
ここで、元の温度の初期値は、暫定的に設定されるもので、真の温度と大きく異なる場合があるが、この元の温度の初期値から温度補正処理を始めて、温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。すなわち、温度補正処理で得られる補正された温度は、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度となり、元の温度より真の温度に近似し、この温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。
【００４７】
特に本実施形態では、乾燥空気すなわち相対湿度０％と仮定して伝播時間から求められた温度を初期算出温度（元の温度の初期値）Ｔ０として温度補正処理を開始するようにしている。この初期算出温度Ｔ０の算出には次の式８が用いられる。この式８は、前記の式３と同様であり、湿度の影響を考慮しない、すなわち実測された音速Ｃ０（＝Ｌ／ｔ）を乾燥空気中の音速Ｃと仮定して温度を求めるものである。
Ｔ０＝（Ｌ／ｔ−331.45）／0.607      （式８）
【００４８】
このようにすると、元の温度の初期値を簡単に設定することができ、コントローラ７での処理の負荷を軽減して処理の高速化を図ることができる。
【００４９】
また本実施形態では、元の温度Ｔから飽和水蒸気圧Ｐ０を算出し、この飽和水蒸気圧Ｐ０および湿度センサ６で測定された相対湿度ＲＨから水蒸気圧Ｐを算出し、この水蒸気圧Ｐおよび伝播時間ｔから補正された温度Ｔを算出する。これにより、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度を求めることができる。
【００５０】
ここで、元の温度Ｔから飽和水蒸気圧Ｐ０を算出するには次の式９が用いられる。この式９は、前記の式７と略同様であるが、ここでは、繰り返し回数をｎとして、式７における温度Ｔを前回（ｎ−１回目）の温度補正処理で求めた元の温度Ｔｎ−１としたものであり、前回の温度（元の温度）Ｔｎ−１から今回（ｎ回目）の飽和水蒸気圧Ｐ０ｎが求められる。
【数５】
2013231679.tif 000007
【００５１】
次に、飽和水蒸気圧Ｐ０と湿度センサ６で測定された相対湿度ＲＨとから水蒸気圧Ｐを算出するには次の式１０が用いられる。この式１０は、前記の式６と同様であり、今回（ｎ回目）の飽和水蒸気圧Ｐ０ｎから今回（ｎ回目）の水蒸気圧Ｐｎが求められる。
Ｐｎ＝Ｐ０ｎ×ＲＨ÷100      （式１０）
【００５２】
次に、水蒸気圧Ｐおよび伝播時間ｔから補正された温度Ｔを算出するには次の式１１が用いられる。この式１１は、前記の式５と同様であり、今回（ｎ回目）の水蒸気圧Ｐｎおよび伝播時間ｔから今回（ｎ回目）の補正された温度Ｔｎが求められる。
【数６】
2013231679.tif 000008
【００５３】
なお、この式１１では、水蒸気圧Ｐの他に気圧Ｈの値が必要になるが、本実施形態では、気圧Ｈを一定値（基準気圧）とする。気圧Ｈは、変動比率が小さく、一定値としても誤差を小さく収めることができる。
【００５４】
このようにして補正された温度Ｔｎが求められと、次に、補正された温度Ｔｎが所定の収束条件を満足するか否かの収束判定が行われる。特にここでは、前回の温度（元の温度）Ｔｎ−１と今回の補正された温度Ｔｎとの差の絶対値を求め、これが所定値α（例えば０．１℃）より小さくなると収束したものと判定する。すなわち、次の式１２を満足すれば、収束したものと判定する。
｜Ｔｎ−Ｔｎ−１｜＜α      （式１２）
【００５５】
次に、コントローラ７で行われる温度取得処理の手順について説明する。図３は、コントローラ７で行われる温度取得処理の手順を示すフロー図である。
【００５６】
ここでまず、繰り返し回数ｎを初期化する、すなわちｎ＝０として（ＳＴ１０１）、式８により初期算出温度Ｔ０を求める（ＳＴ１０２）。
【００５７】
次に、繰り返し回数ｎ＝１として（ＳＴ１０３）、ＳＴ１０２で求めた初期算出温度Ｔ０（＝Ｔｎ−１）から式９により飽和水蒸気圧Ｐ０１（＝Ｐ０ｎ）を算出する（ＳＴ１０４）。ついで、ＳＴ１０４で求めた飽和水蒸気圧Ｐ０１と、湿度センサ６で測定された相対湿度ＲＨとから、式１０により水蒸気圧Ｐ１（＝Ｐｎ）を算出する（ＳＴ１０５）。そして、ＳＴ１０５で求めた水蒸気圧Ｐ１から式１１により補正された温度Ｔ１（＝Ｔｎ）を算出する（ＳＴ１０６）。
【００５８】
次に、繰り返し回数ｎを１増分する、すなわちｎ＝ｎ＋１として（ＳＴ１０７）、ＳＴ１０４〜ＳＴ１０６と同様の温度補正処理（ＳＴ１０８〜ＳＴ１１０）を繰り返して補正された温度Ｔｎを取得する。そして、式１２により収束したか否か、すなわち前回の温度（元の温度）Ｔｎ−１と今回の温度Ｔｎとの差の絶対値が所定値αより小さくなるか否かを判定する（ＳＴ１１１）。ここで、収束したものと判定されると（ＳＴ１１１でＹｅｓ）、温度Ｔｎを最終的な測定温度に決定する（ＳＴ１１２）。
【００５９】
一方、収束していないものと判定されると（ＳＴ１１１でＮｏ）、ＳＴ１０７に戻り、繰り返し回数ｎを１増分して、再度、ＳＴ１０８〜ＳＴ１１０の温度補正処理を繰り返し、ＳＴ１１１で収束の判定を行う。この温度補正処理を収束するまで繰り返し、収束したものと判定されたときの温度Ｔｎを最終的な測定温度に決定する（ＳＴ１１２）。
【００６０】
なお、ＳＴ１０８では、繰り返し回数ｎ＝２の場合、ＳＴ１０６で求めた温度Ｔ１を前回の温度（元の温度）Ｔｎ−１として飽和水蒸気圧Ｐ０２を算出する。また、繰り返し回数ｎ＝３の場合は、前回のＳＴ１１０で求めた温度（元の温度）Ｔ２から飽和水蒸気圧Ｐ０３を算出する。以降、前回のＳＴ１１０で求めた温度（元の温度）Ｔｎ−１から飽和水蒸気圧Ｐ０ｎを算出する。
【００６１】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る温度測定装置を示す全体構成図である。なお、特に言及しない点は第１実施形態と同様である。
【００６２】
この温度測定装置２１は、湿度センサ６の他に、温度センサ２２および気圧センサ２３を備えており、湿度センサ６で検出された相対湿度に加えて、温度センサ２２で検出された温度や気圧センサ２３で検出された気圧に基づいて、コントローラ７において測定対象空間の温度を求める処理が行われる。なお、この温度センサ２２および気圧センサ２３のいずれか一方のみを備えた構成としてもよい。
【００６３】
温度センサ２２は、測定対象空間Ｓに面した壁面に設置され、壁面の近傍の温度を検出する。気圧センサ２３も、測定対象空間Ｓに面した壁面に設置されるが、この気圧センサ２３で検出される壁面の近傍の気圧は、測定対象空間Ｓ全体の平均的な気圧と大きく異ならない。
【００６４】
温度センサ２２で検出された温度は、元の温度の初期値である初期算出温度Ｔ０に用いられる。すなわち、図３に示したＳＴ１０２において、式８により算出される値の代わりに、温度センサ２２による測定値が初期算出温度Ｔ０に設定される。これにより、測定対象空間Ｓの実際の温度に近い値で温度補正処理を開始することができるため、温度補正処理の繰り返しで収束するまでの繰り返し回数を減らすことができ、コントローラ７での処理の負荷を軽減して処理の高速化を図ることができる。
【００６５】
この場合、温度センサ２２で検出された温度をそのまま初期算出温度Ｔ０とすることも可能であるが、図２に示したグラフを用いて、相対湿度ＲＨによる補正を行った値を初期算出温度Ｔ０としても良い。すなわち、図２に示したグラフに示される関係を表した数式またはテーブルを用いて、湿度センサ６で検出された相対湿度ＲＨと、温度センサ２２で検出された温度とに基づいて、測定誤差を求めることができ、この測定誤差により温度センサ２２で検出された温度を補正して、求められた温度を初期算出温度Ｔ０とする。
【００６６】
また、気圧センサ２３で検出された気圧Ｈは、実測された音速を水蒸気圧に基づいて乾燥空気中の音速に補正する際に用いられる。特に本実施形態では、音速を求める処理を省略して、式１１により水蒸気圧Ｐｎおよび伝播時間ｔから温度Ｔｎを求めるようにしており、この式１１における気圧Ｈに、気圧センサ２３による測定値を代入する。これにより、湿度による音速の補正がより正確に行われ、測定対象空間Ｓの温度をより一層高精度に測定することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、温度補正処理において、前回の温度と伝播時間および相対湿度から、飽和水蒸気圧、水蒸気圧、および補正された温度を式９〜式１１を用いて順次求めるようにしたが、本発明はこのような手順に限定されるものではない。
【００６８】
例えば、式１１を用いることで、音速を算出する過程を省略しているが、式４により音速を算出するようにしてもよく、また、式９〜式１１、および必要であればその他の数式を用い、それらの数式の変形および代入により変数を減らした数式を作成して、補正された温度を求める過程で必要となる飽和水蒸気圧や水蒸気圧を算出する処理を省略することも可能である。また、前記の数式に対応するテーブルを予め用意しておき、このテーブルを参照して温度補正処理を行うことも可能である。
【００６９】
さらに、これまでに述べた第１実施形態および第２実施形態では、図１または図４に示すように、超音波送波器２および超音波受波器４が、測定対象空間Ｓを挟んで互いに正対して対向配置されているが、本発明はこのような正対配置した構成に限定されるものではない。例えば、超音波送波器２と超音波受波器４とを斜め方向に対向して配置した構成も可能である。
【００７０】
また、図５に示すように、測定対象空間Ｓに面した一方の壁面に、超音波送波器２および超音波受波器４を、同じ向きすなわち他方の壁面に対向した状態で並べて配置するようにしてもよい。このような構成では、超音波送波器２より送波された超音波が、測定対象空間Ｓを一度通過し、壁面によって反射され、再び測定対象空間Ｓを通過した後、超音波受波器４により受波される。この場合、伝播距離Ｌは、言うまでもなく、超音波送波器２から他方の壁面までの距離と、その壁面から超音波受波器４までの距離とを加えたものとなる。このように壁面による反射を利用した測定形態であっても、超音波送波器２と超音波受波器４とは、広い意味で「測定対象空間を挟んで配置」されていると言える。
【００７１】
また、本実施形態では、超音波を用いた温度測定装置を例に説明したが、本発明は、超音波に限定されるものではなく、例えば可聴領域など、超音波以外の音波を用いた構成に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明にかかる温度測定装置および温度測定方法は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する際に、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる効果を有し、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置および温度測定方法などとして有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１，２１  温度測定装置
２  超音波送波器
４  超音波受波器
６  湿度センサ
７  コントローラ（温度取得部）
１５  ＣＰＵ（伝播時間取得部）
２２  温度センサ
２３  気圧センサ
【図１】
2013231679.tif 000009
【図２】
2013231679.tif 000010
【図３】
2013231679.tif 000011
【図４】
2013231679.tif 000012
【図５】
2013231679.tif 000013