特許 7568850 多チャンネル熱電対測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】多チャンネル熱電対測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01K 7/02 20210101AFI20241008BHJP

   G01K 7/13 20060101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

G01K7/02 E

G01K7/13

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2023525985

(86)(22)【出願日】2021-11-24

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-20

(86)【国際出願番号】 KR2021017360

(87)【国際公開番号】W WO2022114762

(87)【国際公開日】2022-06-02

【審査請求日】2023-04-27

(31)【優先権主張番号】10-2020-0164242

(32)【優先日】2020-11-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】593121379

【氏名又は名称】エルエス、エレクトリック、カンパニー、リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＳ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】１２７，ＬＳ－ｒｏ，Ｄｏｎｇａｎ－ｇｕ，Ａｎｙａｎｇ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100232275

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 宣喜

(74)【復代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(72)【発明者】

【氏名】シン，ヨンガク

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－９６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１２４６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２０３７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－３９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４００１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４４７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１２５０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｋ ７／００－７／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱電対とサーミスタの対と、
前記熱電対とサーミスタの対のアナログ信号が入力される端子部と、
多チャンネルアナログデジタル変換器を含み、前記端子部を介して入力された前記熱電対とサーミスタの対のアナログ信号を前記多チャンネルアナログデジタル変換器でデジタル信号に変換する検出部と、
該検出部のデジタル信号を受信して冷接点補償を行う補償部と、
を含み、
前記検出部が複数設けられ、
複数の該検出部がそれぞれ相互に異なる筐体により分離され、
前記端子部が前記検出部の外側に配置された外部端子部であり、
前記サーミスタは、
サーミスタチップが実装されるＰＣＢ基板と、
該ＰＣＢ基板から突出する１対のＵ字型端子と、
各Ｕ字型端子と前記サーミスタチップとを電気的に接続するプリント配線と、
を含んで、前記端子部に着脱可能に結合されるようになっており、
前記外部端子部は、２つの端子が１対として作用する４つの端子を含んで、前記熱電対とサーミスタの対を同時に接続することができる、多チャンネル熱電対測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多チャンネル熱電対測定装置に関するものであって、より具体的には、冷接点補償を行う多チャンネル熱電対測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、熱電対（Ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ）は、ゼーベック効果を用いて広い温度範囲を測定するための装置であり、耐久性に優れ、発電所、製鉄所などの極限環境で主に使用される。

【0003】

熱電対測定装置は、熱電対で発生した起電力を用いて温度を計測する装置であって、ここで測定された温度は、０℃を基準に測定された値であるため、実際の熱電対センサが計測装置に接続される付近の温度を測定して計測された値に加えて補償を行うが、このような補償を基準接点補償（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）または冷接点補償（Ｃｏｌｄ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）と呼ぶ。

【0004】

従来の熱電対測定装置の一例について添付の図面を参照して説明すると、次の通りである。

【0005】

図１は、従来の熱電対測定装置の構成図である。

【0006】

図１を参照すると、複数の熱電対１００と、複数の前記熱電対１００とは異なるチャンネルを形成し、接点３１０の温度を検出する測温抵抗体２００と、前記複数の熱電対１００のそれぞれで発生する起電力を検出してデジタル信号に変換する検出部３００と、前記検出部３００で検出された前記熱電対１００で検出された温度で前記測温抵抗体２００で検出された温度を加えてＰＬＣ５００などに提供する補償部４００と、を含む。

【0007】

前記検出部３００は、多チャンネル構造であり、前記熱電対１００および測温抵抗体２００のそれぞれが接続される複数の接点３１０とその接点３１０を介して検出される電流値をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器３２０と、前記アナログデジタル変換器３２０の出力を絶縁して補償部４００に提供する絶縁部３３０と、を含む。

【0008】

前記絶縁部３３０は、フォトカプラを使用できる。

【0009】

図面には、４チャンネルの検出部３００を示す。すなわち、４つの熱電対１００は、それぞれハウジングにパッケージされて独立して接続されており、１つの熱電対１００は、２つの接点３１０に両端がそれぞれ接続される。

【0010】

熱電対１００と接点３１０との距離、および接点３１０とアナログデジタル変換器３２０との間の距離は、設置環境などに応じて様々に変更できる。

【0011】

前記検出部３００は、熱電対１００の冷接点補償のために測温抵抗体２００を用いて前記熱電対１００が接続されていない別の基準接点３１１を提供し、基準接点３１１の温度を検出して補償部４００で熱電対１００の冷接点補償ができるように提供する。

【0012】

前記測温抵抗体２００は、通常のサーミスタを使用する。

【0013】

前記補償部４００は、冷接点補償を行う制御部４２０と、データを格納するメモリ４１０と、検出された温度を使用するＰＬＣ５００などの外部機器との通信のためのインターフェース４３０と、を含み得る。

【0014】

しかし、多チャンネル熱電対測定装置では、冷接点補償のための測温抵抗体２００が検出部３００の内部に位置することになるため、初期起動後に、時間が経つにつれて検出部の発熱状態に影響を受けるのである。

【0015】

したがって、従来の熱電対計測装置は、検出部３００の内部温度が熱平衡状態に到達するまで通常３０分以上の予熱時間を有しており、このような予熱時間を通じて熱電対１００の冷接点補償誤差を減らすことができる。

【0016】

また、従来は、各熱電対１００と接続される接点３１０の温度を計測するものではなく、基準接点３１１を置き、その基準接点３１１の温度を検出して他の接点３１０の温度を予測して冷接点補償を行うため、基準接点３１１と接点３１０との温度偏差によって正確な補償が行われないことがある。

【0017】

このような問題点を考慮して本発明出願人の韓国登録特許１０－０９４２１３９号（熱電対センサを用いた温度計測装置、２０１０年２月４日登録）には、熱電対が接続される接点（端子）の温度をそれぞれ測定できる温度計測装置について記載している。

【0018】

しかし、前述の登録特許では、デジタル温度センサを使用して温度を検出しなければならないため、相対的に製造コストが上昇し、チャンネル別に新しい形の適切な端子を開発および製作しなければならないため、材料費や加工費の増加が避けられない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

前述の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、内部温度の偏差による冷接点補償誤差の発生を減らすことができる多チャンネル熱電対測定装置を提供することにある。

【0020】

また、本発明の他の課題は、デジタル温度センサを使用せずに熱電対が接続される接点の温度を検出できる多チャンネル熱電対測定装置を提供することにある。

【0021】

そして、本発明の他の課題は、端子構造を単純化し、測定装置内部温度の平衡状態とは無関係に冷接点補償が可能な多チャンネル熱電対測定装置を提供することにある。

【0022】

さらに、本発明の他の課題は、サーミスタを用いて接点の温度を検出するが、サーミスタの交換およびメンテナンスが容易な多チャンネル熱電対測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0023】

前述の技術的課題を解決するための本発明の多チャンネル熱電対測定装置は、熱電対とサーミスタの対と、前記熱電対とサーミスタの対のアナログ信号が入力される端子部と、多チャンネルアナログデジタル変換器を含み、前記端子部を介して入力された前記熱電対とサーミスタの対のアナログ信号を前記多チャンネルアナログデジタル変換器でデジタル信号に変換する検出部と、を含み得る。

【0024】

本発明の実施形態において、前記検出部のデジタル信号を受信して冷接点補償を行う補償部をさらに含み得る。

【0025】

本発明の実施形態において、前記検出部は、複数で設けられ、複数の前記検出部は、それぞれ別にハウジングができる。

【0026】

本発明の実施形態において、前記端子部は、前記検出部内に位置し得る。

【0027】

本発明の実施形態において、前記端子部は、前記検出部と前記熱電対との間に位置する外部端子部であり得る。

【0028】

本発明の実施形態において、前記サーミスタは、サーミスタチップが実装されるＰＣＢ基板と、前記ＰＣＢ基板から突出する一対のＵ字型端子と、Ｕ字型端子のそれぞれと前記サーミスタチップとを電気的に接続するプリント配線と、を含み得る。

【発明の効果】

【0029】

本発明は、熱電対それぞれの接点温度を検出することによって、冷接点補償の誤差の発生を防止できる効果がある。

【0030】

また、多チャンネルのアナログデジタル変換器を使用して１つのアナログデジタル変換器を用いて熱電対とその熱電対の接点温度を検出するサーミスタの起電力をデジタル信号に変換することができ、相対的に高価なデジタル温度センサを使用せずに熱電対接点の温度を検出できる。したがって、コストを減らすことができ、別の端子部を設計および製作する必要がなくコストを削減できる効果がある。

【0031】

また、本発明は、補償基準点である接点の位置を測定装置の外部に移して装置内部の温度偏差による誤差の発生を防止するとともに、別の予熱時間を置かずに直ちに温度検出および補償が可能な効果がある。

【0032】

そして、本発明は、サーミスタを用いて接点の温度を検出するが、サーミスタと端子の新たな結合構造を提案してサーミスタの交換、移動、メンテナンスを容易にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】従来技術による多チャンネル熱電対測定装置のブロック構成図である。

【0034】

【図2】本発明の一実施形態による多チャンネル熱電対測定装置のブロック構成図である。

【0035】

【図3】本発明の他の実施形態による多チャンネル熱電対測定装置のブロック構成図である。

【0036】

【図4】サーミスタの構成図である。

【0037】

－符号の説明－

【0038】

１０：熱電対２０：サーミスタ

【0039】

２１：ＰＣＢ基板２２：サーミスタチップ

【0040】

２３：Ｕ字型電極２４：プリント配線

【0041】

３０：第１検出部３３：多チャンネルアナログデジタル変換器

【0042】

４０：補償部６０：外部端子部

【0043】

６１：第１端子部６２：第２端子部

【発明を実施するための形態】

【0044】

本発明の構成および効果を十分に理解するために、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、様々な形態で具現でき、様々な変更を加えることができる。ただし、本実施形態についての説明は、本発明の開示を完全にし、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。添付の図面において、構成要素は、説明の便宜のためにそのサイズを実際よりも拡大して示したものであり、各構成要素の割合は、誇張されたり、縮小されたりし得る。

【0045】

「第１」、「第２」などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用できるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されてはならない。前記用語は、１つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用できる。例えば、本発明の権利範囲から逸脱することなく、「第１構成要素」は、「第２構成要素」と名付けられ、同様に「第２構成要素」も「第１構成要素」と名付けられる。また、単数の表現は、文脈上明らかに異なって表現しない限り、複数の表現を含む。本発明の実施形態で使用される用語は、異なって定義されない限り、当該技術分野において通常の知識を有する者に通常知られている意味で解釈され得る。

【0046】

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による多チャンネル熱電対測定装置について詳細に説明する。

【0047】

図１は、本発明の好ましい実施形態による多チャンネル熱電対測定装置のブロック構成図である。

【0048】

図１を参照すると、本発明は、それぞれ１つの熱電対１０、１０－１、１０－２、１０－３と１つのサーミスタ２０、２０－１、２０－２、２０－３に接続され、それぞれに接続された熱電対１０、１０－１、１０－２、１０－３とサーミスタ２０、２０－１、２０－２、２０－３の温度を検出し、デジタル信号に変換する第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３と、前記第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３の熱電対検出温度の冷接点温度を補償して外部装置５０に提供する補償部４０と、を含む。

【0049】

このように構成される本発明の多チャンネル熱電対測定装置の特徴的な構成と作用についてより詳細に説明する。

【0050】

まず、本発明は、検出部の構成を各チャンネル別に分割し、４つのチャンネルについて第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３を構成する。

【0051】

実質的に、第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３は、互いに異なる筐体によって分離したものであって、装置内部の温度偏差の発生を最小化する。

【0052】

前記第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３の詳細構成は、すべて同一に構成され得る。したがって、本発明の説明においては、必要に応じて第１検出部３０のみを説明することができ、第２～第４検出部３０－１、３０－２、３０－３についての別の説明がなくても第１検出部３０と同一に作用するものと理解されることができる。

【0053】

第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３のそれぞれには、１つの熱電対１０、１０－１、１０－２、１０－３が接点３１、３１－１、３１－２、３１－３に接続されており、また基準接点３２、３２－１、３２－２、３２－３に１つのサーミスタ２０、２０－１、２０－２、２０－３が接続されている。

【0054】

前記第１検出部３０では、熱電対１０の起電力とサーミスタ２０の起電力をそれぞれ増幅する増幅部が設けられ得、図面には、増幅部の構成が省略されている。

【0055】

前記熱電対１０とサーミスタ２０の起電力は、アナログ信号であり、多チャンネルアナログデジタル変換器３３にそれぞれ入力され、デジタル信号に変換されて絶縁部３４を介して出力されるものとする。

【0056】

前記接点３１と基準接点３２は、互いに隣接する位置に配置されており、相互間の温度偏差の発生を最小化できる。

【0057】

したがって、第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３のそれぞれは、接続された熱電対１０、１０－１、１０－２、１０－３で検出された温度情報とサーミスタ２０、２０－１、２０－２、２０－３で検出された接点の温度情報をそれぞれ出力することができる。

【0058】

第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３のそれぞれの出力は、１つの補償部４０に提供される。

【0059】

前記補償部４０は、所定のプログラムに応じて冷接点補償を行う制御部４１と、データを格納するメモリ４２と、外部装置５０との通信のためのインターフェース４３と、を含み得る。

【0060】

具体的に、インターフェース４３を介して予め設定された外部装置５０のパラメータの入力を受けてメモリ４２に格納することができ、制御部４１は、冷接点補償を行うとともに、パラメータに応じて第１～第４検出部３０、３０－１、３０－２、３０－３の信号を判断し、多チャンネルアナログデジタル変換器３３、３３－１、３３－２、３３－３の基準値変更などの制御を行うことになる。

【0061】

このような構成により、本発明は、各熱電対１０、１０－１、１０－２、１０－３の接点３１、３１－１、３１－２、３１－３の温度を個別に検出することによって、冷接点補償の誤差の発生を防止できる。

【0062】

また、多チャンネルアナログデジタル変換器３３、３３－１、３３－２、３３－３をそれぞれ適用して基準接点３２、３２－１、３２－２、３２－３の温度検出のためにデジタル温度センサを使用する必要はなく、相対的に低コストのサーミスタ２０、２０－１、２０－２、２０－３を使用して基準接点３２、３２－１、３２－２、３２－３の温度を検出できる特徴がある。

【0063】

図３は、本発明の他の実施形態による多チャンネル熱電対測定装置のブロック構成図である。

【0064】

図３を参照すると、サーミスタ２０の温度検出接点を第１検出部３０の内部ではなく外部に位置させ得る。図面において、第２～第４検出部３０－１、３０－２、３０－３は、省略されている。

【0065】

外部端子部６０は、熱電対１０が接続される第１端子部６１と、サーミスタ２０が接続される第２端子部６２と、を含み、熱電対１０と第１検出部３０との間に位置するものとする。第１端子部６１と第２端子部６２は、隣接する位置に位置するものとする。

【0066】

外部端子部６０が第１検出部３０の外側に位置することにより、第１端子部６１と第２端子部６２との位置差にもかかわらず、それぞれの温度偏差は発生しなくなる。

【0067】

また、相対的に熱電対１０の位置に近い位置での接点温度を検出できる。これは、熱電対１０が信号線に接続される地点の温度を検出することが冷接点補償を最も正確にできる方法として知られている。

【0068】

したがって、本発明は、外部端子部６０を熱電対１０に近い位置に配置し、隣接する位置にサーミスタ２０を取り付けて外部端子部６０の温度を検出することによって、冷接点補償の精度を高めることができる。

【0069】

このとき、外部端子部６０の位置は、温度測定対象である発熱体の温度の影響を直接受けない位置であるものとする。

【0070】

第１検出部３０は、外部端子部６０および信号線を介して熱電対１０とサーミスタ２０の起電力の伝達を受け、多チャンネルアナログデジタル変換器３３を介して変換し、絶縁部３４を介して補償部４０に送信することになる。

【0071】

多チャンネルアナログデジタル変換器３３は、熱電対１０の起電力だけでなく、同じアナログ信号であるサーミスタ２０の起電力もデジタル信号に変換することができる。

【0072】

したがって、デジタル温度センサを使用せずに冷接点補償を行い得る。

【0073】

図４は、前記外部端子部６０と外部端子部６０に結合されるサーミスタ２０の一実施形態の構成図である。

【0074】

図４に示すように、外部端子部６０は、２つの端子が一対として作用し、熱電対１０とサーミスタ２０を同時に接続できるように４つの端子を提供する。

【0075】

すなわち、前述したように、熱電対１０を接続するための２つの端子である第１端子部６１と、サーミスタ２０を接続するための２つの端子である第２端子部６２と、を含む。

【0076】

第１端子部６１と第２端子部６２は、それぞれボルト端子タイプを使用でき、少なくともサーミスタ２０が接続される第２端子部６２は、ボルト端子タイプを使用できる。

【0077】

また、サーミスタ２０の構造は、第２端子部６２に簡単に着脱可能な形で提供し得る。

【0078】

具体的に、ＰＣＢ基板２１にＵ字型端子部２３の一対を突出させ、外部端子部６０の第２端子部６２の各端子に結合できるようにする。

【0079】

前記ＰＣＢ基板２１には、サーミスタチップ２２が実装され、プリント配線２４によってサーミスタチップ２２とＵ字型端子部２３が相互電気的に接続されるものとする。

【0080】

このような構成により、サーミスタ２０を簡単に第２端子部６２に装着または着脱可能であり、必要に応じて交換などのメンテナンスが容易になる。

【0081】

本発明においては、Ｕ字型端子部２３を有するサーミスタ２０が外部端子部６０の第２端子部６２に結合されるものとして示して説明したが、図２の構成において基準接点３２との結合にも使用できることは当然である。

【0082】

外部端子部６０の第１端子部６１および第２端子部６２のそれぞれには、熱電対１０の起電力を検出するための第１信号線３５とサーミスタ２０の起電力を検出するための第２信号線３６が接続される信号線接続端子６３を含む。

【0083】

以上の説明のように、本発明は、多チャンネルアナログデジタル変換器を用いて、熱電対１０とサーミスタ２０の温度検出結果をデジタル信号に変換することができるため、デジタル温度センサを使用せずに熱電対検出および冷接点補償が可能になる。

【0084】

また、外部端子部６０を使用してより正確な冷接点補償が可能であるとともに、温度偏差の発生を防止することによって、予熱をすることなく冷接点補償が可能な特徴がある。

【0085】

以上、本発明による実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、これから様々な変形および均等な範囲の実施形態が可能であることを理解するであろう。したがって、本発明の真の技術的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められるべきである。

【産業上の利用可能性】

【0086】

本発明は、自然法則を用いて熱電対の冷接点補償の誤差発生を防止する技術に関するものであって、産業上の利用可能性がある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】