JP2001066193A - 熱電対測定信号の評価回路 - Google Patents
熱電対測定信号の評価回路Info
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Abstract
保証する熱電対の測定信号の評価回路を提供する。 【解決手段】本発明は熱電対(S1)の測定信号を評価
する回路に関し、特に測定信号を増幅する増幅器(U
1)と増幅された測定信号が入力されるマイクロコント
ローラ(MC)とを備えた自動車の暖房装置の炎検出器
として使われる熱電対の測定信号を評価する回路に関す
る。この回路は測定周期のポーズの間に前記増幅器の入
力(15)を短絡するスイッチ(T2)を備え、マイク
ロコントローラ(MC)は測定周期のポーズの間に入力
信号が記憶されるメモリを備え、メモリに記憶された信
号を使用して測定信号を評価の前に補正する補正アルゴ
リズムを有する。この方法によって、経済的な演算増幅
器を測定点における温度に関する信頼できる情報を得る
ための増幅器(U1)として使用することができる。
Description
評価する回路に関し、特に測定信号を増幅する増幅器と
増幅された測定信号が入力されるマイクロコントローラ
とを備えた自動車の暖房装置の炎検出器として使われる
熱電対の測定信号を評価する回路に関する。
は多くの問題が生ずる。マイクロコントローラでミリボ
ルト単位の電圧の測定信号を評価するために、測定信号
をボルト単位の電圧に増幅しなくてはならない。このた
め、要求される評価の精度に基づいて、通常は測定増幅
器等の高価な増幅器が統合された構成部材の形で使用さ
れる。
は、熱電対の中断等の故障が高い回路コストなしに検出
することができない事である。もう一つの問題は、熱電
対と制御装置又は増幅器との温度差に依存する熱電対測
定信号は正又は負の電圧を有するが、一般的にマイクロ
コントローラは正の電圧のみを処理することができる事
である。最後に、原則として熱電対では2点の温度差の
みを測定する事ができる。そのため熱電対で絶対的な温
度を測定するためには、複雑な方法を追加しなくてはな
らない。
情に鑑みたもので、経済的な構成部材を使用して要求さ
れる精度を保証する、最初に述べたタイプの熱電対の測
定信号の評価回路を提供することを目的とする。
よる誤差を求めることを必要とし、求められた誤差は熱
電対測定信号の評価においてマイクロコントローラで考
慮され、増幅器の誤差に基づいて補正された測定信号が
評価される。本発明の方法によって熱電対測定信号の増
幅に経済的な欠陥のある増幅器を過去に使われてきた高
価な測定増幅器の代わりに使用することができる。一般
的に経済的で精度の高くない標準的な増幅器は精度の高
い測定増幅器よりもずっと安価であり、例えば約十分の
一の価格である。本発明の誤差を補正する方法、即ちマ
イクロコントローラの構成部品やプログラム方法はコス
トを僅かしか上げず、本発明の回路は前のものよりどの
場合にもずっと経済的である。更に、経済的な増幅器を
使用した時の本発明の誤差補正によって達成される精度
が測定地点の温度に関する信頼できる結論を測定増幅器
の精度に頼ることなく保証することが確認されている。
して熱電対の2つの端子に接続されスイッチによってブ
リッジされた非反転入力と反転入力とによって好都合に
接続されており、このスイッチを測定周期ポーズの間に
閉じることによって、増幅器のない時の固有の電圧は後
の測定信号の誤差補正のためにマイクロコントローラに
伝えられる。
り、半導体スイッチは好ましくは電界効果トランジスタ
である。増幅器を差動増幅器として接続する場合には、
このスイッチは非反転入力と反転入力との間に接続され
る。
イクロコントローラの制御出力を介して起動される。
初に述べた問題を経済的にまた簡単に解消するために、
測定周期のポーズの間に試験電流を熱電対に供給する回
路を備え、マイクロコントローラは測定周期のポーズの
間に存在する入力信号を評価する手段を有する。好まし
くは、この回路は増幅器の入力側に接続されており、注
目に値する電圧は増幅器の出力において熱電対が正常に
動いている時に試験電流によって発生せず、熱電対が異
常な時は前の電圧とは異なる表示電圧は増幅器出力で発
生する。
くはスイッチによって熱電対に送られ、マイクロコント
ローラの測定周期を有する制御出力を介して起動され
る。スイッチは好ましくは半導体スイッチで、半導体ス
イッチは好ましくは電界効果トランジスタである。
一般的に正の電圧のみを処理することができるという最
初に述べた問題は好ましく増幅された測定信号に加えら
れた正の直流電圧によって解消される。直流電圧は加え
る際負の測定信号の電圧の量よりも高い。これによっ
て、マイクロコントローラの入力の電圧が常に正であ
る。
れた問題を熱電対によって解決する方法が本発明でとら
れる。従って、増幅器を有する基板の絶対温度と、熱電
対の測定点と基板との温度差と、を測定する手段が備え
られ、その測定結果に基づいてマイクロコントローラが
測定点の絶対温度を計算する。
好ましい実施の形態について詳説する。
10の右側に熱電対S1の評価回路を備えた基板9aを
図式的に示す。図2、図3に示すように、基板9aは例
えば自動車暖房装置1の制御装置9の一部を構成する。
熱電対測定信号の実際の評価は図1中符号MCで表され
るマイクロコントローラの測定動作によって行われる。
マイクロコントローラMCの上流側に演算増幅器U1が
接続されており、ミリボルト単位の測定信号をマイクロ
コントローラからの入力に従う図示しないD/Aコンバ
ータで処理できるレベルに増幅する。
る。例として、水などの液体伝熱媒体によって動作する
補助車両暖房装置が示される。このような暖房装置は例
えば自動車のクーラントループに組み込まれる。液体伝
熱媒体は熱交換器3とジャケット形状の外ハウジング4
との間に形成された中間スペース2を流れる。暖房装置
1は更に燃焼パイプ6で形成された燃焼室7に突出した
バーナー5を有する。外ハウジング4に形成された液体
伝熱媒体の入口と出口とは図示されていない。特に図2
から、ジャケット形状の外ハウジング4上に鋳造された
収納スペース8はジャケット形状の外ハウジング4の外
側に形成される。収納スペース8内には符号9で表され
る制御装置が収納される。制御装置9はプリント回路板
として設計された更に/又は相当する電気又は電子部品
を備えた一枚又は複数枚の基板(この実施例では基板9
a)を含む。
介して基板9a上の2つの端子を備えた測定点に接続さ
れ、基板9a上で制御装置9の電子装置が動作する。測
定点端子13は抵抗R4を介して演算増幅器U1の非反
転入力(+)に接続される。測定点端子14はトランジ
スタT3と抵抗R5とを介して演算増幅器U1の反転入
力(−)に接続される。演算増幅器U1のゲインを調整
するために、反転入力は抵抗R6を介して出力に接続さ
れる。演算増幅器U1の出力は更にマイクロコントロー
ラMCの入力15に抵抗R7を介して接続される。
レメントとして又はEMCサプレッション用に設計され
ている。従って、接地されたコンデンサC1、C2は各
々測定点端子14、13に接続され、接地されたコンデ
ンサC3はマイクロコントローラMCの入力15に接続
される。
ンジスタT3との間の接続線を有する抵抗R1、R2か
ら成る分圧器を介して印加される。
MCの温度測定入力18に接続される。温度測定手段1
7は例えばもし必要なら既にディジタルの計測された温
度をマイクロコントローラMCに入力する又はアナログ
の計測された温度を統合A/Dコンバータに入力する業
務用の経済的なICの形で作られる。温度測定手段17
は制御装置の基板上の測定点端子13、14の絶対温度
を測定する。マイクロコントローラMCでは、測定点で
の絶対温度は測定点での温度と制御装置の基板上の温度
との差から計算される。熱電対が自動車暖房装置の炎検
出器として使用される場合のために、絶対温度の情報は
炎ON又は炎OFFの状態の評価において便利である。
の原因である標準の演算増幅器を演算増幅器U1として
使用できるために、トランジスタ、好ましくはFETの
形の半導体スイッチ、具体的には演算増幅器U1の非反
転入力と反転入力との間に抵抗R4、R5を介して接続
されマイクロコントローラMCの第一制御出力19によ
って制御されるトランジスタT2の形の半導体スイッチ
が設けられる。測定周期のポーズの間演算増幅器U1が
入力側で短絡するようにトランジスタT2は起動され
る。マイクロコントローラMCは符号22で表されるメ
モリを備えており、メモリ22には演算増幅器U1の出
力信号、即ち入力15の信号が測定周期のポーズの間記
憶される。マイクロコントローラMCの別のメモリ23
には補正アルゴリズムが1つの測定周期の間に入力15
に増幅されて入力された測定信号を実際の評価の前に記
憶された信号に基づいて補正するために記憶される。演
算増幅器U1の誤差が評価において考慮され、高価な測
定増幅器を使用しなくてもよい。
を特に熱発生暖房とその近傍の制御装置と連動して変更
できるため、上記の誤差測定は好ましくは周期的に行わ
れる。
に、更に熱電対S1に試験電流を供給する回路が設けら
れる。この回路はマイクロコントローラMCの第2制御
出力20を介して起動され、正の電圧、特に+5Vの電
圧が抵抗R3を介して印加されるトランジスタT1を備
えている。更に、トランジスタT1は測定点端子13と
抵抗R4との間の接続線を使ってマイクロコントローラ
MCの非反転入力に接続される。
して通信された測定周期のポーズに強制的に始動される
と、+5Vの直流電圧がトランジスタT1を介して測定
点端子13に印加され、熱電対S1に印加される。試験
電流は熱電対S1が完全な時他方の測定点端子14に熱
電対S1を介して流れ、熱電対S1からグラウンドに流
れる。この場合、即ち熱電対S1が完全な場合、演算増
幅器U1の出力に信号が全くない。
ない時は、本質的に演算増幅器U1の非反転入力が+5
Vの直流電圧を有し、演算増幅器U1の出力はマイクロ
コントローラMCで測定され熱電対S1の異常を示す比
較的高い電圧を有する。
1の非反転入力との間の接続線上の他のトランジスタT
3はマイクロコントローラMCの第3制御入力21を介
して起動される。慣習的にトランジスタT3は強制的に
始動され、信号を測定点端子14から演算増幅器U1ま
で送る。しかしながら、熱電対S1の実用によって測定
周期のある点において下流回路から熱電対S1を電気的
に分けること、即ち測定信号を演算増幅器U1に送らな
いことが望ましい。
られた正の電圧を熱電対S1からの測定信号に加え、マ
イクロコントローラMCの入力15は常に正の電圧を有
することを保証する。マイクロコントローラは慣習的に
正の電圧のみを処理するが熱電対S1は正と負の電圧を
発生するためこれは重要である。このため、加えられる
正の電圧は熱電対S1で発生する測定電圧の最大量より
も量的に多く設定される。
に示す。
上面図である。
外ハウジング、5…バーナー、6…燃焼パイプ、7…燃
焼室、8…収納スペース,9 …制御装置、9a…基板、
10…破線、11、12…導線、13、14…測定点端
子、15…マイクロコントローラの入力、17…温度測
定手段、18…温度測定入力、19…第1制御出力、2
0…第2制御出力、21…第3制御出力、22、23…
メモリ、S1…熱電対、U1…演算増幅器、T1…試験
電流を供給するトランジスタ、T2…演算増幅器の入力
を短絡するトランジスタ、T3…熱電対を分離するトラ
ンジスタ、MC…マイクロコントローラ、R1〜R7…
抵抗、C1〜C3…コンデンサ
Claims (13)
- 【請求項1】熱電対の測定信号を評価する回路、特に測
定信号を増幅する増幅器と増幅された測定信号が入力さ
れるマイクロコントローラとを備えた自動車の暖房装置
の炎検出器として使われる熱電対の測定信号を評価する
回路において、 測定周期のポーズの間に前記増幅器の入力を短絡するス
イッチを備え、 前記マイクロコントローラは、測定周期のポーズの間に
入力信号が記憶されるメモリを備え、前記メモリに記憶
された信号を使用して前記測定信号を評価の前に補正す
る補正アルゴリズムを有することを特徴とする回路。 - 【請求項2】前記増幅器は経済的な標準的な演算増幅器
であることを特徴とする請求項1記載の回路。 - 【請求項3】前記熱電対は、2つの端子を有し、前記増
幅器は、前記熱電対の2つの端子に接続されスイッチに
よってブリッジされた非反転入力と反転入力とによっ
て、差動増幅器として接続されていることを特徴とする
請求項1又は2記載の回路。 - 【請求項4】前記スイッチは半導体スイッチであること
を特徴とする請求項1、2又は3記載の回路。 - 【請求項5】前記半導体スイッチは電界効果トランジス
タであることを特徴とする請求項4記載の回路。 - 【請求項6】前記スイッチは前記測定周期を有する前記
マイクロコントローラの制御出力を介して入れられるこ
とを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の
回路。 - 【請求項7】前記測定周期のポーズの間に試験電流を前
記熱電対に供給する回路を備え、 前記マイクロコントローラは前記測定周期のポーズの間
に存在する入力信号を評価する手段を有することを特徴
とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載の回路。 - 【請求項8】前記試験電流はスイッチを介して供給され
ることを特徴とする請求項7記載の回路。 - 【請求項9】前記試験電流を供給する前記スイッチは半
導体スイッチであることを特徴とする請求項8記載の回
路。 - 【請求項10】前記半導体スイッチは電界効果トランジ
スタであることを特徴とする請求項9記載の回路。 - 【請求項11】前記試験電流を供給する前記スイッチは
前記測定周期を有する前記マイクロコントローラの制御
出力を介して入れられることを特徴とする請求項7乃至
10のいずれか一つに記載の回路。 - 【請求項12】前記測定信号の電圧よりも高い正の直流
電圧を前記測定信号に加えることを特徴とする請求項1
乃至11のいずれか一つに記載の回路。 - 【請求項13】前記増幅器を有する基板の絶対温度と、
前記熱電対の前記測定点と前記基板との温度差と、を測
定する手段を備え、その測定結果に基づいて前記マイク
ロコントローラが前記測定点の絶対温度を計算すること
を特徴とする請求項1乃至12のいずれか一つに記載の
回路。
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