JP2003139561A - 角度センサの温度情報検出装置および位置検出装置 - Google Patents
角度センサの温度情報検出装置および位置検出装置Info
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Abstract
サの温度を直接的に求め、また、入力信号の種類を増加
させることなく位置についての情報と温度についての情
報を得ることである。 【解決手段】 角度センサ6のブリッジ回路13へ定電
流を供給したときのブリッジ中点電位V1,V2をもと
に温度に依存した成分のみを検出し、前記温度に依存し
た成分から角度センサ6の温度を取得し、前記取得した
温度に対応した補正情報を利用し、温度センサを別途設
けることなく、流量制御弁1の弁開度を自動調整すると
きの角度センサ6の出力についての温度補償を行う。
Description
度情報検出装置および位置検出装置に関し、特に流量制
御弁の弁開度の制御に用いて好適な角度センサの温度情
報検出装置、およびその温度情報検出装置を用いた位置
検出装置に関するものである。
を角度センサで検出し、前記検出した弁開度と外部から
与えられた弁開度設定値とをもとに弁開度制御装置であ
るポジショナー本体で弁開度の制御量を演算し、前記制
御量に応じて弁開度が前記弁開度設定値に一致するよう
に自動調整している。
であり、図において、51は流量制御弁、52は空気ア
クチュエータ53と流量制御弁51とを固定するヨー
ク、54は前記空気アクチュエータ53により駆動され
る弁駆動軸、55は前記弁駆動軸54の所定位置に突設
されたピンである。56は前記ヨーク52の一部に固定
された角度センサであり、流量制御弁51の弁開度すな
わちバルブ位置に応じた位置信号を出力するものであ
る。このような角度センサとしては、例えば特開平11
−83422号公報に開示された構造のものが用いられ
る。また、この角度センサ56は複数の磁気抵抗素子が
ブリッジ回路の形態に組まれ、一方の相対する二つの端
子に入力電圧が印加され、また他方の相対する二つの端
子を出力端子とする構成である。
応じた開度情報を前記角度センサ56へ入力するための
フィードバックレバーであり、角度センサ56の回転軸
へ一方の端が固定されている。また、このフィードバッ
クレバー57にはスリット57aが形成されており、そ
のスリット57aに前記ピン55が摺動可能に係合して
おり、弁駆動軸54の往復運動を回転運動に変換する。
58は前記弁開度制御装置であるポジショナー本体であ
り、ヨーク52に固定されたケースの中に角度センサ5
6と共に収められている。59は温度情報検出用のセン
サであり、前記ポジショナー本体58を構成する基板上
に配置されている。このポジショナー本体58には空気
アクチュエータ53を作動させるための制御空気の源と
なる圧搾空気が外部から送り込まれており、また、離れ
た位置にあるコントローラから通信により弁開度設定値
が送られてくる。また、このポジショナー本体58に
は、角度センサ56から出力された前記流量制御弁51
のバルブ位置に応じた位置信号が入力される。
本体58においては、角度センサ56により検出された
流量制御弁51のバルブ位置に応じた位置信号を、外部
から与えられた弁開度設定値と比較し、この比較結果に
応じて圧搾空気から生成した制御空気を空気アクチュエ
ータ53へ送り込み、空気アクチュエータ53により弁
駆動軸54を駆動し、流量制御弁51のバルブ位置が前
記外部から与えられた弁開度設定値に一致するように制
御し、流体の流量制御を行う。
流量制御弁51により流量制御される流体の温度が常温
と大きく異なっているような場合、熱伝導によって流量
制御弁51からヨーク52を介してポジショナー本体5
8および角度センサ56自体の温度が影響を受けて常温
と大きく異なることになり、角度センサ56を構成して
いる磁気抵抗素子の温度特性の変化により該角度センサ
の出力が変動する。このため、ポジショナー本体58の
基板上に配置されたサーミスタなどの温度補償用の温度
センサ59による検出信号に基づいて、前記角度センサ
56の出力の変動を補償するための温度特性補償演算を
行うようになっている。例えば、特開平11−1941
60号公報に開示された磁気抵抗素子用増幅回路を用い
ることができる。なお、この場合、ポジショナー本体5
8と角度センサ56とが同一ケース内に設置されている
ために、このケース内の温度は一様になっているとみな
すことができる。また、温度センサ59はポジショナー
本体58に搭載されている回路素子の温度補償にも兼用
されている。
は、ポジショナー本体58と角度センサ56とが同一の
ケースに収められて、ヨーク52に固定されており、ケ
ース内の温度を計るために温度センサ59が必要であっ
た。また、設置環境によってはポジショナー本体58の
みを分離して、別の場所へ設置したいという要請があ
る。ところがポジショナー本体58が角度センサ56と
分離された構造においては、前記温度センサ59で検出
する温度はポジショナー本体58の基板上の温度であ
り、設置場所の異なる角度センサ56の温度と同じとは
みなすことができない。
ンサ56と分離された構造において、前記温度補償用の
センサ59と同様な温度センサ(図示せず)を角度セン
サ56の磁気抵抗素子により構成されるブリッジ回路近
傍に新たに配置する必要が生じる。そうすると角度セン
サ56から出力される流量制御弁51のバルブ位置に応
じた位置信号をポジショナー本体58へ伝達するための
ケーブルと、新たに設けた温度センサから出力される角
度センサ56近傍の温度情報をポジショナー本体58へ
伝達するためのケーブルとがそれぞれ必要になり温度セ
ンサも2つ必要になるので構成が複雑化するという課題
があった。
記位置信号や、前記温度補償用のセンサ59から出力さ
れる温度情報などについてポジショナー本体58で行う
信号処理は、前記位置信号や温度情報をA/D変換器に
よりアナログ信号からディジタル信号へ変換し、ディジ
タル信号処理により行う場合が一般的になっていること
から、A/D変換する入力信号の種類が多くなることは
チャネル数の多いA/D変換器を用いることになって、
コスト的に高価になるという課題もあった。
めになされたもので、温度センサを別途設けることな
く、角度センサの温度を直接的に求めることが可能にな
る角度センサの温度情報検出装置を提供することを目的
とする。
サの温度補償装置は、ブリッジ回路に定電流を供給する
定電流供給手段と、前記ブリッジ回路周囲の温度に応じ
た温度情報を前記ブリッジ回路のブリッジ中点電位をも
とに取得する温度情報検出手段とを備えるようにしたも
のである。好ましくは、温度情報検出手段は、ブリッジ
回路の二つのブリッジ中点電位の加算結果をもとに前記
ブリッジ回路周囲の温度に応じた温度情報を取得するこ
とを特徴とする。
回路に定電流を供給する定電流供給手段と、前記ブリッ
ジ回路のブリッジ中点電位をもとに前記ブリッジ回路周
囲の温度情報を取得する温度情報検出手段とを備えるよ
うにしたものである。好ましくは、温度情報検出手段
は、ブリッジ回路の二つのブリッジ中点電位の加算結果
をもとに前記ブリッジ回路周囲の温度情報を取得するこ
とを特徴とする。
ついて説明する。 実施の形態1.この実施の形態1では、流量制御弁の弁
開度を定電流が供給された角度センサの出力をもとに検
出する。そして、前記検出した弁開度と外部から与えら
れた弁開度設定値とをもとに、前記流量制御弁の弁開度
が前記弁開度設定値に一致するように自動調整する。さ
らにこのときの温度補償を、温度センサを別途設けるこ
となく前記角度センサの出力を利用して行う。
サの温度情報検出装置および位置検出装置が適用され
る、ポジショナー本体が角度センサと分離された構造の
流量制御弁を示す構成図である。前述の従来例図3と比
較すると、図1に示す本発明の実施の形態では、ポジシ
ョナー本体8のケースが角度センサ6のケースから分離
して設けられている点およびポジショナー本体8の内部
の構成が異なるが、その他の構成のおいては一致してい
る。図において、1は流量制御弁、3は空気アクチュエ
ータ、2は流量制御弁1と空気アクチュエータ3とを互
いに結合固定するヨーク、4は前記空気アクチュエータ
3により直線的に駆動される弁駆動軸である。弁駆動軸
4の上下動の位置に応じて流量制御弁1の弁開度が変化
し、液体の流量が調整される。5は前記弁駆動軸4の所
定位置に突設されたピン、6は前記ヨーク2の一部に固
定された角度センサであり、流量制御弁1の上下動の位
置すなわち弁開度に応じた位置信号を出力する。また、
この角度センサ6は複数の磁気抵抗素子がブリッジ回路
の形態に組まれ、一方の相対する二つの端子に対しては
定電流供給手段から定電流が供給され、また他方の相対
する二つの端子を出力端子とする構成である。
度に角度センサ6の回転軸を回転させるためのフィード
バックレバーであり、角度センサ6の前記回転軸へ一方
の端が固定されている。また、このフィードバックレバ
ー7にはスリット7aが構成されており、そのスリット
7aに前記ピン5が摺動可能に係合している。このフィ
ードバックレバー7と、そのスリット7aに弁駆動軸4
のピン5が係合する機構により、弁駆動軸4の直線的な
往復動が、角度センサ6の前記回転軸の回転運動に変換
される。
る。図示しない取付手段に固定された角度センサ40
は、磁路形成体65に取付けた磁石61,63を配置
し、この磁路形成体65の中央を回転軸67に固定して
いる。ここで角度センサ40はその両方向に印加される
磁力線の方向がその面内において変化すると抵抗値が変
化する機能を有する磁気センサである。また両磁石6
1,63のN,S極は、その磁力線が角度センサ40の
両面に対して平行に入射するように配置されている。そ
して回転軸67を回転すると、磁路形成体65と共に両
磁石61,63が角度センサ40の周囲を回転し、これ
によって角度センサ40に入射される磁力線の方向が変
化して該角度センサの抵抗値が変化し、回転軸67の回
転角度が検出できる。
る。この磁気抵抗素子40は、ジグザグに形成された4
つの磁気抵抗素子パターンr1,r2,r3,r4のジ
グザグ方向が交互に直交するように点対称に基板49上
に形成されている。そして例えば図5に示す矢印A方向
に磁界が印加されると、これに平行な磁気抵抗素子パタ
ーンr1,r4の抵抗値は最大となり、同時にこれに垂
直な磁気抵抗素子パターンr2,r3の抵抗値は最小と
なる。また図5に示す矢印B方向に磁界が印加されると
これと逆になる。これら4つの磁気抵抗素子パターンr
1,r2,r3,r4にて図2に示したブリッジ回路1
3を構成すると共に、磁気抵抗素子40の一方の相対す
る2端子51,55に入力電流を印加し、他方の相対す
る2端子53,57を出力端子としている。そして例え
ば図4に示すように、前記磁気抵抗素子40の両側に永
久磁石61,63を配設して該永久磁石61,63を固
定した磁路形成体65の回転軸67を回転すれば、両永
久磁石61,63が磁気抵抗素子40の周囲を回転して
各磁気抵抗素子パターンr1〜r4の抵抗値が変化す
る。
ー本体である。このポジショナー本体8には空気アクチ
ュエータ3を作動させるための制御空気の源となる圧搾
空気が外部から送り込まれており、また、遠隔位置にあ
るコントローラから通信により弁開度設定値が送られて
くる。また、角度センサ6の前記ブリッジ回路の前記入
力端子に電力供給を行うと共に前記出力端子からの出力
であるブリッジ中点電位V1,V2が入力される。な
お、本発明とは直接関係しないが、ポジショナー本体8
は、上記遠隔のコントーラーと、4−20mA電流伝送
方式により通信を行うと共に、遠隔のコントローラーか
ら電力供給を受けている。このような回路(図示せず)
の温度特性を補償するために温度センサ9が設けられて
いる。
サ6の温度情報検出装置および位置制御装置を含む流量
制御弁1の弁開度を制御するためのシステム構成図であ
る。なお、図2において図1と同一または相当の個所に
ついては同一の符号を付し説明を省略する。図におい
て、12は角度センサ6に作用する磁界を発生させる磁
界発生手段であり、例えば永久磁石であり、磁気抵抗素
子により構成された前記ブリッジ回路に対し相対的に回
転可能に構成されている。13は角度センサ6の前記ブ
リッジ回路であり、一方の相対する辺には磁気抵抗素子
14,17が配置され、他方の相対する辺には磁気抵抗
素子15,16が配置されている。また、一方の相対す
る二つの端子に定電流供給手段20から定電流が供給さ
れ、また他方の相対する二つの端子が出力端子となる。
が発生させた磁束が各磁気抵抗素子14,15,16,
17と交差する角度に応じて、それら各磁気抵抗素子の
抵抗値が変化し、このときのブリッジ中点電位V1,V
2が前記出力端子から取り出される。このため、前記磁
界発生手段12が前記ブリッジ回路13に対して流量制
御弁1の弁開度に応じて相対的に回転するような機構を
設けておく。この機構は、角度センサ6の回転軸に一端
が固定されたフィードバックレバー7と、そのスリット
7aに弁駆動軸4のピン5が係合する構成であり、これ
により弁駆動軸4の直線的な往復動が角度センサ6の前
記回転軸の回転運動に変換され、磁界発生手段12が前
記ブリッジ回路13に対し相対的に回転する。
線を介して外部から電力供給を受けると共に、外部との
通信を行う。信号変換手段29は、4−20mA入力信
号から通信用の信号を取り出すものである。図2におい
ては、設定値SPが取り出されて制御手段26に与えら
れる。また、定電圧発生源28は4−20mA入力信号
から定電圧Vccの電源を作り出すものである。図示は
省略してあるが、ポジショナー本体内8内部にある電気
的な構成は、定電圧発生源28からの電力供給を受けて
動作するものである。定電流供給手段20は、角度セン
サ6のブリッジ回路13に定電流を供給するものであ
る。具体例としては差動アンプの出力をブリッジ回路1
3の一端に与え、他端Aを差動アンプの反転入力側へフ
ィードバックすると共に、差動アンプの非反転側には基
準電圧Vrを入力する構成を採る。電流Icはブリッジ
回路13および抵抗器Rcを通って接地されるので、ブ
リッジ回路13と抵抗器Rcとの接続A(差動アンプの
反転入力)の電位はRc・Icである。差動アンプはこ
の接地Aの電圧を基準電圧Vrに保つように出力を調整
するので、Vr=Rc・Icが成り立つ。VrおよびR
cが一定なのでIcも一定となる。21はA/D変換器
であり、角度センサ6からアナログ信号として出力され
た前記ブリッジ中点電位V1,V2をディジタル信号に
変換するものである。22は前記ディジタル信号へ変換
されたブリッジ中点電位V1,V2間の差を求めるため
の減算手段、23は前記ブリッジ中点電位V1,V2を
加算するための加算手段(温度情報検出手段)である。
24は弁開度が制御される流量制御弁1のバルブ位置を
前記減算手段22の出力をもとに検出するための位置情
報検出手段である。25は前記加算手段23の出力をも
とに角度センサ6のブリッジ回路13の温度を検出し、
前記検出した温度に応じて前記位置情報検出手段24が
検出した流量制御弁1のバルブ位置を補償する温度補正
手段(温度情報検出手段)である。26は前記位置情報
検出手段24が出力する流量制御弁1のバルブ位置と、
外部のコントローラから与えられる流量制御弁1のバル
ブ位置についての外部設定値とをもとに、前記流量制御
弁1のバルブ位置についての制御量を演算し制御信号と
して出力する制御手段である。なお、この実施の形態で
は22〜26の手段は全てCPU上で動作するプログラ
ムによって実現されている。27は前記制御信号をもと
にノズル・フラッパー機構を制御し、圧搾空気から制御
空気を生成し、空気アクチュエータ3へ供給する電空変
換手段である。
のブリッジ回路13を構成する磁気抵抗素子の抵抗値
は、磁気抵抗素子14,17についてはR/2+(ΔR
・cos2θ)/2、磁気抵抗素子13,15について
はR/2−(ΔR・cos2θ)/2により示される。
ここで、Rは磁気抵抗素子の抵抗値の最大値と最小値の
和、ΔRは前記磁気抵抗素子の抵抗値の最大値と最小値
との差、θは磁気抵抗素子の長手方向と磁束とが交差す
る角度である。また、このブリッジ回路13では、(磁
気抵抗素子14の抵抗値)+(磁気抵抗素子16の抵抗
値)=(磁気抵抗素子15の抵抗値)+(磁気抵抗素子
17の抵抗値)となっており、ブリッジ回路13の磁気
抵抗素子14,16により構成される回路と磁気抵抗素
子15,17により構成される回路にはそれぞれIc/
2の電流が流れる。
素子の温度に依存する成分と、磁界発生手段12により
発生させた磁束と磁気抵抗素子とが交差する角度θに依
存する成分とを含む次式により示されるブリッジ中点電
位V1,V2、すなわち、V1=(R・Ic/4)−
(ΔR・Ic・cos2θ)/4、V2=(R・Ic/
4)+(ΔR・Ic・cos2θ)/4で示されるブリ
ッジ中点電位V1,V2が出力される。ここで、R・I
c/4が前記磁気抵抗素子の温度に依存する成分、(Δ
R・Ic・cos2θ)/4が前記磁気抵抗素子の温度
と前記磁気抵抗素子の温度と前記角度θに依存する成分
である。
変換器21によりディジタル信号に変換され、減算手段
22により前記ブリッジ中点電位V1,V2間の差を演
算することで角度θに依存する成分を求め、この減算結
果V1−V2を位置情報検出手段24へ入力する。位置
情報検出手段24では、この減算結果V1−V2をもと
に流量制御弁1の現在のバルブ位置情報を求める。
タル信号に変換された前記ブリッジ中点電位V1,V2
は加算手段23へも供給され、加算手段23では前記ブ
リッジ中点電位V1,V2の和を演算することで角度θ
に依存しない加算結果V1+V2を求める。この角度θ
に依存しない加算結果V1+V2はR・Ic/2とな
り、前記角度θに依存せず、温度依存性のある磁気抵抗
素子の平均抵抗値R/2の温度変化のみに依存する電圧
値であり、前記平均抵抗値R/2に従って変化し、これ
は一般的な金属抵抗に定電流を流したときと見かけ上同
じである。
2は温度補正手段25へ供給され、前記電圧値R・Ic
/2をもとに角度センサ6のブリッジ回路13の温度が
求められる。そして、この角度センサ6のブリッジ回路
13の温度に対応する補正値が決定される。前記補正値
は、位置情報検出手段24において流量制御弁1の現在
の弁開度を求める際の補正に使用され、角度センサ6の
ブリッジ回路13の温度に応じて生じる前記弁開度につ
いての誤差を相殺する。
素子の温度に応じて生じている誤差が相殺されたバルブ
位置情報PVが制御手段26へ出力される。制御手段2
6には、外部のコントローラから外部設定値が与えられ
ている。制御手段では、前記外部設定値と前記バルブ位
置情報PVとの差をもとに制御信号を生成し、前記制御
信号を電空変換手段27へ出力する。電空変換手段27
では、前記制御信号をもとに電磁エアーバルブを制御
し、別途供給されている圧搾空気から制御空気を生成し
空気アクチュエータ3へ供給する。空気アクチュエータ
3では前記制御空気により弁駆動軸4を押し下げ、また
は引き上げ、流量制御弁1のバルブ位置を前記外部設定
値に対応する弁開度へ自動調整する。
ば、流量制御弁1の弁開度を検出するための角度センサ
6から出力されるブリッジ回路13のブリッジ中点電位
V1,V2を利用し、前記ブリッジ回路13の温度を検
出できるため、角度センサ6がポジショナー本体8と分
離した構成の流量制御弁1に適用した場合においても、
角度センサ6の温度情報を検出する温度センサを別途設
けることなく、角度センサ6の温度を直接的に検出で
き、ポジショナー本体8の構成としても簡略化が実現で
きる効果がある。また、前記温度情報を前記ポジショナ
ー本体8へ伝達するためのケーブルが不要にでき、配線
を含む構成が簡略化できる効果がある。
ジ回路13のブリッジ中点電位V1,V2を利用し、前
記ブリッジ回路13の温度を直接検出できる構成である
ため、精度の高い温度補償が実現できる角度センサの温
度補償装置が得られ、また精度の高い流量制御を可能に
する位置検出装置が得られる効果がある。
るための角度センサ6から出力されるブリッジ中点電位
V1,V2を利用し、前記ブリッジ回路13の温度を検
出できるため、ポジショナー本体8に設けられたA/D
変換器21は、前記ブリッジ中点電位V1,V2をディ
ジタル信号に変換するチャネルだけを有していればよ
く、従来のように角度センサ6から出力されるブリッジ
中点電位V1,V2をディジタル信号に変換するチャネ
ルと、温度センサから出力される温度情報をディジタル
信号に変換するチャネルとを必要とせず、コスト的にも
安価に構成できる角度センサの温度情報検出装置および
位置検出装置が得られる効果がある。
るための角度センサ6から出力されるブリッジ回路13
のブリッジ中点電位V1,V2の加算結果を利用し、前
記ブリッジ回路13の温度を検出できるため、温度セン
サなどのハードウェアによらず演算プログラムなどのソ
フトウェアのみにより処理できることから、装置として
の柔軟性、汎用性が増加する効果がある。なお、上述の
実施の形態1においては、図1のごとくポジショナー本
体8が角度センサ6とは別のケースに収納されて、分離
配置された構成に対して本発明を適用した例を説明した
が、本発明の適用範囲はこれに留まるものではない。図
3のようにポジショナー本体58と角度センサ56とを
同一ケースに配置した構成に本発明を適用すれば、角度
センサ56をより正確に計測できる。また、角度センサ
56を温度センサとしても兼用し温度センサ59を省略
することも可能である。
度センサを別途設けることなく、角度センサの磁気抵抗
素子の温度情報を得ることができる効果がある。
けることなく、ブリッジ回路の二つのブリッジ中点電位
の加算結果から直接的に求めた温度情報をもとに前記角
度センサの出力について精度の高い温度補償を行える効
果がある。
度情報検出装置および位置検出装置が適用される、ポジ
ショナー本体が角度センサと分離された構造の流量制御
弁を示す構成図である。
度情報検出装置および位置制御装置を含む流量制御弁1
の弁開度を制御するためのシステム構成図である。
造の流量制御弁を示す構成図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 4つの磁気抵抗素子を有するブリッジ回
路と、前記ブリッジ回路に作用する磁界を発生させる磁
界発生手段とを有する角度センサの温度情報検出装置に
おいて、 前記ブリッジ回路に定電流を供給する定電流供給手段
と、 前記ブリッジ回路周囲の温度に応じた温度情報を前記ブ
リッジ回路のブリッジ中点電位をもとに取得する温度情
報検出手段と、 を備えたことを特徴とする角度センサの温度情報検出装
置。 - 【請求項2】 4つの磁気抵抗素子を有する構成された
ブリッジ回路と、前記ブリッジ回路に作用する磁界を発
生させる磁界発生手段と、前記ブリッジ回路のブリッジ
中点電位をもとに前記ブリッジ回路と前記磁界との相対
的な位置についての情報を検出する位置情報検出手段と
を備えた位置検出装置において、 前記ブリッジ回路に定電流を供給する定電流供給手段
と、 前記ブリッジ回路のブリッジ中点電位をもとに前記ブリ
ッジ回路周囲の温度情報を取得する温度情報検出手段
と、 温度情報検出手段が取得した温度情報をもとに検出した
位置について補正する補正情報を生成する温度補正手段
とを備えたことを特徴とする位置検出装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001339845A JP3877998B2 (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 角度センサの温度情報検出装置および位置検出装置 |
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