JP2010060351A

JP2010060351A - 信号入力回路

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Publication number: JP2010060351A
Application number: JP2008224377A
Authority: JP
Inventors: Yoshihide Yasuda; 嘉秀安田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: JP5115406B2

Abstract

【課題】ポテンショメータタイプと電流入力タイプを特別な操作をせずに一つの回路で検出し得る信号入力回路を提供する。
【解決手段】ポテンショメータタイプと電流入力タイプの信号をＡ／Ｄ変換部で受信する信号入力回路において、
前記Ａ／Ｄ変換部で受信する電圧範囲を前記ポテンショメータタイプと前記電流入力タイプで分けるとともに、この電圧の違いを利用して前記Ａ／Ｄ変換部に供給する電圧を切り換えるコンパレータを備えたことを特徴とする信号入力回路。
【選択図】図１

Description

本発明は、電電ポジショナのバルブ開度のチェックに利用される信号入力回路に関し、特にポテンショメータタイプと電流入力タイプを特別な操作をせずに一つの回路で検出できる信号入力回路に関する。

一般に、コントローラによりバルブの開度を調整するような制御機器では、指示した値と実際のバルブの開度の乖離を防止するため、バルブ開度と連動したポテンショメータを設けるとともに、このポテンショメータで発生した信号（電圧）に基づいてコントローラによる制御が適切に行われているかどうか点検する。

また、近年は、このような電圧を発生するポテンショメータタイプの他、電流を発生するタイプのものも流通しているが、通常はこれら双方の信号を同一の回路で受信することはできない。このようなポテンショメータの先行技術文献としては次のようなものがある。

特開昭５７―１４１５６６号公報

以下、図２を参照して従来の信号入力回路を説明する。図２はポテンショメータタイプの信号入力回路である。ポテンショメータ１０は、図示しないバルブ開度と連動した擦動子であり、このバルブの開度により抵抗値が変化する。尚、ポテンショメータ１０は例えば１００Ω程度の抵抗値が用いられる。

端子ａ１１１，端子ｂ１１２，端子ｃ１１３はポテンショメータ１０に接続され、次の様に電圧の測定に利用される。

端子ａ１１１は、ポテンショメータ１０の一端に接続され、バッファアンプ２００を介して基準電圧Ａが入力される。端子ｂ１１２には、ポテンショメータ１０の開度に応じた電圧がかかる。従って、例えば基準電圧Ａが０．６Ｖで、ポテンショメータ１０の開度に基づいて５０:５０の比で基準電圧Ａが分圧されるとすると、端子ｂ１１２には０．３Ｖの電圧がかかる。端子ｃはポテンショメータ１０の他端に接続される。

バッファアンプ２００は、＋入力端子に電圧源２１０によって基準電圧Ａが供給され、この電圧を端子ａ１１１に出力する。電圧源２１０は、例えば０．６の電圧をバッファアンプ２００の＋入力端子に供給する。

Ａ／Ｄ変換部３００には、端子ｂ１１２を介してポテンショメータ１０で分圧された電圧が供給され、この電圧をデジタル値に変換する。また、ポテンショメータ１０の抵抗値は通常１００Ω程度であるため、Ａ／Ｄ変換部３００の入力は高インピーダンスであることが必要である。

次に、図３を参照して電流(例えば４ｍＡ−２０ｍＡ)入力タイプの信号入力回路を説明する。端子ｄ１２１は＋側端子であり、端子ｅ１２２は−側端子である。また、この電流入力タイプはバルブの開度に応じた電流が出力されるものであり（このため図３では電流源２０で表現）、端子ｄ１２１を介して抵抗器２３０に電流が流れることにより電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換部３００に電圧が供給される。

ここで、抵抗器２３０には通常数十Ωから２５０Ωの抵抗値のものが用いられる。従って、端子ｄ１２１から見ると抵抗器２３０の抵抗値が、Ａ／Ｄ変換部３００の入力インピーダンスとなる。

このように、ポテンショメータタイプの信号入力回路と電流入力タイプの信号入力回路は通常別々に設けられる。尚、図２の端子ｂ１１２と端子ｃ１１３の間に図示しない抵抗器とスイッチを設けるとともに、ポテンショメータ入力時は、このスイッチをオフして端子ｂ１１２と端子ｃ１１３間を切断することにより、一見、図２と図３の信号入力回路を一つの入力回路で構成できるように考えられる。

しかし、この構成ではスイッチのオン抵抗が電流入力時の誤差となるためＡ／Ｄ変換部３００に正確な電圧が供給されない。そのため、従来同一の回路でこれらの２種類の入力を受信可能とするためには、図４の様に少なくとも電流専用の端子を別途設ける必要がある。

ここで、図４の信号入力回路を説明する。但し、図２と図３で既に説明した構成については同一の符号を付して説明を省略する。ポテンショメータ回路５００は、一点鎖線で囲まれた範囲の回路であり、これは図２のポテンショメータタイプの信号入力回路と同様である。また、このポテンショメータ回路５００が動作する場合はスイッチ２４０をオフとする。

電流入力回路５１０は、鎖線で囲まれた範囲の回路であり、図３の電流入力タイプの信号入力回路と同様である。また、この電流入力回路５１０が動作する場合はスイッチ２４０がオンとなる。

このように、ポテンショメータタイプの信号入力回路と電流入力タイプの信号入力回路を１つの回路で構成した図４の入力回路では、端子の数は４つ必要である。

しかし、図２及び図３の入力回路では、それぞれ専用のタイプの入力回路が必要となる。一方、図４の入力回路では、一つの入力回路でポテンショメータタイプ及び電流入力タイプの信号を受信できるものの、端子数が４端子以上必要となり、入力の種類によって接続する端子を変更しなければならない。また、スイッチ２４０の切り替えについても自動で入力タイプを判別して行われる訳ではない。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、ポテンショメータタイプの入力信号と電流タイプの入力信号の別を自動的に切り換える信号入力回路を提供することを目的とする。

この様な課題を達成するために本発明は次の構成を備える。
（１）ポテンショメータタイプと電流入力タイプの信号をＡ／Ｄ変換部で受信する信号入力回路において、
前記Ａ／Ｄ変換部で受信する電圧範囲を前記ポテンショメータタイプと前記電流入力タイプで分けるとともに、この電圧の違いを利用して前記Ａ／Ｄ変換部に供給する電圧を切り換えるコンパレータを備えたことを特徴とする信号入力回路。
（２）電圧を分圧するポテンショメータに第１の基準電圧を出力するアンプと、動作時の電流の下限値がゼロではない電流源から出力された電流を電圧に変換する抵抗器とを備えた信号入力回路において、
この抵抗器にかかる電圧若しくは前記ポテンショメータの電圧が入力されるＡ／Ｄ変換部と、
前記抵抗器にかかる電圧が前記第１の基準電圧をより大きい場合に前記アンプへの電流の逆流を防止するダイオードと、
第１の基準電圧よりも高く設定された第２の基準電圧と前記抵抗器にかかる電圧若しくは前記第１の基準電圧を比較し、前記第２の基準電圧が小さい場合に信号を出力するコンパレータと、
このコンパレータから信号が入力されたとき前記抵抗器にかかる電圧を前記Ａ／Ｄ変換部に供給するスイッチと
を備えたことを特徴とする信号入力回路。
（３）前記抵抗器の抵抗値は、前記電流源から出力された電流を前記第１の基準電圧より高い電圧に変換する値であることを特徴とする請求項２記載の信号入力回路。
（４）前記抵抗器は直列に接続された２個の抵抗器であり、
前記スイッチは、一端が前記Ａ／Ｄ変換部に接続され、他端が２個の前記抵抗器の接続点に接続されることを特徴とする請求項２又は３記載の信号入力回路。
（５）２個の前記抵抗器の抵抗値は、（前記ポテンショメータの電圧）と（前記スイッチがオンのときに２個の前記抵抗器の接続点にかかる電圧）がほぼ同じ値になるように選定されることを特徴とする請求項４記載の信号入力回路。

本発明では次のような効果がある。このように、ポテンショメータタイプと電流入力タイプの電圧範囲を分け、かつこの電圧差を利用してコンパレータでＡ／Ｄ変換部に入力するポイントを切り換えるので、特別な操作をすることなく、ポテンショメータタイプと電流入力タイプのそれぞれの信号を受信できる。

以下、図１を参照して本発明による信号入力回路の構成例を説明する。但し、図２〜図４で説明した構成については同一の符号を付して説明を省略する。抵抗器２５１と抵抗器２５２は、端子ａ１１１と端子ｃ１１３の間に直列に接続される。また、抵抗器２５１の抵抗値は例えば２００Ω、抵抗器２５２の抵抗値は例えば５０Ωであるとする。

また、（抵抗器２５１と抵抗器２５２の接続点）と端子ｂ１１２間を、スイッチ２４１を介して接続する。

ダイオード２６０はバッファアンプ２００の出力にアノードが接続され、端子ａ１１１にカソードが接続される。また、このダイオード２６０は電流の逆流を防止するために設けられたものである。

コンパレータ２７０は＋入力端子が接続点Ｃに接続され、−入力端子には電圧源２１１から基準電圧Ｂ（例えば０．８Ｖ）が供給される。そして、基準電圧Ｂと＋入力端子にかかる電圧を比較することによって信号を出力しスイッチ２４１を切り換える。

次に動作を説明する。また、動作の説明は、
（１）ポテンショメータ１０で発生する電圧を受信する際の動作
（２）電流源２０で発生する電流を受信する際の動作
（３）コンパレータ２７０による切り替え動作
の順番で説明する。

（１）ポテンショメータ１０で発生する電圧を受信する際の動作について説明する。まず、スイッチ２４１を後述するコンパレータ２７０から出力する信号でオフとする。

端子ａ１１１には基準電圧Ａがバッファアンプ２００を介して供給される。また、端子ｂ１１２には、ポテンショメータ１０の開度に応じた電圧がかかる。

従って、例えば基準電圧Ａが０．６Ｖで、ポテンショメータ１０の開度に基づいて５０:５０の比で基準電圧Ａが分圧されるとすると、端子ｂ１１２には０．３Ｖの電圧がかかる。このため、Ａ／Ｄ変換部３００には０．３Ｖの電圧が入力され、Ａ／Ｄ変換部３００はこの電圧をデジタル信号に変換する。

尚、基準電圧Ａは、ポテンショメータ１０と並列に接続された抵抗器２５１，抵抗器２５２にも同様にかかる。しかし、ポテンショメータ１０で発生した電圧をＡ／Ｄ変換部３００で受信する場合、端子ｂ１１２にかかる電圧が問題となるのであって、これらの抵抗器２５１，２５２にどのような電圧がかかろうが、ポテンショメータ１０で発生した電圧をＡ／Ｄ変換部３００で受信する際には何らの問題も生じない。

次に、（２）電流源２０で発生する電流を受信する際の動作について説明する。まず、スイッチ２４１を後述するコンパレータ２７０から出力する信号でオンとする。尚、電流入力タイプの場合には、ポテンショメータ１０は利用されないため、端子ｂ１１２とポテンショメータ１０との接続はオープンとなる。

電流源２０で発生した電流は端子ａ１１１，抵抗器２５１，抵抗器２５２を介して端子ｃ１１３に流れる。その際、抵抗器２５１と抵抗器２５２によって電流が電圧に変換される。また、抵抗器２５１の抵抗値が２００Ωで抵抗器２５２の抵抗値が５０Ωの場合、電圧は４：１で分圧される。

従って、例えば４ｍＡの電流が電流源２０から流れるとすると、端子ａ１１１には１Ｖの電圧がかかり、Ａ／Ｄ変換部３００には０．２Ｖの電圧が入力されることとなる。Ａ／Ｄ変換部３００はこの電圧をデジタル値に変換する。

このように抵抗器２５１と抵抗器２５２によって分圧するので、ポテンショメータ１０から出力される０．３Ｖと比較的近い値（０．２Ｖ）をＡ／Ｄ変換部３００に入力することができ、Ａ／Ｄ変換部のダイナミックレンジが狭くても問題なく使用することができる。

続いて、（３）コンパレータ２７０による切り替え動作を説明する。上述のように、電流入力タイプの信号入力回路は、４ｍＡ−２０ｍＡで動作する。すなわち、電流入力タイプであれば最低でも４ｍＡは流れる。

従って、下限値である４ｍＡの電流が電流源２０から流れる場合を例にとり説明する。まず、基準電圧Ａを０．６Ｖ，基準電圧Ｂを０．８Ｖに設定する。

さらに、抵抗器２５１と抵抗器２５２を合計した抵抗値を２５０Ωとすると、接続点Ｃには、４ｍＡ*２５０Ω＝１Ｖの電圧が発生する。尚、基準電圧Ａを出力するバッファアンプ２００の出力にはダイオード２６０が設けられているため、端子ａ１１１にかかる電圧が１Ｖと基準電圧Ａより高くなったとしても電流が逆流することはない。

したがって、接続点Ｃの電位は１Ｖとなる。コンパレータ２７０は、この１Ｖの電位と０．８Ｖの基準電圧Ｂを比較して、基準電圧Ｂよりも上回っていることを判断し、スイッチ２４１をオン状態とする信号を出力する。

尚、２０ｍＡの電流が電流源２０から流れた場合は言うまでも無く基準電圧Ｂよりも接続点Ｃの電位が高くなるのでスイッチ２４１は同様にオン状態となる。

一方、電流入力タイプではない（つまり、ポテンショメータタイプ）の場合には、電流源２０から電流が発生することはない。従って、この場合における接続点Ｃの電位はバッファアンプ２００を介して供給される基準電圧Ａとなる。

そして、上述のように、基準電圧Ｂは０．８Ｖに設定され、基準電圧Ａは０．６Ｖに設定されているので、接続点Ｃの電位が基準電圧Ｂを上回ることはなく、ポテンショメータタイプの場合には、コンパレータ２７０からスイッチ２４１をオン状態とする信号は出力されない。

尚、この実施例では、基準電圧Ａを０．６Ｖ，基準電圧Ｂを０．８Ｖの場合を例にとり説明したが、下限の電流（４ｍＡ）が流れた際に、接続点Ｃの電位＞基準電圧Ｂ＞基準電圧Ａの関係を満たす範囲で基準電圧Ａ，基準電圧Ｂを設定する分には差し支えない。

また、この実施例では、抵抗器２５１の抵抗値を２００Ω、抵抗器２５２の抵抗値を５０Ωの場合を例にとり説明したが、下限の電流（４ｍＡ）が流れた際に、接続点Ｃの電位＞基準電圧Ａとなるような抵抗値を選択すれば、逆流を防止するダイオード２６０を設けたことにより、（ポテンショメータ１０の電圧を印加する端子ａ１１１）と（電流源２０の＋側端子、すなわち端子ａ１１１）を共用しても基準電圧Ａに左右されること無く、電流入力タイプのものでも使用できる。

また、Ａ／Ｄ変換部３００のダイナミックレンジが広い場合には、抵抗器２５２を２５０Ωとし、抵抗器２５１を接続しない（つまり接続点Ｃと抵抗器２５２の一端を短絡する）構成としても差し支えない。

上述した例に拠れば、電流入力タイプの場合に１Ｖの電圧がＡ／Ｄ変換部３００に供給され、ポテンショメータタイプの場合には０．３Ｖの電圧がＡ／Ｄ変換部３００に供給される。従って、Ａ／Ｄ変換部３００の入力レベルは入力タイプにより異なる。

このように、ポテンショメータ１０タイプと電流入力タイプの電圧範囲を分け、かつこの電圧差を利用してコンパレータ２７０でＡ／Ｄ変換部３００に入力するポイントを切り換えるので、特別な操作をすることなく、ポテンショメータ１０タイプと電流入力タイプのそれぞれの信号を受信できる。また、図４の従来例のように端子の数が増えることも無く、端子を使い分ける必要もない。

本発明の信号入力回路の構成図である。従来のポテンショメータタイプの信号入力回路の構成図である。従来の電流入力タイプの信号入力回路の構成図である。ポテンショメータタイプと電流入力タイプの双方の信号を受信できる従来の信号入力回路である。

符号の説明

１０ポテンショメータ
２０電流源
１１１端子ａ
１１２端子ｂ
１１３端子ｃ
２００バッファアンプ
２１０電圧源
２１１電圧源
２４１スイッチ
２５１抵抗器
２５２抵抗器
２６０ダイオード
２７０コンパレータ
３００Ａ／Ｄ変換部

Claims

ポテンショメータタイプと電流入力タイプの信号をＡ／Ｄ変換部で受信する信号入力回路において、
前記Ａ／Ｄ変換部で受信する電圧範囲を前記ポテンショメータタイプと前記電流入力タイプで分けるとともに、この電圧の違いを利用して前記Ａ／Ｄ変換部に供給する電圧を切り換えるコンパレータを備えたことを特徴とする信号入力回路。
電圧を分圧するポテンショメータに第１の基準電圧を出力するアンプと、動作時の電流の下限値がゼロではない電流源から出力された電流を電圧に変換する抵抗器とを備えた信号入力回路において、
この抵抗器にかかる電圧若しくは前記ポテンショメータの電圧が入力されるＡ／Ｄ変換部と、
前記抵抗器にかかる電圧が前記第１の基準電圧をより大きい場合に前記アンプへの電流の逆流を防止するダイオードと、
第１の基準電圧よりも高く設定された第２の基準電圧と前記抵抗器にかかる電圧若しくは前記第１の基準電圧を比較し、前記第２の基準電圧が小さい場合に信号を出力するコンパレータと、
このコンパレータから信号が入力されたとき前記抵抗器にかかる電圧を前記Ａ／Ｄ変換部に供給するスイッチと
を備えたことを特徴とする信号入力回路。
前記抵抗器の抵抗値は、前記電流源から出力された電流を前記第１の基準電圧より高い電圧に変換する値であることを特徴とする請求項２記載の信号入力回路。
前記抵抗器は直列に接続された２個の抵抗器であり、
前記スイッチは、一端が前記Ａ／Ｄ変換部に接続され、他端が２個の前記抵抗器の接続点に接続されることを特徴とする請求項２又は３記載の信号入力回路。
２個の前記抵抗器の抵抗値は、（前記ポテンショメータの電圧）と（前記スイッチがオンのときに２個の前記抵抗器の接続点にかかる電圧）がほぼ同じ値になるように選定されることを特徴とする請求項４記載の信号入力回路。