JP2010068024A

JP2010068024A - 温度調節計

Info

Publication number: JP2010068024A
Application number: JP2008229766A
Authority: JP
Inventors: Takuya Shimizu; 卓也清水; Yoshihide Yasuda; 嘉秀安田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2008-09-08
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】低速のＡ／Ｄコンバータを用いても量子化誤差が少ない温度調節計を提供する。
【解決手段】非接触電流センサによって変流された周期信号からなるヒーター変流電流を電圧に変換する整流・電圧変換回路と、この整流・電圧変換回路から出力された整流・電圧変換信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を備え、制御対象の温度を目標値に調節する温度調節計において、
前記整流・電圧変換信号の周期≠サンプリング周期×Ｍ（自然数）となるタイミングでサンプリングを行う旨を前記Ａ／Ｄ変換部に出力するサンプリング周波数設定部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御対象の温度を調整する温度調節計に関し、特に、低速のＡ／Ｄコンバータを用いても量子化誤差を少なくできる温度調節計に関する。

温度調節計（ディジタル指示調節計）は、例えば炉などの制御対象の温度を一定に保つため、ヒーターを用いて温度を調整している。しかし、このヒーターが断線すると温度の調節ができなくなるため、ヒーター断線検出機能を備えた温度調節計は、このヒーターに流れる電流（ヒーター電流）を利用して断線を検出する。

ここで、ヒーターの断線検出は次の様に行われる。まず、ヒーターに流れる電流の信号線を、コイルが内蔵されたリング状のＣＴ（ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓ，カレント・トランス）でクランプする。

ＣＴに内蔵されたコイルは、ＣＴに囲まれた信号線から生じる磁束によって誘導電流（ヒーター変流電流）を発生する。温度調節計は、このヒーター変流電流を用いてヒーターの断線を検出する。温度調節計の先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００３―１４３００９号公報

以下、図４を参照して従来の温度調節計を説明する。ＣＴ（非接触電流センサ）１０は、計器用変流器であり、上述のように、内蔵されたコイルが、リング状のＣＴに囲まれた信号線から生じる磁束によってヒーター変流電流を発生する。整流・電圧変換回路２０はこのヒーター変流電流を整流・電圧変換信号Ｓ１（電圧信号）に変換する。

Ａ／Ｄ変換部３０は、アナログ信号入力部３１，信号変換部３２，デジタル信号出力部３３からなる。アナログ信号入力部３１は、整流・電圧変換回路２０から周期がＴｄの整流・電圧変換信号Ｓ１が入力される。

信号変換部３２は、アナログ信号入力部３１から出力された信号を、サンプリング周波数設定部５０で設定されるサンプリング周波数に従ってＡ／Ｄ変換する。デジタル信号出力部３３は、信号変換部３２から出力されたデジタル信号を演算部４０に出力する。

演算部４０は、周期がＴｄからなる整流・電圧変換信号の複数の周期（以下「演算周期Ｔｃ」という）分のサンプリングデータを用いて演算を行う。

温調計回路４１は、ＣＰＵ，記憶部等で構成され、温度調節計の一般的な機能を実現するとともに、ヒーター電流を出力してヒーターを制御することにより、制御対象の温度を調節する。

サンプリング周波数設定部５０は、例えば１００ＭＨｚのサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換を行う旨の信号を信号変換部３２に出力する。

次に、図５を参照して図１のＡ／Ｄサンプリングのタイミングを説明する。図５より、周期がＴｄからなる整流・電圧変換信号Ｓ１の複数の周期分が、演算周期Ｔｃとなる。

すなわち、整流・電圧変換信号Ｓ１の周波数がｆ１，ｆ２，・・・，ｆｎと変化した場合でも、演算周期Ｔｃは、複数の周期Ｔｄ（つまりｆ１の逆数，ｆ２の逆数,・・・，ｆｎの逆数）のいずれに対しても整数倍の関係にある自然数である必要がある。

また、図５においてＡ／Ｄ変換のサンプリング周期Ｔｓ１は、整流・電圧変換信号の周期Ｔｄ＝Ｔｓ１×Ｍ（Ｍは自然数）となる値が選ばれ、電流・電圧変換信号の各周期において全て同じタイミングでＡ／Ｄサンプリングが行われる。

このように、従来の温度調節計では、電流・電圧変換信号の各周期Ｔｄにおいて全て同じタイミングでＡ／Ｄサンプリングを行っていた。

しかし、繰り返し波形の「立ちあがり」とサンプリングタイミングが非常に近いとき（図５でΔt０が非常に小さいとき）、は量子化誤差が大きくなる。この量子化誤差はＡ／Ｄ変換部３０のサンプリング速度が高速であれば少なくなるが、一般に高速のＡ／Ｄコンバータは高価である。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、低速のＡ／Ｄコンバータを用いても量子化誤差が少ないヒーター断線検出機能を備えた温度調節計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以下の構成を備える。
（１）非接触電流センサによって変流された周期信号からなるヒーター変流電流を電圧に変換する整流・電圧変換回路と、この整流・電圧変換回路から出力された整流・電圧変換信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を備え、制御対象の温度を目標値に調節する温度調節計において、
前記整流・電圧変換信号の周期≠サンプリング周期×Ｍ（自然数）となるタイミングでサンプリングを行う旨を前記Ａ／Ｄ変換部に出力するサンプリング周波数設定部を備えたことを特徴とする温度調節計。
（２）非接触電流センサによって変流された周期信号からなるヒーター変流電流を電圧に変換する整流・電圧変換回路と、この整流・電圧変換回路から出力された整流・電圧変換信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を備え、制御対象の温度を目標値に調節する温度調節計において、
サンプリングのタイミングが前記整流・電圧変換信号の各周期で重ならないようにサンプリングを行う旨を前記Ａ／Ｄ変換部に出力するサンプリング周波数設定部を備えたことを特徴とする温度調節計。

本発明では次のような効果がある。Ａ／Ｄサンプリングを行うタイミングを微小にずらすΔtシフト部を設けたので、低速のＡ／Ｄコンバータを用いても量子化誤差が少ない温度調節計を提供することができる。

次に、図１を参照して本発明による温度調節計を説明する。ただし、図４と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。サンプリング周波数設定部５０はΔtシフト部５１を備える。

以下、図２を参照してこのΔtシフト部５１の機能を説明する。まず、図２（Ａ）について説明する。

図２（Ａ）は従来のサンプリング周波数設定部５０でサンプリングした例であり、図１のΔｔシフト部５１の効果を説明するために、対比の対象として示したものであり、本発明とは無関係である。

ここで、図２（Ａ）のサンプリング周期Ｔｓ１は例えば１ｍｓである。また、図２（Ａ）では、全ての周期Ｔｄにおいて、立ち上がりの直前を含み、同じタイミングでサンプリングされている。また、立ち上がりの前に６回サンプリングされ、立ち上がり後に５回サンプリングされている。このようにサンプリングされると、立ち上がり後のサンプリング回数が足りないため、量子化誤差が大きくなる。

次に、図２（Ｂ）を参照して図１のΔｔシフト部の役割を説明する。図２（Ｂ）におけるサンプリング周期Ｔｓは１．０３ｍｓである。すなわち、Δｔだけサンプリング周期を拡大している。

図２（Ｂ）の一番左の周期Ｔｄでは、立ち上がり前に６回、立ち上がり後に５回のサンプリングがされている。しかし、サンプリング周期Ｔｓは図２（Ａ）より広がっているため、次の周期Ｔｄでは立ち上がり前に５回、立ち上がり後に６回のサンプリングがされている。

さらに、サンプリングのタイミングを各周期Ｔｄで重ならないようにすることで、演算周期Ｔｃ内で取得する立ち上がり後のデータは全て異なる値となる。

このため、本発明によれば、演算周期Ｔｃ内でサンプリングされたデータを平均化することにより量子化誤差を少なくできる。

なお、図２ではサンプリング周期Ｔｓを１．０３ｍｓにしたがこれに限られるものではなく、サンプリングのタイミングが各周期Ｔｄで重ならなければ良い。例えばＴｓが０．９７ｍｓでも１．０１ｍｓでも良い。

次に、図３を参照してサンプリングのタイミングを説明する。図２で説明したΔｔシフト部の機能によってサンプリングのタイミングは次の様になる。

すなわち、Ａ／Ｄ変換のサンプリング周期Ｔｓ１０１は、同一サンプリングデータ（ＴＣ）内における整流・電圧変換信号の各周期Ｔｄにおいて、異なるタイミングでＡ／Ｄサンプリングを行う。つまり、図３を参照して説明すると「ｔ１≠ｔ３≠・・・≠ｔ２Ｎ−１ , ｔ２≠ｔ４≠・・・≠ｔ２Ｎ」となるようにサンプリングされる。

このように、サンプリングのタイミングを微小にずらすΔtシフト部５１を設けたので、低速のＡ／Ｄコンバータを用いても量子化誤差を少なくすることができる。

なお、本発明はヒーター断線警報機能をオプションとして備えた温度調節計を例に説明したが、これに限られず、被測定波形が周期信号で、複数のサンプリングデータを用いて演算するものであれば本発明の範囲に含まれる。例えば、ヒーター断線警報機でも差し支えない。

本発明の温度調節計の構成図である。 Δｔシフト部５１の機能を説明する図面である。図１の温度調節計のＡ／Ｄサンプリングのタイミングを示す図面である。従来の温度調節計の構成図である。図５の温度調節計のＡ／Ｄサンプリングのタイミングを示す図面である。

符号の説明

１０ＣＴ
２０整流・電圧変換回路
３０Ａ／Ｄ変換部
３１アナログ信号入力部
３２信号変換部
３３デジタル信号出力部
４０演算部
４１温調計回路
５０サンプリング周波数設定部
５１ Δｔシフト部

Claims

非接触電流センサによって変流された周期信号からなるヒーター変流電流を電圧に変換する整流・電圧変換回路と、この整流・電圧変換回路から出力された整流・電圧変換信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を備え、制御対象の温度を目標値に調節する温度調節計において、
前記整流・電圧変換信号の周期≠サンプリング周期×Ｍ（自然数）となるタイミングでサンプリングを行う旨を前記Ａ／Ｄ変換部に出力するサンプリング周波数設定部を備えたことを特徴とする温度調節計。
非接触電流センサによって変流された周期信号からなるヒーター変流電流を電圧に変換する整流・電圧変換回路と、この整流・電圧変換回路から出力された整流・電圧変換信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部を備え、制御対象の温度を目標値に調節する温度調節計において、
サンプリングのタイミングが前記整流・電圧変換信号の各周期で重ならないようにサンプリングを行う旨を前記Ａ／Ｄ変換部に出力するサンプリング周波数設定部を備えたことを特徴とする温度調節計。