JP2540147Y2 - センサの補正装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はセンサの補正装置に係
り、特に指示計や調節計等の計器に搭載され個々のセン
サ固有の特性のばらつきを補正するセンサの補正装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】センサのうち圧力センサを例にすると、
内蔵した例えば静電容量型センサ素子に対して外部から
導入させた液体を直接又は間接的に接液させ、この液体
の圧力に比例した測定電圧を出力するものが知られてお
り、測定電圧を単に視覚的に表示する指示計や表示とと
もに何等かの操作量を出力する調節計に接続して使用す
る。すなわち、図５に示すように、液晶表示器等の表示
部１を有する指示計３と圧力センサ５を接続し、指示計
３に供給した電源から指示計３内で形成した駆動電圧を
圧力センサ５内のセンサ素子へ加え、圧力センサ５への
流体圧力に比例して変化する測定電圧を指示計３に出力
し、指示計３内で測定電圧をデジタル信号にＡ／Ｄ変換
するとともにカウントして表示部１にデジタル表示させ
ている。

【０００３】ところが、個々の圧力センサ５には、図６
に示すように、圧力ゼロの点（ゼロ点）およびこのゼロ
点と最大測定可能点（フルスケール点）間の感度のばら
つきがあるし、図７に示すように、圧力センサ５への駆
動電圧の変動によって出力電圧の傾向にばらつきが生じ
る一方、指示計３についても内部回路のばらつきによっ
て駆動電圧が変動する場合もあるのが現状である。な
お、図６中の実線は圧力センサ５について目的とする設
計感度特性であって同図の破線は個々の圧力センサ５に
おける感度特性であり、図７中の実線は基準となる駆動
電圧を加えた時の圧力センサ５の感度特性であって同図
の破線は駆動電圧が変動した時の圧力センサ５の感度特
性を示している。

【０００４】そのため、指示計３で正確な圧力測定値を
表示させるためには、実際に使用する圧力センサ５と指
示計３の組合せを１組毎に定め、各組毎に圧力センサ５
への圧力を正確にゼロ（０Ｋｇｆ／ｃｍ² ）にした時と
フルスケール（例えば２Ｋｇｆ／ｃｍ² ）にした時にお
いて、指示計３の表示が各々「０Ｋｇｆ／ｃｍ² 」およ
び「２Ｋｇｆ／ｃｍ² 」となるように指示計３を調節
し、指示計３のゼロ点および感度を当該圧力センサ５の
ゼロ点および感度に合せていた。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た圧力センサ５と指示計３は、実際に使用される組合せ
が固定的に１組毎に決められているため、次のような問
題点があった。 （１）圧力センサ５又は指示計３の一方が故障して修理
する必要がある場合、単に片方のみ交換して他方に接続
させるだけでは正確な測定値を表示できず、予め調節さ
れた他の組合せとそっくり交換する必要があって不便で
あるし、不経済でもある。 （２）もし、片方のみを交換しなければならない場合で
は、上述したように使用現場で圧力「０Ｋｇｆ／ｃｍ
² 」および圧力「２Ｋｇｆ／ｃｍ² 」の下に圧力センサ
５を置き、表示が「０Ｋｇｆ／ｃｍ² 」および「２Ｋｇ
ｆ／ｃｍ² 」となるように指示計３を再調節しなければ
ならず、再調整が煩雑で手間がかかる難点がある。 （３）さらに、圧力センサ５と指示計３とがセットで扱
われるため、流通、販売および保管等の観点からスペー
スをとったり価格が高騰する等の不都合がある。 （４）また、安定した駆動電圧を圧力センサ５に印加し
て圧力センサ５のゼロ点および感度のばらつきを抑える
ために、指示計３についても電圧安定化回路を内蔵する
必要があり、回路構成の複雑化および価格の高騰を招く
要因となっている。

【０００６】本考案は従来の欠点を解決するためになさ
れたもので、正確な測定値を得るための使用現場での調
整を簡単にし、任意の圧力センサと計器の組合を容易に
したセンサの補正装置の提供を目的とする。また、本考
案は駆動電圧によって動作するセンサについて、その駆
動電圧が変動しても正確な測定値が得られるセンサの補
正装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本考案のセンサの補正装置は、センサに係る標
準特性に対し実際に接続される同種の個々のセンサが有
する固有特性との関係を互換係数として入力する互換係
数入力部と、入力されたその互換係数を記憶する互換係
数記憶部と、そのセンサからのセンサ測定信号を入力す
る測定信号入力部と、駆動電圧の印加によって測定駆動
するそのセンサへの駆動電圧を測定するセンサ用駆動電
圧測定部と、少なくともそれら互換係数および駆動電圧
測定信号を用いてそのセンサ測定信号を補正して実接続
される個々のセンサ毎のばらつきを抑えたセンサ測定値
を得る測定値換算データを記憶する測定値換算データ記
憶部と、演算部とを有している。

【０００８】そして、その演算部は、その測定値換算デ
ータに基づき、それら互換係数、駆動電圧測定信号およ
びセンサ測定信号によって個々のセンサ毎のセンサ測定
値を補正演算するとなっている。

【０００９】

【作用】このような手段を備えた本考案では、個々のセ
ンサに係る互換係数を互換係数入力部から入力すると互
換係数記憶部で記憶され、そのセンサから測定信号入力
部を介して入力されたセンサ測定信号が、演算部におい
て測定値換算データ記憶部からの測定値換算データに基
づき、それら互換係数および駆動電圧測定信号により、
駆動電圧の変動分を含めてセンサ毎のセンサ測定値に補
正演算される。

【００１０】

【実施例】以下本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付す
とともに、一例として指示計に搭載する例を示す。図１
において、測定信号入力部７は圧力センサ５からのセン
サ測定電圧を入力してデジタル信号にＡ／Ｄ変換するも
のであり、演算部９に接続されている。互換係数入力部
１１は圧力センサ５に係る互換係数を入力するものであ
り、互換係数記憶部１３に接続されている。この互換係
数は、圧力センサ５の製作時に、圧力センサ５について
ゼロ点からフルスケール点までの傾向に係る標準値又は
設定値と個々の圧力センサ５の傾向（傾き）とのずれを
係数で示すものであり、個々の圧力センサ５毎に異なる
のが一般的である。

【００１１】互換係数記憶部１３は、互換係数入力部１
１からの互換係数を記憶するＲＡＭであって演算部９に
接続されており、演算部９からのアクセスによって互換
係数を演算部９へ出力する。駆動電圧印加部１５は、指
示計３に供給された電源を降圧整流し、圧力センサ５へ
の電源として例えば５Ｖ程度の直流駆動電圧を圧力セン
サ５に出力するものである。駆動電圧測定部１７は圧力
センサ５への駆動電圧を測定してデジタル変換し、これ
を演算部９へ出力するものである。

【００１２】圧力センサ５は、図２に示すように指示計
３に接続され、内蔵する例えば静電容量型のセンサ素子
（図示せず）に外部から流体を接液させ、流体の圧力に
比例したセンサ測定電圧を測定信号として出力するもの
であり、センサ本体１９の表面、例えば前面パネル表面
に互換係数の印刷又は刻印された銘板２１が貼付られて
いる。そのため、互換係数入力部１１への互換係数の入
力は、その銘板２１上の表示を見て簡単になされる。

【００１３】図１に戻って、測定値換算データ記憶部２
３は、測定信号入力部７からのセンサ測定電圧および駆
動電圧測定部１７からの駆動測定電圧とから、基準の駆
動電圧（例えば正確な５Ｖ電圧）が印加されたと想定し
た時におけるゼロ点電圧を得るゼロ点電圧演算式と、互
換係数および駆動測定電圧から基準の駆動電圧が印加さ
れたと想定した時におけるフルスケール点電圧を得るフ
ルスケール点電圧演算式と、ゼロ点における基準のゼロ
点電圧と個々の圧力センサ５のゼロ点における測定電圧
間の差（バイアス量）を得るバイアス量演算式と、実測
モードにおいて補正した測定値を得る補正演算式等を、
変換データとして記憶したＲＯＭやＲＡＭであって演算
部９に接続されており、演算部９からのアクセスによっ
てそれらの演算式を出力する。

【００１４】ゼロ点電圧演算式は、 Ｖ0 ：基準の駆動電圧を印加したと想定した時のゼロ点電圧 Ｖ1 ：調整時（校正時）のゼロ点電圧［測定値］ ＶRO：基準の駆動電圧［既知］ ＶR1：調整時（校正時）の駆動電圧［測定値］ Ｐ ：駆動電圧変動に対するゼロ点電圧の変動係数［既知］ としたとき、 Ｖ1 ＝Ｖ0 ×｛１＋［（ＶR1−ＶRO）／ＶRO］×Ｐ｝ で表され、この式からゼロ点電圧Ｖ0 を求める。

【００１５】フルスケール点電圧演算式は、 ＶF1：基準の駆動電圧を印加したと想定した時のフルスケール点電圧 Ｂ ：ゼロ点とフルスケール点間の標準の電圧差 （標準スパン電圧）［既知］ ＫS ：センサの互換係数（ばらつき係数）［既知］ （センサ個々に予め測定しておき、 ［ＫS ＝当該センサのスパン電圧／Ｂ］とする。） としたとき、 ＶF1＝ＫS ×Ｂ＋Ｖ0 で表される。

【００１６】バイアス量演算式は ｂｉＡ：バイアス量（ゼロ点電圧のずれを圧力の単位に変換したもの） Ｃ：標準ゼロ点電圧［既知］ ＶFS：当該センサのスパン電圧（ＶFS＝ＫS ×Ｂ）［既知］ ＳLH−ＳLL：スパン圧力表示値 （フルスケール点とゼロ点の圧力差に対する表示値）［既知］ としたとき、 ｂｉＡ＝（Ｖ0 −Ｃ）×（ＳLH−ＳLL）／ＶFS で表される。

【００１７】さらに、補正演算式は、調整時に上述した
各式によって求められた値を使用して、実測モードにお
いて補正した測定値を得るための式であり、 ＰＶ：補正した測定値［表示値］ Ｖ2 ：実測中の駆動電圧を印加した時のゼロ点電圧［予想値］ ＶF2：実測中の駆動電圧を印加した時のフルスケール点電圧［予想値］ ＶIN：実測中のセンサ測定電圧［測定値］ Ｑ ：駆動電圧変動に対するフルスケール点電圧の変動係数［既知］ ＶR2＝実測中の駆動電圧［測定値］ としたとき、 Ｖ2 ＝Ｖ0 ×｛１＋［（ＶR2−ＶR0）／ＶR0］×Ｐ｝ ＶF2＝ＶF1×｛１＋［（ＶR2−ＶR0）／ＶR0］×Ｑ｝ ＰＶ＝（ＶIN−Ｖ2 ）×［（ＳLH−ＳLL）／（ＶF2−Ｖ2 ）］ で表される。

【００１８】演算部９は、それらゼロ点電圧演算式、フ
ルスケール点電圧演算式および補正演算式等を測定値換
算データ記憶部２３から読み出し、測定信号入力部７か
らのセンサ測定値、互換係数記憶部１３からの互換係数
および駆動電圧測定部１７からの駆動電圧の測定電圧を
代入して演算し、ゼロ点電圧Ｖ0 、フルスケール点電圧
ＶF1を得るとともに、実測中のセンサ測定電圧を補正演
算して測定値ＰＶを得るものであり、その測定値ＰＶを
表示部１へ出力する機能を有している。また、演算部９
は測定値換算データ記憶部２３からのバイアス量演算式
によって標準的な値からの誤差、例えばゼロ点について
の標準のセンサ測定電圧と個々の圧力センサ５における
センサ測定電圧の差を圧力の単位に変換したもの（バイ
アス量）を修正データ記憶部２５へ出力するとともに表
示部１へ出力する機能を有している。

【００１９】修正データ記憶部２５はその修正データを
修正データとして記憶するＲＡＭであり、表示部１はＬ
ＣＤ表示器やＬＥＤ表示器等の公知の表示器であって測
定値ＰＶやバイアス量その他をデジタル的に表示するも
のである。これら本考案のセンサの補正装置は、例えば
図３に示すような指示計３内に内蔵して構成される。す
なわち、ＣＰＵ２７ａと、このＣＰＵ２７ａの動作プロ
グラムを格納したＲＯＭ２７ｂおよびインターフェース
としてのＩ／Ｏ２７ｃからなる制御部２７と、この制御
部２７に接続された設定部２９、測定信号入力部７、駆
動電圧測定部１７、表示部１、修正データ記憶部２５、
測定値換算データ記憶部２３および互換係数記憶部１３
から構成されている。

【００２０】設定部２９は、指示計３本体の前面パネル
（図示せず）に配置された例えばキーボードであり、上
述した互換係数の入力、後述する調整モード（自動校正
モード）、実測モードの選択の他、後述する入力機能を
有している。測定信号入力部７、駆動電圧測定部１７、
表示部１、修正データ記憶部２５、測定値換算データ記
憶部２３、互換係数記憶部１３および駆動電圧印加部１
５は上述した通りであるが、修正データ記憶部２５、測
定値換算データ記憶部２３および互換係数記憶部１３は
１個の記憶部（ＲＡＭ）を分割して使用される場合が多
い。制御部２７は、調整モード（自動校正モード）、実
測モードの実行およびこれらの実行中に上述したゼロ点
演算式、フルスケール点演算式および補正演算式を実行
し、ゼロ点電圧Ｖ0 、フルスケール点電圧ＶF1、バイア
ス量ｂｉＡを得て、実測中のセンサ測定電圧を補正演算
して測定値ＰＶを得るものであり、その測定値ＰＶを表
示部１へ出力する機能を有している。すなわち、図１の
演算部９としても機能する。

【００２１】次に上述した指示計３の動作を図４のフロ
ーチャートによって説明することにより、本考案のセン
サ補正装置の動作を説明する。使用者が図２のように圧
力センサ５と指示計３を接続した後、図４のステップ４
０１で図３の設定部２９から指示計３を校正モードに
し、ステップ４０２で前回の互換係数すなわち前回接続
した圧力センサ５に係るバイアス量を修正データ記憶部
２５から読み出して表示部１に表示させ、ステップ４０
３で動作終了か否か判断する。前回と同じ圧力センサ５
を用いる場合にはＹＥＳとなって終了する。別の圧力セ
ンサ５と指示計３を接続したためにステップ４０３がＮ
Ｏであれば、ステップ４０４で当該圧力センサ５に係る
センサ本体１９の銘板２１に表示されている互換係数Ｋ
ｓを設定部２９から入力し、ステップ４０５で終了か否
か判断し、ＹＥＳであれば終了する。

【００２２】調整を継続するためにステップ４０５がＮ
Ｏであれば、ステップ４０６で自動校正を行なうか否か
判別し、ＮＯであればステップ４０２に戻り、ＹＥＳで
あればステップ４０７で校正時の駆動電圧の測定電圧Ｖ
R1を測定する。この時、圧力センサ５は０Ｋｇｆ／ｃｍ
² にしておく。続くステップ４０８で校正時のゼロ点の
センサ測定電圧Ｖ1 を測定し、ステップ４０９でセンサ
測定電圧Ｖ1 が所定の範囲であるか否かを判断する。セ
ンサ測定電圧Ｖ1 が所定の範囲内にあってＹＥＳであれ
ば、ステップ４１０で基準の駆動電圧を印加したと想定
した時のゼロ点電圧Ｖ0 、基準の駆動電圧を印加したと
想定した時のフルスケール点電圧ＶF1、バイアス量ｂｉ
Ａを演算し、ステップ４１１でバイアス量ｂｉＡを表示
部１に表示させてステップ４０２に戻る。

【００２３】もし、ゼロ点のセンサ測定電圧Ｖ1 が所定
の範囲外にあってＮＯであれば、ステップ４１２で表示
部１にエラーを表示し、ステップ４１３で圧力センサ５
の再チェックを行ない、ステップ４０２に戻る。そし
て、図示しないステップで図３の設定部２９から指示計
３を実測モードにし、圧力センサ５からのセンサ測定電
圧に基づく測定値ＰＶを表示部１に表示させる。このよ
うに本考案に係るセンサの補正装置は、互換係数を入力
する互換係数入力部１１と、これを記憶する互換係数記
憶部１３と、センサへ印加する駆動電圧を測定するセン
サ用駆動電圧測定部１７を設け、ゼロ点におけるセンサ
測定電圧を入力すれば、演算部９で、測定値換算データ
記憶部２３からの換算データによって基準の駆動電圧を
印加したと想定した時のフルスケール点電圧を自動的に
演算するとともに、これらゼロ点のセンサ測定電圧と演
算したフルスケール点のセンサ測定電圧の傾向、互換係
数およびセンサ用駆動電圧測定信号から測定電圧を補正
して測定値ＰＶを補正する構成としたから、指示計３と
組合せて使用する圧力センサ５について単にゼロ点にお
けるセンサ測定電圧を取込めば、フルスケール点のセン
サ測定電圧を予め測定する必要がなくなる。

【００２４】そのため、本考案のセンサの補正装置を指
示計３に搭載すれば、任意の圧力センサ５および指示計
３を互いに接続しても使用現場での調整が簡単となり、
圧力センサ５と指示計３との任意の組合せが容易とな
る。従って、圧力センサ５又は指示計３の一方が故障し
て修理する必要がある場合、単に片方のみを交換しても
簡単な調整によって正確な表示が可能となって便利かつ
経済的であるうえ、圧力センサ５又は指示計３を各々単
品で流通、販売および保管できるのでこれらの取扱いが
簡単である。

【００２５】しかも、圧力センサ５に印加する駆動電圧
を測定する駆動電圧測定部１７を設け、演算部９でその
測定電圧を考慮して補正演算して測定値ＰＶを得るの
で、本考案の補正装置を搭載した指示計３内からの駆動
電圧が多少変動しても正確な測定値ＰＶを演算できる
し、指示計３内において駆動電圧を形成する回路構成を
複雑化させない。なお、互換係数がゼロ点に係るデータ
を含むものであれば、ゼロ点におけるセンサ測定電圧の
取込みを省略可能である。また、本考案では圧力センサ
５のセンサ本体１９表面に、センサ素子に係る標準特性
に対する互換係数を表示した銘板２１を配置したから、
指示計３に接続した圧力センサ５の銘板２１を見るだけ
で、当該圧力センサ５の互換係数が分り、補正装置に入
力し易い。

【００２６】しかも、互換係数はセンサ本体１９に直接
付して銘板２１を省略することも可能である。さらに、
上述した実施例では圧力センサ５を例にして説明した
が、本考案では圧力以外に温度その他のセンサにおいて
実施可能である。もっとも、本考案においては測定信号
が直線的に変化するセンサ、特に駆動電圧を印加して駆
動させるセンサにおいて好適する。また、本考案の補正
装置は指示計に限らず、調節計その他の一般的な計器に
広く搭載可能である。

【００２７】

【考案の効果】以上説明したように本考案は、互換係数
を入力する互換係数入力部と、これを記憶する互換係数
記憶部と、センサからの測定信号を入力する測定信号入
力部と、センサへ印加する駆動電圧を測定するセンサ用
駆動電圧測定部と、演算部と、この演算部で演算するた
めの測定値変換データを記憶した測定値変換データ記憶
部とを設け、その演算部で測定値変換データに基づき互
換係数およびセンサ用駆動電圧測定信号からセンサ測定
信号を補正して測定値を得る構成としたから、センサに
ついての互換係数とセンサ測定信号を入力すれば、正確
なセンサ測定値が得られる。そのため、補正装置を搭載
した例えば指示計とセンサを接続してもその調整が簡単
となり、圧力センサと指示計との任意の組合せが容易で
あるし、維持管理等も簡単であるうえ、圧力センサへの
駆動電圧が変動しても正確な測定値を得ることが容易
で、駆動電圧を形成する回路構成も複雑化しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るセンサの補正装置の一実施例を示
すブロック図である。

【図２】本考案に係るセンサの補正装置を内蔵した指示
計とセンサの組合せを示す図である。

【図３】図１のセンサの補正装置を指示計とともに示す
ブロック図である。

【図４】図１のセンサの補正装置の動作を指示計ととも
に説明するフローチャートである。

【図５】従来の指示計とセンサの組合せを示す図であ
る。

【図６】個々の圧力センサにおける圧力に対するセンサ
出力電圧特性のばらつきを示す図である。

【図７】任意の圧力センサにおいて圧力に対するセンサ
出力電圧特性が駆動電圧によって変化する例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 表示部 ３ 指示計（計器） ５ 圧力センサ（センサ） ７ 測定信号入力部 ９ 演算部 １１ 互換係数入力部 １３ 互換係数記憶部 １５ 駆動電圧印加部 １７ 駆動電圧測定部 １９ センサ本体 ２１ 銘板 ２３ 測定値換算データ記憶部 ２５ 修正データ記憶部 ２７ 制御部（演算部） ２７ａ ＣＰＵ ２７ｂ ＲＯＭ ２７ｃ Ｉ／Ｏ ２９ 設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−257314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−243510（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−50601（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−158910（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサに係る標準特性と、実際に接続さ
   れる同種の個々のセンサが有する固有特性との関係を互
   換係数として入力する互換係数入力部と、 入力された前記互換係数を記憶する互換係数記憶部と、 前記センサからのセンサ測定信号を入力する測定信号入
   力部と、駆動電圧の印加によって測定駆動する前記センサへの前
   記駆動電圧を測定するセンサ用駆動電圧測定部と、 少なくとも前記互換係数記憶部からの前記互換係数およ
   び前記センサ用駆動電圧測定部からの前記駆動電圧測定
   信号を用いて前記測定信号入力部からの前記センサ測定
   信号を補正して実接続される前記センサ毎のばらつきを
   抑えたセンサ測定値を得る測定値換算データを記憶する
   測定値換算データ記憶部と、 この測定値換算データ記憶部からの前記測定値換算デー
   タに基づき少なくとも前記互換係数、前記駆動電圧測定
   信号および前記センサ測定信号により、実接続される前
   記センサ毎のセンサ測定値を補正演算する演算部と、 を具備することを特徴とするセンサの補正装置。