JP3003056B2 - 自己診断回路 - Google Patents
自己診断回路Info
- Publication number
- JP3003056B2 JP3003056B2 JP3156704A JP15670491A JP3003056B2 JP 3003056 B2 JP3003056 B2 JP 3003056B2 JP 3156704 A JP3156704 A JP 3156704A JP 15670491 A JP15670491 A JP 15670491A JP 3003056 B2 JP3003056 B2 JP 3003056B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensor
- capacitor
- electromotive force
- voltage
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自己診断回路に係わ
り、特に、センサの内部抵抗値を測定する方法を改善し
た自己診断回路に関する。
り、特に、センサの内部抵抗値を測定する方法を改善し
た自己診断回路に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、ジルコニア式O2センサの健全
性を評価する項目は各種あるが、その内の一つとしてセ
ンサの内部抵抗値がある。これは、良品のセンサの内部
抵抗値は低く通常100Ω以下であるが、実ガス内で使
用しているとセンサ電極のヨゴレ、ひび割れ、センサ物
性の変化など各種不安定要因によりセンサ特性の劣化が
生じてきた場合に、センサの内部抵抗値が上昇する傾向
がある。一般に数kΩ以上になる。
性を評価する項目は各種あるが、その内の一つとしてセ
ンサの内部抵抗値がある。これは、良品のセンサの内部
抵抗値は低く通常100Ω以下であるが、実ガス内で使
用しているとセンサ電極のヨゴレ、ひび割れ、センサ物
性の変化など各種不安定要因によりセンサ特性の劣化が
生じてきた場合に、センサの内部抵抗値が上昇する傾向
がある。一般に数kΩ以上になる。
【0003】また、センサと変換器間の配線が断線した
り、端子盤などで接触不良が発生したりすれば正確な測
定はできなくなる。そこでセンサの内部抵抗あるいは配
線系統の直流抵抗を測定して良否を判断する自己診断を
行っている。
り、端子盤などで接触不良が発生したりすれば正確な測
定はできなくなる。そこでセンサの内部抵抗あるいは配
線系統の直流抵抗を測定して良否を判断する自己診断を
行っている。
【0004】従来、自己診断回路としては抵抗シャント
法が用いられており、この抵抗シャント法はセンサの等
価回路が電圧源と内部抵抗で表されると仮定し、センサ
内部抵抗測定時にセンサの信号ライン間に抵抗値既知の
いわゆるシャント抵抗を接続したときに、センサ起電力
が内部抵抗とシャント抵抗で分圧されるとして、その接
続前後の電圧値から計算によって内部抵抗値を求めてい
る。
法が用いられており、この抵抗シャント法はセンサの等
価回路が電圧源と内部抵抗で表されると仮定し、センサ
内部抵抗測定時にセンサの信号ライン間に抵抗値既知の
いわゆるシャント抵抗を接続したときに、センサ起電力
が内部抵抗とシャント抵抗で分圧されるとして、その接
続前後の電圧値から計算によって内部抵抗値を求めてい
る。
【0005】しかしながら、実際上は、センサは内部抵
抗とキャパシタの複合インピーダンスの形になっている
ため、シャント抵抗の接続前後の電圧波形は一次遅れ波
形になるため、シャント後の電圧測定まで時間がかかる
という欠点があった。特にセンサ特性が劣化すると内部
抵抗もキャパシタも見かけ上増えるようになり、一層測
定に時間がかかるようになる。また、逆に測定終了後に
シャント抵抗を開放しても元のセンサ起電力レベルに復
帰するまでに同様に時間がかかり測定に支障が出るよう
になる。
抗とキャパシタの複合インピーダンスの形になっている
ため、シャント抵抗の接続前後の電圧波形は一次遅れ波
形になるため、シャント後の電圧測定まで時間がかかる
という欠点があった。特にセンサ特性が劣化すると内部
抵抗もキャパシタも見かけ上増えるようになり、一層測
定に時間がかかるようになる。また、逆に測定終了後に
シャント抵抗を開放しても元のセンサ起電力レベルに復
帰するまでに同様に時間がかかり測定に支障が出るよう
になる。
【0006】さらに、自己診断中はシャント抵抗の接続
前後でセンサ起電力が変化すると正しい抵抗測定ができ
なくなるために、センサ起電力を一定に保つ目的でゼロ
点校正ガスを流しておく必要がある。ちなみに、ジルコ
ニアO2センサは、空気(スパン点校正ガス)を導入し
たときは一般にセンサ起電力が0mVになるように構成
されていて上記方式の自己診断ができないため、大きな
起電力が発生するゼロ点校正ガスが必要になる。
前後でセンサ起電力が変化すると正しい抵抗測定ができ
なくなるために、センサ起電力を一定に保つ目的でゼロ
点校正ガスを流しておく必要がある。ちなみに、ジルコ
ニアO2センサは、空気(スパン点校正ガス)を導入し
たときは一般にセンサ起電力が0mVになるように構成
されていて上記方式の自己診断ができないため、大きな
起電力が発生するゼロ点校正ガスが必要になる。
【0007】したがって、上記の自己診断実行時には、
センサ入力値が強制的に変動させられるために自己診断
実行中はアナログ出力をホールド状態にしておく必要が
ある。しかし、センサ特性が劣化したときのシャント抵
抗の接続と開放時には、自己診断の処理時間が長く必要
になる。すなわち、自己診断の終了時にアナログ出力指
示の突変が発生しないようにするために正常時より長い
ホールド時間が必要になる。したがって、ホールド時間
の設定は、安全のために常に長い時間にしておく必要が
あるため、欠測状態が増えることになる。このことは実
ガスの連続測定が不可欠とされるプロセス分析計では好
ましくないという欠点となる。
センサ入力値が強制的に変動させられるために自己診断
実行中はアナログ出力をホールド状態にしておく必要が
ある。しかし、センサ特性が劣化したときのシャント抵
抗の接続と開放時には、自己診断の処理時間が長く必要
になる。すなわち、自己診断の終了時にアナログ出力指
示の突変が発生しないようにするために正常時より長い
ホールド時間が必要になる。したがって、ホールド時間
の設定は、安全のために常に長い時間にしておく必要が
あるため、欠測状態が増えることになる。このことは実
ガスの連続測定が不可欠とされるプロセス分析計では好
ましくないという欠点となる。
【0008】
【発明が解決しようとする問題点】本発明は、かかる従
来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題
は、高価な校正ガスを必要とせず、しかも実ガス測定に
悪影響を与えることなくセンサの自己診断ができる自己
診断回路を提供することにある。
来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その課題
は、高価な校正ガスを必要とせず、しかも実ガス測定に
悪影響を与えることなくセンサの自己診断ができる自己
診断回路を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するためになされたもので、 未知の内部抵抗R
xを有するセンサの起電力E0と、 このセンサの起
電力E0を未知容量(Cs)を有するキャパシタに一定
時間(T)取り込んだ電圧E0'と、 基準電圧Es
と、 この基準電源圧Esを一定時間(T)前記キャ
パシタに取り込んだ電圧Es'とをそれぞれ取り込んで
記憶するメモリと、このメモリに記憶されたデータを用
いて下記演算を行って前記内部抵抗Rxを求めることを
特徴としている。 Cs=(1/Rs)・(−T)/ln(1−Es'/Es) Rx=(1/Cs)・(−T)/ln(1−E0'/E0) 但し、Rx は測定すべきセンサの内部抵抗、Cs はキャ
パシタの容量値、Tはキャパシタの充電時間、E0 はセ
ンサの起電力、E0 ´はセンサの起電力を一定時間Tキ
ャパシタに充電したときのキャパシタの両端電圧、Es
は基準電源電圧、Es´はセンサの起電力を一定時間T
キャパシタに充電したときのキャパシタの両端電圧、R
sは基準抵抗。
解決するためになされたもので、 未知の内部抵抗R
xを有するセンサの起電力E0と、 このセンサの起
電力E0を未知容量(Cs)を有するキャパシタに一定
時間(T)取り込んだ電圧E0'と、 基準電圧Es
と、 この基準電源圧Esを一定時間(T)前記キャ
パシタに取り込んだ電圧Es'とをそれぞれ取り込んで
記憶するメモリと、このメモリに記憶されたデータを用
いて下記演算を行って前記内部抵抗Rxを求めることを
特徴としている。 Cs=(1/Rs)・(−T)/ln(1−Es'/Es) Rx=(1/Cs)・(−T)/ln(1−E0'/E0) 但し、Rx は測定すべきセンサの内部抵抗、Cs はキャ
パシタの容量値、Tはキャパシタの充電時間、E0 はセ
ンサの起電力、E0 ´はセンサの起電力を一定時間Tキ
ャパシタに充電したときのキャパシタの両端電圧、Es
は基準電源電圧、Es´はセンサの起電力を一定時間T
キャパシタに充電したときのキャパシタの両端電圧、R
sは基準抵抗。
【0010】
【実施例】以下、本発明について図を用いて詳細に説明
する。図1は本発明実施例の構成説明図であり、図中、
1はセンサの内部抵抗(Rx)、2はセンサの起電力
(E0)、3は基準抵抗(Rs)、4は基準電圧電源
(Es)、5は未知容量Csを有するキャパシタ、6a
〜6eはスイッチ、7は演算増幅器、8aはA/D変換
器、8bは中央処理装置(以下、「CPU」という)、
8cはメモリ、8dはスイッチ6a〜6eを駆動させる
ための入出力ポ―ト(以下、「I/O」という)、8は
演算処理部である。
する。図1は本発明実施例の構成説明図であり、図中、
1はセンサの内部抵抗(Rx)、2はセンサの起電力
(E0)、3は基準抵抗(Rs)、4は基準電圧電源
(Es)、5は未知容量Csを有するキャパシタ、6a
〜6eはスイッチ、7は演算増幅器、8aはA/D変換
器、8bは中央処理装置(以下、「CPU」という)、
8cはメモリ、8dはスイッチ6a〜6eを駆動させる
ための入出力ポ―ト(以下、「I/O」という)、8は
演算処理部である。
【0011】図2は、本発明実施例の動作を説明するた
めのタイムチャ―トであり横軸は時間(t)を示してい
る。以下、図1と図2を用いて本発明実施例の動作説明
を行なう。図1及び図2において、最初、スイッチ6
a,6b,6dが閉、スイッチ6c,6eが開の状態
で、センサの起電力(E0)をA/D変換器8aに取り
込み、CPU8bを介してメモリ8cにデ―タを保存す
る。
めのタイムチャ―トであり横軸は時間(t)を示してい
る。以下、図1と図2を用いて本発明実施例の動作説明
を行なう。図1及び図2において、最初、スイッチ6
a,6b,6dが閉、スイッチ6c,6eが開の状態
で、センサの起電力(E0)をA/D変換器8aに取り
込み、CPU8bを介してメモリ8cにデ―タを保存す
る。
【0012】次に、スイッチ6dを開にすると同時にス
イッチ6cを閉にし、一定時間(T)の間だけキャパシ
タ5の容量(Cs )にセンサの電荷をチャ―ジする。一
定時間(T)経過後スイッチ6a,6bを開にし、キャ
パシタ5の両端電圧(E0')をA/D変換器8aで取り
込み、そのデ―タをCPU8bを介してメモリ8cに保
存する。
イッチ6cを閉にし、一定時間(T)の間だけキャパシ
タ5の容量(Cs )にセンサの電荷をチャ―ジする。一
定時間(T)経過後スイッチ6a,6bを開にし、キャ
パシタ5の両端電圧(E0')をA/D変換器8aで取り
込み、そのデ―タをCPU8bを介してメモリ8cに保
存する。
【0013】次いで、スイッチ6a,6b,6c,6e
を開、6eを閉にしてキャパシタ5にチャージされた電
荷を放電する。その後、スイッチ6a,6b,6dを
開、スイッチ6c,6eを閉として基準電源電圧(E
s)を一定時間(T)キャパシタ5にチャージする。
を開、6eを閉にしてキャパシタ5にチャージされた電
荷を放電する。その後、スイッチ6a,6b,6dを
開、スイッチ6c,6eを閉として基準電源電圧(E
s)を一定時間(T)キャパシタ5にチャージする。
【0014】一定時間(T)経過後、スイッチ6a,6
b,6d,6eを開、6cを閉にしてキャパシタ5にチ
ャージされた電荷(Es')をA/D変換器8aで取り
込み、そのデ―タをCPU8bを介してメモリ8cに保
存する。なお、基準電圧源4の電圧(Es)は予めメモ
リ8cに保存されているものとする。
b,6d,6eを開、6cを閉にしてキャパシタ5にチ
ャージされた電荷(Es')をA/D変換器8aで取り
込み、そのデ―タをCPU8bを介してメモリ8cに保
存する。なお、基準電圧源4の電圧(Es)は予めメモ
リ8cに保存されているものとする。
【0015】メモリに格納された上述のE0,E0',E
s'及び既知の値であるEs,Rsからセンサの内部抵
抗あるいは配線系の接触抵抗を含めた抵抗値を次式によ
り演算する。 E0'=E0{1−exp(−T/τ)} …(1) τ=Cs・Rx …(2) (1)式から得られるτ=−T/ln{1−(E0 ´/
E0 )}と、(2)式から下式(3)が得られる。ま
た、この(3)式から下式(4)が導かれる。 Cs ・Rx =−T/ln{1−(E0 ´/E0 )}…………………………(3 ) Rx =(1/Cs )・[−T/ln{1−(E0 ´/E0 )}]…………( 4)
s'及び既知の値であるEs,Rsからセンサの内部抵
抗あるいは配線系の接触抵抗を含めた抵抗値を次式によ
り演算する。 E0'=E0{1−exp(−T/τ)} …(1) τ=Cs・Rx …(2) (1)式から得られるτ=−T/ln{1−(E0 ´/
E0 )}と、(2)式から下式(3)が得られる。ま
た、この(3)式から下式(4)が導かれる。 Cs ・Rx =−T/ln{1−(E0 ´/E0 )}…………………………(3 ) Rx =(1/Cs )・[−T/ln{1−(E0 ´/E0 )}]…………( 4)
【0016】 一方、Es'=Es{1−exp(−T/τs)} …(5) τs=Cs・Rs …(6) (5)式から得られるτs=−T/ln{1−(Es
´/Es )}と、(6) 式から下式(7)が得られる。 Cs ・Rs =−T/ln{1−(Es ´/Es)}…………………………( 7) Cs =(1/Rs )・[−T/ln{1−(Es ´/Es )}]………… (8) この(8)式におけるCsの値を(4)式に代入してR
xを得る。
´/Es )}と、(6) 式から下式(7)が得られる。 Cs ・Rs =−T/ln{1−(Es ´/Es)}…………………………( 7) Cs =(1/Rs )・[−T/ln{1−(Es ´/Es )}]………… (8) この(8)式におけるCsの値を(4)式に代入してR
xを得る。
【0017】(1)〜(8)式において、Rx は測定す
べきセンサの内部抵抗、Cs はキャパシタの容量値、T
はキャパシタの充電時間、E0 はセンサの起電力、E0
´はセンサの起電力を一定時間Tキャパシタに充電した
ときのキャパシタの両端電圧、Esは基準電源電圧、E
s´はセンサの起電力を一定時間Tキャパシタに充電し
たときのキャパシタの両端電圧、Rsは基準抵抗をそれ
ぞれ表している。尚、本発明は上述の実施例に限定され
ることなく種々の変形が可能である。
べきセンサの内部抵抗、Cs はキャパシタの容量値、T
はキャパシタの充電時間、E0 はセンサの起電力、E0
´はセンサの起電力を一定時間Tキャパシタに充電した
ときのキャパシタの両端電圧、Esは基準電源電圧、E
s´はセンサの起電力を一定時間Tキャパシタに充電し
たときのキャパシタの両端電圧、Rsは基準抵抗をそれ
ぞれ表している。尚、本発明は上述の実施例に限定され
ることなく種々の変形が可能である。
【0018】
【発明の効果】以上詳しく説明したような本発明によれ
ば、センサ起電力及び基準電源電圧をキャパシタにチャ
ージする時間Tが例えば数msec.〜数100mse
c.以下というように極短くて済むため、アナログ出力
のホールド時間(欠測状態)が短くできる。基本的に
は、自己診断処理中には校正ガスが必要であるが、実ガ
ス測定においてセンサ起電力の変化は電極部のガスの置
換速度との関係があるが、一般的には数秒の応答特性と
なる。本方式による処理速度は、センサ起電力の応答特
性に比べかなり早くできるため、実用的には校正ガスを
流してセンサ起電力を一定にしないでも実行できる。し
たがって、ユーザーのユーティリティの節約ができ、低
コストで処理ができる。
ば、センサ起電力及び基準電源電圧をキャパシタにチャ
ージする時間Tが例えば数msec.〜数100mse
c.以下というように極短くて済むため、アナログ出力
のホールド時間(欠測状態)が短くできる。基本的に
は、自己診断処理中には校正ガスが必要であるが、実ガ
ス測定においてセンサ起電力の変化は電極部のガスの置
換速度との関係があるが、一般的には数秒の応答特性と
なる。本方式による処理速度は、センサ起電力の応答特
性に比べかなり早くできるため、実用的には校正ガスを
流してセンサ起電力を一定にしないでも実行できる。し
たがって、ユーザーのユーティリティの節約ができ、低
コストで処理ができる。
【図1】本発明実施例の構成回路図である。
【図2】本発明実施例の動作を説明するためのタイムチ
ャ―トである。 1 センサの内部抵抗 2 センサの起電力 3 基準抵抗 4 基準電源 5 キャパシタ 6a〜6e スイッチ 7 演算増幅器 8a A/D変換器 8b 中央処理装置 8c メモリ 8d 入出力ポ―ト 8 演算処理部
ャ―トである。 1 センサの内部抵抗 2 センサの起電力 3 基準抵抗 4 基準電源 5 キャパシタ 6a〜6e スイッチ 7 演算増幅器 8a A/D変換器 8b 中央処理装置 8c メモリ 8d 入出力ポ―ト 8 演算処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/26 391 G01N 27/00 - 27/24 G01N 27/409
Claims (1)
- 【請求項1】 未知の内部抵抗Rxを有するセンサの
起電力E0と、 このセンサの起電力E0を未知容量(Cs)を有す
るキャパシタに一定時間(T)取り込んだ電圧E0'と、 基準電源電圧Esと、 この基準電源圧Esを一定時間(T)前記キャパシ
タに取り込んだ電圧Es'とをそれぞれ取り込んで記憶
するメモリと、このメモリに記憶されたデータを用いて
下記演算を行って前記内部抵抗Rxを求めることを特徴
とする自己診断回路。 記 Cs=(1/Rs)・(−T)/ln(1−Es'/Es) Rx=(1/Cs)・[−T/ln{1−E0'/E0)] 但し、Rx は測定すべきセンサの内部抵抗、Cs はキャ
パシタの容量値、Tはキャパシタの充電時間、E0 はセ
ンサの起電力、E0 ´はセンサの起電力を一定時間Tキ
ャパシタに充電したときのキャパシタの両端電圧、Es
は基準電源電圧、Es´はセンサの起電力を一定時間T
キャパシタに充電したときのキャパシタの両端電圧、R
sは基準抵抗。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3156704A JP3003056B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 自己診断回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3156704A JP3003056B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 自己診断回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05209852A JPH05209852A (ja) | 1993-08-20 |
JP3003056B2 true JP3003056B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=15633517
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3156704A Expired - Lifetime JP3003056B2 (ja) | 1991-06-27 | 1991-06-27 | 自己診断回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3003056B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10119080B4 (de) * | 2001-04-19 | 2005-05-04 | Acam-Messelectronic Gmbh | Verfahren und Schaltanordnung zur Widerstandsmessung |
JP5648001B2 (ja) | 2012-01-13 | 2015-01-07 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ処理装置 |
-
1991
- 1991-06-27 JP JP3156704A patent/JP3003056B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05209852A (ja) | 1993-08-20 |
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