JP3157482B2 - 信号増幅器 - Google Patents
信号増幅器Info
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- JP3157482B2 JP3157482B2 JP11553197A JP11553197A JP3157482B2 JP 3157482 B2 JP3157482 B2 JP 3157482B2 JP 11553197 A JP11553197 A JP 11553197A JP 11553197 A JP11553197 A JP 11553197A JP 3157482 B2 JP3157482 B2 JP 3157482B2
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- rtd
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、白金（Ｐt100）等
の測温抵抗体を用いて精密温度計測する際に使用される
信号増幅器であって、特に、三線式測温抵抗体に使用さ
れる信号増幅器に関する。
の測温抵抗体を用いて精密温度計測する際に使用される
信号増幅器であって、特に、三線式測温抵抗体に使用さ
れる信号増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】測温抵抗体を用いるときにはブリッジ回
路で抵抗値を電圧値に変換して増幅するのが一般的であ
るが、精密温度計測する場合には、測温抵抗体への配線
抵抗の影響を避けるために三線式測温抵抗体が使用され
る。そのような配線抵抗補償機能を有する信号増幅器と
しては、図３に示すように、演算増幅器Ａの帰還ルート
に三線式測温抵抗体を接続し、抵抗ブリッジ回路Ｒ1 ，
Ｒ1 ，Ｒ ，Ｒ0 ＋ΔＲの出力を差動増幅するように構
成したものが一般的であった。ここに、測温抵抗体とし
て白金（Ｐt100）を使用した場合、Ｒ0 は０℃での抵抗
値（１００Ω）、ΔＲは０℃からの抵抗値の変化分、ｒ
i は配線抵抗である。
路で抵抗値を電圧値に変換して増幅するのが一般的であ
るが、精密温度計測する場合には、測温抵抗体への配線
抵抗の影響を避けるために三線式測温抵抗体が使用され
る。そのような配線抵抗補償機能を有する信号増幅器と
しては、図３に示すように、演算増幅器Ａの帰還ルート
に三線式測温抵抗体を接続し、抵抗ブリッジ回路Ｒ1 ，
Ｒ1 ，Ｒ ，Ｒ0 ＋ΔＲの出力を差動増幅するように構
成したものが一般的であった。ここに、測温抵抗体とし
て白金（Ｐt100）を使用した場合、Ｒ0 は０℃での抵抗
値（１００Ω）、ΔＲは０℃からの抵抗値の変化分、ｒ
i は配線抵抗である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の信号増
幅器の出力電圧は、次式で示すように、配線抵抗ｒ1 の
影響を完全に除去しうるものではなく、精密な温度計測
を行うためには、さらに改良の余地があった。 Ｉ＝（ＶS ／２）／（Ｒ＋ｒ1 ） Ｖ0 ＝ＶS ／２−Ｉ（Ｒ0 ＋ΔＲ＋ｒ2 ） ここに、Ｒ＝Ｒ0 ，ｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒ3 とすると、 Ｖ0 ＝−〔ＶS ／｛２（Ｒ＋ｒ1 ）｝〕ΔＲ
幅器の出力電圧は、次式で示すように、配線抵抗ｒ1 の
影響を完全に除去しうるものではなく、精密な温度計測
を行うためには、さらに改良の余地があった。 Ｉ＝（ＶS ／２）／（Ｒ＋ｒ1 ） Ｖ0 ＝ＶS ／２−Ｉ（Ｒ0 ＋ΔＲ＋ｒ2 ） ここに、Ｒ＝Ｒ0 ，ｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒ3 とすると、 Ｖ0 ＝−〔ＶS ／｛２（Ｒ＋ｒ1 ）｝〕ΔＲ
【０００４】原理的には、図４に示すように、測温抵抗
体Ｒ0 ＋ΔＲと、基準抵抗Ｒのそれぞれを定電流源と接
続し、それらの電圧を差動増幅器で増幅することによ
り、配線抵抗ｒ1 の影響を完全に除去することができ
る。差動増幅器のゲインをＧとすると、出力電圧Ｖ0 は
次式で示される。 Ｖ0 ＝ＧＩ1 ΔＲ しかし、この場合には、測温抵抗体Ｒ0 ＋ΔＲと、基準
抵抗Ｒのそれぞれに供給される電流Ｉ1 ，Ｉ2 が等しく
なるように完全に同一特性の一対の定電流源を準備する
必要があり、回路の複雑化を招くばかりでなく高コスト
となるために現実的ではない。本発明の目的は、配線抵
抗の影響を完全に除去することのできる三線式測温抵抗
体に使用される高精度の信号増幅器を提供する点にあ
る。
体Ｒ0 ＋ΔＲと、基準抵抗Ｒのそれぞれを定電流源と接
続し、それらの電圧を差動増幅器で増幅することによ
り、配線抵抗ｒ1 の影響を完全に除去することができ
る。差動増幅器のゲインをＧとすると、出力電圧Ｖ0 は
次式で示される。 Ｖ0 ＝ＧＩ1 ΔＲ しかし、この場合には、測温抵抗体Ｒ0 ＋ΔＲと、基準
抵抗Ｒのそれぞれに供給される電流Ｉ1 ，Ｉ2 が等しく
なるように完全に同一特性の一対の定電流源を準備する
必要があり、回路の複雑化を招くばかりでなく高コスト
となるために現実的ではない。本発明の目的は、配線抵
抗の影響を完全に除去することのできる三線式測温抵抗
体に使用される高精度の信号増幅器を提供する点にあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による信号増幅器の特徴構成は、特許請求の
範囲の欄の請求項１に記載した通り、電源接続端子が定
電流回路に接続された三線式測温抵抗体の出力側端子
を、入力直列抵抗Ｒ1 、入力接地抵抗Ｒ3 、帰還抵抗Ｒ
2 が接続された演算増幅器の反転入力端子に接続し、前
記三線式測温抵抗体の入力側端子を非反転入力端子に接
続するとともに、前記入力直列抵抗Ｒ1 の値を前記入力
接地抵抗Ｒ3 と前記帰還抵抗Ｒ2 の並列抵抗値としてあ
る点にある。
め、本発明による信号増幅器の特徴構成は、特許請求の
範囲の欄の請求項１に記載した通り、電源接続端子が定
電流回路に接続された三線式測温抵抗体の出力側端子
を、入力直列抵抗Ｒ1 、入力接地抵抗Ｒ3 、帰還抵抗Ｒ
2 が接続された演算増幅器の反転入力端子に接続し、前
記三線式測温抵抗体の入力側端子を非反転入力端子に接
続するとともに、前記入力直列抵抗Ｒ1 の値を前記入力
接地抵抗Ｒ3 と前記帰還抵抗Ｒ2 の並列抵抗値としてあ
る点にある。
【０００６】以下にその作用を説明する。図２に示すよ
うに、配線抵抗ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を有する三線式測温抵
抗体ＲＴＤの電源接続端子Ｔm1に、定電流回路Ｃ１から
抵抗Ｒr を介してセンス電流Ｉを供給し、出力側端子Ｔ
m3を、入力直列抵抗Ｒ1 、入力接地抵抗Ｒ3 、帰還抵抗
Ｒ 2 が接続された演算増幅器Ａ２の反転入力端子に接続
するとともに、入力側端子Ｔm2を非反転入力端子に接続
した信号増幅器を考える。図中Ａ点での電圧をＶ1、Ｂ
点での電圧をＶ2 としてテブナンの定理を適用する。 Ｖ1 ＝−（Ｒr ＋ｒ1 ）Ｉ Ｖ2 ＝−（Ｒr ＋Ｒ0 ＋ΔＲ＋ｒ1 ＋ｒ3 ）Ｉ ここで、Ｖ1 ，Ｖ2 に対する演算増幅器Ａ２の出力をそ
れぞれＶO1，ＶO2とすれば、 ＶO1＝｛１＋Ｒ2 ／（Ｒ1 ，Ｒ3 の並列抵抗値）｝Ｖ1 ここに、１／（Ｒ1 ，Ｒ3 の並列抵抗値）＝１／Ｒ1 ＋
１／Ｒ3 である。 ＶO2＝−（Ｒ2 ／Ｒ1 ）Ｖ2 従って、演算増幅器Ａ２の出力電圧はそれらの和で示さ
れ、 ＶO ＝ＶO1＋ＶO2 ＝｛１＋Ｒ2 ／（Ｒ1 ，Ｒ3 の並列抵抗値）｝Ｖ1 −
（Ｒ2 ／Ｒ1 ）Ｖ2 上式に、上述のＶ1 ，Ｖ2 を代入すると、 ＶO ＝Ｒ2 ΔＲＩ／Ｒ1＋｛（Ｒ0 ＋ｒ3 ）／Ｒ1−（Ｒ
r ＋ｒ1 ）／Ｒ2−（Ｒr ＋ｒ1 ）／Ｒ3 ｝Ｒ2 Ｉ さらに、Ｒr ＝Ｒ0 ，ｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒ3 ＝ｒとすると、 ＶO ＝Ｒ2 ΔＲＩ／Ｒ1＋（１／Ｒ1 −１／Ｒ2 −１／
Ｒ3 ）（Ｒ0 ＋ｒ）Ｒ2 Ｉ となり、誤差項である第二項が零となるためには、 １／Ｒ1 ＝１／Ｒ2 ＋１／Ｒ3 即ち、入力直列抵抗Ｒ1 の値を入力接地抵抗Ｒ3 と帰還
抵抗Ｒ2 の並列抵抗値とすればよい。
うに、配線抵抗ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 を有する三線式測温抵
抗体ＲＴＤの電源接続端子Ｔm1に、定電流回路Ｃ１から
抵抗Ｒr を介してセンス電流Ｉを供給し、出力側端子Ｔ
m3を、入力直列抵抗Ｒ1 、入力接地抵抗Ｒ3 、帰還抵抗
Ｒ 2 が接続された演算増幅器Ａ２の反転入力端子に接続
するとともに、入力側端子Ｔm2を非反転入力端子に接続
した信号増幅器を考える。図中Ａ点での電圧をＶ1、Ｂ
点での電圧をＶ2 としてテブナンの定理を適用する。 Ｖ1 ＝−（Ｒr ＋ｒ1 ）Ｉ Ｖ2 ＝−（Ｒr ＋Ｒ0 ＋ΔＲ＋ｒ1 ＋ｒ3 ）Ｉ ここで、Ｖ1 ，Ｖ2 に対する演算増幅器Ａ２の出力をそ
れぞれＶO1，ＶO2とすれば、 ＶO1＝｛１＋Ｒ2 ／（Ｒ1 ，Ｒ3 の並列抵抗値）｝Ｖ1 ここに、１／（Ｒ1 ，Ｒ3 の並列抵抗値）＝１／Ｒ1 ＋
１／Ｒ3 である。 ＶO2＝−（Ｒ2 ／Ｒ1 ）Ｖ2 従って、演算増幅器Ａ２の出力電圧はそれらの和で示さ
れ、 ＶO ＝ＶO1＋ＶO2 ＝｛１＋Ｒ2 ／（Ｒ1 ，Ｒ3 の並列抵抗値）｝Ｖ1 −
（Ｒ2 ／Ｒ1 ）Ｖ2 上式に、上述のＶ1 ，Ｖ2 を代入すると、 ＶO ＝Ｒ2 ΔＲＩ／Ｒ1＋｛（Ｒ0 ＋ｒ3 ）／Ｒ1−（Ｒ
r ＋ｒ1 ）／Ｒ2−（Ｒr ＋ｒ1 ）／Ｒ3 ｝Ｒ2 Ｉ さらに、Ｒr ＝Ｒ0 ，ｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒ3 ＝ｒとすると、 ＶO ＝Ｒ2 ΔＲＩ／Ｒ1＋（１／Ｒ1 −１／Ｒ2 −１／
Ｒ3 ）（Ｒ0 ＋ｒ）Ｒ2 Ｉ となり、誤差項である第二項が零となるためには、 １／Ｒ1 ＝１／Ｒ2 ＋１／Ｒ3 即ち、入力直列抵抗Ｒ1 の値を入力接地抵抗Ｒ3 と帰還
抵抗Ｒ2 の並列抵抗値とすればよい。
【０００７】
【発明の効果】従って、本発明によれば、単一の定電流
回路の使用など簡便且つ安価な現実的な回路構成で配線
抵抗の影響を完全に除去することのできる三線式測温抵
抗体に使用される信号増幅器を提供することができるよ
うになった。
回路の使用など簡便且つ安価な現実的な回路構成で配線
抵抗の影響を完全に除去することのできる三線式測温抵
抗体に使用される信号増幅器を提供することができるよ
うになった。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る信号増幅器の
実施の形態を説明する。図１に示すように、配線抵抗ｒ
を有する三線式測温抵抗体ＲＴＤに使用される信号増幅
器は、定電流回路Ｃ１と増幅回路Ｃ２とからなり、前記
三線式測温抵抗体ＲＴＤの電源接続端子Ｔm1に、前記定
電流回路Ｃ１から抵抗Ｒr を介してセンス電流Ｉ（Ｖ
REF ／ＲS ）を供給し、出力側端子Ｔm3を、入力直列抵
抗Ｒ1 、入力接地抵抗Ｒ3 、帰還抵抗Ｒ2 が接続された
演算増幅器Ａ２の反転入力端子に接続するとともに、入
力側端子Ｔm2を非反転入力端子に接続して構成してあ
る。
実施の形態を説明する。図１に示すように、配線抵抗ｒ
を有する三線式測温抵抗体ＲＴＤに使用される信号増幅
器は、定電流回路Ｃ１と増幅回路Ｃ２とからなり、前記
三線式測温抵抗体ＲＴＤの電源接続端子Ｔm1に、前記定
電流回路Ｃ１から抵抗Ｒr を介してセンス電流Ｉ（Ｖ
REF ／ＲS ）を供給し、出力側端子Ｔm3を、入力直列抵
抗Ｒ1 、入力接地抵抗Ｒ3 、帰還抵抗Ｒ2 が接続された
演算増幅器Ａ２の反転入力端子に接続するとともに、入
力側端子Ｔm2を非反転入力端子に接続して構成してあ
る。
【０００９】前記定電流回路Ｃ１は、演算増幅器Ａ１の
非反転入力端子を接地するとともに、反転入力端子に基
準電圧Ｖref の直流電源を抵抗ＲS を介して接続し、前
記反転入力端子への帰還ループに前記三線式測温抵抗体
ＲＴＤ、抵抗Ｒr を配して構成してあり、前記三線式測
温抵抗体ＲＴＤへ一定の電流Ｉ（＝Ｖref ／ＲS ）を供
給する。
非反転入力端子を接地するとともに、反転入力端子に基
準電圧Ｖref の直流電源を抵抗ＲS を介して接続し、前
記反転入力端子への帰還ループに前記三線式測温抵抗体
ＲＴＤ、抵抗Ｒr を配して構成してあり、前記三線式測
温抵抗体ＲＴＤへ一定の電流Ｉ（＝Ｖref ／ＲS ）を供
給する。
【００１０】前記増幅回路Ｃ２は、上述したように反転
増幅回路として構成してあり、抵抗Ｒr の値として測温
抵抗体の基準抵抗Ｒ0 と値の等しい抵抗を使用してあ
り、その出力電圧ＶO は、上述した課題を解決するため
の手段の作用の説明で述べたように、 ＶO ＝Ｒ2 ΔＲＩ／Ｒ1＋（１／Ｒ1 −１／Ｒ2 −１／
Ｒ3 ）（Ｒ0 ＋ｒ）Ｒ2 Ｉ で示され、誤差項である第二項の影響を排除するため
に、 １／Ｒ1 ＝１／Ｒ2 ＋１／Ｒ3 即ち、入力直列抵抗Ｒ1 の値を入力接地抵抗Ｒ3 と帰還
抵抗Ｒ2 の並列抵抗値に設定してある。具体的には、入
力直列抵抗Ｒ1 を、入力接地抵抗Ｒ3 及び帰還抵抗Ｒ2
と同一の定数の抵抗を並列接続して構成してあり、この
並列接続された入力直列抵抗Ｒ 1 は最も簡便には入手容
易なディスクリート素子で構成してもよいが、前記入力
接地抵抗Ｒ3 と帰還抵抗Ｒ2 を含めて、複数素子が単一
のパッケージに配され特性の揃ったアレイ型抵抗で構成
することで、高精度且つ経済性を実現できる。尚、入力
直列抵抗Ｒ1 としては、入力接地抵抗Ｒ3 と帰還抵抗Ｒ
2 の並列抵抗値を示す単一の抵抗で構成することもでき
るが、入力直列抵抗Ｒ1 が特殊な値となるために汎用品
を使用できず高価となる場合がある点に注意を要する。
増幅回路として構成してあり、抵抗Ｒr の値として測温
抵抗体の基準抵抗Ｒ0 と値の等しい抵抗を使用してあ
り、その出力電圧ＶO は、上述した課題を解決するため
の手段の作用の説明で述べたように、 ＶO ＝Ｒ2 ΔＲＩ／Ｒ1＋（１／Ｒ1 −１／Ｒ2 −１／
Ｒ3 ）（Ｒ0 ＋ｒ）Ｒ2 Ｉ で示され、誤差項である第二項の影響を排除するため
に、 １／Ｒ1 ＝１／Ｒ2 ＋１／Ｒ3 即ち、入力直列抵抗Ｒ1 の値を入力接地抵抗Ｒ3 と帰還
抵抗Ｒ2 の並列抵抗値に設定してある。具体的には、入
力直列抵抗Ｒ1 を、入力接地抵抗Ｒ3 及び帰還抵抗Ｒ2
と同一の定数の抵抗を並列接続して構成してあり、この
並列接続された入力直列抵抗Ｒ 1 は最も簡便には入手容
易なディスクリート素子で構成してもよいが、前記入力
接地抵抗Ｒ3 と帰還抵抗Ｒ2 を含めて、複数素子が単一
のパッケージに配され特性の揃ったアレイ型抵抗で構成
することで、高精度且つ経済性を実現できる。尚、入力
直列抵抗Ｒ1 としては、入力接地抵抗Ｒ3 と帰還抵抗Ｒ
2 の並列抵抗値を示す単一の抵抗で構成することもでき
るが、入力直列抵抗Ｒ1 が特殊な値となるために汎用品
を使用できず高価となる場合がある点に注意を要する。
【００１１】以下に別の実施の形態を説明する。上述し
た実施の形態では、前記定電流回路Ｃ１から前記三線式
測温抵抗体ＲＴＤへの給電ルートに配置した抵抗Ｒr の
値として、測温抵抗体の基準抵抗Ｒ0 と値の等しい抵抗
を使用し、ΔＲの値が０℃で０Ωであれば前記増幅回路
Ｃ２の出力電圧がＶO ＝０（Ｖ）となるものを説明した
が、抵抗Ｒr の値としては必ずしも測温抵抗体の基準抵
抗Ｒ0 と同一の値を採る必要はなく、出力電圧にオフセ
ットを与えるために異なる値（Ｒr ≠Ｒ0 ）を採用して
もよい。上述した実施の形態では、前記定電流回路Ｃ１
に使用される演算増幅器Ａ１と前記増幅回路Ｃ２に使用
される演算増幅器Ａ２とは同一特性の演算増幅器を使用
でき、従って１パッケージに２つの演算増幅器が配置さ
れたデュアルタイプのＩＣ回路を使用できるが、前記定
電流回路Ｃ１の構成は上述のものに限定するものではな
く、他の公知の定電流回路で構成することも可能であ
る。
た実施の形態では、前記定電流回路Ｃ１から前記三線式
測温抵抗体ＲＴＤへの給電ルートに配置した抵抗Ｒr の
値として、測温抵抗体の基準抵抗Ｒ0 と値の等しい抵抗
を使用し、ΔＲの値が０℃で０Ωであれば前記増幅回路
Ｃ２の出力電圧がＶO ＝０（Ｖ）となるものを説明した
が、抵抗Ｒr の値としては必ずしも測温抵抗体の基準抵
抗Ｒ0 と同一の値を採る必要はなく、出力電圧にオフセ
ットを与えるために異なる値（Ｒr ≠Ｒ0 ）を採用して
もよい。上述した実施の形態では、前記定電流回路Ｃ１
に使用される演算増幅器Ａ１と前記増幅回路Ｃ２に使用
される演算増幅器Ａ２とは同一特性の演算増幅器を使用
でき、従って１パッケージに２つの演算増幅器が配置さ
れたデュアルタイプのＩＣ回路を使用できるが、前記定
電流回路Ｃ１の構成は上述のものに限定するものではな
く、他の公知の定電流回路で構成することも可能であ
る。
【００１２】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。
【図１】信号増幅器の回路図
【図２】信号増幅器の原理を説明する説明図
【図３】従来例を示す信号増幅器の回路図
【図４】従来例を示す信号増幅器の回路図
Ａ２ 演算増幅器 Ｃ１ 定電流回路 ＲＴＤ 三線式測温抵抗体 Ｒ1 入力直列抵抗 Ｒ2 帰還抵抗 Ｒ3 入力接地抵抗 Ｔm1 電源接続端子 Ｔm2 入力側端子 Ｔm3 出力側端子
Claims (1)
- 【請求項１】 電源接続端子（Ｔm1）が定電流回路（Ｃ
１）に接続された三線式測温抵抗体（ＲＴＤ）の出力側
端子（Ｔm3）を、入力直列抵抗（Ｒ1 ）、入力接地抵抗
（Ｒ3 ）、帰還抵抗（Ｒ2 ）が接続された演算増幅器
（Ａ２）の反転入力端子に接続し、前記三線式測温抵抗
体（ＲＴＤ）の入力側端子（Ｔm2）を非反転入力端子に
接続するとともに、前記入力直列抵抗（Ｒ1 ）の値を前
記入力接地抵抗（Ｒ3 ）と前記帰還抵抗（Ｒ2 ）の並列
抵抗値としてある信号増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11553197A JP3157482B2 (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | 信号増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11553197A JP3157482B2 (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | 信号増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10307066A JPH10307066A (ja) | 1998-11-17 |
| JP3157482B2 true JP3157482B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=14664845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11553197A Expired - Fee Related JP3157482B2 (ja) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | 信号増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3157482B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203324422U (zh) | 2012-05-07 | 2013-12-04 | 布里斯托尔D/B/A远程自动化解决方案公司 | 检测电阻温度检测器的泄漏电流的装置 |
-
1997
- 1997-05-06 JP JP11553197A patent/JP3157482B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10307066A (ja) | 1998-11-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150209 Year of fee payment: 14 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |