JP3330853B2 - アナログ入力回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱電対や測温抵
抗体の他に、直流電圧・電流を出力するセンサ（例え
ば、湿度発信器）からのアナログ信号を入力処理する温
度又は湿度の調節計や指示計などにおけるアナログ入力
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の調節計における３端子型の
アナログ入力回路の構成を示す図であり、例えば特願平
１−１８６８１号公報又は特願平１−１８６８２号公報
に示された温度測定装置の入力回路に対応するものであ
る。

【０００３】図４において、２１は調節計２のアナログ
入力回路、３，４，５は調節計２の外部に設けられ、熱
電対１５、測温抵抗体１６、直流電圧を出力するセンサ
（以降、直流電圧出力センサと言う）１７、直流電流を
出力するセンサ（以降、直流電流出力センサと言う）１
８の何れかが接続されるアナログ入力回路２１における
３つの端子である。

【０００４】６は端子３から入力されたアナログ信号を
増幅し、図示せぬＡ／Ｄ(Analog/Digital)変換器へ出力
するアンプ、７は端子５から入力された直流電圧又は直
流電流のアナログ信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器へ出力す
るアンプ、８は端子４を基準にするためのグランド、９
は端子４と５との間にジャンパー端子１０，１１を介し
て接続され、端子４と５間に供給される直流電流を制限
する受信抵抗器、１２は例えば図５に示すように、基板
１３上に突き出たジャンパー端子１０，１１に挿入され
た場合に、ジャンパー端子１０，１１を接続状態とし、
ダミー端子１０ａ，１１ａに挿入された場合に、ジャン
パー端子１０，１１を切断状態とする挿入子である。

【０００５】１５は温度に対応する熱起電力を発生し、
何ら電源を必要とすることなく、その発生する熱起電力
を測定することにより、被測定物の温度を感知できるよ
うに構成され、端子３と４間にアナログ信号を入力する
ように接続される熱電対、１６は定電流源から基準抵抗
器と測温抵抗器とに定電流を供給し、両抵抗器の抵抗値
の差を演算して被測定物の温度を求め、端子３，４及び
５間にアナログ信号を入力するように接続される３線式
の測温抵抗体である。

【０００６】１７は例えば温度・湿度を同時に測定し、
この測定値を直流電圧又は直流電流として出力する湿度
発信器などであり、端子３と４間に直流電圧を供給する
ように接続される直流電圧出力センサ、１８は例えば湿
度発信器などであり、端子４と５間に直流電流を供給す
るように接続される直流電流出力センサである。

【０００７】また、アナログ入力回路２１の調節計２に
おける位置を、図６の調節計の機能ブロック構成図に示
す。図６において、２０は図示せぬ交流電源に接続され
る電源回路、２２はアナログ入力回路２１を介して制御
部２６に入力された上述した各種センサ１５〜１８から
のアナログ信号に対して、制御部２６で演算された結果
を各種センサ１５〜１８へ出力するアナログ出力回路で
ある。

【０００８】２３は各種センサ１５〜１８以外の図示せ
ぬ周辺機器からの状態変更の信号を制御部２６へ出力す
るデジタル入力回路、２４は各種センサ１５〜１８から
の入力に対して周辺機器に警報信号を出力して知らせる
デジタル出力回路、２６は調節計２のコントロールを司
るＣＰＵを備えた制御部、２７は調節計２の状態を表示
する表示装置、２８はデータを入力する入力キーであ
る。

【０００９】更に、図７に調節計の外観斜視図を示す。
図７において、３０は図６に示した各回路２０〜２４及
び制御部２６が収容された調節計２の本体ケース、３１
は表示装置２７及び入力キー２８が設けられ、矢印３２
で示す面で本体ケース３０の前面にセットされる操作パ
ネルである。

【００１０】２０ａは本体ケース３０の背面に設けら
れ、水平方向に３つの端子（カトマス端子）が配列され
てなる電源回路２０の端子部、２１ａはアナログ入力回
路２１の端子部、２２ａはアナログ出力回路２２の端子
部、２３ａはデジタル入力回路２３の端子部、２４ａは
デジタル出力回路２４の端子部である。

【００１１】３４は各端子部２０ａ〜２４ａにおける個
々の端子を絶縁するための隔壁、３５は各端子部２０ａ
〜２４ａにおける個々の端子を構成するねじ、３６は個
々のねじ３５に対応して設けられ、信号線３７の接続金
具３８を挿入固定するための押さえ金具である。

【００１２】次に動作について説明する。近年、調節計
２のアナログ入力回路２１を、各種センサ１５〜１８を
１つの回路で接続できるように構成するマルチ化への方
向が進んでいる。これは、例えば調節計２のサイズがＤ
ＩＮ（ドイツ国家規格）サイズで決まっているため勝手
にサイズを大きくすることが不可能であり、ダウンサイ
ジング化が進んでいるためである。

【００１３】ユーザは機能は上を求め、サイズは下を求
めているが、そのような中で製品とのインタフェースと
して背面のカトマス端子で外部との信号のやり取りをす
るが、製品サイズが小さいため端子の数が限定されてし
まい、いかにして限られた端子で多くの機能を盛り込む
かが必要となっている。

【００１４】即ち、各種センサ１５〜１８を１つのアナ
ログ入力回路２１で接続する場合、アナログ入力回路２
１が図４に示したように３つの端子を備えている場合
は、ジャンパー端子１０，１１を接続／切断状態とする
などの方法によるメカニカル切替、或いはマニュアル切
替を行わなければならない。

【００１５】つまり、熱電対１５、測温抵抗体１６、直
流電圧出力センサ１７の何れかを接続する場合は、挿入
子１２をダミー端子１０ａ，１１ａに接続してジャンパ
ー端子１０，１１を切断状態とし、直流電流出力センサ
１８を接続する場合は、挿入子１２をジャンパー端子１
０，１１に接続して接続状態とするが、このような切替
の都度、電源をオフにしなければならない。

【００１６】このような面倒な手順を排除するために
は、例えば図８に符号４１で示すアナログ入力回路のよ
うに４端子とする構成がある。即ち、アナログ入力回路
４１に４つの端子４３〜４６を設け、端子４３，４５，
４６にアンプ４８，４９，５０を接続し、端子４４にア
ース５２を接続し、更に端子４４と４６間に受信抵抗器
５３を接続した構成とする。しかし、このような構成の
場合、端子数が３つの場合に比べ多くなり全体が大きく
なる。

【００１７】また、図８の直流電流出力センサ１８に相
当するものを、例えば図９に示すようにＤＣ２４Ｖ電源
５５および発振器５８を用いて構成する場合を考える。
正しくは、発振器５８からの信号出力端子５９を入力端
子４６に接続し、電源５５のマイナス端子５６を入力端
子４４に接続するようになっている。

【００１８】しかし、配線ミスによって、直流電圧源５
５のプラス端６０を端子４６に接続した場合、受信抵抗
器５３が焼損することになる。これは、例えば受信抵抗
器５３の抵抗値が１００Ωで定格消費電力が０．５Ｗで
あるとすると、端子４４，４６間に印加可能な電圧は約
ＤＣ７Ｖであるが、配線ミスの場合、受信抵抗器５３の
両端にＤＣ２４Ｖが印加されるので、２４×２４／１０
０＝５．７６Ｗとなり、結果として受信抵抗器５３が焼
損することになる。この場合、６Ｗ近い受信抵抗器を用
いればよいが、そのような高精度抵抗器は存在しない。

【００１９】このような焼損を防止するために、リミッ
タを設ける方法があるが、この場合でも、直流電圧源５
５の電圧がリミッタのレベルを超えていればカバーでき
ない。例えば、図１０に示すように、端子４６とアンプ
５０間に９０Ω・１Ｗのダミー抵抗器６２を接続し、端
子４６及びアンプ５０間とアース５２との間に、２Ｖ・
２Ｗの定電圧ダイオード６３を接続したとする。

【００２０】この場合に、上述したように、配線ミスを
行うと、端子４４，４６間に印加可能な電圧は１０Ｖな
ので、リミッタ６３の限界を超えた関連素子が焼損する
ことになる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】従来のアナログ入力回
路は以上のように構成されているので、アナログ入力回
路２１が３つの端子３〜５を備える場合、各種センサ１
５〜１８を接続する際にメカニカル切替やマニュアル切
替などといった面倒な手順を行う必要があり、またメカ
ニカル切替の場合、寿命が伴うのでその際に正常な切替
が行えないなどの課題があった。

【００２２】また、アナログ入力回路４１が４つの端子
４３〜４６を備える場合は、その分、装置全体が大きく
なるなどの課題があった。

【００２３】更に、アナログ入力回路４１（又は２１）
に直流電流出力センサ１８を接続する場合に、配線ミス
を行うと接続端子４４，４６間の受信抵抗器５３が焼損
し、また、リミッタ６３を用いた場合でも直流電流出力
センサ１８の直流電圧源５５がリミッタ６３のレベルを
超えていれば受信抵抗器５３が焼損するなどの課題があ
った。

【００２４】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、全体を小型にすることができ、各
種センサを容易に接続変更することができ、直流電流を
出力するセンサの配線ミス時に過電流による受信抵抗器
の焼損を防止することができるアナログ入力回路を得る
ことを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
るアナログ入力回路は、３つの端子のうち第４センサが
接続される２つの端子間に、外部からの制御信号に応じ
てオン／オフする第１半導体スイッチと、抵抗器とを直
列に接続したものである。

【００２６】請求項２記載の発明に係るアナログ入力回
路は、２つの端子間に、抵抗器と共に直列に接続され、
抵抗器に所定以上の電流が流れた場合に自己バイアスに
よりオフ方向にスイッチング動作する第２半導体スイッ
チを備えたものである。

【００２７】請求項３記載の発明に係るアナログ入力回
路は、３つの端子のうち第４センサが接続される２つの
端子間に、抵抗器と共に直列に接続され、外部からの制
御信号の供給時に抵抗器に所定以上の電流が流れた場合
に自己バイアスによりオフ方向にスイッチング動作し、
制御信号の未供給時にオフする第３半導体スイッチを備
えたものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１の調節計
における３端子型のアナログ入力回路の構成を示す図で
ある。但し、この図１において図４の従来例の各部に対
応する部分には同一符号を付す。

【００２９】図１において、６５は調節計２のアナログ
入力回路、３，４，５は調節計２の外部に設けられ、熱
電対（第１センサ）１５、測温抵抗体（第２センサ）１
６、直流電圧出力センサ（第３センサ）１７、直流電流
出力センサ（第４センサ）１８の何れかが接続されるア
ナログ入力回路６５における３つの端子である。

【００３０】６は端子３から入力されたアナログ信号を
増幅し、図示せぬＡ／Ｄ変換器へ出力するアンプ、７は
端子５から入力された直流電圧又は直流電流のアナログ
信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器へ出力するアンプ、８は端
子４を基準にするためのグランド、９は端子４と５との
間にＦＥＴ(Field Effect Transistor )スイッチ（第１
半導体スイッチ）６７と直列に接続され、端子４と５間
に供給される直流電流を制限する受信抵抗器（抵抗器）
である。

【００３１】６７は従来例で説明した図６に示す入力キ
ー２８の操作に応じて制御部２６に用いられるＣＰＵか
らの制御信号Ｓ１に応じてオン／オフし、オン時に受信
抵抗器９を端子４，５間に接続状態とし、オフ時に受信
抵抗器９を切り離し状態とするＦＥＴスイッチである。

【００３２】１５は温度に対応する熱起電力を発生し、
何ら電源を必要とすることなく、その発生する熱起電力
を測定することにより、被測定物の温度を感知できるよ
うに構成され、端子３と４間にアナログ信号を入力する
ように接続される熱電対、１６は定電流源から基準抵抗
器と測温抵抗器とに定電流を供給し、両抵抗器の抵抗値
の差を演算して被測定物の温度を求め、端子３，４及び
５間にアナログ信号を入力するように接続される３線式
の測温抵抗体である。

【００３３】１７は例えば温度・湿度を同時に測定し、
この測定値を直流電圧又は直流電流として出力する湿度
発信器などであり、端子３と４間に直流電圧を供給する
ように接続される直流電圧出力センサ、１８は例えば湿
度発信器などであり、端子４と５間に直流電流を供給す
るように接続される直流電流出力センサである。

【００３４】次に動作について説明する。アナログ入力
回路５１に、熱電対１５、測温抵抗体１６、直流電圧出
力センサ１７の何れかを接続する場合は、入力キー２８
の操作によってＣＰＵから制御信号Ｓ１が出力されない
ようにすることによってＦＥＴスイッチ６７をオフとす
る。

【００３５】また、直流電流出力センサ１８を接続する
場合は、入力キー２８の操作によってＣＰＵから制御信
号Ｓ１をＦＥＴスイッチ６７のゲート端へ出力し、ＦＥ
Ｔスイッチ６７をオンとする。このオンによって、受信
抵抗器９が端子４，５間に接続状態となって直流電流出
力センサ１８から出力される直流電流が受信抵抗器９に
流れて所定値となる。

【００３６】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、アナログ入力回路６５に入力される直流電流を制限
する受信抵抗器９を、入力キー２８の操作によりオン／
オフするＦＥＴスイッチ６７によって接続／切り離しが
できるようにしたので、回路全体を小型とできる３つの
端子３〜５を備えるタイプのアナログ入力回路６５に、
各種センサ１５〜１８を簡単な操作で接続することがで
きる効果が得られる。

【００３７】実施の形態２．図２はこの発明の実施の形
態２の調節計における２端子型のアナログ入力回路の構
成を示す図である。但し、この図２において図１の各部
に対応する部分には同一符号を付す。

【００３８】図２において、７０は直流電流出力センサ
１８が接続されるアナログ入力回路、７２は端子４，５
間に受信抵抗器９と直列接続され、そのソース端Ｓが受
信抵抗器９に、ドレイン端Ｄが端子５に、ゲート端Ｇが
固定電圧Ｖ１に接続されたＦＥＴスイッチ（第２半導体
スイッチ）である。

【００３９】５５は直流電流出力センサ１８の構成要素
のＤＣ２４Ｖの直流電圧源、５８は直流電流出力センサ
１８の直流電圧源５５に接続された発振器である。

【００４０】次に動作について説明する。端子４，５に
直流電流出力センサ１８を接続する場合、正しくは直流
電圧源５５のマイナス端５６を端子４に接続し、発振器
５８の信号出力端５９を端子５に接続する。この場合、
直流電流出力センサ１８からの直流電流がＦＥＴスイッ
チ７２を介して受信抵抗器９へ所定量流れる。

【００４１】しかし、配線ミスによって、直流電圧源５
５のプラス端６０が端子５に接続された際に、受信抵抗
器９に所定以上の電流が流れた場合、受信抵抗器９の両
端電圧が上昇し、この上昇に応じてＦＥＴスイッチ７２
のゲート端Ｇとソース端Ｓとの間の電圧が減少し、この
結果、ＦＥＴスイッチ７２がオフ方向にスイッチング動
作することによって受信抵抗器９に流れる電流が制限さ
れる。

【００４２】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、受信抵抗器９に所定以上の電流が流れた場合、ＦＥ
Ｔスイッチ７２がオフ方向にスイッチング動作すること
によりその電流を制限するようにしたので、電流の流れ
過ぎによって受信抵抗器９が焼損することがなくなる効
果が得られる。

【００４３】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３の調節計における３端子型のアナログ入力回路の構
成を示す図である。但し、この図３において図１及び図
２の各部に対応する部分には同一符号を付す。

【００４４】図３において、７５は調節計２のアナログ
入力回路、７７は端子４，５間に受信抵抗器９と直列接
続され、そのソース端Ｓが受信抵抗器９に、ドレイン端
Ｄが端子５に、ゲート端Ｇが抵抗器７８を介して固定電
圧Ｖ１に接続されると共に、ＣＰＵの制御信号Ｓ１の出
力端に接続されたＦＥＴスイッチ（第３半導体スイッ
チ）である。

【００４５】次に動作について説明する。アナログ入力
回路７５に、熱電対１５、測温抵抗体１６、直流電圧出
力センサ１７の何れかを接続する場合は、ＦＥＴスイッ
チ７７をオフとすることによって受信抵抗器９を端子
４，５間から切り離した状態とするが、これは、入力キ
ー２８の操作によってＣＰＵから制御信号Ｓ１が出力さ
れないようにする。

【００４６】このことによって固定電圧Ｖ１から抵抗器
７８を介してＣＰＵ方向にシンク電流が流れるので、Ｆ
ＥＴスイッチ７７のゲート端Ｇの電圧印加レベルがほぼ
０Ｖとなり、ＦＥＴスイッチ７７がオフとなる。

【００４７】一方、端子４，５に直流電流出力センサ１
８を接続する場合は、入力キー２８の操作によってＣＰ
Ｕから制御信号Ｓ１をＦＥＴスイッチ７７のゲート端Ｇ
に応じて向かって出力するようにする。但し、制御信号
Ｓ１の電圧と、抵抗器７８を介した固定電圧Ｖ１による
電圧がほぼ同電位となるようにする。

【００４８】このようにした場合、ＦＥＴスイッチ７７
がオンとなって直流電流が受信抵抗器９へ流れるように
なる。

【００４９】このように制御信号Ｓ１が供給されている
場合に、実施の形態２で説明したように配線ミスによっ
て、受信抵抗器９に所定以上の電流が流れた場合、受信
抵抗器９の両端電圧が上昇し、この上昇に応じてＦＥＴ
スイッチ７７のゲート端Ｇとソース端Ｓとの間の電圧が
減少し、この結果、ＦＥＴスイッチ７７がオフ方向にス
イッチング動作することによって受信抵抗器９に流れる
電流が制限される。

【００５０】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、回路全体を小型に出来る３つの端子を備えるタイプ
のアナログ入力回路７５に、各種センサ１５〜１８を容
易に接続変更することができ、電流の流れ過ぎによって
受信抵抗器９が焼損することを無くすことができる効果
が得られる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、３つの端子のうち第４センサが接続される２つの
端子間に、外部からの制御信号に応じてオン／オフする
第１半導体スイッチと、抵抗器とを直列に接続して構成
したので、回路全体を小型とできる３つの端子を備える
タイプのアナログ入力回路に、各種センサを簡単な操作
で接続することができる効果がある。

【００５２】請求項２記載の発明によれば、２つの端子
間に、抵抗器と共に直列に接続され、抵抗器に所定以上
の電流が流れた場合に自己バイアスによりオフ方向にス
イッチング動作する第２半導体スイッチを備えて構成し
たので、電流の流れ過ぎによって抵抗器が焼損すること
がなくなる効果がある。

【００５３】請求項３記載の発明によれば、３つの端子
のうち第４センサが接続される２つの端子間に、抵抗器
と共に直列に接続され、外部からの制御信号の供給時に
抵抗器に所定以上の電流が流れた場合に自己バイアスに
よりオフ方向にスイッチング動作し、制御信号の未供給
時にオフする第３半導体スイッチを備えて構成したの
で、回路全体を小型に出来る３つの端子を備えるタイプ
のアナログ入力回路に、各種センサを容易に接続変更す
ることができ、電流の流れ過ぎによって抵抗器が焼損す
ることを無くすことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１の調節計における３端
子型のアナログ入力回路の構成を示す図である。

【図２】この発明の実施の形態２の調節計における２端
子型のアナログ入力回路の構成を示す図である。

【図３】この発明の実施の形態３の調節計における３端
子型のアナログ入力回路の構成を示す図である。

【図４】従来の調節計における３端子型のアナログ入力
回路の構成を示す図である。

【図５】図４に示すジャンパー端子の接続構造を説明す
るための図である。

【図６】調節計の機能ブロック構成図である。

【図７】調節計の外観斜視図である。

【図８】従来の調節計における４端子型のアナログ入力
回路の構成を示す図である。

【図９】従来のアナログ入力回路の受信抵抗器が焼損す
る場合の動作を説明するための図である。

【図１０】従来のリミッタが設けられたアナログ入力回
路の受信抵抗器が焼損する場合の動作を説明するための
図である。

【符号の説明】

３，４，５ 端子 １５ 熱電対（第１センサ） １６ 測温抵抗体（第２センサ） １７ 直流電圧出力センサ（第３センサ） １８ 直流電流出力センサ（第４センサ） ６７ ＦＥＴスイッチ（第１半導体スイッチ） ７２ ＦＥＴスイッチ（第２半導体スイッチ） ７７ ＦＥＴスイッチ（第３半導体スイッチ） Ｓ１ 制御信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−313367（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−207961（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−223023（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−198326（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−198327（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−61917（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−62829（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01K 7/02 G01K 7/16 G01K 7/20 G01N 27/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱電対による第１センサ、測温抵抗体に
   よる第２センサ、直流電圧を出力する第３センサ、直流
   電流を出力する第４センサの何れかが接続され、各セン
   サから出力されるアナログ信号が入力される３つの端子
   を備えるアナログ入力回路において、上記３つの端子の
   うち第４センサが接続される２つの端子間に、外部から
   の制御信号に応じてオン／オフする第１半導体スイッチ
   と、抵抗器とを直列に接続したことを特徴とするアナロ
   グ入力回路。
2. 【請求項２】 直流電流を出力する第４センサが接続さ
   れ、そのセンサから出力されるアナログ信号が入力され
   る２つの端子を備えるアナログ入力回路において、上記
   ２つの端子間に、抵抗器と共に直列に接続され、上記抵
   抗器に所定以上の電流が流れた場合に自己バイアスによ
   りオフ方向にスイッチング動作する第２半導体スイッチ
   を備えたことを特徴とするアナログ入力回路。
3. 【請求項３】 熱電対による第１センサ、測温抵抗体に
   よる第２センサ、直流電圧を出力する第３センサ、直流
   電流を出力する第４センサの何れかが接続され、各セン
   サから出力されるアナログ信号が入力される３つの端子
   を備えるアナログ入力回路において、上記３つの端子の
   うち第４センサが接続される２つの端子間に、抵抗器と
   共に直列に接続され、外部からの制御信号の供給時に上
   記抵抗器に所定以上の電流が流れた場合に自己バイアス
   によりオフ方向にスイッチング動作し、上記制御信号の
   未供給時にオフする第３半導体スイッチを備えたことを
   特徴とするアナログ入力回路。