JP3632822B2 - 温度伝送器の入力回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理量を電気信号に変換して電流信号として上位システムに伝送する温度伝送器に係り、詳しくは、熱電対または測温抵抗体をセンサとする温度伝送器の入力回路におけるバーンアウト検出機能の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱電対または測温抵抗体のセンサにより温度を検出して電気信号に変換しこの電気信号を２本の伝送線を介して上位のシステムに４〜２０ｍＡの電流信号として伝送する伝送器（ここではこれを温度伝送器と呼ぶ）は良く知られている。
【０００３】
このような伝送器に設けられた入力回路には、通常センサの断線（バーンアウト）を検出する機能が備えられている。図２に従来の温度伝送器の入力回路の一例を示す。
【０００４】
熱電対ＴＣに発生した電圧は前置増幅器ＡＭＰにより増幅され、電荷平衡型のアナログ・デジタル変換器（以後アナログ・デジタルをＡＤと略す）ＡＤでデジタルデータに変換される。
【０００５】
前置増幅器ＡＭＰは演算増幅器Ａ１を備え、この演算増幅器Ａ１の非反転入力端子（＋）には熱電対ＴＣの出力電圧が加えられ、また反転入力端子（−）には帰還抵抗Ｒ４と、一端がコモンラインに接続された抵抗Ｒ７と、アナログスイッチＳＷ３を介した抵抗Ｒ５またはＲ６がそれぞれ接続されている。なお、抵抗Ｒ５とＲ６は測定レンジの切り換え用に設けたものである。
【０００６】
電荷平衡型ＡＤ変換器ＡＤは、演算増幅器Ａ２とコンデンサＣ１からなる積分器ＩＮＴと、比較器ＣＭＰ１と、コントローラＣＯＮＴと、基準電圧切換えスイッチＳＷ２を備える。
積分器ＩＮＴには前記前置増幅器ＡＭＰの出力が抵抗Ｒ３を通して加えられる。また積分器はオフセット電圧Ｖｏｆｆが加えられてレベルシフトされている。
【０００７】
積分器の出力は比較器ＣＭＰ１により所定の閾値と大小比較され、その比較結果がコントローラＣＯＮＴに入力される。積分器ＩＮＴにはまた抵抗Ｒ２を介してスイッチＳＷ２で切換えられる基準電圧Ｖｒｅｆまたはコモンライン電位（０Ｖ）が加えられる。
【０００８】
更に詳しくは、次の通りである。コントローラＣＯＮＴは積分器ＩＮＴの出力がＡＤ変換期間の始めと終わりで同じ値になるように比較器ＣＭＰ１の出力を監視しながら、基準電圧ＶｒｅｆをアナログスイッチＳＷ２でデューティ変調して抵抗Ｒ２を通して積分器ＩＮＴに加える。このような制御によれば、スイッチＳＷ２のデューティ比は積分器の入力電圧（換言すればセンサ出力）に対応する。コントローラＣＯＮＴはこのデューティ比から入力電圧に対応した信号を得る。
【０００９】
他方、熱電対のバーンアウト検出は、前置増幅器ＡＭＰの出力を比較器ＣＭＰ２により所定の比較電圧Ｖｃｐと比較することによって行われる。このとき、スイッチＳＷ１を閉じ、抵抗Ｒ１を介して電圧Ｖｂｎを熱電対ＴＣに加えておく。熱電対ＴＣか断線していれば、前置増幅器ＡＭＰの入力には正常時よりも大きな電圧が加わるため前置増幅器ＡＭＰの出力は大きくなる。
【００１０】
コントローラＣＯＮＴは比較器ＣＭＰ２での比較電圧Ｖｃｐとの比較結果からバーンアウトを検出することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の回路では、バーンアウトを検出するための専用の比較器が必要であると共に、センサの種類や測定レンジを変更するために前置増幅器ＡＭＰの利得を変えると比較器ＣＭＰに加わる電圧が変わってしまい正しいバーンアウト検出ができなくなるという課題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、正確なバーンアウト検出が可能なバーンアウト検出機能付きの温度伝送器の入力回路を実現しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、
物理量を電気信号に変換するセンサと、このセンサにバーンアウト検出用の電流を流す手段と、前記センサの出力を適宜増幅する前置増幅器と、この前置増幅器の出力を積分する積分器と、その積分出力を２値化する比較器と、基準電圧またはコモンラインの電圧を選択し前記積分器に加えるスイッチと、前記比較器の出力に応じて前記スイッチを駆動し前記積分器の出力がＡＤ変換期間の始めと終りで同じ値になるように前記基準電圧をデューティ変調して前記積分器に加えると共にこのデューティ変調におけるデューティ比から前記センサの出力に対応した信号を得るコントローラを備え、前記センサの出力に対応した信号を上位システムに伝送することができるように構成してなる温度伝送器の入力回路であって、
バーンアウト検出期間中は、前記センサにバーンアウト検出用の電流を流す手段によりセンサに所定の電流を供給し、かつ前記前置増幅器の利得を一定にすると共に前記積分器には前記前置増幅器の出力のみが印加される状態にしておき、前記コントローラで前記比較器の出力に基づいて前記センサのバーンアウトが検知できるように構成したことを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、従来温度信号変換用にしか使用していなかった電荷平衡型ＡＤ変換器をバーンアウト検出にも兼用でき、従来のようなバーンアウト検出専用の比較器が不要になるという利点がある。
【００１５】
そしてこの場合、請求項２のように、積分器には所定のオフセット電圧を入力しておき、バーンアウト検出期間中はセンサの断線の有無に応じて積分器の出力が負または正の電圧となるようにすることにより、容易にセンサの断線を検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係るバーンアウト検出機能付きの温度伝送器の入力回路の一実施例を示す構成図である。図１において、図２と同等部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１７】
図１において図２と異なるところは、前置増幅器ＡＭＰの帰還路に開閉可能なスイッチＳＷ４を挿入接続したこと、比較器ＣＭＰ２と比較電圧Ｖｃｐを除去したこと、および比較器ＣＭＰ１の出力に基づいてバーンアウトを検出する機能をコントローラＣＯＮＴに設けた点である。
【００１８】
このような構成における動作を次に説明する。温度測定のためのＡＤ変換の動作は従来例と同様である。本発明ではこのＡＤ変換に先立ってバーンアウト検出を行う。この期間中はスイッチＳＷ１を閉じて熱電対ＴＣにバーンアウト検出電流を流すと共に、スイッチＳＷ４を閉じて前置増幅器ＡＭＰの利得を固定し（前置増幅器はボルテージフォロアとなる）、スイッチＳＷ２をコモンライン側にセットしておく（積分器ＩＮＴにはデューティ変調された基準電圧は入力されず、前置増幅器の出力のみが印加されるようにする）。
【００１９】
熱電対ＴＣが断線していなければ、前置増幅器ＡＭＰの出力電圧Ｖａｍｐはあまり高くならず、
Ｖａｍｐ〈 Ｖｏｆｆ
となって、積分器ＩＮＴの出力は正の方向に緩やかに上昇する。
【００２０】
熱電対ＴＣが断線していれば、前置増幅器ＡＭＰの出力電圧Ｖａｍｐは高くなり、
Ｖａｍｐ 〉Ｖｏｆｆ
となって、積分器ＩＮＴの出力は負の方向に急激に下降する。
【００２１】
したがって、適当な時間後（比較器ＣＭＰ１の出力が正または負に落ち着いとき）、比較器ＣＭＰ１の出力を見ればバーンアウトの発生を知ることができる。つまり、比較器ＣＭＰ１の出力は熱電対が断線していないときはＨＩＧＨ、熱電対が断線しいるときはＬＯＷとなる。コントローラＣＯＮＴではこのＨＩＧＨかＬＯＷかを調べてバーンアウト発生を検知する。
【００２２】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００２３】
例えば、バーンアウト検出期間中、前置増幅器ＡＭＰの帰還回路を短絡するようにしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えばスイッチＳＷ３の接点を中立にし、抵抗Ｒ７とＲ４で決まる利得としてもよい。通常は、選択できる最も低い利得にする。要するに、バーンアウト検出期間中、前置増幅器の利得が一定に固定されればよい。
【００２４】
また、実施例では比較器ＣＭＰ１の反転入力端子にコモンライン電圧を加えているが、コモンライン電圧以外の適宜の電圧を与えてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来のようなバーンアウト検出専用の比較器が不要となり、またバーンアウト検出時は前置増幅器の利得を固定することによりセンサの種類や測定レンジの変更に影響されないで正確なバーンアウトの検出ができ、実用に供してその効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る温度伝送器の入力回路の一実施例を示す構成図である。
【図２】従来の温度伝送器の入力回路の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
ＴＣ 熱電対
ＡＭＰ 前置増幅器
Ａ１，Ａ２ 演算増幅器
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ スイッチ
ＡＤ 電荷平衡型ＡＤ変換器
ＩＮＴ 積分器
ＣＭＰ１ 比較器
ＣＯＮＴ コントローラ
Ｖｏｆｆ オフセット電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、物理量を電気信号に変換して電流信号として上位システムに伝送する温度伝送器に係り、詳しくは、熱電対または測温抵抗体をセンサとする温度伝送器の入力回路におけるバーンアウト検出機能の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱電対または測温抵抗体のセンサにより温度を検出して電気信号に変換しこの電気信号を２本の伝送線を介して上位のシステムに４〜２０ｍＡの電流信号として伝送する伝送器（ここではこれを温度伝送器と呼ぶ）は良く知られている。
【０００３】
このような伝送器に設けられた入力回路には、通常センサの断線（バーンアウト）を検出する機能が備えられている。図２に従来の温度伝送器の入力回路の一例を示す。
【０００４】
熱電対ＴＣに発生した電圧は前置増幅器ＡＭＰにより増幅され、電荷平衡型のアナログ・デジタル変換器（以後アナログ・デジタルをＡＤと略す）ＡＤでデジタルデータに変換される。
【０００５】
前置増幅器ＡＭＰは演算増幅器Ａ１を備え、この演算増幅器Ａ１の非反転入力端子（＋）には熱電対ＴＣの出力電圧が加えられ、また反転入力端子（−）には帰還抵抗Ｒ４と、一端がコモンラインに接続された抵抗Ｒ７と、アナログスイッチＳＷ３を介した抵抗Ｒ５またはＲ６がそれぞれ接続されている。なお、抵抗Ｒ５とＲ６は測定レンジの切り換え用に設けたものである。
【０００６】
電荷平衡型ＡＤ変換器ＡＤは、演算増幅器Ａ２とコンデンサＣ１からなる積分器ＩＮＴと、比較器ＣＭＰ１と、コントローラＣＯＮＴと、基準電圧切換えスイッチＳＷ２を備える。
積分器ＩＮＴには前記前置増幅器ＡＭＰの出力が抵抗Ｒ３を通して加えられる。また積分器はオフセット電圧Ｖｏｆｆが加えられてレベルシフトされている。
【０００７】
積分器の出力は比較器ＣＭＰ１により所定の閾値と大小比較され、その比較結果がコントローラＣＯＮＴに入力される。積分器ＩＮＴにはまた抵抗Ｒ２を介してスイッチＳＷ２で切換えられる基準電圧Ｖｒｅｆまたはコモンライン電位（０Ｖ）が加えられる。
【０００８】
更に詳しくは、次の通りである。コントローラＣＯＮＴは積分器ＩＮＴの出力がＡＤ変換期間の始めと終わりで同じ値になるように比較器ＣＭＰ１の出力を監視しながら、基準電圧ＶｒｅｆをアナログスイッチＳＷ２でデューティ変調して抵抗Ｒ２を通して積分器ＩＮＴに加える。このような制御によれば、スイッチＳＷ２のデューティ比は積分器の入力電圧（換言すればセンサ出力）に対応する。コントローラＣＯＮＴはこのデューティ比から入力電圧に対応した信号を得る。
【０００９】
他方、熱電対のバーンアウト検出は、前置増幅器ＡＭＰの出力を比較器ＣＭＰ２により所定の比較電圧Ｖｃｐと比較することによって行われる。このとき、スイッチＳＷ１を閉じ、抵抗Ｒ１を介して電圧Ｖｂｎを熱電対ＴＣに加えておく。熱電対ＴＣか断線していれば、前置増幅器ＡＭＰの入力には正常時よりも大きな電圧が加わるため前置増幅器ＡＭＰの出力は大きくなる。
【００１０】
コントローラＣＯＮＴは比較器ＣＭＰ２での比較電圧Ｖｃｐとの比較結果からバーンアウトを検出することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の回路では、バーンアウトを検出するための専用の比較器が必要であると共に、センサの種類や測定レンジを変更するために前置増幅器ＡＭＰの利得を変えると比較器ＣＭＰに加わる電圧が変わってしまい正しいバーンアウト検出ができなくなるという課題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、正確なバーンアウト検出が可能なバーンアウト検出機能付きの温度伝送器の入力回路を実現しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明では、
物理量を電気信号に変換するセンサと、このセンサにバーンアウト検出用の電流を流す手段と、前記センサの出力を適宜増幅する前置増幅器と、この前置増幅器の出力を積分する積分器と、その積分出力を２値化する比較器と、基準電圧またはコモンラインの電圧を選択し前記積分器に加えるスイッチと、前記比較器の出力に応じて前記スイッチを駆動し前記積分器の出力がＡＤ変換期間の始めと終りで同じ値になるように前記基準電圧をデューティ変調して前記積分器に加えると共にこのデューティ変調におけるデューティ比から前記センサの出力に対応した信号を得るコントローラを備え、前記センサの出力に対応した信号を上位システムに伝送することができるように構成してなる温度伝送器の入力回路であって、
バーンアウト検出期間中は、前記センサにバーンアウト検出用の電流を流す手段によりセンサに所定の電流を供給し、かつ前記前置増幅器の利得を一定にすると共に前記積分器には前記前置増幅器の出力のみが印加される状態にしておき、前記コントローラで前記比較器の出力に基づいて前記センサのバーンアウトが検知できるように構成したことを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、従来温度信号変換用にしか使用していなかった電荷平衡型ＡＤ変換器をバーンアウト検出にも兼用でき、従来のようなバーンアウト検出専用の比較器が不要になるという利点がある。
【００１５】
そしてこの場合、請求項２のように、積分器には所定のオフセット電圧を入力しておき、バーンアウト検出期間中はセンサの断線の有無に応じて積分器の出力が負または正の電圧となるようにすることにより、容易にセンサの断線を検出することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係るバーンアウト検出機能付きの温度伝送器の入力回路の一実施例を示す構成図である。図１において、図２と同等部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１７】
図１において図２と異なるところは、前置増幅器ＡＭＰの帰還路に開閉可能なスイッチＳＷ４を挿入接続したこと、比較器ＣＭＰ２と比較電圧Ｖｃｐを除去したこと、および比較器ＣＭＰ１の出力に基づいてバーンアウトを検出する機能をコントローラＣＯＮＴに設けた点である。
【００１８】
このような構成における動作を次に説明する。温度測定のためのＡＤ変換の動作は従来例と同様である。本発明ではこのＡＤ変換に先立ってバーンアウト検出を行う。この期間中はスイッチＳＷ１を閉じて熱電対ＴＣにバーンアウト検出電流を流すと共に、スイッチＳＷ４を閉じて前置増幅器ＡＭＰの利得を固定し（前置増幅器はボルテージフォロアとなる）、スイッチＳＷ２をコモンライン側にセットしておく（積分器ＩＮＴにはデューティ変調された基準電圧は入力されず、前置増幅器の出力のみが印加されるようにする）。
【００１９】
熱電対ＴＣが断線していなければ、前置増幅器ＡＭＰの出力電圧Ｖａｍｐはあまり高くならず、
Ｖａｍｐ〈 Ｖｏｆｆ
となって、積分器ＩＮＴの出力は正の方向に緩やかに上昇する。
【００２０】
熱電対ＴＣが断線していれば、前置増幅器ＡＭＰの出力電圧Ｖａｍｐは高くなり、
Ｖａｍｐ 〉Ｖｏｆｆ
となって、積分器ＩＮＴの出力は負の方向に急激に下降する。
【００２１】
したがって、適当な時間後（比較器ＣＭＰ１の出力が正または負に落ち着いとき）、比較器ＣＭＰ１の出力を見ればバーンアウトの発生を知ることができる。つまり、比較器ＣＭＰ１の出力は熱電対が断線していないときはＨＩＧＨ、熱電対が断線しいるときはＬＯＷとなる。コントローラＣＯＮＴではこのＨＩＧＨかＬＯＷかを調べてバーンアウト発生を検知する。
【００２２】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【００２３】
例えば、バーンアウト検出期間中、前置増幅器ＡＭＰの帰還回路を短絡するようにしたが、必ずしもこれに限るものではない。例えばスイッチＳＷ３の接点を中立にし、抵抗Ｒ７とＲ４で決まる利得としてもよい。通常は、選択できる最も低い利得にする。要するに、バーンアウト検出期間中、前置増幅器の利得が一定に固定されればよい。
【００２４】
また、実施例では比較器ＣＭＰ１の反転入力端子にコモンライン電圧を加えているが、コモンライン電圧以外の適宜の電圧を与えてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来のようなバーンアウト検出専用の比較器が不要となり、またバーンアウト検出時は前置増幅器の利得を固定することによりセンサの種類や測定レンジの変更に影響されないで正確なバーンアウトの検出ができ、実用に供してその効果は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る温度伝送器の入力回路の一実施例を示す構成図である。
【図２】従来の温度伝送器の入力回路の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
ＴＣ 熱電対
ＡＭＰ 前置増幅器
Ａ１，Ａ２ 演算増幅器
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３ スイッチ
ＡＤ 電荷平衡型ＡＤ変換器
ＩＮＴ 積分器
ＣＭＰ１ 比較器
ＣＯＮＴ コントローラ
Ｖｏｆｆ オフセット電圧
Ｖｒｅｆ 基準電圧
Ｃ１ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗
Claims (2)
- 物理量を電気信号に変換するセンサと、このセンサにバーンアウト検出用の電流を流す手段と、前記センサの出力を適宜増幅する前置増幅器と、この前置増幅器の出力を積分する積分器と、その積分出力を２値化する比較器と、基準電圧またはコモンラインの電圧を選択し前記積分器に加えるスイッチと、前記比較器の出力に応じて前記スイッチを駆動し前記積分器の出力がＡＤ変換期間の始めと終りで同じ値になるように前記基準電圧をデューティ変調して前記積分器に加えると共にこのデューティ変調におけるデューティ比から前記センサの出力に対応した信号を得るコントローラを備え、前記センサの出力に対応した信号を上位システムに伝送することができるように構成してなる温度伝送器の入力回路であって、
バーンアウト検出期間中は、前記センサにバーンアウト検出用の電流を流す手段によりセンサに所定の電流を供給し、かつ前記前置増幅器の利得を一定にすると共に前記積分器には前記前置増幅器の出力のみが印加される状態にしておき、前記コントローラで前記比較器の出力に基づいて前記センサのバーンアウトが検知できるように構成したことを特徴とする温度伝送器の入力回路。 - 前記積分器には所定のオフセット電圧が入力されており、バーンアウト検出期間中は前記センサのバーンアウトの有無に対応して積分器の出力が負または正の電圧となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の温度伝送器の入力回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27505098A JP3632822B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 温度伝送器の入力回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27505098A JP3632822B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 温度伝送器の入力回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000105890A JP2000105890A (ja) | 2000-04-11 |
| JP3632822B2 true JP3632822B2 (ja) | 2005-03-23 |
Family
ID=17550159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27505098A Expired - Fee Related JP3632822B2 (ja) | 1998-09-29 | 1998-09-29 | 温度伝送器の入力回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3632822B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2006052959A (ja) * | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Yamari Sangyo Kk | 温度伝送器 |
| JP2006170731A (ja) * | 2004-12-15 | 2006-06-29 | Yamari Sangyo Kk | 温度伝送器における温度制御システム |
| JP2007087343A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | Teac Corp | センサの異常検出装置 |
| KR100909251B1 (ko) * | 2007-01-31 | 2009-07-23 | 주식회사 하이닉스반도체 | 아날로그-디지털 변환기 및 이를 포함하는 온도정보출력장치 |
| TWI522601B (zh) * | 2013-05-24 | 2016-02-21 | Sitronix Technology Corp | Analog - to - digital conversion circuit with temperature sensing and its electronic device |
-
1998
- 1998-09-29 JP JP27505098A patent/JP3632822B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2000105890A (ja) | 2000-04-11 |
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