JP3772656B2 - 温度調整器の入力回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度調整器の入力回路にかかわり、特には、増幅率可変型とした場合の分解能向上の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来の技術の温度調整器の入力回路の構成を示す回路図である。この従来の技術の温度調整器の入力回路は、第１のスイッチＳ1 と第２のスイッチＳ2 と抵抗器Ｒ6 （第６の抵抗器）とからなる増幅率調整回路１００を備えている。基準電圧Ｖref の高電位側電源端子１０とグランドレベルの低電位側電源端子２０との間に白金測温抵抗体３０を接続するに、第１の抵抗器Ｒ1 を白金測温抵抗体３０の正極端子側に直列に挿入し、第２の抵抗器Ｒ2 を白金測温抵抗体３０の負極端子側に直列に挿入する状態で接続してある。すなわち、高電位側電源端子１０と第１の抵抗器Ｒ1 と白金測温抵抗体３０と第２の抵抗器Ｒ2 と低電位側電源端子２０とを、この順に直列に接続してある。また、白金測温抵抗体３０の負極端子を高電位側電源端子１０に対して第３の抵抗器Ｒ3 を介して接続してある。
【０００３】
白金測温抵抗体３０の正極端子つまり第１の抵抗器Ｒ1 との接続点ａをオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に対して接続するに、第４の抵抗器Ｒ4 を直列に挿入する状態で接続してある。
【０００４】
白金測温抵抗体３０の負極端子つまり第２の抵抗器Ｒ2 との接続点ｂをオペアンプ４０の反転入力端子（−）に対して接続するに、第５の抵抗器Ｒ5 と第２のスイッチＳ2 を直列に挿入する状態で接続してある。第３の抵抗器Ｒ3 と第５の抵抗器Ｒ5 とは接続点ｆにおいて共通に接続された状態となっている。
【０００５】
第５の抵抗器Ｒ5 と第２のスイッチＳ2 との接続点ｇとオペアンプ４０の出力端子ｊとが第６の抵抗器Ｒ6 および第７の抵抗器Ｒ7 を介して直列に接続されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 と第７の抵抗器Ｒ7 との接続点ｈと第２のスイッチＳ2 とオペアンプ４０の反転入力端子（−）との接続点ｉとの間が第１のスイッチＳ1 を介してバイパス的に接続されている。
【０００６】
第１のスイッチＳ1 と第２のスイッチＳ2 とは切換制御信号Ｓｃによって背反的にオン／オフ切り換えされるように構成されている。すなわち、切換制御信号入力端子５０を第１のスイッチＳ1 の制御入力端子に接続し、切換制御信号入力端子５０をインバータ６０を介して第２のスイッチＳ2 の制御入力端子に接続してある。
【０００７】
第１のスイッチＳ1 と第２のスイッチＳ2 と第６の抵抗器Ｒ6 とのループ回路は、オペアンプ１０の増幅率を調整するための増幅率調整回路１００を構成している。
【０００８】
この従来技術の温度調整器の入力回路において、例えば−２００℃から５００℃までの広い温度範囲にわたって温度測定を行うときには、第１のスイッチＳ1 をオン、第２のスイッチＳ2 をオフにして第１モードを選択し、図１６に示す小さい勾配α0 の特性曲線Ａ0 のもとで温度調整器の入力回路を使用することとし、また、例えば−２００℃から１００℃までの狭い温度範囲での温度測定を行うときには、第２のスイッチＳ2 をオン、第１のスイッチＳ1 をオフにして第２モードを選択し、大きい勾配β0 の特性曲線Ｂ0 のもとで温度調整器の入力回路を使用することとしている。
【０００９】
この温度調整器の入力回路の電圧‐温度特性を図１６に示す。第１モードの特性曲線Ａ0 は、切換制御信号Ｓｃを“Ｈ”レベルとなして、第１のスイッチＳ1 をオンにし、インバータ６０を介して第２のスイッチＳ2 をオフにしたときのものである。第２モードの特性曲線Ｂ0 は、上記とは逆に、切換制御信号Ｓｃを“Ｌ”レベルとなして、インバータ６０を介して第２のスイッチＳ2 をオンにし、第１のスイッチＳ1 をオフにしたときのものである。
【００１０】
第１モードの特性曲線Ａ0 は勾配α0 が緩やかであり、第２モードの特性曲線Ｂ0 は勾配β0 が急である。当該の温度調整器の入力回路の次段のＡ／Ｄ変換器におけるダイナミックレンジＤＲ0 に対して、第１モードの特性曲線Ａ0 は、−２００℃から５００℃までの広い温度範囲において対応可能となっており、第２モードの特性曲線Ｂ0 は、−２００℃から１００℃までの狭い温度範囲において対応可能となっている。特性曲線Ａ0 と特性曲線Ｂ0 とは基準点Ｐ0 を共通としている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術の温度調整器の入力回路には次のような問題点がある。
【００１２】
大きい勾配β0 の特性曲線Ｂ0 のもとで温度調整器の入力回路を使用するときに、−２００℃から１００℃までの３００℃範囲で特性曲線Ｂ0 を使用しているが、この範囲をさらに狭くして、例えば０℃から１００℃までの１００℃範囲で大きい勾配β0 の特性曲線Ｂ0 を利用しようとした場合には、そのＡ／Ｄ変換領域ＤＲ1 はＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジＤＲ0 のほぼ３分の１程度しか利用しないことになる。
【００１３】
０℃から１００℃までの測定範囲で高い分解能を得ようとしても、この従来技術の温度調整器の入力回路にあっては、勾配を変更することができても、基準点Ｐ0 を水平方向にずらすことができないことが、上記の３分の１程度しか利用できない原因となっている。すなわち、有効領域と無効領域の比がほぼ１：２となっている。もっとも、このような数値は単なる例示にすぎず、ほかに多様な数値関係があり得ることはいうまでもない。
【００１４】
ここで理解を深めるために、オペアンプ１０の出力電圧Ｖｏの計算を行う。
【００１５】
（１）第１モード（特性曲線Ａ0 ）
切換制御信号Ｓｃを“Ｈ”レベルとすることにより第１モードが設定される。このとき、増幅率調整回路１００において、第１のスイッチＳ1 がオンにされ、背反的に第２のスイッチＳ2 がオフとされる。このとき、オペアンプ４０の帰還抵抗として第７の抵抗器Ｒ7 が選択されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 は、第１モードの特性曲線Ａ0 の勾配α0 を低くするために、オペアンプ４０の反転入力端子（−）と白金測温抵抗体３０の負極端子との間で存在するように、機能素子としては、第７の抵抗器Ｒ7 側ではなく第５の抵抗器Ｒ5 側に接続され、入力抵抗値を増す機能を担っている。
【００１６】
第１の抵抗器Ｒ1 と白金測温抵抗体３０との直列回路は、第３の抵抗器Ｒ3 との直列回路と並列回路を構成している。白金測温抵抗体３０を温度センサー抵抗ＲPtと表現することとして、これら抵抗群の合成抵抗Ｒｃを計算すると、
【００１７】
【数１】
となる。
【００１８】
白金測温抵抗体３０の負極端子ｂの電圧つまり第３の抵抗器Ｒ3 と第５の抵抗器Ｒ5 との接続点ｆの電圧をＶ2 とすると、この電圧Ｖ2 は、基準電圧Ｖref を合成抵抗Ｒｃと第２の抵抗器Ｒ2 とで分圧したときの第２の抵抗器Ｒ2 の両端電圧となるので、
【００１９】
【数２】
となる。
【００２０】
次に、オペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される電圧Ｖ1 を、上記の電圧Ｖ2 を利用して求める。高電位側電源端子１０の基準電圧Ｖref は、第１の抵抗器Ｒ1 と第４の抵抗器Ｒ4 を介してオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される。この経路には電流が実質的に流れないので、非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 は、結果的に、第１の抵抗器Ｒ1 と第４の抵抗器Ｒ4 との接続点ａの電圧Ｖａと等しくなる。第１の抵抗器Ｒ1 と温度センサー抵抗ＲPtとによる電圧降下は、（Ｖref −Ｖ2 ）である。この電圧（Ｖref −Ｖ2 ）を、Ｒ1 とＲPtとで分圧し、さらに電圧Ｖ2 を加えれば、接続点ａの電圧Ｖａとなる。そして、これが非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 である。すなわち、
【００２１】
【数３】
である。
【００２２】
増幅率調整回路１００において第１のスイッチＳ1 をオンに、第２のスイッチＳ2 をオフにした第１モードにおいては、第６の抵抗器Ｒ6 と第７の抵抗器Ｒ7 との接続点ｈが第１のスイッチＳ1 のオンによってオペアンプ１０の反転入力端子（−）に接続され、その接続点ｉの電圧がイマジナル・ショートにより非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 と等しくなる。オペアンプ４０の帰還抵抗は第７の抵抗器Ｒ7 のみとなる。
【００２３】
オペアンプ１０の出力端子ｊから第７の抵抗器Ｒ7 、第６の抵抗器Ｒ6 、第５の抵抗器Ｒ5 のラインに流れる電流は一定である。したがって、オペアンプ４０の出力電圧をＶｏとして、
【００２４】
【数４】
となる。（４）式を変形して、
【００２５】
【数５】
となる。
【００２６】
ところで、白金測温抵抗体３０の両端電圧をＶptとすると、
【００２７】
【数６】
である。したがって、小さい勾配α0 の特性曲線Ａ0 を示す第１のモードの場合、上記の（５）式は、
【００２８】
【数７】
となる。ａを定数として、温度変化Δｔに対して、
【００２９】
【数８】
と定めることができるとすると、
【００３０】
【数９】
となる。ここで、
【００３１】
【数１０】
とおくと、
【００３２】
【数１１】
となる。
【００３３】
これは、温度変化に対してリニアリティを有することを意味している。
【００３４】
（２）第２モード（特性曲線Ｂ0 ）
切換制御信号Ｓｃを“Ｌ”レベルとすることにより第２モードが設定される。このとき、増幅率調整回路１００において、第２のスイッチＳ2 がオンにされ、背反的に第１のスイッチＳ1 がオフとされる。オペアンプ４０の帰還抵抗として第７の抵抗器Ｒ7 と第６の抵抗器Ｒ6 との直列抵抗体が選択されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 は、第２モードの特性曲線Ｂ0 の勾配β0 を高くするために、オペアンプ４０の反転入力端子（−）と第５の抵抗器Ｒ5 との接続ラインから切り離され、機能素子としては、第５の抵抗器Ｒ5 側ではなく第７の抵抗器Ｒ7 側に接続され、帰還抵抗値を増す機能を担っている。
【００３５】
第１の抵抗器Ｒ1 と白金測温抵抗体３０との直列回路が第３の抵抗器Ｒ3 に対して並列回路を構成している点は第１モードの場合と同様であり、これら抵抗群の合成抵抗Ｒｃは、（１）式と同じである。
【００３６】
白金測温抵抗体３０の負極端子ｂの電圧Ｖ2 ′は、（２）式と同じであり、次のようになる。
【００３７】
【数１２】
増幅率調整回路１００において第２のスイッチＳ2 をオンに、第１のスイッチＳ1 をオフにした第２モードにおいては、第５の抵抗器Ｒ5 と第６の抵抗器Ｒ6 との接続点ｇが第２のスイッチＳ2 のオンによってオペアンプ１０の反転入力端子（−）に接続され、その接続点ｇの電圧がイマジナル・ショートにより非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 ′と等しくなる。オペアンプ４０の帰還抵抗は第７の抵抗器Ｒ7 と第６の抵抗器Ｒ6 との直列抵抗体となる。
【００３８】
オペアンプ１０の出力端子から第７の抵抗器Ｒ7 、第６の抵抗器Ｒ6 、第５の抵抗器Ｒ5 のラインに流れる電流は一定である。したがって、オペアンプ４０の出力電圧をＶｏ′として、
【００３９】
【数１３】
となる。（１３）式を変形して、
【００４０】
【数１４】
となる。
【００４１】
【数１５】
【００４２】
【数１６】
を代入すると、大きい勾配β0 の特性曲線Ｂ0 を示す第２モードの場合、上記の（１４）式は、
【００４３】
【数１７】
となる。ここで、
【００４４】
【数１８】
とおく。また、Ｖ1 ′＝Ｖ1 としてよいから、
【００４５】
【数１９】
となる。これは、当該の特性曲線が温度変化に対してリニアリティを有することを意味している。
【００４６】
（１１）式と（１９）式とは同じような形をしている。温度変化についての係数がα0 とβ0 とで異なり、（８）式のように分母に（Ｒ5 ＋Ｒ6 ）をもち分子にＲ7 をもつα0 に対して、（１５）式のように分母がＲ5 をもち分子に（Ｒ6 ＋Ｒ7 ）をもつβ0 の方が大きくなっている。したがって、特性曲線Ｂ0 は特性曲線Ａ0 より勾配が大きくなっている。しかし、温度変化Δｔが０のときの出力電圧Ｖｏの値は、モード１とモード２とでは互いに同じであるＶ1 となっている。
【００４７】
この温度変化Δｔがないときの基準のＶ1 が２つのモードで同一であるということが、基準点Ｐ0 が固定であることの要因である。
【００４８】
すなわち、図１５に示す従来技術の回路構成を採用している限りは、個々の抵抗器の抵抗値をどのように調整しても、図１６に示す特性の状況には実質的な変化がなく、より狭い温度範囲での温度測定において、ダイナミックレンジを有効に利用することができず、結局、分解能の十分な向上が期待できないものとなっている。
【００４９】
ところで、計装アンプを用いて比較増幅するように構成すれば、勾配および基準点を可変することが可能である。
【００５０】
しかしながら、計装アンプは、汎用オペアンプに比べると、非常に高価であるという不都合がある。
【００５１】
本発明は上記した課題の解決を図るべく創作したものであって、コストアップを抑制しつつ、分解能を十分に向上させることのできる温度調整器の入力回路を提供することを目的としている。
【００５２】
【課題を解決するための手段】
温度調整器の入力回路についての本発明は、次のような手段を講じることにより、上記の課題を解決するものである。
【００５３】
本願第１の発明の温度調整器の入力回路は、増幅率の可変に伴って特性曲線の基準点をシフトさせることを特徴とする。すなわち、前提的構成として、まず、高電位側電源端子と低電位側電源端子との間に分圧用の第１の抵抗器と温度‐抵抗特性をもつ温度センサーと第２の抵抗器とがこの順に直列に挿入され、前記第１の抵抗器と前記温度センサーの直列回路に対して第３の抵抗器が並列に接続され、前記第１の抵抗器と前記温度センサーとの接続点がオペアンプの非反転入力端子に接続され、前記温度センサーと前記第２の抵抗器との接続点が第５の抵抗器を介して前記オペアンプの反転入力端子に接続され、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間の帰還ループに増幅率調整回路が介挿され、この増幅率調整回路は、互いに背反的にオン／オフ制御される第１および第２のスイッチと、これら両スイッチ間に接続されて帰還抵抗の状態と前記第５の抵抗器につながる状態とに切り換えられる第６の抵抗器とを備えて構成されている。上記において、温度‐抵抗特性とは、温度変化に伴って抵抗値が変化する特性のことである。
【００５４】
そして、このような構成を前提としてもっている温度調整器の入力回路において、次のような要素を備えたことを特徴としている。すなわち、前記第１の抵抗器と前記温度センサーおよび前記オペアンプの非反転入力端子との間に基準点シフト回路が介挿する。
【００５５】
この基準点シフト回路は、前記第１の抵抗器と前記温度センサーとの間に挿入されたシフト用抵抗器と、前記第１の抵抗器と前記シフト用抵抗器との接続点と前記オペアンプの非反転入力端子との間に介挿された第３のスイッチと、前記シフト用抵抗器と前記温度センサーとの接続点と前記非反転入力端子との間に介挿された第４のスイッチとから構成されている。
【００５６】
そして、前記増幅率調整回路における前記第６の抵抗器が前記オペアンプの帰還抵抗とならないように前記第１のスイッチをオンしかつ前記第２のスイッチをオフするときに、前記オペアンプに対して前記温度センサーおよび前記シフト用抵抗器の両端間電圧が印加されるように、前記基準点シフト回路における前記第３のスイッチをオンしかつ前記第４のスイッチをオフする。また、前記増幅率調整回路における前記第６の抵抗器が前記オペアンプの帰還抵抗となるように前記第１のスイッチをオフしかつ前記第２のスイッチをオンするときに、前記オペアンプに対して前記シフト用抵抗器が切り離され前記温度センサーの両端間電圧が印加されるように、前記基準点シフト回路における前記第３のスイッチをオフしかつ第４のスイッチをオンする。
【００５７】
なお、前記第３のスイッチと第４のスイッチとの接続点と前記オペアンプの非反転入力端子との間に、必要に応じて第４の抵抗器が挿入される。
【００５８】
従来技術にあっては、増幅率を可変しても、いずれも特性曲線の基準点は不変であったために、より狭い測定範囲での測定状態に切り換えて特性曲線の勾配を強くしても、その特性曲線の基準点は元通りであるために、前記より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲は、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲に比べて減少してしまう。つまり、増幅率を増やしたときの特性曲線の変化が基準点を中心とする単純な回転の態様となっている。
【００５９】
これに対してこの第１の発明においては、増幅率調整回路によって特性曲線の勾配を変化させ、基準点シフト回路によって特性曲線の基準点のシフトを行わせる。すなわち、特性曲線の基準点の水平移動を基準点シフト回路に役割分担させ、特性曲線の勾配の変化を増幅率調整回路に役割分担させる。
【００６０】
オペアンプの帰還ループに介挿された増幅率調整回路において増幅率を変化させることにより、特性曲線の勾配を変化させる。帰還抵抗を増やせば、特性曲線の勾配はきつい方に変化する。また、センサーと高電位側電源端子との間に介挿された基準点シフト回路において特性曲線の基準点をシフトさせる。これは、オペアンプの非反転入力端子に対する印加電圧を変化させることになる。印加電圧を減らせば、基準点は測定範囲の高い側にシフトする。
【００６１】
増幅率調整回路において第１のスイッチをオンにし第２のスイッチをオフにしたときに、連動して、基準点シフト回路において第３のスイッチをオンにし第４のスイッチをオフにして、帰還ループの抵抗値を減じることで特性曲線の勾配を緩くするとともに特性曲線の基準点を低い側にシフトさせる。
【００６２】
また、上記とは逆に、増幅率調整回路において第２のスイッチをオンにし第１のスイッチをオフにしたときに、連動して、基準点シフト回路において第４のスイッチをオンにし第３のスイッチをオフにして、帰還ループの抵抗値を増すことで特性曲線の勾配をきつくするとともに特性曲線の基準点を高い側にシフトさせる。
【００６３】
以上により、増幅率を増やすときには、連動して特性曲線の基準点を測定範囲の高い側にシフトさせることにより、特性曲線の基準点の水平移動と特性曲線全体の回転とが合成される結果、より狭い測定範囲の下限値に基準点を近接または一致させることが可能となり、より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲として、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲と遜色ない大きなものを確保することが可能となる。
【００６４】
したがって、増幅率を増やしたときに、連動して特性曲線の基準点を測定範囲の高い側にシフトさせることにより、特性曲線の全体を、その基準点を高い側にシフトさせつつ回転して立ち上げることになるので、換言すれば、水平移動と回転とが合成されたような特性曲線の変化であるので、より狭い測定範囲の下限値に基準点を近接または一致させることが可能となり、より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲は、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲と遜色ない大きなものを確保することが可能となっている。
【００６５】
それでいて、基準点シフト回路を２つのスイッチとシフト用抵抗器とのきわめて簡単な回路要素によって構築している。
【００６６】
本願第２の発明の温度調整器の入力回路は、上記の第１の発明において、前記基準点シフト回路のシフト用抵抗器の抵抗値を、前記温度センサーによる狭い測定範囲の下限値における抵抗値と前記温度センサーによる広い測定範囲の下限値における抵抗値との差分としてあるというものである。
【００６７】
このように定めることにより、より狭い測定範囲について、特性曲線の出力レベル範囲の下限値を前記より狭い測定範囲の下限値に一致させることが可能となる。したがって、より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲を、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲と実質的に同じ大きさにすることができる。
【００６８】
本願第３の発明の温度調整器の入力回路は、上記の第１・第２の発明において、前記温度センサーと前記第２の抵抗器との接続点と前記第３の抵抗器との間に、前記シフト用抵抗器と抵抗値が近似しているまたは等しい調整抵抗器を挿入してあることを特徴としている。
【００６９】
温度‐抵抗特性をもつ温度センサーの両端間電圧をオペアンプの非反転入力端子と反転入力端子とに印加することにおいては、オペアンプの性質上、非反転入力端子の入力ライン、反転入力端子の入力ラインにおいて流れる電流が実質的にゼロであることが望ましい。オペアンプが動作上安定するのは、非反転入力端子の印加電圧と反転入力端子の印加電圧とが等しい状態である。これを一般にイマジナル・ショートと呼んでいる。本発明では、基準点シフト回路において第１の抵抗器と温度センサーとの間にシフト用抵抗器を挿入してあるが、この第３の発明においては、前記のオペアンプにおける両入力印加電圧等価の条件を維持するために、さらにシフト用抵抗器と抵抗値が近似または等しい調整抵抗器を上記のように挿入してある。これにより、シフト用抵抗器の挿入にもかかわらず、調整抵抗器の挿入によって、オペアンプにおける両入力印加電圧等価の条件を満たすことができており、オペアンプの動作をより安定化させることができる。
【００７０】
なお、ここで、両入力印加電圧等価とは、等しい値をとる場合ならびに比較的近い値をとる場合をいい、比較的近い値とは、特に限定するものではなく、目的や条件に応じて任意に定めてよきものとする。また、ここで、調整抵抗器とシフト用抵抗器とにつき、抵抗値が等しいまたは近似しているということについても同様であるとする。
【００７１】
本願第４の発明の温度調整器の入力回路は、上記の第１〜第３の発明において、前記温度センサーを白金測温抵抗体となしたものである。白金測温抵抗体は温度‐抵抗特性をもっているとともにリニアリティにすぐれているが、感度（温度変化応答性）が比較的に小さい。そこで、上記のように分解能を高くすると、実質的に感度を向上させることが可能となる。
【００７２】
なお、上記の第１〜第４の発明において、前記温度センサーに代えて、温度‐抵抗特性をもつ任意の物理量に対するセンサーを備えたものとして入力回路を構成することも有効なものとなる。
【００７３】
さらに、前記オペアンプとして汎用オペアンプを用いることが望ましい。計装アンプに比べて、汎用オペアンプは、その構成がより簡易であり、コストアップを抑制することが可能となるからである。
【００７４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわる温度調整器の入力回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００７５】
図１は本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の構成を示す回路図である。この温度調整器の入力回路は、次のように構成されている。この温度調整器の入力回路は、第１のスイッチＳ11と第２のスイッチＳ22と抵抗器Ｒ6 （第６の抵抗器）とからなる増幅率調整回路１００を備えているとともに、第３のスイッチＳ13と第４のスイッチＳ24とシフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1とからなる基準点シフト回路２００を備えている。
【００７６】
基準電圧Ｖref の高電位側電源端子１０とグランドレベルの低電位側電源端子２０との間に白金測温抵抗体３０を接続するに、第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT とを白金測温抵抗体３０の正極端子側に直列に挿入し、第２の抵抗器Ｒ2 を白金測温抵抗体３０の負極端子側に直列に挿入する状態で接続してある。すなわち、高電位側電源端子１０と第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と白金測温抵抗体３０と第２の抵抗器Ｒ2 と低電位側電源端子２０とを、この順に直列に接続してある。また、白金測温抵抗体３０の負極端子を高電位側電源端子１０に対して第３の抵抗器Ｒ3 および調整抵抗器ＲT1を介して接続してある。
【００７７】
白金測温抵抗体３０の正極端子つまりシフト用抵抗器ＲT との接続点ａをオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に対して接続するに、第４のスイッチＳ24および第４の抵抗器Ｒ4 を直列に挿入する状態で接続してあるとともに、第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT との接続点ｄと第４のスイッチＳ24と第４の抵抗器Ｒ4 との接続点ｅとの間を第３のスイッチＳ13を介して接続してある。
【００７８】
第３のスイッチＳ13と第４のスイッチＳ24とは切換制御信号Ｓｃによって背反的にオン／オフ切り換えされるように構成されている。すなわち、切換制御信号入力端子５０を第３のスイッチＳ13の制御入力端子に接続し、切換制御信号入力端子５０をインバータ６０を介して第４のスイッチＳ24の制御入力端子に接続してある。
【００７９】
白金測温抵抗体３０の負極端子つまり第２の抵抗器Ｒ2 との接続点ｂをオペアンプ４０の反転入力端子（−）に対して接続するに、調整抵抗器ＲT1と第５の抵抗器Ｒ5 と第２のスイッチＳ22を直列に挿入する状態で接続してある。第３の抵抗器Ｒ3 と調整抵抗器ＲT1と第５の抵抗器Ｒ5 とは接続点ｆにおいて共通に接続された状態となっている。
【００８０】
第５の抵抗器Ｒ5 と第２のスイッチＳ22との接続点ｇとオペアンプ４０の出力端子ｊとが第６の抵抗器Ｒ6 および第７の抵抗器Ｒ7 を介して直列に接続されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 と第７の抵抗器Ｒ7 との接続点ｈと第２のスイッチＳ22とオペアンプ４０の反転入力端子（−）との接続点ｉとの間が第１のスイッチＳ11を介してバイパス的に接続されている。
【００８１】
第１のスイッチＳ11と第２のスイッチＳ22とは切換制御信号Ｓｃによって背反的にオン／オフ切り換えされるように構成されている。すなわち、切換制御信号入力端子５０を第１のスイッチＳ11の制御入力端子に接続し、切換制御信号入力端子５０をインバータ６０を介して第２のスイッチＳ22の制御入力端子に接続してある。
【００８２】
第１のスイッチＳ11と第２のスイッチＳ22と第６の抵抗器Ｒ6 とのループ回路は、オペアンプ１０の増幅率を調整するための増幅率調整回路１００を構成している。
【００８３】
第３のスイッチＳ13と第４のスイッチＳ24とシフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1とは基準点シフト回路２００を構成している。シフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1とは互いに抵抗値を等しくするものとするが、必ずしもそれにとらわれる必要性はなく、シフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1とは近似する値をもっていればよい。
【００８４】
本実施の形態の温度調整器の入力回路において、例えば−２００℃から５００℃までの広い温度範囲にわたって温度測定を行うときには、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオン、第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオフにして第１モードを選択し、小さい勾配α1 の特性曲線Ａ1 のもとで温度調整器の入力回路を使用することとし、例えば０℃から１００℃までの狭い温度範囲での温度測定を行うときには、第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオン、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオフにして第２モードを選択し、大きい勾配β1 の特性曲線Ｂ1 のもとで温度調整器の入力回路を使用することとしている。
【００８５】
この温度調整器の入力回路の電圧‐温度特性を図２に示す。第１モードの特性曲線Ａ1 は、切換制御信号Ｓｃを“Ｈ”レベルとなして、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオンにし、インバータ６０を介して第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオフにしたときのものである。第２モードの特性曲線Ｂ1 は、上記とは逆に、切換制御信号Ｓｃを“Ｌ”レベルとなして、インバータ６０を介して第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオンにし、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオフにしたときのものである。
【００８６】
第１モードの特性曲線Ａ1 は勾配α1 が緩やかであり、第２モードの特性曲線Ｂ1 は勾配β1 が急である。当該の温度調整器の入力回路の次段のＡ／Ｄ変換器におけるダイナミックレンジＤＲ0 の全領域に対して、第１モードの特性曲線Ａ1 は、−２００℃から５００℃までの広い温度範囲において対応可能となっており、第２モードの特性曲線Ｂ1 は、０℃から１００℃までの狭い温度範囲において、上記同様に、次段のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジＤＲ0 の全領域に対して対応可能となっている。第１モードの特性曲線Ａ1 の出力レベル範囲の下限値である基準点Ｐ1 は−２００℃であり、第２モードの特性曲線Ｂ1 の出力レベル範囲の下限値である基準点Ｐ2 は０℃となっている。すなわち、基準点シフト回路２００の存在により、第１モードのときの基準点Ｐ1 を第２モードにおいて水平方向に沿って高温側にシフトさせるようになっている。
【００８７】
（１）第１モード（特性曲線Ａ1 ）
切換制御信号Ｓｃを“Ｈ”レベルとすることにより第１モードが設定される。このとき、増幅率調整回路１００において、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13がオンにされ、背反的に第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24がオフとされる。このときの有効な回路構成を図３に示す。オフとされた第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24は図示を消してある。オペアンプ４０の帰還抵抗として第７の抵抗器Ｒ7 が選択されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 は、第１モードの特性曲線Ａ1 の勾配α1 を低くするために、オペアンプ４０の反転入力端子（−）と白金測温抵抗体３０の負極端子との間で存在するように、機能素子としては、第７の抵抗器Ｒ7 側ではなく第５の抵抗器Ｒ5 側に接続され、入力抵抗値を増す機能を担っている。
【００８８】
第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と白金測温抵抗体３０との直列回路は、第３の抵抗器Ｒ3 と調整抵抗器ＲT1との直列回路と並列回路を構成している。白金測温抵抗体３０を温度センサー抵抗ＲPtと表現することとして、これら抵抗群の合成抵抗Ｒｃを計算すると、
【００８９】
【数２０】
となる。
【００９０】
白金測温抵抗体３０の負極端子ｂの電圧をＶｓとすると、この電圧Ｖｓは、基準電圧Ｖref を合成抵抗Ｒｃと第２の抵抗器Ｒ2 とで分圧したときの第２の抵抗器Ｒ2 の両端電圧となるので、
【００９１】
【数２１】
となる。
【００９２】
次に、オペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される電圧Ｖ1 を、上記の電圧Ｖｓを利用して求める。基準点シフト回路２００において、第３のスイッチＳ13がオンのとき、高電位側電源端子１０の基準電圧Ｖref は、第１の抵抗器Ｒ1 と第３のスイッチＳ13と第４の抵抗器Ｒ4 を介してオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される。この経路には電流が実質的に流れないので、非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 は、第４の抵抗器Ｒ4 と第３のスイッチＳ13との接続点ｅの電圧と等しく、また、結果的に、第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT との接続点ｄの電圧Ｖｄと等しくなる。第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と温度センサー抵抗ＲPtとによる電圧降下は、（Ｖref −Ｖｓ）である。この電圧を、Ｒ1 と（ＲT ＋ＲPt）とで分圧し、さらに電圧Ｖｓを加えれば、接続点ｄの電圧Ｖｄとなる。そして、これが非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 である。すなわち、
【００９３】
【数２２】
となる。
【００９４】
次に、第３の抵抗器Ｒ3 と第５の抵抗器Ｒ5 と調整抵抗器ＲT1との共通接続点ｂにおける電圧Ｖ2 を求める。この電圧Ｖ2 は、前記の降下電圧分（Ｖref −Ｖｓ）を、Ｒ3 とＲT1とで分圧し、さらに電圧Ｖｓを加えれば求まる。すなわち、
【００９５】
【数２３】
である。
【００９６】
増幅率調整回路１００において第１のスイッチＳ11をオンに、第２のスイッチＳ22をオフにした第１モードにおいては、第６の抵抗器Ｒ6 と第７の抵抗器Ｒ7 との接続点ｈが第１のスイッチＳ11のオンによってオペアンプ１０の反転入力端子（−）に接続され、その接続点ｉの電圧がイマジナル・ショートにより非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 と等しくなる。オペアンプ４０の帰還抵抗は第７の抵抗器Ｒ7 のみとなる。
【００９７】
オペアンプ１０の出力端子ｊから第７の抵抗器Ｒ7 、第６の抵抗器Ｒ6 、第５の抵抗器Ｒ5 のラインに流れる電流は一定である。したがって、オペアンプ４０の出力電圧をＶｏとして、
【００９８】
【数２４】
となる。（２４）式を変形して、
【００９９】
【数２５】
となる。さらに、（２５）式に（２２）式と（２３）式を代入して、
【０１００】
【数２６】
が得られる。
【０１０１】
（２）第２モード（特性曲線Ｂ1 ）
切換制御信号Ｓｃを“Ｌ”レベルとすることにより第２モードが設定される。このとき、増幅率調整回路１００において、第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24がオンにされ、背反的に第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13がオフとされる。このときの有効な回路構成を図４に示す。オフとされた第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13は図示を消してある。オペアンプ４０の帰還抵抗として第７の抵抗器Ｒ7 と第６の抵抗器Ｒ6 との直列抵抗体が選択されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 は、第２モードの特性曲線Ｂ1 の勾配β1 を高くするために、オペアンプ４０の反転入力端子（−）と第５の抵抗器Ｒ5 との接続ラインから切り離され、機能素子としては、第５の抵抗器Ｒ5 側ではなく第７の抵抗器Ｒ7 側に接続され、帰還抵抗値を増す機能を担っている。
【０１０２】
第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と白金測温抵抗体３０との直列回路が、第３の抵抗器Ｒ3 と調整抵抗器ＲT1との直列回路に対して並列回路を構成している点は第１モードの場合と同様であり、これら抵抗群の合成抵抗Ｒｃは、（Ａ１）と同じである。
【０１０３】
白金測温抵抗体３０の負極端子ｂの電圧Ｖｓ′は、（２０）式と同じであり、次のようになる。
【０１０４】
【数２７】
となる。
【０１０５】
次に、オペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される電圧Ｖ1 ′を、上記の電圧Ｖｓ′を利用して求める。基準点シフト回路２００において、第４のスイッチＳ24がオンのとき、高電位側電源端子１０の基準電圧Ｖref は、第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と第４のスイッチＳ24と第４の抵抗器Ｒ4 を介してオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される。この経路には電流が実質的に流れないので、非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 ′は、結果的に、シフト用抵抗器ＲT と温度センサー抵抗ＲPtとの接続点ａの電圧Ｖａと等しくなる。第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と温度センサー抵抗ＲPtとによる電圧降下は、（Ｖref −Ｖｓ′）である。この電圧を、（Ｒ1 ＋ＲT ）とＲPtとで分圧し、さらに電圧Ｖｓ′を加えれば、接続点ａの電圧Ｖａとなる。そして、これが非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 ′である。すなわち、
【０１０６】
【数２８】
となる。
【０１０７】
次に、第３の抵抗器Ｒ3 と第５の抵抗器Ｒ5 と調整抵抗器ＲT1との共通接続点ｆにおける電圧Ｖ2 ′を求める。この電圧Ｖ2 ′は、前記の降下電圧分（Ｖref −Ｖｓ′）を、Ｒ3 とＲT1とで分圧し、さらに電圧Ｖｓ′を加えれば求まる。すなわち、
【０１０８】
【数２９】
となる。
【０１０９】
増幅率調整回路１００において第２のスイッチＳ22をオンに、第１のスイッチＳ11をオフにした第２モードにおいては、第５の抵抗器Ｒ5 と第６の抵抗器Ｒ6 との接続点ｇが第２のスイッチＳ22のオンによってオペアンプ１０の反転入力端子（−）に接続され、その接続点ｇの電圧がイマジナル・ショートにより非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 ′と等しくなる。オペアンプ４０の帰還抵抗は第７の抵抗器Ｒ7 と第６の抵抗器Ｒ6 との直列抵抗体となる。
【０１１０】
オペアンプ１０の出力端子から第７の抵抗器Ｒ7 、第６の抵抗器Ｒ6 、第５の抵抗器Ｒ5 のラインに流れる電流は一定である。したがって、オペアンプ４０の出力電圧をＶｏ′として、
【０１１１】
【数３０】
となる。（３０）式を変形して、
【０１１２】
【数３１】
となる。さらに、（３１）式に（２８）式と（２９）式を代入して、
【０１１３】
【数３２】
が得られる。
【０１１４】
第１モードの場合の（２６）式において、−２００℃のときのオペアンプ４０の出力電圧ＶｏをＶｏ(-200)で表し、白金測温抵抗体３０の温度センサー抵抗ＲPtをＲPt(-200)で表すと、
【０１１５】
【数３３】
となる。
【０１１６】
第２モードの場合の（３２）式において、０℃のときのオペアンプ４０の出力電圧ＶｏをＶｏ′(0) で表し、白金測温抵抗体３０の温度センサー抵抗ＲPtをＲPt(0) で表すと、
【０１１７】
【数３４】
となる。
【０１１８】
（３３）式と（３４）式を比較考量して、
【０１１９】
【数３５】
とおく。つまり、
【０１２０】
【数３６】
と設定する。また、通常は、Ｖｓ＝Ｖｓ′である。したがって、（３４）式をさらに変形すると、（３５）式の代入により、
【０１２１】
【数３７】
となる。
【０１２２】
（３３）式と（３７）式を比較すると、前者での分母が〔Ｒ1 ＋ＲT ＋ＲPt(-200)〕であるのに対して、後者での分母が〔Ｒ1 ＋２・ＲT ＋ＲPt(-200)〕となっており、ここで差異が生じていることになる。しかし、ＲT はＲ1 に比べて十分に小さく設定することが可能であり、例えばＲT ＝Ｒ1 ／３０とかＲT ＝Ｒ1 ／５０のように設定すると、両者の分母は実質的に等しいと見なすことができる。すなわち、
【０１２３】
【数３８】
とみなして差し支えない。
【０１２４】
ところで、（３６）式の〔ＲT ＝ＲPt(0) −ＲPt(-200)〕の具体例であるが、０℃のときの抵抗値ＲPt(0) が例えば１００Ωであり、−２００℃のときの抵抗値ＲPt(-200)が例えば１８．５Ωとなる白金測温抵抗体３０があるとして、この場合には、シフト用抵抗器ＲT の抵抗値は、１００−１８．５＝８１．５より、ＲT ＝８１．５Ωとすればよい。もっとも、このような数値は単なる例示にすぎず、仕様に応じて適宜に変更してよいことはいうまでもない。
【０１２５】
なお、細かい計算は省略するが、
【０１２６】
【数３９】
として、（２６）式のＶｏをΔｔの関数で表現したときのΔｔの係数α1 を求めると、
【０１２７】
【数４０】
であり、また、（３７）式のＶｏ′をΔｔの関数で表現したときのΔｔの係数β1 を求めると、
【０１２８】
【数４１】
であり、さらに、β1 −α1 を計算すると、これはプラスになるので、β1 ＞α1 となっている。
【０１２９】
以上の結果として、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオンにしたときの第１モードのときの特性曲線Ａ1 と、第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオンにしたときの第２モードのときの特性曲線Ｂ1 とは、図２に示すようになる。すなわち、第１モードの特性曲線Ａ1 の基準点Ｐ1 に対して第２モードの特性曲線Ｂ1 の基準点Ｐ2 が水平方向に高温側にシフトする。
【０１３０】
すなわち、第１モードの特性曲線Ａ1 を基準として増幅率を増やしたときに、連動して第２モードの特性曲線Ｂ1 は、その基準点Ｐ2 を測定範囲の高い側にシフトされる。つまり、特性曲線Ｂ1 の全体を、その基準点Ｐ2 を高い側にシフトさせつつ回転して立ち上げている。換言すれば、水平移動と回転とが合成されたような特性変化となっている。
【０１３１】
基準点Ｐ1 は−２００℃に対応し、基準点Ｐ2 は０℃に対応している。そして、第１モードの特性曲線Ａ1 の勾配α1 に比べて第２モードの特性曲線Ｂ1 の勾配β1 が大きくなっている。第２モードの特性曲線Ｂ1 は、第１モードの特性曲線Ａ1 の基準点Ｐ1 より高温側にシフトされた基準点Ｐ2 を基端として、第１モードの特性曲線Ａ1 の勾配α1 よりも急な勾配β1 で立ち上がるのであるから、第２モードの特性曲線Ｂ1 は０℃と１００℃との間で第１モードの特性曲線Ａ1 と交差することとなる。なお、ダイナミックレンジＤＲ0 の上限において第２モードの特性曲線Ｂ1 を１００℃で交差させるには、各抵抗器の抵抗値を適当に定めることで実現できる。
【０１３２】
−２００℃から５００℃までの広い温度範囲にわたる勾配の緩やかな第１モードの特性曲線Ａ1 は、従来技術の場合と同様に、当該の温度調整器の入力回路の次段のＡ／Ｄ変換器におけるダイナミックレンジＤＲ0 をフルに利用するが、加えて、０℃から１００℃までの狭い温度範囲にわたる勾配のきつい第２モードの特性曲線Ｂ1 についても、次段のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジＤＲ0 をフルに利用するようになっている。すなわち、第２モードにおいて、分解能の高い温度測定が可能となっている。
【０１３３】
次に、基準点シフト回路２００におけるシフト用抵抗器ＲT の抵抗値と調整抵抗器ＲT1の抵抗値との実証的な関係について、図５〜図１４に基づいて説明する。
【０１３４】
まず、図５と図６について説明する。
【０１３５】
抵抗値については、第１ないし第７の抵抗器Ｒ1 〜Ｒ7 の抵抗値、および白金測温抵抗体３０の温度‐抵抗特性の抵抗値がある。第１ないし第７の抵抗値については、それぞれ任意に定めてよいのであるが、従来において、好ましい数値関係がすでに求められている。ここでは、それを基礎にする。代表的な一例として、図５（データ図表）に示すものがある。なお、ここで、第１モードとして、上記の場合と同様に、−２００℃から５００℃としている。また、第２モードについては、上記の場合とは異なり、ここでは、０℃〜２００℃としている。白金測温抵抗体３０の温度‐抵抗特性をもつ抵抗値ＲPtについては、ＪＩＳ規格としてのものとなっている。必要とするＡ／Ｄ変換領域を２．０〜４．５〔Ｖ〕としている。図５の上段は従来回路（旧回路）についての第１モードと第２モードを示し、下段は本発明回路（新回路）についての第１モードと第２モードとを示している。従来回路では、シフト用抵抗器ＲT および調整抵抗器ＲT1がないので、ＲT ＝０、ＲT1＝０となっている。新回路では、ＲT ＝ＲT1＝８２Ωとしてある。図５のデータ図表におけるＲｃは（２０）式の合成抵抗であり、Ｖｓは（２１）式の白金測温抵抗体３０の負極電圧であり、Ｖｏは第１モードの場合の（２６）式または第２モードの場合の（３２）式のオペアンプ出力電圧である。
【０１３６】
図６は図５のデータをグラフに示したものである。図６において、記号の◆で示す特性曲線Ａ0 は旧回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ0 は旧回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示し、記号の■で示す特性曲線Ａ1 は新回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の▲で示す特性曲線Ｂ1 は新回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示している。この図６は、図１６と図２とを合成したものに相当している。
【０１３７】
従来技術による旧回路の場合には、−２００℃付近を基準に増幅しているため、特性曲線Ｂ0 は必要とする温度領域・ダイナミックレンジを確保できていない。これに対して、本発明による新回路の場合には、調整抵抗器ＲT1を付加し、ＲT1＝ＲT （またはＲT1≒ＲT ）としてあるので、図１に示す電圧Ｖ1 と電圧Ｖ2 との電位差をなるべく小さくすることができ、その結果として、第２モード（０〜２００℃）のときの特性曲線Ｂ1 は、第１モード（−２００〜５００℃）のときの特性曲線Ａ1 と同様に、必要とする温度領域において、必要とするダイナミックレンジの下限の電圧値から増幅を始めることができることとなっている。もちろん、特性曲線Ｂ1 の基準点は特性曲線Ａ1 の基準点より測定範囲の高い側に水平シフトしている。
【０１３８】
次に、図７と図８について説明する。これらは、本発明による新回路での調整抵抗器ＲT1の影響をみるものである。図７はすべて新回路構成であるが、上段２例は調整抵抗器ＲT1について、ＲT1＝０を仮想している。また、Ａ／Ｄ変換領域を図５と同じ２．０〜４．５〔Ｖ〕とするために、第２の抵抗値Ｒ2 と第７の抵抗値Ｒ7 を調整している。下段の２例は図５の下段の２例と同じである。
【０１３９】
図８は図７のデータをグラフに示したものである。図８において、記号の◆で示す特性曲線Ａ11は調整抵抗器ＲT1＝０の仮想回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ11は調整抵抗器ＲT1＝０の仮想回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示す。記号の■で示す特性曲線Ａ1 および記号の▲で示す特性曲線Ｂ1 については、図６の場合と同じである。
【０１４０】
調整抵抗器ＲT1＝０すなわち調整抵抗器ＲT1が存在しないために、特性曲線Ｂ11は必要とする温度領域・ダイナミックレンジを確保できていない。この結果から、調整抵抗器ＲT1の必要性が分かる。
【０１４１】
次に、図９と図１０について説明する。これらは、本発明による新回路での調整抵抗器ＲT1の影響をみるものである。図９はすべて新回路構成であるが、上段２例は調整抵抗器ＲT1について、シフト用抵抗器ＲT の２倍すなわちＲT1＝２・ＲT を仮想している（ＲT1＝１６４Ω）。また、Ａ／Ｄ変換領域を図５と同じ２．０〜４．５〔Ｖ〕とするために、第２の抵抗値Ｒ2 と第７の抵抗値Ｒ7 を調整している。下段の２例は図５の下段の２例と同じとなっている。
【０１４２】
図１０は図９のデータをグラフに示したものである。図１０において、記号の◆で示す特性曲線Ａ12は調整抵抗器ＲT1＝２・ＲT の仮想回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ12は調整抵抗器ＲT1＝２・ＲT の仮想回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示す。記号の■で示す特性曲線Ａ1 および記号の▲で示す特性曲線Ｂ1 については、図６の場合と同じである。
【０１４３】
調整抵抗器ＲT1をシフト用抵抗器ＲT の２倍と増加させたために、特性曲線Ｂ12は、その出力電圧のレベルが低くなりすぎて、必要とする温度領域・ダイナミックレンジを確保できていない。この結果から、調整抵抗器ＲT1がシフト用抵抗器ＲT に比べて大きすぎることは好ましくないことが分かる。
【０１４４】
次に、図１１と図１２について説明する。これらは、本発明による新回路での調整抵抗器ＲT1の影響をみるものである。図１１はすべて新回路構成であるが、上段２例は調整抵抗器ＲT1について、シフト用抵抗器ＲT の２分の１すなわちＲT1＝ＲT ／２を仮想している（ＲT1＝４１Ω）。また、Ａ／Ｄ変換領域を図５と同じ２．０〜４．５〔Ｖ〕とするために、第２の抵抗値Ｒ2 と第７の抵抗値Ｒ7 を調整している。下段の２例は図５の下段の２例と同じとなっている。
【０１４５】
図１２は図１１のデータをグラフに示したものである。図１２において、記号の◆で示す特性曲線Ａ13は調整抵抗器ＲT1＝ＲT ／２の仮想回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ13は調整抵抗器ＲT1＝ＲT ／２の仮想回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示す。記号の■で示す特性曲線Ａ1 および記号の▲で示す特性曲線Ｂ1 については、図６の場合と同じである。
【０１４６】
調整抵抗器ＲT1をシフト用抵抗器ＲT の２分の１と減少させたために、特性曲線Ｂ13は、その出力電圧のレベルが高くなりすぎて、必要とする温度領域・ダイナミックレンジを確保できていない。この結果から、調整抵抗器ＲT1がシフト用抵抗器ＲT に比べて小さすぎることは好ましくないことが分かる。
【０１４７】
次に、図１３と図１４について説明する。これらは、本発明による新回路での調整抵抗器ＲT1の影響をみるものである。図１３の上段左欄は従来回路である。その他はすべて新回路構成である。上段右欄では、１００℃と２００℃のときのデータである。下段右欄では、０℃と１００℃のときのデータである。上段右欄では、シフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1として、１００℃のときの白金測温抵抗体３０の抵抗値ＲPtの値１３８．５Ωと−２００℃のときの値１８．４９Ωとの差分である１２０Ωを設定してある。第５の抵抗値Ｒ5 、第６の抵抗値Ｒ6 を調整している。下段では、シフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1として、０℃のときの抵抗値ＲPtの値１００Ωと−２００℃のときの値１８．４９Ωとの差分である８１．５Ωよりも少し大きめの８７Ωを設定してある。また、Ａ／Ｄ変換領域を図５と同じ２．０〜４．５〔Ｖ〕とするために、第５の抵抗値Ｒ5 と第６の抵抗値Ｒ6 を調整している。
【０１４８】
図１４は図１３のデータをグラフに示したものである。図１４において、記号の◆で示す特性曲線Ａ14は従来回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ14は上段右欄の仮想回路の第２モード（１００〜２００℃）の場合をそれぞれ示す。記号の■で示す特性曲線Ａ1′および記号の▲で示す特性曲線Ｂ1′については、図６の場合に相当している。特性曲線Ｂ14の場合でも有効になっている。
【０１４９】
以上のことから、調整抵抗器ＲT1は設けないよりも設けた方が良いこと、および、調整抵抗器ＲT1はなるべくシフト用抵抗器ＲT と抵抗値が近似または一致することが好ましいことが分かる。
【０１５０】
以上、１つの実施の形態について説明してきたが、本発明は次のように構成したものも含み得るものとする。
【０１５１】
（１）増幅率調整回路１００としては図示例のものに限定される必要性はなく、所定の機能を発揮するものであれば、どのような回路構成のものであってもよい。
【０１５２】
（２）基準点シフト回路２００としては図示例のものに限定される必要性はなく、所定の機能を発揮するものであれば、どのような回路構成のものであってもよい。
【０１５３】
（３）温度センサーとして白金測温抵抗体の場合を例示したが、必ずしもそれにとらわれる必要性はなく、サーミスタなど、温度変化を抵抗値の変化に変換するものであれば、どのような形態のものであってもよい。磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）なども有効である。
【０１５４】
（４）センサーとして温度センサーを取り上げたが、必ずしもそれにとらわれる必要性はなく、光センサー、圧力センサー、変位センサー、速度センサーなど、どのような形態のセンサーであってもよい。
【０１５５】
（５）その他本発明の要旨と直接に関係しない任意の事項については、公知の任意のものが適用可能であり、また、公知以外のものであっても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適用可能であるものとする。
【０１５６】
上記の（１）〜（５）は互いに独立した事項であり、これらのうち任意の事項を任意数適当に組み合わせてもよきものとする。
【０１５７】
【発明の効果】
温度調整器の入力回路についての本発明によれば、増幅率を増やすことに連動して特性曲線の基準点を測定範囲の高い側にシフトさせるので、すなわち、水平移動と回転とを合成した態様で特性曲線を変化させるので、より狭い測定範囲の下限値に基準点を近接または一致させ、より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲を、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲と遜色ない大きなものとして確保することができる。したがって、コストアップを抑制しつつ、温度調整器の入力回路の分解能を十分に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の構成を示す回路図
【図２】 本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の測定温度‐出力電圧特性図
【図３】 本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の第１モードのときの回路状態図
【図４】 本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の第２モードのときの回路状態図
【図５】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その１）
【図６】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その１）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図７】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その２）
【図８】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その２）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図９】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その３）
【図１０】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その３）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図１１】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その４）
【図１２】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その４）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図１３】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その５）
【図１４】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その５）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図１５】 従来の技術の温度調整器の入力回路の構成を示す回路図
【図１６】 従来の技術の温度調整器の入力回路の測定温度‐出力電圧特性図
【符号の説明】
１０…高電位側電源端子
２０…低電位側電源端子
３０…白金測温抵抗体
４０…オペアンプ
５０…切換制御信号入力端子
６０…インバータ
１００…増幅率調整回路
２００…基準点シフト回路
Ｒ1 〜Ｒ7 …第１なしい第７の抵抗器
ＲPt…温度センサー抵抗（白金測温抵抗体）
ＲT …シフト用抵抗器
ＲT1…調整抵抗器
Ｓ11…第１のスイッチ
Ｓ13…第３のスイッチ
Ｓ22…第２のスイッチ
Ｓ24…第４のスイッチ
Ｓｃ…切換制御信号
Ｐ1 …第１モードのときの基準点
Ｐ2 …第２モードのときの基準点
Ａ1 …第１モードの特性曲線
Ｂ1 …第２モードの特性曲線
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度調整器の入力回路にかかわり、特には、増幅率可変型とした場合の分解能向上の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来の技術の温度調整器の入力回路の構成を示す回路図である。この従来の技術の温度調整器の入力回路は、第１のスイッチＳ1 と第２のスイッチＳ2 と抵抗器Ｒ6 （第６の抵抗器）とからなる増幅率調整回路１００を備えている。基準電圧Ｖref の高電位側電源端子１０とグランドレベルの低電位側電源端子２０との間に白金測温抵抗体３０を接続するに、第１の抵抗器Ｒ1 を白金測温抵抗体３０の正極端子側に直列に挿入し、第２の抵抗器Ｒ2 を白金測温抵抗体３０の負極端子側に直列に挿入する状態で接続してある。すなわち、高電位側電源端子１０と第１の抵抗器Ｒ1 と白金測温抵抗体３０と第２の抵抗器Ｒ2 と低電位側電源端子２０とを、この順に直列に接続してある。また、白金測温抵抗体３０の負極端子を高電位側電源端子１０に対して第３の抵抗器Ｒ3 を介して接続してある。
【０００３】
白金測温抵抗体３０の正極端子つまり第１の抵抗器Ｒ1 との接続点ａをオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に対して接続するに、第４の抵抗器Ｒ4 を直列に挿入する状態で接続してある。
【０００４】
白金測温抵抗体３０の負極端子つまり第２の抵抗器Ｒ2 との接続点ｂをオペアンプ４０の反転入力端子（−）に対して接続するに、第５の抵抗器Ｒ5 と第２のスイッチＳ2 を直列に挿入する状態で接続してある。第３の抵抗器Ｒ3 と第５の抵抗器Ｒ5 とは接続点ｆにおいて共通に接続された状態となっている。
【０００５】
第５の抵抗器Ｒ5 と第２のスイッチＳ2 との接続点ｇとオペアンプ４０の出力端子ｊとが第６の抵抗器Ｒ6 および第７の抵抗器Ｒ7 を介して直列に接続されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 と第７の抵抗器Ｒ7 との接続点ｈと第２のスイッチＳ2 とオペアンプ４０の反転入力端子（−）との接続点ｉとの間が第１のスイッチＳ1 を介してバイパス的に接続されている。
【０００６】
第１のスイッチＳ1 と第２のスイッチＳ2 とは切換制御信号Ｓｃによって背反的にオン／オフ切り換えされるように構成されている。すなわち、切換制御信号入力端子５０を第１のスイッチＳ1 の制御入力端子に接続し、切換制御信号入力端子５０をインバータ６０を介して第２のスイッチＳ2 の制御入力端子に接続してある。
【０００７】
第１のスイッチＳ1 と第２のスイッチＳ2 と第６の抵抗器Ｒ6 とのループ回路は、オペアンプ１０の増幅率を調整するための増幅率調整回路１００を構成している。
【０００８】
この従来技術の温度調整器の入力回路において、例えば−２００℃から５００℃までの広い温度範囲にわたって温度測定を行うときには、第１のスイッチＳ1 をオン、第２のスイッチＳ2 をオフにして第１モードを選択し、図１６に示す小さい勾配α0 の特性曲線Ａ0 のもとで温度調整器の入力回路を使用することとし、また、例えば−２００℃から１００℃までの狭い温度範囲での温度測定を行うときには、第２のスイッチＳ2 をオン、第１のスイッチＳ1 をオフにして第２モードを選択し、大きい勾配β0 の特性曲線Ｂ0 のもとで温度調整器の入力回路を使用することとしている。
【０００９】
この温度調整器の入力回路の電圧‐温度特性を図１６に示す。第１モードの特性曲線Ａ0 は、切換制御信号Ｓｃを“Ｈ”レベルとなして、第１のスイッチＳ1 をオンにし、インバータ６０を介して第２のスイッチＳ2 をオフにしたときのものである。第２モードの特性曲線Ｂ0 は、上記とは逆に、切換制御信号Ｓｃを“Ｌ”レベルとなして、インバータ６０を介して第２のスイッチＳ2 をオンにし、第１のスイッチＳ1 をオフにしたときのものである。
【００１０】
第１モードの特性曲線Ａ0 は勾配α0 が緩やかであり、第２モードの特性曲線Ｂ0 は勾配β0 が急である。当該の温度調整器の入力回路の次段のＡ／Ｄ変換器におけるダイナミックレンジＤＲ0 に対して、第１モードの特性曲線Ａ0 は、−２００℃から５００℃までの広い温度範囲において対応可能となっており、第２モードの特性曲線Ｂ0 は、−２００℃から１００℃までの狭い温度範囲において対応可能となっている。特性曲線Ａ0 と特性曲線Ｂ0 とは基準点Ｐ0 を共通としている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の技術の温度調整器の入力回路には次のような問題点がある。
【００１２】
大きい勾配β0 の特性曲線Ｂ0 のもとで温度調整器の入力回路を使用するときに、−２００℃から１００℃までの３００℃範囲で特性曲線Ｂ0 を使用しているが、この範囲をさらに狭くして、例えば０℃から１００℃までの１００℃範囲で大きい勾配β0 の特性曲線Ｂ0 を利用しようとした場合には、そのＡ／Ｄ変換領域ＤＲ1 はＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジＤＲ0 のほぼ３分の１程度しか利用しないことになる。
【００１３】
０℃から１００℃までの測定範囲で高い分解能を得ようとしても、この従来技術の温度調整器の入力回路にあっては、勾配を変更することができても、基準点Ｐ0 を水平方向にずらすことができないことが、上記の３分の１程度しか利用できない原因となっている。すなわち、有効領域と無効領域の比がほぼ１：２となっている。もっとも、このような数値は単なる例示にすぎず、ほかに多様な数値関係があり得ることはいうまでもない。
【００１４】
ここで理解を深めるために、オペアンプ１０の出力電圧Ｖｏの計算を行う。
【００１５】
（１）第１モード（特性曲線Ａ0 ）
切換制御信号Ｓｃを“Ｈ”レベルとすることにより第１モードが設定される。このとき、増幅率調整回路１００において、第１のスイッチＳ1 がオンにされ、背反的に第２のスイッチＳ2 がオフとされる。このとき、オペアンプ４０の帰還抵抗として第７の抵抗器Ｒ7 が選択されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 は、第１モードの特性曲線Ａ0 の勾配α0 を低くするために、オペアンプ４０の反転入力端子（−）と白金測温抵抗体３０の負極端子との間で存在するように、機能素子としては、第７の抵抗器Ｒ7 側ではなく第５の抵抗器Ｒ5 側に接続され、入力抵抗値を増す機能を担っている。
【００１６】
第１の抵抗器Ｒ1 と白金測温抵抗体３０との直列回路は、第３の抵抗器Ｒ3 との直列回路と並列回路を構成している。白金測温抵抗体３０を温度センサー抵抗ＲPtと表現することとして、これら抵抗群の合成抵抗Ｒｃを計算すると、
【００１７】
【数１】
【００１８】
白金測温抵抗体３０の負極端子ｂの電圧つまり第３の抵抗器Ｒ3 と第５の抵抗器Ｒ5 との接続点ｆの電圧をＶ2 とすると、この電圧Ｖ2 は、基準電圧Ｖref を合成抵抗Ｒｃと第２の抵抗器Ｒ2 とで分圧したときの第２の抵抗器Ｒ2 の両端電圧となるので、
【００１９】
【数２】
【００２０】
次に、オペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される電圧Ｖ1 を、上記の電圧Ｖ2 を利用して求める。高電位側電源端子１０の基準電圧Ｖref は、第１の抵抗器Ｒ1 と第４の抵抗器Ｒ4 を介してオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される。この経路には電流が実質的に流れないので、非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 は、結果的に、第１の抵抗器Ｒ1 と第４の抵抗器Ｒ4 との接続点ａの電圧Ｖａと等しくなる。第１の抵抗器Ｒ1 と温度センサー抵抗ＲPtとによる電圧降下は、（Ｖref −Ｖ2 ）である。この電圧（Ｖref −Ｖ2 ）を、Ｒ1 とＲPtとで分圧し、さらに電圧Ｖ2 を加えれば、接続点ａの電圧Ｖａとなる。そして、これが非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 である。すなわち、
【００２１】
【数３】
【００２２】
増幅率調整回路１００において第１のスイッチＳ1 をオンに、第２のスイッチＳ2 をオフにした第１モードにおいては、第６の抵抗器Ｒ6 と第７の抵抗器Ｒ7 との接続点ｈが第１のスイッチＳ1 のオンによってオペアンプ１０の反転入力端子（−）に接続され、その接続点ｉの電圧がイマジナル・ショートにより非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 と等しくなる。オペアンプ４０の帰還抵抗は第７の抵抗器Ｒ7 のみとなる。
【００２３】
オペアンプ１０の出力端子ｊから第７の抵抗器Ｒ7 、第６の抵抗器Ｒ6 、第５の抵抗器Ｒ5 のラインに流れる電流は一定である。したがって、オペアンプ４０の出力電圧をＶｏとして、
【００２４】
【数４】
【００２５】
【数５】
【００２６】
ところで、白金測温抵抗体３０の両端電圧をＶptとすると、
【００２７】
【数６】
【００２８】
【数７】
【００２９】
【数８】
【００３０】
【数９】
【００３１】
【数１０】
【００３２】
【数１１】
【００３３】
これは、温度変化に対してリニアリティを有することを意味している。
【００３４】
（２）第２モード（特性曲線Ｂ0 ）
切換制御信号Ｓｃを“Ｌ”レベルとすることにより第２モードが設定される。このとき、増幅率調整回路１００において、第２のスイッチＳ2 がオンにされ、背反的に第１のスイッチＳ1 がオフとされる。オペアンプ４０の帰還抵抗として第７の抵抗器Ｒ7 と第６の抵抗器Ｒ6 との直列抵抗体が選択されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 は、第２モードの特性曲線Ｂ0 の勾配β0 を高くするために、オペアンプ４０の反転入力端子（−）と第５の抵抗器Ｒ5 との接続ラインから切り離され、機能素子としては、第５の抵抗器Ｒ5 側ではなく第７の抵抗器Ｒ7 側に接続され、帰還抵抗値を増す機能を担っている。
【００３５】
第１の抵抗器Ｒ1 と白金測温抵抗体３０との直列回路が第３の抵抗器Ｒ3 に対して並列回路を構成している点は第１モードの場合と同様であり、これら抵抗群の合成抵抗Ｒｃは、（１）式と同じである。
【００３６】
白金測温抵抗体３０の負極端子ｂの電圧Ｖ2 ′は、（２）式と同じであり、次のようになる。
【００３７】
【数１２】
【００３８】
オペアンプ１０の出力端子から第７の抵抗器Ｒ7 、第６の抵抗器Ｒ6 、第５の抵抗器Ｒ5 のラインに流れる電流は一定である。したがって、オペアンプ４０の出力電圧をＶｏ′として、
【００３９】
【数１３】
【００４０】
【数１４】
【００４１】
【数１５】
【数１６】
【００４３】
【数１７】
【００４４】
【数１８】
【００４５】
【数１９】
【００４６】
（１１）式と（１９）式とは同じような形をしている。温度変化についての係数がα0 とβ0 とで異なり、（８）式のように分母に（Ｒ5 ＋Ｒ6 ）をもち分子にＲ7 をもつα0 に対して、（１５）式のように分母がＲ5 をもち分子に（Ｒ6 ＋Ｒ7 ）をもつβ0 の方が大きくなっている。したがって、特性曲線Ｂ0 は特性曲線Ａ0 より勾配が大きくなっている。しかし、温度変化Δｔが０のときの出力電圧Ｖｏの値は、モード１とモード２とでは互いに同じであるＶ1 となっている。
【００４７】
この温度変化Δｔがないときの基準のＶ1 が２つのモードで同一であるということが、基準点Ｐ0 が固定であることの要因である。
【００４８】
すなわち、図１５に示す従来技術の回路構成を採用している限りは、個々の抵抗器の抵抗値をどのように調整しても、図１６に示す特性の状況には実質的な変化がなく、より狭い温度範囲での温度測定において、ダイナミックレンジを有効に利用することができず、結局、分解能の十分な向上が期待できないものとなっている。
【００４９】
ところで、計装アンプを用いて比較増幅するように構成すれば、勾配および基準点を可変することが可能である。
【００５０】
しかしながら、計装アンプは、汎用オペアンプに比べると、非常に高価であるという不都合がある。
【００５１】
本発明は上記した課題の解決を図るべく創作したものであって、コストアップを抑制しつつ、分解能を十分に向上させることのできる温度調整器の入力回路を提供することを目的としている。
【００５２】
【課題を解決するための手段】
温度調整器の入力回路についての本発明は、次のような手段を講じることにより、上記の課題を解決するものである。
【００５３】
本願第１の発明の温度調整器の入力回路は、増幅率の可変に伴って特性曲線の基準点をシフトさせることを特徴とする。すなわち、前提的構成として、まず、高電位側電源端子と低電位側電源端子との間に分圧用の第１の抵抗器と温度‐抵抗特性をもつ温度センサーと第２の抵抗器とがこの順に直列に挿入され、前記第１の抵抗器と前記温度センサーの直列回路に対して第３の抵抗器が並列に接続され、前記第１の抵抗器と前記温度センサーとの接続点がオペアンプの非反転入力端子に接続され、前記温度センサーと前記第２の抵抗器との接続点が第５の抵抗器を介して前記オペアンプの反転入力端子に接続され、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間の帰還ループに増幅率調整回路が介挿され、この増幅率調整回路は、互いに背反的にオン／オフ制御される第１および第２のスイッチと、これら両スイッチ間に接続されて帰還抵抗の状態と前記第５の抵抗器につながる状態とに切り換えられる第６の抵抗器とを備えて構成されている。上記において、温度‐抵抗特性とは、温度変化に伴って抵抗値が変化する特性のことである。
【００５４】
そして、このような構成を前提としてもっている温度調整器の入力回路において、次のような要素を備えたことを特徴としている。すなわち、前記第１の抵抗器と前記温度センサーおよび前記オペアンプの非反転入力端子との間に基準点シフト回路が介挿する。
【００５５】
この基準点シフト回路は、前記第１の抵抗器と前記温度センサーとの間に挿入されたシフト用抵抗器と、前記第１の抵抗器と前記シフト用抵抗器との接続点と前記オペアンプの非反転入力端子との間に介挿された第３のスイッチと、前記シフト用抵抗器と前記温度センサーとの接続点と前記非反転入力端子との間に介挿された第４のスイッチとから構成されている。
【００５６】
そして、前記増幅率調整回路における前記第６の抵抗器が前記オペアンプの帰還抵抗とならないように前記第１のスイッチをオンしかつ前記第２のスイッチをオフするときに、前記オペアンプに対して前記温度センサーおよび前記シフト用抵抗器の両端間電圧が印加されるように、前記基準点シフト回路における前記第３のスイッチをオンしかつ前記第４のスイッチをオフする。また、前記増幅率調整回路における前記第６の抵抗器が前記オペアンプの帰還抵抗となるように前記第１のスイッチをオフしかつ前記第２のスイッチをオンするときに、前記オペアンプに対して前記シフト用抵抗器が切り離され前記温度センサーの両端間電圧が印加されるように、前記基準点シフト回路における前記第３のスイッチをオフしかつ第４のスイッチをオンする。
【００５７】
なお、前記第３のスイッチと第４のスイッチとの接続点と前記オペアンプの非反転入力端子との間に、必要に応じて第４の抵抗器が挿入される。
【００５８】
従来技術にあっては、増幅率を可変しても、いずれも特性曲線の基準点は不変であったために、より狭い測定範囲での測定状態に切り換えて特性曲線の勾配を強くしても、その特性曲線の基準点は元通りであるために、前記より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲は、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲に比べて減少してしまう。つまり、増幅率を増やしたときの特性曲線の変化が基準点を中心とする単純な回転の態様となっている。
【００５９】
これに対してこの第１の発明においては、増幅率調整回路によって特性曲線の勾配を変化させ、基準点シフト回路によって特性曲線の基準点のシフトを行わせる。すなわち、特性曲線の基準点の水平移動を基準点シフト回路に役割分担させ、特性曲線の勾配の変化を増幅率調整回路に役割分担させる。
【００６０】
オペアンプの帰還ループに介挿された増幅率調整回路において増幅率を変化させることにより、特性曲線の勾配を変化させる。帰還抵抗を増やせば、特性曲線の勾配はきつい方に変化する。また、センサーと高電位側電源端子との間に介挿された基準点シフト回路において特性曲線の基準点をシフトさせる。これは、オペアンプの非反転入力端子に対する印加電圧を変化させることになる。印加電圧を減らせば、基準点は測定範囲の高い側にシフトする。
【００６１】
増幅率調整回路において第１のスイッチをオンにし第２のスイッチをオフにしたときに、連動して、基準点シフト回路において第３のスイッチをオンにし第４のスイッチをオフにして、帰還ループの抵抗値を減じることで特性曲線の勾配を緩くするとともに特性曲線の基準点を低い側にシフトさせる。
【００６２】
また、上記とは逆に、増幅率調整回路において第２のスイッチをオンにし第１のスイッチをオフにしたときに、連動して、基準点シフト回路において第４のスイッチをオンにし第３のスイッチをオフにして、帰還ループの抵抗値を増すことで特性曲線の勾配をきつくするとともに特性曲線の基準点を高い側にシフトさせる。
【００６３】
以上により、増幅率を増やすときには、連動して特性曲線の基準点を測定範囲の高い側にシフトさせることにより、特性曲線の基準点の水平移動と特性曲線全体の回転とが合成される結果、より狭い測定範囲の下限値に基準点を近接または一致させることが可能となり、より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲として、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲と遜色ない大きなものを確保することが可能となる。
【００６４】
したがって、増幅率を増やしたときに、連動して特性曲線の基準点を測定範囲の高い側にシフトさせることにより、特性曲線の全体を、その基準点を高い側にシフトさせつつ回転して立ち上げることになるので、換言すれば、水平移動と回転とが合成されたような特性曲線の変化であるので、より狭い測定範囲の下限値に基準点を近接または一致させることが可能となり、より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲は、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲と遜色ない大きなものを確保することが可能となっている。
【００６５】
それでいて、基準点シフト回路を２つのスイッチとシフト用抵抗器とのきわめて簡単な回路要素によって構築している。
【００６６】
本願第２の発明の温度調整器の入力回路は、上記の第１の発明において、前記基準点シフト回路のシフト用抵抗器の抵抗値を、前記温度センサーによる狭い測定範囲の下限値における抵抗値と前記温度センサーによる広い測定範囲の下限値における抵抗値との差分としてあるというものである。
【００６７】
このように定めることにより、より狭い測定範囲について、特性曲線の出力レベル範囲の下限値を前記より狭い測定範囲の下限値に一致させることが可能となる。したがって、より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲を、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲と実質的に同じ大きさにすることができる。
【００６８】
本願第３の発明の温度調整器の入力回路は、上記の第１・第２の発明において、前記温度センサーと前記第２の抵抗器との接続点と前記第３の抵抗器との間に、前記シフト用抵抗器と抵抗値が近似しているまたは等しい調整抵抗器を挿入してあることを特徴としている。
【００６９】
温度‐抵抗特性をもつ温度センサーの両端間電圧をオペアンプの非反転入力端子と反転入力端子とに印加することにおいては、オペアンプの性質上、非反転入力端子の入力ライン、反転入力端子の入力ラインにおいて流れる電流が実質的にゼロであることが望ましい。オペアンプが動作上安定するのは、非反転入力端子の印加電圧と反転入力端子の印加電圧とが等しい状態である。これを一般にイマジナル・ショートと呼んでいる。本発明では、基準点シフト回路において第１の抵抗器と温度センサーとの間にシフト用抵抗器を挿入してあるが、この第３の発明においては、前記のオペアンプにおける両入力印加電圧等価の条件を維持するために、さらにシフト用抵抗器と抵抗値が近似または等しい調整抵抗器を上記のように挿入してある。これにより、シフト用抵抗器の挿入にもかかわらず、調整抵抗器の挿入によって、オペアンプにおける両入力印加電圧等価の条件を満たすことができており、オペアンプの動作をより安定化させることができる。
【００７０】
なお、ここで、両入力印加電圧等価とは、等しい値をとる場合ならびに比較的近い値をとる場合をいい、比較的近い値とは、特に限定するものではなく、目的や条件に応じて任意に定めてよきものとする。また、ここで、調整抵抗器とシフト用抵抗器とにつき、抵抗値が等しいまたは近似しているということについても同様であるとする。
【００７１】
本願第４の発明の温度調整器の入力回路は、上記の第１〜第３の発明において、前記温度センサーを白金測温抵抗体となしたものである。白金測温抵抗体は温度‐抵抗特性をもっているとともにリニアリティにすぐれているが、感度（温度変化応答性）が比較的に小さい。そこで、上記のように分解能を高くすると、実質的に感度を向上させることが可能となる。
【００７２】
なお、上記の第１〜第４の発明において、前記温度センサーに代えて、温度‐抵抗特性をもつ任意の物理量に対するセンサーを備えたものとして入力回路を構成することも有効なものとなる。
【００７３】
さらに、前記オペアンプとして汎用オペアンプを用いることが望ましい。計装アンプに比べて、汎用オペアンプは、その構成がより簡易であり、コストアップを抑制することが可能となるからである。
【００７４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかわる温度調整器の入力回路の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００７５】
図１は本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の構成を示す回路図である。この温度調整器の入力回路は、次のように構成されている。この温度調整器の入力回路は、第１のスイッチＳ11と第２のスイッチＳ22と抵抗器Ｒ6 （第６の抵抗器）とからなる増幅率調整回路１００を備えているとともに、第３のスイッチＳ13と第４のスイッチＳ24とシフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1とからなる基準点シフト回路２００を備えている。
【００７６】
基準電圧Ｖref の高電位側電源端子１０とグランドレベルの低電位側電源端子２０との間に白金測温抵抗体３０を接続するに、第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT とを白金測温抵抗体３０の正極端子側に直列に挿入し、第２の抵抗器Ｒ2 を白金測温抵抗体３０の負極端子側に直列に挿入する状態で接続してある。すなわち、高電位側電源端子１０と第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と白金測温抵抗体３０と第２の抵抗器Ｒ2 と低電位側電源端子２０とを、この順に直列に接続してある。また、白金測温抵抗体３０の負極端子を高電位側電源端子１０に対して第３の抵抗器Ｒ3 および調整抵抗器ＲT1を介して接続してある。
【００７７】
白金測温抵抗体３０の正極端子つまりシフト用抵抗器ＲT との接続点ａをオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に対して接続するに、第４のスイッチＳ24および第４の抵抗器Ｒ4 を直列に挿入する状態で接続してあるとともに、第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT との接続点ｄと第４のスイッチＳ24と第４の抵抗器Ｒ4 との接続点ｅとの間を第３のスイッチＳ13を介して接続してある。
【００７８】
第３のスイッチＳ13と第４のスイッチＳ24とは切換制御信号Ｓｃによって背反的にオン／オフ切り換えされるように構成されている。すなわち、切換制御信号入力端子５０を第３のスイッチＳ13の制御入力端子に接続し、切換制御信号入力端子５０をインバータ６０を介して第４のスイッチＳ24の制御入力端子に接続してある。
【００７９】
白金測温抵抗体３０の負極端子つまり第２の抵抗器Ｒ2 との接続点ｂをオペアンプ４０の反転入力端子（−）に対して接続するに、調整抵抗器ＲT1と第５の抵抗器Ｒ5 と第２のスイッチＳ22を直列に挿入する状態で接続してある。第３の抵抗器Ｒ3 と調整抵抗器ＲT1と第５の抵抗器Ｒ5 とは接続点ｆにおいて共通に接続された状態となっている。
【００８０】
第５の抵抗器Ｒ5 と第２のスイッチＳ22との接続点ｇとオペアンプ４０の出力端子ｊとが第６の抵抗器Ｒ6 および第７の抵抗器Ｒ7 を介して直列に接続されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 と第７の抵抗器Ｒ7 との接続点ｈと第２のスイッチＳ22とオペアンプ４０の反転入力端子（−）との接続点ｉとの間が第１のスイッチＳ11を介してバイパス的に接続されている。
【００８１】
第１のスイッチＳ11と第２のスイッチＳ22とは切換制御信号Ｓｃによって背反的にオン／オフ切り換えされるように構成されている。すなわち、切換制御信号入力端子５０を第１のスイッチＳ11の制御入力端子に接続し、切換制御信号入力端子５０をインバータ６０を介して第２のスイッチＳ22の制御入力端子に接続してある。
【００８２】
第１のスイッチＳ11と第２のスイッチＳ22と第６の抵抗器Ｒ6 とのループ回路は、オペアンプ１０の増幅率を調整するための増幅率調整回路１００を構成している。
【００８３】
第３のスイッチＳ13と第４のスイッチＳ24とシフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1とは基準点シフト回路２００を構成している。シフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1とは互いに抵抗値を等しくするものとするが、必ずしもそれにとらわれる必要性はなく、シフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1とは近似する値をもっていればよい。
【００８４】
本実施の形態の温度調整器の入力回路において、例えば−２００℃から５００℃までの広い温度範囲にわたって温度測定を行うときには、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオン、第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオフにして第１モードを選択し、小さい勾配α1 の特性曲線Ａ1 のもとで温度調整器の入力回路を使用することとし、例えば０℃から１００℃までの狭い温度範囲での温度測定を行うときには、第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオン、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオフにして第２モードを選択し、大きい勾配β1 の特性曲線Ｂ1 のもとで温度調整器の入力回路を使用することとしている。
【００８５】
この温度調整器の入力回路の電圧‐温度特性を図２に示す。第１モードの特性曲線Ａ1 は、切換制御信号Ｓｃを“Ｈ”レベルとなして、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオンにし、インバータ６０を介して第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオフにしたときのものである。第２モードの特性曲線Ｂ1 は、上記とは逆に、切換制御信号Ｓｃを“Ｌ”レベルとなして、インバータ６０を介して第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオンにし、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオフにしたときのものである。
【００８６】
第１モードの特性曲線Ａ1 は勾配α1 が緩やかであり、第２モードの特性曲線Ｂ1 は勾配β1 が急である。当該の温度調整器の入力回路の次段のＡ／Ｄ変換器におけるダイナミックレンジＤＲ0 の全領域に対して、第１モードの特性曲線Ａ1 は、−２００℃から５００℃までの広い温度範囲において対応可能となっており、第２モードの特性曲線Ｂ1 は、０℃から１００℃までの狭い温度範囲において、上記同様に、次段のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジＤＲ0 の全領域に対して対応可能となっている。第１モードの特性曲線Ａ1 の出力レベル範囲の下限値である基準点Ｐ1 は−２００℃であり、第２モードの特性曲線Ｂ1 の出力レベル範囲の下限値である基準点Ｐ2 は０℃となっている。すなわち、基準点シフト回路２００の存在により、第１モードのときの基準点Ｐ1 を第２モードにおいて水平方向に沿って高温側にシフトさせるようになっている。
【００８７】
（１）第１モード（特性曲線Ａ1 ）
切換制御信号Ｓｃを“Ｈ”レベルとすることにより第１モードが設定される。このとき、増幅率調整回路１００において、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13がオンにされ、背反的に第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24がオフとされる。このときの有効な回路構成を図３に示す。オフとされた第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24は図示を消してある。オペアンプ４０の帰還抵抗として第７の抵抗器Ｒ7 が選択されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 は、第１モードの特性曲線Ａ1 の勾配α1 を低くするために、オペアンプ４０の反転入力端子（−）と白金測温抵抗体３０の負極端子との間で存在するように、機能素子としては、第７の抵抗器Ｒ7 側ではなく第５の抵抗器Ｒ5 側に接続され、入力抵抗値を増す機能を担っている。
【００８８】
第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と白金測温抵抗体３０との直列回路は、第３の抵抗器Ｒ3 と調整抵抗器ＲT1との直列回路と並列回路を構成している。白金測温抵抗体３０を温度センサー抵抗ＲPtと表現することとして、これら抵抗群の合成抵抗Ｒｃを計算すると、
【００８９】
【数２０】
【００９０】
白金測温抵抗体３０の負極端子ｂの電圧をＶｓとすると、この電圧Ｖｓは、基準電圧Ｖref を合成抵抗Ｒｃと第２の抵抗器Ｒ2 とで分圧したときの第２の抵抗器Ｒ2 の両端電圧となるので、
【００９１】
【数２１】
【００９２】
次に、オペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される電圧Ｖ1 を、上記の電圧Ｖｓを利用して求める。基準点シフト回路２００において、第３のスイッチＳ13がオンのとき、高電位側電源端子１０の基準電圧Ｖref は、第１の抵抗器Ｒ1 と第３のスイッチＳ13と第４の抵抗器Ｒ4 を介してオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される。この経路には電流が実質的に流れないので、非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 は、第４の抵抗器Ｒ4 と第３のスイッチＳ13との接続点ｅの電圧と等しく、また、結果的に、第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT との接続点ｄの電圧Ｖｄと等しくなる。第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と温度センサー抵抗ＲPtとによる電圧降下は、（Ｖref −Ｖｓ）である。この電圧を、Ｒ1 と（ＲT ＋ＲPt）とで分圧し、さらに電圧Ｖｓを加えれば、接続点ｄの電圧Ｖｄとなる。そして、これが非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 である。すなわち、
【００９３】
【数２２】
【００９４】
次に、第３の抵抗器Ｒ3 と第５の抵抗器Ｒ5 と調整抵抗器ＲT1との共通接続点ｂにおける電圧Ｖ2 を求める。この電圧Ｖ2 は、前記の降下電圧分（Ｖref −Ｖｓ）を、Ｒ3 とＲT1とで分圧し、さらに電圧Ｖｓを加えれば求まる。すなわち、
【００９５】
【数２３】
【００９６】
増幅率調整回路１００において第１のスイッチＳ11をオンに、第２のスイッチＳ22をオフにした第１モードにおいては、第６の抵抗器Ｒ6 と第７の抵抗器Ｒ7 との接続点ｈが第１のスイッチＳ11のオンによってオペアンプ１０の反転入力端子（−）に接続され、その接続点ｉの電圧がイマジナル・ショートにより非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 と等しくなる。オペアンプ４０の帰還抵抗は第７の抵抗器Ｒ7 のみとなる。
【００９７】
オペアンプ１０の出力端子ｊから第７の抵抗器Ｒ7 、第６の抵抗器Ｒ6 、第５の抵抗器Ｒ5 のラインに流れる電流は一定である。したがって、オペアンプ４０の出力電圧をＶｏとして、
【００９８】
【数２４】
【００９９】
【数２５】
【０１００】
【数２６】
【０１０１】
（２）第２モード（特性曲線Ｂ1 ）
切換制御信号Ｓｃを“Ｌ”レベルとすることにより第２モードが設定される。このとき、増幅率調整回路１００において、第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24がオンにされ、背反的に第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13がオフとされる。このときの有効な回路構成を図４に示す。オフとされた第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13は図示を消してある。オペアンプ４０の帰還抵抗として第７の抵抗器Ｒ7 と第６の抵抗器Ｒ6 との直列抵抗体が選択されている。そして、第６の抵抗器Ｒ6 は、第２モードの特性曲線Ｂ1 の勾配β1 を高くするために、オペアンプ４０の反転入力端子（−）と第５の抵抗器Ｒ5 との接続ラインから切り離され、機能素子としては、第５の抵抗器Ｒ5 側ではなく第７の抵抗器Ｒ7 側に接続され、帰還抵抗値を増す機能を担っている。
【０１０２】
第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と白金測温抵抗体３０との直列回路が、第３の抵抗器Ｒ3 と調整抵抗器ＲT1との直列回路に対して並列回路を構成している点は第１モードの場合と同様であり、これら抵抗群の合成抵抗Ｒｃは、（Ａ１）と同じである。
【０１０３】
白金測温抵抗体３０の負極端子ｂの電圧Ｖｓ′は、（２０）式と同じであり、次のようになる。
【０１０４】
【数２７】
【０１０５】
次に、オペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される電圧Ｖ1 ′を、上記の電圧Ｖｓ′を利用して求める。基準点シフト回路２００において、第４のスイッチＳ24がオンのとき、高電位側電源端子１０の基準電圧Ｖref は、第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と第４のスイッチＳ24と第４の抵抗器Ｒ4 を介してオペアンプ４０の非反転入力端子（＋）に印加される。この経路には電流が実質的に流れないので、非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 ′は、結果的に、シフト用抵抗器ＲT と温度センサー抵抗ＲPtとの接続点ａの電圧Ｖａと等しくなる。第１の抵抗器Ｒ1 とシフト用抵抗器ＲT と温度センサー抵抗ＲPtとによる電圧降下は、（Ｖref −Ｖｓ′）である。この電圧を、（Ｒ1 ＋ＲT ）とＲPtとで分圧し、さらに電圧Ｖｓ′を加えれば、接続点ａの電圧Ｖａとなる。そして、これが非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 ′である。すなわち、
【０１０６】
【数２８】
【０１０７】
次に、第３の抵抗器Ｒ3 と第５の抵抗器Ｒ5 と調整抵抗器ＲT1との共通接続点ｆにおける電圧Ｖ2 ′を求める。この電圧Ｖ2 ′は、前記の降下電圧分（Ｖref −Ｖｓ′）を、Ｒ3 とＲT1とで分圧し、さらに電圧Ｖｓ′を加えれば求まる。すなわち、
【０１０８】
【数２９】
【０１０９】
増幅率調整回路１００において第２のスイッチＳ22をオンに、第１のスイッチＳ11をオフにした第２モードにおいては、第５の抵抗器Ｒ5 と第６の抵抗器Ｒ6 との接続点ｇが第２のスイッチＳ22のオンによってオペアンプ１０の反転入力端子（−）に接続され、その接続点ｇの電圧がイマジナル・ショートにより非反転入力端子（＋）への印加電圧Ｖ1 ′と等しくなる。オペアンプ４０の帰還抵抗は第７の抵抗器Ｒ7 と第６の抵抗器Ｒ6 との直列抵抗体となる。
【０１１０】
オペアンプ１０の出力端子から第７の抵抗器Ｒ7 、第６の抵抗器Ｒ6 、第５の抵抗器Ｒ5 のラインに流れる電流は一定である。したがって、オペアンプ４０の出力電圧をＶｏ′として、
【０１１１】
【数３０】
【０１１２】
【数３１】
【０１１３】
【数３２】
【０１１４】
第１モードの場合の（２６）式において、−２００℃のときのオペアンプ４０の出力電圧ＶｏをＶｏ(-200)で表し、白金測温抵抗体３０の温度センサー抵抗ＲPtをＲPt(-200)で表すと、
【０１１５】
【数３３】
【０１１６】
第２モードの場合の（３２）式において、０℃のときのオペアンプ４０の出力電圧ＶｏをＶｏ′(0) で表し、白金測温抵抗体３０の温度センサー抵抗ＲPtをＲPt(0) で表すと、
【０１１７】
【数３４】
【０１１８】
（３３）式と（３４）式を比較考量して、
【０１１９】
【数３５】
【０１２０】
【数３６】
【０１２１】
【数３７】
【０１２２】
（３３）式と（３７）式を比較すると、前者での分母が〔Ｒ1 ＋ＲT ＋ＲPt(-200)〕であるのに対して、後者での分母が〔Ｒ1 ＋２・ＲT ＋ＲPt(-200)〕となっており、ここで差異が生じていることになる。しかし、ＲT はＲ1 に比べて十分に小さく設定することが可能であり、例えばＲT ＝Ｒ1 ／３０とかＲT ＝Ｒ1 ／５０のように設定すると、両者の分母は実質的に等しいと見なすことができる。すなわち、
【０１２３】
【数３８】
【０１２４】
ところで、（３６）式の〔ＲT ＝ＲPt(0) −ＲPt(-200)〕の具体例であるが、０℃のときの抵抗値ＲPt(0) が例えば１００Ωであり、−２００℃のときの抵抗値ＲPt(-200)が例えば１８．５Ωとなる白金測温抵抗体３０があるとして、この場合には、シフト用抵抗器ＲT の抵抗値は、１００−１８．５＝８１．５より、ＲT ＝８１．５Ωとすればよい。もっとも、このような数値は単なる例示にすぎず、仕様に応じて適宜に変更してよいことはいうまでもない。
【０１２５】
なお、細かい計算は省略するが、
【０１２６】
【数３９】
【０１２７】
【数４０】
【０１２８】
【数４１】
【０１２９】
以上の結果として、第１のスイッチＳ11および第３のスイッチＳ13をオンにしたときの第１モードのときの特性曲線Ａ1 と、第２のスイッチＳ22および第４のスイッチＳ24をオンにしたときの第２モードのときの特性曲線Ｂ1 とは、図２に示すようになる。すなわち、第１モードの特性曲線Ａ1 の基準点Ｐ1 に対して第２モードの特性曲線Ｂ1 の基準点Ｐ2 が水平方向に高温側にシフトする。
【０１３０】
すなわち、第１モードの特性曲線Ａ1 を基準として増幅率を増やしたときに、連動して第２モードの特性曲線Ｂ1 は、その基準点Ｐ2 を測定範囲の高い側にシフトされる。つまり、特性曲線Ｂ1 の全体を、その基準点Ｐ2 を高い側にシフトさせつつ回転して立ち上げている。換言すれば、水平移動と回転とが合成されたような特性変化となっている。
【０１３１】
基準点Ｐ1 は−２００℃に対応し、基準点Ｐ2 は０℃に対応している。そして、第１モードの特性曲線Ａ1 の勾配α1 に比べて第２モードの特性曲線Ｂ1 の勾配β1 が大きくなっている。第２モードの特性曲線Ｂ1 は、第１モードの特性曲線Ａ1 の基準点Ｐ1 より高温側にシフトされた基準点Ｐ2 を基端として、第１モードの特性曲線Ａ1 の勾配α1 よりも急な勾配β1 で立ち上がるのであるから、第２モードの特性曲線Ｂ1 は０℃と１００℃との間で第１モードの特性曲線Ａ1 と交差することとなる。なお、ダイナミックレンジＤＲ0 の上限において第２モードの特性曲線Ｂ1 を１００℃で交差させるには、各抵抗器の抵抗値を適当に定めることで実現できる。
【０１３２】
−２００℃から５００℃までの広い温度範囲にわたる勾配の緩やかな第１モードの特性曲線Ａ1 は、従来技術の場合と同様に、当該の温度調整器の入力回路の次段のＡ／Ｄ変換器におけるダイナミックレンジＤＲ0 をフルに利用するが、加えて、０℃から１００℃までの狭い温度範囲にわたる勾配のきつい第２モードの特性曲線Ｂ1 についても、次段のＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジＤＲ0 をフルに利用するようになっている。すなわち、第２モードにおいて、分解能の高い温度測定が可能となっている。
【０１３３】
次に、基準点シフト回路２００におけるシフト用抵抗器ＲT の抵抗値と調整抵抗器ＲT1の抵抗値との実証的な関係について、図５〜図１４に基づいて説明する。
【０１３４】
まず、図５と図６について説明する。
【０１３５】
抵抗値については、第１ないし第７の抵抗器Ｒ1 〜Ｒ7 の抵抗値、および白金測温抵抗体３０の温度‐抵抗特性の抵抗値がある。第１ないし第７の抵抗値については、それぞれ任意に定めてよいのであるが、従来において、好ましい数値関係がすでに求められている。ここでは、それを基礎にする。代表的な一例として、図５（データ図表）に示すものがある。なお、ここで、第１モードとして、上記の場合と同様に、−２００℃から５００℃としている。また、第２モードについては、上記の場合とは異なり、ここでは、０℃〜２００℃としている。白金測温抵抗体３０の温度‐抵抗特性をもつ抵抗値ＲPtについては、ＪＩＳ規格としてのものとなっている。必要とするＡ／Ｄ変換領域を２．０〜４．５〔Ｖ〕としている。図５の上段は従来回路（旧回路）についての第１モードと第２モードを示し、下段は本発明回路（新回路）についての第１モードと第２モードとを示している。従来回路では、シフト用抵抗器ＲT および調整抵抗器ＲT1がないので、ＲT ＝０、ＲT1＝０となっている。新回路では、ＲT ＝ＲT1＝８２Ωとしてある。図５のデータ図表におけるＲｃは（２０）式の合成抵抗であり、Ｖｓは（２１）式の白金測温抵抗体３０の負極電圧であり、Ｖｏは第１モードの場合の（２６）式または第２モードの場合の（３２）式のオペアンプ出力電圧である。
【０１３６】
図６は図５のデータをグラフに示したものである。図６において、記号の◆で示す特性曲線Ａ0 は旧回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ0 は旧回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示し、記号の■で示す特性曲線Ａ1 は新回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の▲で示す特性曲線Ｂ1 は新回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示している。この図６は、図１６と図２とを合成したものに相当している。
【０１３７】
従来技術による旧回路の場合には、−２００℃付近を基準に増幅しているため、特性曲線Ｂ0 は必要とする温度領域・ダイナミックレンジを確保できていない。これに対して、本発明による新回路の場合には、調整抵抗器ＲT1を付加し、ＲT1＝ＲT （またはＲT1≒ＲT ）としてあるので、図１に示す電圧Ｖ1 と電圧Ｖ2 との電位差をなるべく小さくすることができ、その結果として、第２モード（０〜２００℃）のときの特性曲線Ｂ1 は、第１モード（−２００〜５００℃）のときの特性曲線Ａ1 と同様に、必要とする温度領域において、必要とするダイナミックレンジの下限の電圧値から増幅を始めることができることとなっている。もちろん、特性曲線Ｂ1 の基準点は特性曲線Ａ1 の基準点より測定範囲の高い側に水平シフトしている。
【０１３８】
次に、図７と図８について説明する。これらは、本発明による新回路での調整抵抗器ＲT1の影響をみるものである。図７はすべて新回路構成であるが、上段２例は調整抵抗器ＲT1について、ＲT1＝０を仮想している。また、Ａ／Ｄ変換領域を図５と同じ２．０〜４．５〔Ｖ〕とするために、第２の抵抗値Ｒ2 と第７の抵抗値Ｒ7 を調整している。下段の２例は図５の下段の２例と同じである。
【０１３９】
図８は図７のデータをグラフに示したものである。図８において、記号の◆で示す特性曲線Ａ11は調整抵抗器ＲT1＝０の仮想回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ11は調整抵抗器ＲT1＝０の仮想回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示す。記号の■で示す特性曲線Ａ1 および記号の▲で示す特性曲線Ｂ1 については、図６の場合と同じである。
【０１４０】
調整抵抗器ＲT1＝０すなわち調整抵抗器ＲT1が存在しないために、特性曲線Ｂ11は必要とする温度領域・ダイナミックレンジを確保できていない。この結果から、調整抵抗器ＲT1の必要性が分かる。
【０１４１】
次に、図９と図１０について説明する。これらは、本発明による新回路での調整抵抗器ＲT1の影響をみるものである。図９はすべて新回路構成であるが、上段２例は調整抵抗器ＲT1について、シフト用抵抗器ＲT の２倍すなわちＲT1＝２・ＲT を仮想している（ＲT1＝１６４Ω）。また、Ａ／Ｄ変換領域を図５と同じ２．０〜４．５〔Ｖ〕とするために、第２の抵抗値Ｒ2 と第７の抵抗値Ｒ7 を調整している。下段の２例は図５の下段の２例と同じとなっている。
【０１４２】
図１０は図９のデータをグラフに示したものである。図１０において、記号の◆で示す特性曲線Ａ12は調整抵抗器ＲT1＝２・ＲT の仮想回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ12は調整抵抗器ＲT1＝２・ＲT の仮想回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示す。記号の■で示す特性曲線Ａ1 および記号の▲で示す特性曲線Ｂ1 については、図６の場合と同じである。
【０１４３】
調整抵抗器ＲT1をシフト用抵抗器ＲT の２倍と増加させたために、特性曲線Ｂ12は、その出力電圧のレベルが低くなりすぎて、必要とする温度領域・ダイナミックレンジを確保できていない。この結果から、調整抵抗器ＲT1がシフト用抵抗器ＲT に比べて大きすぎることは好ましくないことが分かる。
【０１４４】
次に、図１１と図１２について説明する。これらは、本発明による新回路での調整抵抗器ＲT1の影響をみるものである。図１１はすべて新回路構成であるが、上段２例は調整抵抗器ＲT1について、シフト用抵抗器ＲT の２分の１すなわちＲT1＝ＲT ／２を仮想している（ＲT1＝４１Ω）。また、Ａ／Ｄ変換領域を図５と同じ２．０〜４．５〔Ｖ〕とするために、第２の抵抗値Ｒ2 と第７の抵抗値Ｒ7 を調整している。下段の２例は図５の下段の２例と同じとなっている。
【０１４５】
図１２は図１１のデータをグラフに示したものである。図１２において、記号の◆で示す特性曲線Ａ13は調整抵抗器ＲT1＝ＲT ／２の仮想回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ13は調整抵抗器ＲT1＝ＲT ／２の仮想回路の第２モード（０〜２００℃）の場合をそれぞれ示す。記号の■で示す特性曲線Ａ1 および記号の▲で示す特性曲線Ｂ1 については、図６の場合と同じである。
【０１４６】
調整抵抗器ＲT1をシフト用抵抗器ＲT の２分の１と減少させたために、特性曲線Ｂ13は、その出力電圧のレベルが高くなりすぎて、必要とする温度領域・ダイナミックレンジを確保できていない。この結果から、調整抵抗器ＲT1がシフト用抵抗器ＲT に比べて小さすぎることは好ましくないことが分かる。
【０１４７】
次に、図１３と図１４について説明する。これらは、本発明による新回路での調整抵抗器ＲT1の影響をみるものである。図１３の上段左欄は従来回路である。その他はすべて新回路構成である。上段右欄では、１００℃と２００℃のときのデータである。下段右欄では、０℃と１００℃のときのデータである。上段右欄では、シフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1として、１００℃のときの白金測温抵抗体３０の抵抗値ＲPtの値１３８．５Ωと−２００℃のときの値１８．４９Ωとの差分である１２０Ωを設定してある。第５の抵抗値Ｒ5 、第６の抵抗値Ｒ6 を調整している。下段では、シフト用抵抗器ＲT と調整抵抗器ＲT1として、０℃のときの抵抗値ＲPtの値１００Ωと−２００℃のときの値１８．４９Ωとの差分である８１．５Ωよりも少し大きめの８７Ωを設定してある。また、Ａ／Ｄ変換領域を図５と同じ２．０〜４．５〔Ｖ〕とするために、第５の抵抗値Ｒ5 と第６の抵抗値Ｒ6 を調整している。
【０１４８】
図１４は図１３のデータをグラフに示したものである。図１４において、記号の◆で示す特性曲線Ａ14は従来回路の第１モード（−２００〜５００℃）の場合を、記号の×で示す特性曲線Ｂ14は上段右欄の仮想回路の第２モード（１００〜２００℃）の場合をそれぞれ示す。記号の■で示す特性曲線Ａ1′および記号の▲で示す特性曲線Ｂ1′については、図６の場合に相当している。特性曲線Ｂ14の場合でも有効になっている。
【０１４９】
以上のことから、調整抵抗器ＲT1は設けないよりも設けた方が良いこと、および、調整抵抗器ＲT1はなるべくシフト用抵抗器ＲT と抵抗値が近似または一致することが好ましいことが分かる。
【０１５０】
以上、１つの実施の形態について説明してきたが、本発明は次のように構成したものも含み得るものとする。
【０１５１】
（１）増幅率調整回路１００としては図示例のものに限定される必要性はなく、所定の機能を発揮するものであれば、どのような回路構成のものであってもよい。
【０１５２】
（２）基準点シフト回路２００としては図示例のものに限定される必要性はなく、所定の機能を発揮するものであれば、どのような回路構成のものであってもよい。
【０１５３】
（３）温度センサーとして白金測温抵抗体の場合を例示したが、必ずしもそれにとらわれる必要性はなく、サーミスタなど、温度変化を抵抗値の変化に変換するものであれば、どのような形態のものであってもよい。磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）なども有効である。
【０１５４】
（４）センサーとして温度センサーを取り上げたが、必ずしもそれにとらわれる必要性はなく、光センサー、圧力センサー、変位センサー、速度センサーなど、どのような形態のセンサーであってもよい。
【０１５５】
（５）その他本発明の要旨と直接に関係しない任意の事項については、公知の任意のものが適用可能であり、また、公知以外のものであっても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適用可能であるものとする。
【０１５６】
上記の（１）〜（５）は互いに独立した事項であり、これらのうち任意の事項を任意数適当に組み合わせてもよきものとする。
【０１５７】
【発明の効果】
温度調整器の入力回路についての本発明によれば、増幅率を増やすことに連動して特性曲線の基準点を測定範囲の高い側にシフトさせるので、すなわち、水平移動と回転とを合成した態様で特性曲線を変化させるので、より狭い測定範囲の下限値に基準点を近接または一致させ、より狭い測定範囲で実効的に利用可能な出力レベル範囲を、元のより広い測定範囲での利用可能な出力レベル範囲と遜色ない大きなものとして確保することができる。したがって、コストアップを抑制しつつ、温度調整器の入力回路の分解能を十分に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の構成を示す回路図
【図２】 本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の測定温度‐出力電圧特性図
【図３】 本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の第１モードのときの回路状態図
【図４】 本発明の実施の形態の温度調整器の入力回路の第２モードのときの回路状態図
【図５】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その１）
【図６】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その１）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図７】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その２）
【図８】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その２）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図９】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その３）
【図１０】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その３）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図１１】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その４）
【図１２】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その４）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図１３】 調整抵抗器の影響を検討するためのデータ図表（その５）
【図１４】 調整抵抗器の影響を検討するための上記データ図表（その５）に対応する測定温度‐出力電圧特性図
【図１５】 従来の技術の温度調整器の入力回路の構成を示す回路図
【図１６】 従来の技術の温度調整器の入力回路の測定温度‐出力電圧特性図
【符号の説明】
１０…高電位側電源端子
２０…低電位側電源端子
３０…白金測温抵抗体
４０…オペアンプ
５０…切換制御信号入力端子
６０…インバータ
１００…増幅率調整回路
２００…基準点シフト回路
Ｒ1 〜Ｒ7 …第１なしい第７の抵抗器
ＲPt…温度センサー抵抗（白金測温抵抗体）
ＲT …シフト用抵抗器
ＲT1…調整抵抗器
Ｓ11…第１のスイッチ
Ｓ13…第３のスイッチ
Ｓ22…第２のスイッチ
Ｓ24…第４のスイッチ
Ｓｃ…切換制御信号
Ｐ1 …第１モードのときの基準点
Ｐ2 …第２モードのときの基準点
Ａ1 …第１モードの特性曲線
Ｂ1 …第２モードの特性曲線
Claims (5)
- 高電位側電源端子と低電位側電源端子との間に分圧用の第１の抵抗器と温度‐抵抗特性をもつ温度センサーと第２の抵抗器とがこの順に直列に挿入され、前記第１の抵抗器と前記温度センサーの直列回路に対して第３の抵抗器が並列に接続され、前記第１の抵抗器と前記温度センサーとの接続点がオペアンプの非反転入力端子に接続され、前記温度センサーと前記第２の抵抗器との接続点が第５の抵抗器を介して前記オペアンプの反転入力端子に接続され、前記オペアンプの出力端子と反転入力端子との間の帰還ループに増幅率調整回路が介挿され、この増幅率調整回路は、互いに背反的にオン／オフ制御される第１および第２のスイッチと、これら両スイッチ間に接続されて帰還抵抗の状態と前記第５の抵抗器につながる状態とに切り換えられる第６の抵抗器とを備えて構成されている温度調整器の入力回路において、
前記第１の抵抗器と前記温度センサーおよび前記オペアンプの非反転入力端子との間に基準点シフト回路が介挿されており、
この基準点シフト回路は、前記第１の抵抗器と前記温度センサーとの間に挿入されたシフト用抵抗器と、前記第１の抵抗器と前記シフト用抵抗器との接続点と前記オペアンプの非反転入力端子との間に介挿された第３のスイッチと、前記シフト用抵抗器と前記温度センサーとの接続点と前記非反転入力端子との間に介挿された第４のスイッチとから構成されており、
前記増幅率調整回路における前記第６の抵抗器が前記オペアンプの帰還抵抗とならないように前記第１のスイッチをオンしかつ前記第２のスイッチをオフするときに、前記オペアンプに対して前記温度センサーおよび前記シフト用抵抗器の両端間電圧が印加されるように、前記基準点シフト回路における前記第３のスイッチをオンしかつ前記第４のスイッチをオフする一方、
前記増幅率調整回路における前記第６の抵抗器が前記オペアンプの帰還抵抗となるように前記第１のスイッチをオフしかつ前記第２のスイッチをオンするときに、前記オペアンプに対して前記シフト用抵抗器が切り離され前記温度センサーの両端間電圧が印加されるように、前記基準点シフト回路における前記第３のスイッチをオフしかつ第４のスイッチをオンするように構成してあることを特徴とする温度調整器の入力回路。 - 前記基準点シフト回路のシフト用抵抗器の抵抗値を、前記温度センサーによる狭い測定範囲の下限値における抵抗値と前記温度センサーによる広い測定範囲の下限値における抵抗値との差分としてあることを特徴とする請求項１に記載の温度調整器の入力回路。
- 前記温度センサーと前記第２の抵抗器との接続点と前記第３の抵抗器との間に、前記シフト用抵抗器と抵抗値が近似しているまたは等しい調整抵抗器を挿入してあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度調整器の入力回路。
- 前記温度センサーが白金測温抵抗体であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の温度調整器の入力回路。
- 請求項１から請求項４までのいずれかに記載の構成を有し、前記温度センサーに代えて、温度‐抵抗特性をもつ任意の物理量に対するセンサーを備えて構成されていることを特徴とする入力回路。
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