JP4900731B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置に関し、特に、内部回路の状態遷移を制御することによって、塩化チオニール系一次電池の放電電流を制御して陽極表面に生成される塩化膜を除去または低減する測定装置に関するものである。

化学プラントなどで行われるプロセス制御において、例えば、被測定流体のプロセス量（圧力、温度、流量など）を測定するために、内蔵された塩化チオニール系一次電池で駆動される測定装置が用いられる。このような測定装置について、図６の構成図を用いて説明する。

図６において、測定装置１０は、塩化チオニール系一次電池１および内部回路９を備える。内部回路９は、定電圧回路部２、接続制御部３、制御演算部４、無線または有線通信を行う通信部５、第１接続部６ａ、第２接続部６ｂ、第１回路ブロック７ａ、第２回路ブロック７ｂおよび電池電圧測定部８を備える。

塩化チオニール系一次電池１の陽極部（出力）は、定電圧回路部２および電池電圧測定部８の入力に接続され、陰極部は、回路の共通電圧ＧＤに接続される。

定電圧回路部２は、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧を所定電圧（例えば３．３Ｖ）に変換して出力する。定電圧回路部２の出力は、接続制御部３、制御演算部４、通信部５、第１接続部６ａおよび第２接続部６ｂの電源として接続されるとともに、第１接続部６ａを介して第１回路ブロック７ａの電源、および第２接続部６ｂを介して第２回路ブロック７ｂの電源として接続される。

第１回路ブロック７ａは、測定値を表示する液晶などの表示部を備え、第２回路ブロック７ｂは、被測定流体のプロセス量などを検出するセンサを備えている。

電池電圧測定部８は、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧を測定し、その出力は、接続制御部３に接続される。通信部５は外部から通信信号ＥＸＴを受け、その出力は接続制御部３に接続される。

制御演算部４は、第１回路ブロック７ａ、第２回路ブロック７ｂおよび接続制御部３に接続され、測定値などのデータ、制御信号を送受する。制御演算部４は、第２回路ブロック７ｂのセンサによって検出されたプロセス信号を受け取り、プロセス信号に基づいて測定値（プロセス値）を演算し、測定値を第１回路ブロック７ａに出力して表示させる。

このような塩化チオニール系一次電池１および内部回路９の構成によって、内部回路９は、電源電流として、塩化チオニール系一次電池１から放電電流の供給を受けて駆動される。

ここで、通信部５がアンテナＡＴを介して無線通信を行う場合、無線通信機能を備えた測定装置１０の電力源として、電力容量が大きく、自己放電の小さい塩化チオニール系一次電池１が用いられる。なお、塩化チオニール系一次電池１は、溶剤に塩化チオニールを使用したものであり、例えば、塩化チオニールリチウム一次電池が用いられる。

塩化チオニール系一次電池１は、その特性上および保存状態などにより、陽極部表面に塩化膜が生成され、自己放電を防ぐといった利点がある。一方、生成された塩化膜によって内部抵抗が大きくなる。この場合、放電電流が大きくなると、内部抵抗での電圧降下が大きくなって出力電圧が低下する。

塩化チオニール系一次電池１を電力源とした無線通信機能を備えた測定装置１０は、電池の電力容量の低下を抑えるため、測定または無線通信を行わない場合には消費電流（電源電流）の小さい待機状態になり、測定または無線通信を行う場合には消費電流（電源電流）の大きい通常の動作状態になる。

ここで、待機状態での消費電流は非常に小さいため、待機状態が長期間続いた場合、塩化膜が生成され成長していく。塩化膜が成長して内部抵抗が大きくなった場合、通常の動作状態に移行して消費電流が増加した場合、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧が低下して内部回路９が動作しなくなる、または暴走することがある。

また、未使用で長期間保存されることによって、塩化膜が成長して内部抵抗が大きくなった塩化チオニール系一次電池１を用いた場合、初期起動時に、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧が低下して内部回路９の初期起動を行えないことがある。

このため、内部回路９の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路９の暴走を防止するために、以下のような放電電流の制御が行われる。

第１の放電電流制御として、放電電流を段階的に増加させるものがある。以下に、その動作について説明する。

図６において、まず、通信部５が、通信信号ＥＸＴをアンテナＡＴを介して受ける前は、プロセッサなどの制御演算部４は待機状態になっている。待機状態では、制御演算部４の消費電流は小さいため、塩化チオニール系一次電池１の放電電流も小さい（ステップＡ）。

つぎに、通信部５が通信信号ＥＸＴを受けて、割り込み信号を接続制御部３へ出力する。接続制御部３は制御演算部４へ状態制御信号を出力し、制御演算部４は、状態制御信号を受けて待機状態から動作状態へ移行する。

動作状態では、制御演算部４の消費電流は増加するので、放電電流も増加する。この放電電流の増加によって、内部抵抗での電圧降下が大きくなり、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧が急激に低下する（ステップＢ）。

塩化チオニール系一次電池１の出力電圧が急激に低下する一方で、放電電流の増加によって塩化膜が除去または低減されて内部抵抗が小さくなり、出力電圧が徐々に回復していく。このため、接続制御部３は、電池電圧測定部８で測定された塩化チオニール系一次電池１の出力電圧を監視し、この出力電圧が、内部回路９を駆動させることができる電圧に回復するまで待つ。

電圧回復後、接続制御部３は第１接続部６ａへ接続制御信号を出力し、第１接続部６ａは、接続制御信号を受けて第１接続部６ａの入出力を接続する。

これによって、第１回路ブロック７ａは、第１接続部６ａを介して、定電圧回路部２から電源電流の供給を受けるので、放電電流が増加する。この放電電流の増加によって、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧が急激に低下する（ステップＣ）。

そして、接続制御部３は、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧が回復するまで待つ。電圧回復後、接続制御部３は第２接続部６ｂへ接続制御信号を出力し、第２接続部６ｂは、接続制御信号を受けて第２接続部６ｂの入出力を接続する。

これによって、第２回路ブロック７ｂは、第２接続部６ｂを介して、定電圧回路部２から電源電流の供給を受けるので、放電電流が増加する。この放電電流の増加によって、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧が急激に低下し、その後、出力電圧は回復する（ステップＤ）。

このように、内部回路９は、各ステップにおいて放電電流の大きさが異なる複数の状態を有する。そして、内部回路９の各部（各ブロックを含む（以下同様））に、段階的に電流を供給して放電電流を増加させることによって、内部回路９の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路９の暴走を防止する。なお、同様の放電電流制御が、特許文献１に記載されている。

第２の放電電流制御として、内部回路９の平均消費電流に基づいて放電電流を流す時間を算出し、放電電流をこの時間流すことによって塩化膜を活性化して、内部回路９の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路９の暴走を防止する。なお、同様の放電電流制御が、特許文献２に記載されている（特許文献２では、放電電流を流す時間をリフレッシュ時間と規定）。

また、特許文献３には、塩化チオニール系一次電池１の電圧低下検出信号が、塩化膜の除去が不十分であることに起因するものか、電池電圧の低下に起因するものかを確認できるので、電池電圧低下についての正確な情報を送出する技術が記載されている。

実開平５−１７６０９１号公報 特開平５−６３８３７号公報 特開平５−３２３０００号公報

しかしながら、成長した塩化膜は、放電電流が小さければ除去または低減することができない。このため、前述した第１の放電電流制御では、放電電流を増加しても放電電流量自体が小さければ、塩化膜を除去または低減することができないので、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧は急激に低下した後、回復しない。

出力電圧は回復しないため、接続制御部３は待ち状態のままになり、つぎのステップへ移行できず、内部回路９の動作および初期起動を正常に行うことができない。また、出力電圧は低下したままで、内部回路９を駆動させることができる電圧に達していないため、内部回路９が暴走することがある。

また、生成される塩化膜の厚さは、周囲温度、塩化チオニール系一次電池１の使用時間および未使用時の保存時間などによっても影響を受ける。このため、前述した第２の放電電流制御では、内部回路９の平均消費電流に基づいて算出された時間（リフレッシュ時間）放電電流を流しても、塩化膜を除去または低減できないことがある。

この場合、塩化チオニール系一次電池１の出力電圧は低下して、内部回路９を駆動させることができる電圧に達していないため、内部回路９の動作および初期起動を正常に行うことができない、また内部回路９が暴走することがある。

本発明の目的は、より確実に塩化膜を除去または低減し、内部回路の電源電圧を内部回路駆動可能電圧より大きくして、内部回路の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路の暴走を防止する測定装置を提供することである。

このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
塩化チオニール系一次電池と、この塩化チオニール系一次電池の電圧を測定する電池電圧測定部と、前記塩化チオニール系一次電池から放電電流の供給を受けるとともに前記放電電流の大きさが異なる複数の状態を有する内部回路とを備える測定装置において、
前記内部回路の現在の状態の放電電流より大きい他の状態へ遷移する場合、前記電池電圧測定部によって測定された電圧が閾値より大きければ遷移させる状態遷移制御部を備え、
前記閾値は、前記塩化チオニール系一次電池の無負荷時の電圧と前記内部回路を駆動させることのできる最低電圧との間の電圧であって、前記内部回路の各部の各動作モードにおける消費電流を含む遷移前の状態の放電電流を遷移後の状態の放電電流で除算した値に、前記無負荷時の電圧と前記最低電圧との差電圧を乗算し、前記無負荷時の電圧から前記乗算した値に応じて減少する値とする、
ことを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記内部回路は、所定放電電流を流す所定電流放電部を有することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、
前記状態遷移制御部は、前記所定電流放電部の所定放電電流の値を変更することができることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の発明において、
前記状態遷移制御部は、前記所定電流放電部により所定放電電流を流す状態が複数回繰り返された場合、前記内部回路の現在の状態の放電電流より大きい他の状態へ遷移させないことを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、
前記状態遷移制御部は、前記電池電圧測定部によって測定された電圧が前記閾値のうち最小値より小さい場合、前記内部回路の現在の状態の放電電流より大きい他の状態へ遷移させないことを特徴とする。

本発明によれば、状態遷移制御部が、内部回路の現在の状態の放電電流より大きい他の状態へ遷移する場合、電池電圧測定部によって測定された電圧と内部回路の遷移前後の状態の放電電流に基づく閾値とを比較した結果に応じて遷移させることによって、より確実に塩化膜を除去または低減し、内部回路の電源電圧を内部回路駆動可能電圧より大きくして、内部回路の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路の暴走を防止することができる。

本発明を適用した測定装置の構成図の例である。 内部回路の各部、各部の動作モード、各動作モードにおける消費電流の記号および消費電流値の例を示した表である。 内部回路が有する複数の状態、各状態における各部の動作モードおよび各状態における放電電流を示した表である。 状態遷移制御部が内部回路の状態を遷移させる状態遷移図の例である。 本発明を適用した測定装置の構成図の他の例である。 背景技術で示した測定装置の構成図の例である。

［第１の実施例］
第１の実施例について図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る測定装置１６０の構成図である。

図１において、測定装置１６０は、図６の測定装置１０の接続制御部３を無くし、この構成に加えて内部回路１５０内に、状態遷移制御部１１０、閾値Ｖｔｈを記憶した記憶部１２０、第１所定電流放電部１４０および第２所定電流放電部１４１を備える。

本発明に係る測定装置１６０の特徴の一つは、電池電圧測定部８によって測定された塩化チオニール系一次電池１の出力電圧と閾値Ｖｔｈとの比較結果に応じて内部回路１５０の状態を遷移させる状態遷移制御部１１０であり、この状態遷移によって放電電流を制御する。また、閾値Ｖｔｈの値も特徴の一つであり、以下に、この特徴を中心に説明する。なお、図６の測定装置１０と同一の構成要素は同一符号を付し、この説明は省略する。

状態遷移制御部１１０は、ＡＤ変換部１１１、比較部１１２および計数部１１３を備える。

ＡＤ変換部１１１は、測定された塩化チオニール系一次電池１の出力電圧（以下、「測定電池電圧」という）を電池電圧測定部８から受け取る。比較部１１２は、デジタル変換された測定電池電圧をＡＤ変換部１１１から、閾値Ｖｔｈを記憶部１２０から受け取る。

状態遷移制御部１１０は、比較部１１２の比較結果に応じて内部回路１５０の状態を遷移させる。この遷移動作の詳細は後述する。

また、計数部１１３は、タイマーまたはカウンタを備え、内部回路１５０の所定の状態における経過時間を測定する。

第１所定電流放電部１４０は、抵抗Ｒ１およびトランジスタ（電界効果トランジスタ）Ｑ１を備える。

抵抗Ｒ１の一端は、塩化チオニール系一次電池１の陽極部（出力）に接続され、他端は、トランジスタＱ１のドレインに接続される。トランジスタＱ１のゲートは状態遷移制御部１１０に接続され、ソースは回路の共通電圧ＧＤに接続される。

第２所定電流放電部１４１は、抵抗Ｒ２およびトランジスタ（電界効果トランジスタ）Ｑ２を備える。

抵抗Ｒ２の一端は、塩化チオニール系一次電池１の陽極部（出力）に接続され、他端は、トランジスタＱ２のドレインに接続される。トランジスタＱ２のゲートは状態遷移制御部１１０に接続され、ソースは回路の共通電圧ＧＤに接続される。

つぎに、測定装置１６０の動作について説明する。まず、内部回路１５０の各部の動作モードについて図２を用いて説明する。図２は、内部回路１５０の各部、各部の動作モード、各動作モードにおける消費電流の記号および消費電流値の例を示した表である。ここで、各消費電流は、各部を駆動させるための電源電流であり、塩化チオニール系一次電池１からの放電電流によって供給される。

図２において、制御演算部４は、制御演算が低速で実行される低速モードおよび低速モードより高速で実行される高速モードの２つのモードを有する。

低速モードの消費電流の記号はＩｍｌ、消費電流値の例は１．２ｍＡである。高速モードの消費電流の記号はＩｍｈ、消費電流値の例は２．２ｍＡである。

次行の通信部５は、内蔵する通信モジュールの起動処理を実行するブートモード、通信モジュールをリセットするリセットモード、通信を待つ待機モードおよび通信を行う通信モードの４つのモードを有する。

ブートモードの消費電流の記号はＩｒｂ、消費電流値の例は３０ｍＡである。リセットモードの消費電流の記号はＩｒｒ、消費電流値の例は１ｍＡである。待機モードの消費電流の記号はＩｒｉ、消費電流値の例は０．００５ｍＡである。通信モードの消費電流の記号はＩｒｃ、消費電流値の例は１８ｍＡである。

次行の第１回路ブロック７ａは、第１接続部６ａオフモード（図示しない）およびオンモードを有する。

オフモードでは、第１接続部６ａの入出力は接続されないので、第１回路ブロック７ａは、定電圧回路部２から電源電流の供給を受けない。

一方、オンモードでは、第１接続部６ａの入出力は接続されるので、第１回路ブロック７ａは、第１接続部６ａを介して定電圧回路部２から電源電流の供給を受ける。

オフモードの消費電流値は、第１回路ブロック７ａに電流は流れないので０ｍＡである。一方、オンモードの消費電流の記号はＩｌｃｄ、消費電流値の例は０．１ｍＡである。

同様に、次行の第２回路ブロック７ｂは、第２接続部６ｂオフモード（図示しない）およびオンモードを有する。

オフモードでは、第２接続部６ｂの入出力は接続されないので、第２回路ブロック７ｂは、定電圧回路部２から電源電流の供給を受けない。

一方、オンモードでは、第２接続部６ｂの入出力は接続されるので、第２回路ブロック７ｂは、第２接続部６ｂを介して定電圧回路部２から電源電流の供給を受ける。

オフモードの消費電流値は、第２回路ブロック７ｂに電流は流れないので０ｍＡである。一方、オンモードの消費電流の記号はＩｓｎｓ、消費電流値の例は１．６ｍＡである。

次行の第１所定電流放電部１４０は、非放電モード（図示しない）および放電モードを有する。

非放電モードでは、状態遷移制御部１１０からのゲート制御信号によって、トランジスタＱ１のドレイン−ソース間は導通しないので、抵抗Ｒ１およびトランジスタＱ１には、塩化チオニール系一次電池１から放電電流は流れない。

一方、放電モードでは、状態遷移制御部１１０からのゲート制御信号によって、トランジスタＱ１のドレイン−ソース間は導通するので、抵抗Ｒ１およびトランジスタＱ１に、塩化チオニール系一次電池１から所定の放電電流が流れる。

非放電の消費電流値は、電流は流れないので０ｍＡである。一方、放電モードの消費電流の記号はＩｌ１、消費電流値の例は１ｍＡである。

同様に、次行の第２所定電流放電部１４１は、非放電モード（図示しない）および放電モードを有する。

非放電モードでは、状態遷移制御部１１０からのゲート制御信号によって、トランジスタＱ２のドレイン−ソース間は導通しないので、抵抗Ｒ２およびトランジスタＱ２には、塩化チオニール系一次電池１から放電電流は流れない。

一方、放電モードでは、状態遷移制御部１１０からのゲート制御信号によって、トランジスタＱ２のドレイン−ソース間は導通するので、抵抗Ｒ２およびトランジスタＱ２に、塩化チオニール系一次電池１から所定の放電電流が流れる。

非放電の消費電流値は、電流は流れないので０ｍＡである。一方、放電モードの消費電流の記号はＩｌ２、消費電流値の例は１０ｍＡである。

なお、第１および第２所定電流放電部１４０、１４１の放電モードは、測定装置１６０の測定処理には関係せず、塩化膜を除去するために行われるモードである。

このため、放電モードにおける所定の放電電流値は、塩化膜を除去するために必要な電流に設定すればよい。

図２に示すように、各部は各動作モードを有する。そして、測定装置１６０が初期起動した場合、内部回路１５０は、各部の各動作モードが組み合わされた複数の状態を遷移しながら動作する。この遷移動作を説明する前に、内部回路１５０が有する複数の状態について説明する。

内部回路１５０が有する複数の状態、各状態における各部の動作モードおよび各状態における放電電流を、図３の表を用いて説明する。なお、この放電電流は、各部の各動作モードの消費電流の和になるので、それぞれ大きさが異なる。

図３において、内部回路１５０が有する複数の状態には、状態１、１ａ、２、２ａ、２ｂ、３、４、４ａ、４ｂおよび５の１０個の状態がある。各状態における各部の動作モードおよび各状態における放電電流は、つぎのようになる。

一例として、状態１について説明する。状態１では、制御演算部４は低速モード（消費電流Ｉｍｌ）、通信部５はリセットモード（消費電流Ｉｒｒ）、第１回路ブロック７ａは第１接続部６ａオフモード、第２回路ブロック７ｂは第２接続部６ｂオフモード、第１所定電流放電部１４０は非放電モードおよび第２所定電流放電部１４１は非放電モードの組み合せの状態であり、放電電流Ｉｄ１は、Ｉｍｌ＋Ｉｒｒ（＝２．２ｍＡ（例））である。

同様に、図３には、各部の各動作モードの組み合せの状態と各状態での放電電流とが、状態１ａ〜状態５ごとに記載されている。

つぎに、測定装置１６０の初期起動後、状態遷移制御部１１０が、内部回路１５０の状態を遷移させる動作を図４を用いて説明する。図４は、状態遷移制御部１１０が内部回路１５０の状態を遷移させる状態遷移図である。

状態遷移制御部１１０は、測定電池電圧と内部回路１５０の遷移前後の状態の放電電流に基づく閾値Ｖｔｈとを比較した結果に応じて、内部回路１５０の現在の状態の放電電流より大きい放電電流を有する状態へ遷移させる。

図４において、まず、測定装置１６０が初期起動して、内部回路１５０が状態１になった後の遷移動作（状態１から状態３に遷移する場合、状態１から状態２に遷移する場合、状態２から状態３に遷移する場合、状態４から状態５に遷移する場合）について説明する。

＜状態１から状態３に遷移する場合＞
状態１において、ＡＤ変換部１１１は、電池電圧測定部８から受け取った測定電池電圧をデジタル信号に変換する。比較部１１２は、デジタル信号に変換された測定電池電圧をＡＤ変換部１１１から、閾値Ｖｔｈを記憶部１２０から受け取る。

このときの閾値Ｖｔｈは、状態１から状態３に遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ３とする。

閾値Ｖｔｈ３は、遷移前の状態（現在の状態）である状態１の放電電流Ｉｄ１（＝２．２ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態３の放電電流Ｉｄ３（＝３２．３ｍＡ（例））との比率から得られる。

詳しくは、塩化チオニール系一次電池１が無負荷時の出力電圧をＶｅ（例えば７．２Ｖ）、内部回路１５０を駆動させることができる最低の電圧をＶｄ（例えば３Ｖ、以下「駆動最低電圧」という）とすると、閾値Ｖｔｈ３は下記式（１）によって得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ３とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ３より大きいまたは以上であれば通信部５はブート可能なので、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態３に遷移させる。

なお、閾値Ｖｔｈを得る一般式は、遷移前の状態の放電電流をＩｎｏｗ、遷移後の状態の放電電流をＩｎｘｔとすると、下記式（２）のようになる。

式（２）の閾値Ｖｔｈは、遷移前の状態の放電電流Ｉｎｏｗと、放電電流Ｉｎｏｗより大きい遷移後の状態の放電電流Ｉｎｘｔとの比率を用いて得られる。このため、内部回路１５０が、測定電池電圧と式（２）の閾値Ｖｔｈとの比較結果に応じて遷移した場合、遷移後の内部回路１５０の各部の電源電圧は駆動最低電圧Ｖｄより大きくなり、内部回路１５０は正常に初期起動および動作し、暴走しない。

なお、閾値Ｖｔｈ３および後述する閾値Ｖｔｈ１、２、４〜９の大小関係は、図２の消費電流値の例を用いて放電電流値を求めた場合、下記式（３）〜（５）のようになる。
Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ３ （３）
Ｖｔｈ４＜Ｖｔｈ５＜Ｖｔｈ６ （４）
Ｖｔｈ７＜Ｖｔｈ８＜Ｖｔｈ９ （５）

＜状態１から状態２に遷移する場合＞
このときの閾値Ｖｔｈは、状態１から状態２に遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ２とする。閾値Ｖｔｈ２は、遷移前の状態である状態１の放電電流Ｉｄ１（＝２．２ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態２の放電電流Ｉｄ２（＝３．３ｍＡ（例））とを用いて、式（２）から得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ２とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ２より大きいまたは以上であり、かつ、閾値Ｖｔｈ３より小さいまたは以下であれば、通信部５はブート可能ではないが、制御演算部４は高速モードにすることができ、第１回路ブロック７ａは動作可能で第１接続部６ａオンモードにすることができる。このため、状態遷移制御部１１０は、内部回路１５０を状態２に遷移させる。

＜状態２から状態３に遷移する場合＞
このときの閾値Ｖｔｈは、状態２から状態３に遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ６とする。閾値Ｖｔｈ６は、遷移前の状態である状態２の放電電流Ｉｄ２（＝３．３ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態３の放電電流Ｉｄ３（＝３２．３ｍＡ（例））とを用いて、式（２）から得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ６とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ６より大きいまたは以上であれば通信部５はブート可能なので、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態３に遷移させる。

そして、状態３に遷移後、通信部５は、内蔵の通信モジュールの起動処理を実行（ブートモード）した後、状態４に遷移する。

＜状態４から状態５に遷移する場合＞
通信部５は、状態４において、通信信号を受信し通信割り込みを受け取るまで待機する（待機モード）。無線通信の周期が数時間以上と長い場合、内部回路１５０が状態４に留まっている間に塩化膜が成長する可能性がある。通信割り込みを受けた後に状態５へ遷移するが、成長した塩化膜によって内部回路１５０が異常動作しないように、以下に説明する遷移動作を行う。

このときの閾値Ｖｔｈは、状態４から状態５に遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ９とする。閾値Ｖｔｈ９は、遷移前の状態である状態４の放電電流Ｉｄ４（＝３．９０５ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態５の放電電流Ｉｄ５（＝２１．９ｍＡ（例））とを用いて、式（２）から得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ９とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ９より大きいまたは以上であれば通信部５は通信可能なので、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態５に遷移させる。そして、通信が終了したら状態４に遷移して待機する。

このように、状態遷移制御部１１０が、測定電池電圧と、式（２）で表した閾値Ｖｔｈとの比較結果に応じて状態を遷移させることによって、より確実に塩化膜を除去または低減し、遷移後の内部回路１５０の各部の電源電圧は駆動最低電圧Ｖｄより大きくなり、内部回路１５０の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路１５０の暴走を防止することができる。

また、状態遷移制御部１１０は、第１所定電流放電部１４０または第２所定電流放電部１４１を放電モードにしないで（つまり、状態１ａ、２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂにしないで）、内部回路１５０の動作および初期起動を正常に行うことができる。このため、状態遷移制御部１１０は、余分な放電電流Ｉｌ１、Ｉｌ２を流さないで、内部回路１５０の動作および初期起動を正常に行うことができ、低消費電力を実現できる。

つぎに、第１所定電流放電部１４０または第２所定電流放電部１４１が放電モードになる状態１ａ、２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂに遷移する動作（状態１から状態１ａに遷移する場合、状態２から状態２ｂに遷移する場合、状態２から状態２ａに遷移する場合、状態４から状態４ｂに遷移する場合、状態４から状態４ａに遷移する場合）について、図４を用いて説明する。

＜状態１から状態１ａに遷移する場合＞
このときの閾値Ｖｔｈは、状態１から状態１ａに遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ１とする。閾値Ｖｔｈ１は、遷移前の状態である状態１の放電電流Ｉｄ１（＝２．２ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態１ａの放電電流Ｉｄ１ａ（＝３．２ｍＡ（例））とを用いて、式（２）から得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ１とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ１より大きいまたは以上であり、かつ、閾値Ｖｔｈ２より小さいまたは以下であれば、状態２、３へ遷移できない。このため、第１所定電流放電部１４０の放電モードで強制的に放電させて塩化膜を除去するために、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態１ａに遷移させる。

＜状態２から状態２ｂに遷移する場合＞
このときの閾値Ｖｔｈは、状態２から状態２ｂに遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ５とする。閾値Ｖｔｈ５は、遷移前の状態である状態２の放電電流Ｉｄ２（＝３．３ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態２ｂの放電電流Ｉｄ２ｂ（＝１３．３ｍＡ（例））とを用いて、式（２）から得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ５とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ５より大きいまたは以上であり、かつ、閾値Ｖｔｈ６より小さいまたは以下であれば、通信部５のブート処理はできないので状態３へ遷移できない。このため、第２所定電流放電部１４１の放電モードで強制的に放電させて塩化膜を除去するために、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態２ｂに遷移させる。

＜状態２から状態２ａに遷移する場合＞
このときの閾値Ｖｔｈは、状態２から状態２ａに遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ４とする。閾値Ｖｔｈ４は、遷移前の状態である状態２の放電電流Ｉｄ２（＝３．３ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態２ａの放電電流Ｉｄ２ａ（＝４．３ｍＡ（例））とを用いて、式（２）から得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ４とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ４より大きいまたは以上であり、かつ、閾値Ｖｔｈ５より小さいまたは以下であれば、通信部５のブート処理はできないので状態３へ遷移できない。このため、第１所定電流放電部１４０の放電モードで強制的に放電させて塩化膜を除去するために、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態２ａに遷移させる。

＜状態４から状態４ｂに遷移する場合＞
このときの閾値Ｖｔｈは、状態４から状態４ｂに遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ８とする。閾値Ｖｔｈ８は、遷移前の状態である状態４の放電電流Ｉｄ４（＝３．９０５ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態４ｂの放電電流Ｉｄ４ｂ（＝１３．９０５ｍＡ（例））とを用いて、式（２）から得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ８とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ８より大きいまたは以上であり、かつ、閾値Ｖｔｈ９より小さいまたは以下であれば、通信できないので状態５へ遷移できない。このため、第２所定電流放電部１４１の放電モードで強制的に放電させて塩化膜を除去するために、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態４ｂに遷移させる。

＜状態４から状態４ａに遷移する場合＞
このときの閾値Ｖｔｈは、状態４から状態４ａに遷移する場合の閾値であり、記号をＶｔｈ７とする。閾値Ｖｔｈ７は、遷移前の状態である状態４の放電電流Ｉｄ４（＝３．９０５ｍＡ（例））と遷移後の状態である状態４ａの放電電流Ｉｄ４ａ（＝４．９０５ｍＡ（例））とを用いて、式（２）から得られる。

比較部１１２は、測定電池電圧と閾値Ｖｔｈ７とを比較し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ７より大きいまたは以上であり、かつ、閾値Ｖｔｈ８より小さいまたは以下であれば、通信できないので状態５へ遷移できない。このため、第１所定電流放電部１４０の放電モードで強制的に放電させて塩化膜を除去するために、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態４ａに遷移させる。

このように、状態遷移制御部１１０が、第１所定電流放電部１４０または第２所定電流放電部１４１を放電モードにして強制的に放電させることによって、さらに確実に塩化膜を除去または低減し、遷移後の内部回路１５０の各部の電源電圧は駆動最低電圧Ｖｄより大きくなり、内部回路１５０の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路１５０の暴走を防止することができる。

なお、第１所定電流放電部１４０および第２所定電流放電部１４１は、一つの所定電流放電部としてもよく、これによって、回路スペースおよびコストが低減できる。また、所定電流放電部の数を増やしてもよく、これによって、よりきめ細かい放電電流制御を行い塩化膜を除去または低減できる。

また、式（２）の塩化チオニール系一次電池１が無負荷時の出力電圧Ｖｅに、メーカーの規格値などの予め定めた値を用いれば、閾値Ｖｔｈは、実際に使用される電池の無負荷時出力電圧Ｖｅの個体によるばらつきの影響を受けない。

詳しくは、実際に使用される電池の無負荷時出力電圧Ｖｅが予め定めた値より小さい場合、測定電池電圧の低下を早めに検出でき、また、無負荷時出力電圧Ｖｅが予め定めた値より大きい場合、余裕を持って測定電池電圧の低下を検出できる。これによって、実際に使用される電池の無負荷時の出力電圧Ｖｅが個体によりばらついたとしても、内部回路１５０の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路１５０の暴走を防止することができる。

つぎに、塩化チオニール系一次電池１の電力容量不足などを検出する動作について、図４を用いて説明する。

図４において、内部回路１５０が状態１ａに遷移した後、計数部１１３による測定で所定時間（例えば１０秒）経過後、状態遷移制御部１１０は状態１に遷移させる。電池電圧測定部８が再度測定し、測定電池電圧が閾値Ｖｔｈ１より大きいまたは以上であり、かつ、閾値Ｖｔｈ２より小さいまたは以下であれば、状態遷移制御部１１０は内部回路１５０を状態１ａに遷移させる。

この状態１ａと状態１との間の遷移が、複数回（例えば３回）繰り返された場合、つまり、第１所定電流放電部１４０の放電モードで放電電流を流す状態１ａが複数回繰り返された場合、塩化チオニール系一次電池１は電力容量不足、または塩化膜が十分に除去または低減できていないため、このまま放置すると内部回路１５０の各部の電源電圧は駆動最低電圧Ｖｄより小さくなって、内部回路１５０の動作が正常に行えない、または内部回路１５０が暴走する可能性がある。

このような場合、状態遷移制御部１１０は、状態１ａから他の状態には遷移させないで、ブザー（音声）やランプ（光）などの警報部（図示しない）、通信部５または第１回路ブロック７ａの表示部を介して、警報を出力する（図４の状態１ａからの矢印＊２参照）。

同様に、状態２ａと状態２との間の遷移または状態２ｂと状態２との間の遷移が、複数回（例えば３回）繰り返された場合、つまり、第１または第２所定電流放電部１４０、１４１の放電モードで放電電流を流す状態２ａ、２ｂが複数回繰り返された場合、他の状態には遷移させないで警報を出力する（図４の状態２ａ、２ｂからの矢印＊２参照）。

同様に、状態４ａと状態４との間の遷移または状態４ｂと状態４との間の遷移が、複数回（例えば３回）繰り返された場合、つまり、第１または第２所定電流放電部１４０、１４１の放電モードで放電電流を流す状態４ａ、４ｂが複数回繰り返された場合、他の状態には遷移させないで警報を出力する（図４の状態４ａ、４ｂからの矢印＊２参照）。

また、以下の動作によっても、同様に、電力容量不足などを検出して警報を出力することができる。

式（３）の閾値のうち、最小の閾値はＶｔｈ１である。状態１において、測定電池電圧が最小の閾値Ｖｔｈ１より小さいまたは以下であって、計数部１１３による測定で所定時間（例えば３０秒）経過しても最小の閾値Ｖｔｈ１より小さいまたは以下の場合、塩化チオニール系一次電池１は電力容量不足、または塩化膜が十分に除去または低減できていないため、このまま放置すると内部回路１５０の各部の電源電圧は駆動最低電圧Ｖｄより小さくなって、内部回路１５０の動作が正常に行えない、または内部回路１５０が暴走する可能性がある。

このような場合、状態遷移制御部１１０は、状態１から他の状態には遷移させないで、警報部（図示しない）、通信部５または第１回路ブロック７ａの表示部を介して、警報を出力する（図４の状態１からの矢印＊１参照）。

同様に、式（４）の閾値のうち、最小の閾値はＶｔｈ４である。状態２において、測定電池電圧が最小の閾値Ｖｔｈ４より小さいまたは以下であって、計数部１１３による測定で所定時間（例えば３０秒）経過しても最小の閾値Ｖｔｈ４より小さいまたは以下の場合、他の状態には遷移させないで警報を出力する（図４の状態２からの矢印＊１参照）。

同様に、式（５）の閾値のうち、最小の閾値はＶｔｈ７である。状態４において、測定電池電圧が最小の閾値Ｖｔｈ７より小さいまたは以下であって、計数部１１３による測定で所定時間（例えば３０秒）経過しても最小の閾値Ｖｔｈ７より小さいまたは以下の場合、他の状態には遷移させないで警報を出力する（図４の状態４からの矢印＊１参照）。

このように、状態遷移制御部１１０は、第１または第２所定電流放電部１４０、１４１の放電モードで放電電流を流す状態が複数回繰り返された場合、他の状態には遷移させないで警報を出力することによって、電力容量不足または内部回路１５０の各部の電源電圧が低下して、内部回路１５０の動作が正常に行えない、または内部回路１５０が暴走する可能性があることを事前に検出、外部に報知するとともに、故障発生前に修理交換などの対応をとることができる。

［第２の実施例］
第２の実施例について図５を用いて説明する。図５は、本発明に係る測定装置２００の構成図である。

図５において、測定装置２００は、内部回路１８０において、図１の第１および第２所定電流放電部１４０、１４１に代えて第３所定電流放電部１４２を備え、状態遷移制御部１７０にはさらにＤＡ変換部１１４を備える。

本発明に係る測定装置２００の特徴の一つは、第３所定電流放電部１４２とＤＡ変換部１１４とによって、第３所定電流放電部１４２での放電電流を変更することができることであり、以下に、この特徴を中心に説明する。なお、図１の測定装置１６０と同一の構成要素は同一符号を付し、この説明は省略する。

第３所定電流放電部１４２は、抵抗Ｒ３、トランジスタ（電界効果トランジスタ）Ｑ３および演算増幅器Ａ３を備える。

トランジスタＱ３のドレインは、塩化チオニール系一次電池１の陽極部（出力）に接続され、ソースは抵抗Ｒ３の一端に接続され、ゲートは演算増幅器Ａ３の出力に接続される。抵抗Ｒ３の他端は回路の共通電圧ＧＤに接続される。

演算増幅器Ａ３の反転入力は、トランジスタＱ３のソースと抵抗Ｒ３との接続点に接続され、非反転入力はＤＡ変換部１１４の出力に接続される。

つぎに、第３所定電流放電部１４２およびＤＡ変換部１１４の動作について説明する。第３所定電流放電部１４２は、所定放電電流として、ＤＡ変換部１１４から出力されるアナログ電圧を抵抗Ｒ３で除算した値の電流を流す。

ＤＡ変換部１１４から出力されるアナログ電圧を変更すれば、第３所定電流放電部１４２に流す所定放電電流の値を変更することができる。

このように、所定放電電流の値を変更することによって、塩化膜を除去または低減できる最適な値の放電電流を流すことができ、内部回路１８０の動作および初期起動を正常に行う、または内部回路１８０の暴走を防止することができる。

なお、状態遷移制御部１１０、１７０は、所定のプログラムを実行するプロセッサなどで実現されてもよく、制御演算部４で用いられるプロセッサで実現されてもよい。ＡＤ変換部１１１、比較部１１２、計数部１１３およびＤＡ変換部１１４は、状態遷移制御部１１０、１７０とは別に設けられてもよい。

また、測定装置１６０、２００は、プロセス量の他、電気（電圧、電流、電力など）、磁気、音、光信号などの種々の被測定量を測定するものであってもよい。

なお、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で、さらに多くの変更および変形を含む。また、前述した各部の組み合わせ以外の組み合わせを含むことができる。

１ 塩化チオニール系一次電池
８ 電池電圧測定部
１１０、１７０ 状態遷移制御部
１２０ 記憶部
１４０ 第１所定電流放電部
１４１ 第２所定電流放電部
１４２ 第３所定電流放電部
１５０、１８０ 内部回路
１６０、２００ 測定装置

Claims (5)

1. 塩化チオニール系一次電池と、この塩化チオニール系一次電池の電圧を測定する電池電圧測定部と、前記塩化チオニール系一次電池から放電電流の供給を受けるとともに前記放電電流の大きさが異なる複数の状態を有する内部回路とを備える測定装置において、
   前記内部回路の現在の状態の放電電流より大きい他の状態へ遷移する場合、前記電池電圧測定部によって測定された電圧が閾値より大きければ遷移させる状態遷移制御部を備え、
   前記閾値は、前記塩化チオニール系一次電池の無負荷時の電圧と前記内部回路を駆動させることのできる最低電圧との間の電圧であって、前記内部回路の各部の各動作モードにおける消費電流を含む遷移前の状態の放電電流を遷移後の状態の放電電流で除算した値に、前記無負荷時の電圧と前記最低電圧との差電圧を乗算し、前記無負荷時の電圧から前記乗算した値に応じて減少する値とする、
   ことを特徴とする測定装置。
2. 前記内部回路は、所定放電電流を流す所定電流放電部を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記状態遷移制御部は、前記所定電流放電部の所定放電電流の値を変更することができることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
4. 前記状態遷移制御部は、前記所定電流放電部により所定放電電流を流す状態が複数回繰り返された場合、前記内部回路の現在の状態の放電電流より大きい他の状態へ遷移させないことを特徴とする請求項２または３に記載の測定装置。
5. 前記状態遷移制御部は、前記電池電圧測定部によって測定された電圧が前記閾値のうち最小値より小さい場合、前記内部回路の現在の状態の放電電流より大きい他の状態へ遷移させないことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の測定装置。

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