JP5890206B2 - Potentiometer degradation diagnosis method - Google Patents

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Description

この発明は、ポテンショメータの性能の劣化を診断するポテンショメータの劣化診断方法に関するものである。   The present invention relates to a potentiometer degradation diagnosis method for diagnosing degradation of performance of a potentiometer.

従来より、電動バルブアクチュエータなどの回転角度の検出にポテンショメータが用いられている。このポテンショメータは、その構造上、摺動子による摩耗により、抵抗体が損傷を受けたり摩耗粉が生じたりし易く、頻繁に使用する摺動範囲では特にそれがひどい。その結果、摺動子が僅かに変位しただけで、抵抗値が偶発的に大きく変化する現象が発生する。それに伴い、ポテンショメータの出力信号も偶発的に大きく変化し、図11に示すようにヒゲ状の信号Sとなって現れる。なお、図11において、横軸はポテンショメータ変位(摺動子の変位)または角度、縦軸はポテンショメータの出力信号の大きさを示す。   Conventionally, a potentiometer has been used to detect a rotation angle of an electric valve actuator or the like. Due to the structure of this potentiometer, the resistor is liable to be damaged or worn powder due to wear by the slider, which is particularly severe in the frequently used sliding range. As a result, even if the slider is slightly displaced, a phenomenon in which the resistance value accidentally changes greatly occurs. Along with this, the output signal of the potentiometer also changes suddenly and appears as a beard-like signal S as shown in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the potentiometer displacement (slider displacement) or angle, and the vertical axis indicates the magnitude of the output signal of the potentiometer.

このようなヒゲ状の信号がポテンショメータの出力信号に現れると、この出力信号が供給されて動作している制御装置等は、偶発的に異常な制御動作を行ってしまうことがある。そこで、特許文献1では、このポテンショメータの出力信号に現れるヒゲ状の信号を検出し、このヒゲ状の信号が所定の上限値よりも大きい場合または下限値よりも小さい場合、またそのヒゲ状の信号の変化率が所定値よりも大きい場合、故障と診断するようにしている。ポテンショメータが故障と診断されると、その出力信号が供給されて動作している制御装置等は、直ちに所定の信号異常時の制御に移行する。   When such a beard-like signal appears in the output signal of the potentiometer, a control device or the like that is operating with the output signal may accidentally perform an abnormal control operation. Therefore, in Patent Document 1, a beard-like signal appearing in the output signal of the potentiometer is detected, and when the beard-like signal is larger than a predetermined upper limit value or smaller than a lower limit value, the beard-like signal is also detected. When the rate of change of the value is larger than a predetermined value, a failure is diagnosed. When the potentiometer is diagnosed as malfunctioning, the control device or the like which is operating with the output signal supplied immediately shifts to control when a predetermined signal is abnormal.

特公平7−95081号公報Japanese Patent Publication No. 7-95081

しかしながら、上述したヒゲ状の信号(ノイズ)はポテンショメータの経年変化の初期段階に発生するものであり、このようなノイズの発生が問題とならない場合は以降でも使用できるにも拘わらず、故障と診断されてしまうという問題がある。すなわち、特許文献1では、ポテンショメータの経年変化の初期段階で発生するノイズの発生を捉えていることから、あまりにも早い段階で故障と診断され、システムの稼働率が低下したり、部品交換の手間やコストがかかるという問題があった。   However, the above-mentioned beard-like signal (noise) is generated at the initial stage of the aging of the potentiometer, and if such noise generation does not cause a problem, it can be used later and diagnosed as a failure. There is a problem of being done. That is, since Patent Document 1 captures the occurrence of noise that occurs at the initial stage of the aging of the potentiometer, it is diagnosed as a failure at an early stage, resulting in a decrease in system operation rate and troublesome parts replacement. There was a problem of cost.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ノイズの発生のように、あまりにも早い段階で故障と診断されてしまうことのないポテンショメータの劣化診断方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to diagnose deterioration of a potentiometer that is not diagnosed as a failure at an early stage such as generation of noise. It is to provide a method.

このような目的を達成するために本発明は、ポテンショメータの動作状態における出力抵抗値Rを計測し、この計測した出力抵抗値Rと予測値R’とを比較し、その比較結果に基づいてポテンショメータの故障に至るまでの性能の劣化の1つとして入出力間の直線性(以下、単に直線性という)の劣化を診断するようにしたものである。 In order to achieve such an object, the present invention measures the output resistance value R in the operating state of the potentiometer, compares the measured output resistance value R with the predicted value R ′, and based on the comparison result, the potentiometer. As one of the performance degradations up to the failure, linearity between input and output (hereinafter simply referred to as linearity) is diagnosed.

このために、本発明は、ポテンショメータの可動範囲における出力抵抗値の最大値および最小値をRo,maxおよびRo,minとし、予め定められた保証点を通過してからの動作時間をtとし、最大値Ro,maxから最小値Ro,minまでの動作時間をtmaxとし、保証点における出力抵抗値をRo,x%として、予測値をR’=〔(Ro,max−Ro,min)/tmax〕・t+Ro,x%として求め、|R−R’|が予め定められている所定の閾値を超えたときに直線性を失ったと判断するようにする。For this reason, the present invention sets the maximum and minimum output resistance values in the movable range of the potentiometer as Ro, max and Ro, min, and sets the operation time after passing a predetermined guarantee point as t, The operation time from the maximum value Ro, max to the minimum value Ro, min is tmax, the output resistance value at the guaranteed point is Ro, x%, and the predicted value is R ′ = [(Ro, max−Ro, min) / tmax ] T + Ro, x%, and when | R−R ′ | exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the linearity is lost.

ポテンショメータの性能は、ノイズの発生、直線性の劣化、抵抗値の変化、回転トルクの増大の順に劣化することが知られている。本発明では、この順番のうち、ノイズの発生よりも順番的に遅い直線性の劣化に着目し、この直線性の劣化を診断する。   It is known that the performance of a potentiometer deteriorates in the order of noise generation, linearity deterioration, resistance value change, and rotational torque increase. In the present invention, attention is paid to the deterioration of linearity that is slower than the occurrence of noise in this order, and this linearity deterioration is diagnosed.

本発明によれば、ポテンショメータの故障に至るまでの性能の劣化の1つとして入出力間の直線性の劣化を診断するようにしたので、ノイズの発生のように、あまりにも早い段階で故障と診断されてしまうことがないようになる。   According to the present invention, since the deterioration of linearity between the input and output is diagnosed as one of the performance deterioration until the potentiometer failure, the failure is detected at an early stage such as noise generation. You will never be diagnosed.

本発明の実施に用いるポテンショメータの劣化診断装置を含むシステムの要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part of the system containing the degradation diagnostic apparatus of the potentiometer used for implementation of this invention. このシステムにおけるポテンショメータ劣化診断装置が有する機能を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the function which the potentiometer degradation diagnostic apparatus in this system has. 図2に続くフローチャートである。It is a flowchart following FIG. ポテンショメータの各電極間の抵抗値の定義を説明する図である。It is a figure explaining the definition of the resistance value between each electrode of a potentiometer. 全抵抗値RA-Bの測定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement of total resistance value RAB . 接触抵抗値rおよび端子間抵抗値RA-C,RB-Cの測定に際して用いる電圧V1を説明する図である。It is a figure explaining voltage V1 used at the time of measurement of contact resistance value r and terminal resistance value RAC , RBC . 接触抵抗値rおよび端子間抵抗値RA-C,RB-Cの測定に際して用いる電圧V2を説明する図である。It is a figure explaining the voltage V2 used at the time of the measurement of contact resistance value r and terminal resistance value RAC , RBC . 線形補間された値として求められる予測値R’を明示する図である。It is a figure which specifies the predicted value R 'calculated | required as a linearly interpolated value. 差分法で求められた抵抗値の変化速度および加速度を例示する図である。It is a figure which illustrates the change speed and acceleration of the resistance value calculated | required by the difference method. 過渡状態におけるdωp,o/dtおよびdωp/dtを例示する図である。It is a figure which illustrates dωp, o / dt and dωp / dt in a transient state. ポテンショメータの出力信号に現れるヒゲ状の信号を示す図である。It is a figure which shows the beard-like signal which appears in the output signal of a potentiometer.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施に用いるポテンショメータの劣化診断装置を含むシステムの要部を示すブロック図である。同図において、1はポテンショメータ、1−1は摺動子、2はポテンショメータの劣化診断装置(以下、ポテンショメータ劣化診断装置と呼ぶ)、3は劣化診断結果表示装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a system including a potentiometer deterioration diagnosis apparatus used for implementing the present invention. In the figure, 1 is a potentiometer, 1-1 is a slider, 2 is a potentiometer deterioration diagnosis device (hereinafter referred to as a potentiometer deterioration diagnosis device), and 3 is a deterioration diagnosis result display device.

このシステムにおいて、摺動子1−1から取り出されたポテンショメータ1の出力信号はポテンショメータ劣化診断装置2に送られる。なお、図1中、A,Bはポテンショメータ1の固定電極、Cはポテンショメータ1の可動電極、1−2はポテンショメータ1の抵抗体、1−3は可動電極Cにおける抵抗体1−2との間の接触抵抗である。   In this system, the output signal of the potentiometer 1 taken out from the slider 1-1 is sent to the potentiometer deterioration diagnosis device 2. 1, A and B are fixed electrodes of the potentiometer 1, C is a movable electrode of the potentiometer 1, 1-2 is a resistor of the potentiometer 1, and 1-3 is a resistor 1-2 of the movable electrode C. Contact resistance.

このポテンショメータ1は、電源周波数に連動して回転系全体の角速度が定常状態では一定速度となるような装置に付設されている。例えば、電動バルブアクチュエータに組み付けられ、モータによって駆動される弁体の開度を検出する。   The potentiometer 1 is attached to a device in which the angular speed of the entire rotating system is a constant speed in a steady state in conjunction with the power supply frequency. For example, the degree of opening of a valve body mounted on an electric valve actuator and driven by a motor is detected.

また、このシステムにおいて、ポテンショメータ劣化診断装置2は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。   In this system, the potentiometer deterioration diagnosis device 2 is realized by hardware including a processor and a storage device, and a program that realizes various functions in cooperation with these hardware.

ポテンショメータの性能は、ノイズの発生、直線性(入出力間の直線性)の劣化、抵抗値の変化、回転トルクの増大の順に劣化することが知られている。本実施の形態では、この性能の劣化の順番に着目し、ノイズの発生、直線性の劣化、抵抗値の変化、回転トルクの増大の順に、ポテンショメータ1の性能の劣化を診断して行くようにする。   It is known that the performance of a potentiometer deteriorates in the order of noise generation, linearity (linearity between input and output), resistance value change, and rotational torque increase. In this embodiment, paying attention to the order of the performance deterioration, the performance deterioration of the potentiometer 1 is diagnosed in the order of noise generation, linearity deterioration, resistance value change, and rotational torque increase. To do.

すなわち、ポテンショメータ1の故障に至るまでの性能の劣化の診断項目として、「ノイズの発生」、「直線性の劣化」、「抵抗値の変化」、「回転トルクの増大」を診断項目として定め、「ノイズの発生」、「直線性の劣化」、「抵抗値の変化」、「回転トルクの増大」の順番で段階的に診断して行くようにする。この診断は、ポテンショメータ1を装置から取り外すことなく、すなわちポテンショメータ1を装置に組み込んだまま行う。   That is, as the diagnosis items of performance deterioration until the failure of the potentiometer 1, "noise generation", "linearity deterioration", "resistance value change", "rotational torque increase" are determined as diagnosis items, Diagnosis is made in stages in the order of “generation of noise”, “deterioration of linearity”, “change in resistance value”, and “increase in rotational torque”. This diagnosis is performed without removing the potentiometer 1 from the apparatus, that is, while the potentiometer 1 is incorporated in the apparatus.

以下、図2および図3に分割して示すフローチャートを参照して、ポテンショメータ劣化診断装置2が有する本実施の形態特有の機能について説明する。   Hereinafter, with reference to flowcharts shown in FIG. 2 and FIG. 3, functions unique to the present embodiment of the potentiometer deterioration diagnosis device 2 will be described.

〔ノイズの発生の診断〕
ポテンショメータ劣化診断装置2は、先ず、ポテンショメータ1のノイズの発生を診断する(ステップS101:図2)。
[Diagnosis of noise generation]
The potentiometer degradation diagnosis device 2 first diagnoses the occurrence of noise in the potentiometer 1 (step S101: FIG. 2).

このノイズの発生の診断は、摺動子1−1から取り出されたポテンショメータ1の出力信号に含まれるヒゲ状の信号を検出することによって行う。このヒゲ状の信号が所定の上限値よりも大きい場合または下限値よりも小さい場合、またそのヒゲ状の信号の変化率が所定値よりも大きい場合に、ノイズが発生したと判断する。   The diagnosis of the occurrence of noise is performed by detecting a beard-like signal included in the output signal of the potentiometer 1 taken out from the slider 1-1. When this beard-like signal is larger than a predetermined upper limit value or smaller than a lower limit value, and when the rate of change of the beard-like signal is larger than a predetermined value, it is determined that noise has occurred.

ポテンショメータ劣化診断装置2は、ノイズが発生したと判断すると(ステップS102のYES)、劣化診断結果表示装置3へその診断結果を送り、現在のポテンショメータ1の劣化段階がノイズの発生段階(第1段階(初期段階))であることを表示する(ステップS103)。   When the potentiometer deterioration diagnosis device 2 determines that noise has occurred (YES in step S102), the potentiometer deterioration diagnosis device 2 sends the diagnosis result to the deterioration diagnosis result display device 3, and the current deterioration stage of the potentiometer 1 is the noise generation stage (first stage). (Initial stage)) is displayed (step S103).

〔直線性の劣化の診断〕
次に、ポテンショメータ劣化診断装置2は、直線性の劣化を診断する(ステップS104:図3)。この直線性の劣化の診断は、次のようにして行う。
[Diagnosis of linearity degradation]
Next, the potentiometer deterioration diagnosis device 2 diagnoses the deterioration of linearity (step S104: FIG. 3). The diagnosis of the deterioration of linearity is performed as follows.

ポテンショメータ1の動作状態における出力抵抗値Rを計測するとともに、その時の予測値R’を次式で求める。
R’=〔(Ro,max−Ro,min)/tmax〕・t+Ro,x% ・・・・(1)
The output resistance value R in the operating state of the potentiometer 1 is measured, and the predicted value R ′ at that time is obtained by the following equation.
R ′ = [(Ro, max−Ro, min) / tmax] · t + Ro, x% (1)

なお、この(1)式において、Ro,maxおよびRo,minはポテンショメータ1の可動範囲における出力抵抗値の最大値および最小値、tは予め定められた保証点を通過してからの動作時間(動作方向により加減する)、tmaxは最大値Ro,maxから最小値Ro,minまでの動作時間、Ro,x%は保証点における出力抵抗値であり、Ro,maxおよびRo,minは初期に測定しておく。   In the equation (1), Ro, max and Ro, min are the maximum and minimum values of the output resistance value in the movable range of the potentiometer 1, and t is the operation time after passing a predetermined guarantee point ( Tmax is the operating time from the maximum value Ro, max to the minimum value Ro, min, Ro, x% is the output resistance value at the guaranteed point, and Ro, max and Ro, min are measured initially. Keep it.

この(1)式により求められる予測値R’は一定区間毎の出力抵抗値の予測値であり線形補間されたものである。保証点や出力抵抗値Rの計測方法などについては後述する。   The predicted value R ′ obtained by the equation (1) is a predicted value of the output resistance value for each fixed section and is linearly interpolated. The guarantee point and the method of measuring the output resistance value R will be described later.

そして、ポテンショメータ劣化診断装置2は、計測した出力抵抗値Rとその時の予測値R’とから|R−R’|を求め、この|R−R’|と予め定められている閾値ΔRthとを比較し、|R−R’|>ΔRthであった場合に直線性を失ったと判断する。すなわち、直線性が劣化したと判断する。   Then, the potentiometer deterioration diagnosis apparatus 2 obtains | R−R ′ | from the measured output resistance value R and the predicted value R ′ at that time, and determines | R−R ′ | and a predetermined threshold value ΔRth. In comparison, if | R−R ′ |> ΔRth, it is determined that the linearity is lost. That is, it is determined that the linearity has deteriorated.

ポテンショメータ劣化診断装置2は、直線性を失ったと判断すると(ステップS105のYES)、劣化診断結果表示装置3へその診断結果を送り、現在のポテンショメータ1の劣化段階が直線性の劣化段階(第2段階)であることを表示する(ステップS106)。   When the potentiometer deterioration diagnosis device 2 determines that the linearity has been lost (YES in step S105), it sends the diagnosis result to the deterioration diagnosis result display device 3, and the current deterioration stage of the potentiometer 1 is the linearity deterioration stage (second step). Stage) is displayed (step S106).

〔抵抗値の変化の診断〕
次に、ポテンショメータ劣化診断装置2は、抵抗値の変化を診断する(ステップS107)。この抵抗値の変化の診断では、ポテンショメータ1の全抵抗値RA-Bを定時測定し、ある閾値を超えたとき、劣化していると判断する。ポテンショメータ1の全抵抗値RA-Bの測定については後述する。
[Diagnosis of changes in resistance value]
Next, the potentiometer deterioration diagnosis device 2 diagnoses a change in resistance value (step S107). In the diagnosis of the change in resistance value, the total resistance value R AB of the potentiometer 1 is measured on a regular basis, and when a certain threshold value is exceeded, it is determined that the resistance value has deteriorated. The measurement of the total resistance value R AB of the potentiometer 1 will be described later.

ポテンショメータ劣化診断装置2は、抵抗値が変化したと判断すると(ステップS108のYES)、劣化診断結果表示装置3へその診断結果を送り、現在のポテンショメータ1の劣化段階が抵抗値の変化段階(第3段階)であることを表示する(ステップS109)。   When the potentiometer deterioration diagnosis device 2 determines that the resistance value has changed (YES in step S108), it sends the diagnosis result to the deterioration diagnosis result display device 3, and the current deterioration stage of the potentiometer 1 is the resistance value change stage (first step). 3 stages) is displayed (step S109).

〔回転トルクの増大の診断〕
次に、ポテンショメータ劣化診断装置2は、回転トルクの増大を診断する(ステップS110)。この回転トルクの増大の診断は次のようにして行う。
[Diagnosis of increase in rotational torque]
Next, the potentiometer deterioration diagnosis device 2 diagnoses an increase in rotational torque (step S110). The diagnosis of the increase in rotational torque is performed as follows.

ポテンショメータ1の動作状態における負荷トルクTpを計測し、この計測した負荷トルクTpと予め定められている閾値Tpthとを比較し、Tp>Tpthであった場合に回転トルクが増大したと判断する。   The load torque Tp in the operating state of the potentiometer 1 is measured, the measured load torque Tp is compared with a predetermined threshold value Tpth, and if Tp> Tpth, it is determined that the rotational torque has increased.

ポテンショメータ1の動作状態における負荷トルクTpは次式により求めることができる。
Tp=Ip・(dωp,o/dt−dωp/dt) ・・・・(2)
The load torque Tp in the operating state of the potentiometer 1 can be obtained by the following equation.
Tp = Ip (dωp, o / dt−dωp / dt) (2)

なお、この(2)式において、dωp,o/dtはポテンショメータ1を装置から取り除いてモータを駆動した時の過渡状態における角加速度、dωp/dtはポテンショメータ1を装置に組み付けモータを駆動した時の過渡状態における角加速度、Ipはポテンショメータ1のイナーシャであり、dωp,o/dtは初期に測定しておく。dωp/dtは出力抵抗値Rから換算する。また、Ipはメーカから入手する(一定値)。dωp,o/dtの初期測定やdωp/dtの出力抵抗値Rからの換算については後述する。   In this equation (2), dωp, o / dt is the angular acceleration in the transient state when the potentiometer 1 is removed from the device and the motor is driven, and dωp / dt is the value when the potentiometer 1 is assembled in the device and the motor is driven. The angular acceleration, Ip, in the transient state is the inertia of the potentiometer 1, and dωp, o / dt is measured in the initial stage. dωp / dt is converted from the output resistance value R. Ip is obtained from the manufacturer (a constant value). The initial measurement of dωp, o / dt and the conversion from the output resistance value R of dωp / dt will be described later.

ポテンショメータ劣化診断装置2は、回転トルクが増大したと判断すると(ステップS111のYES)、劣化診断結果表示装置3へその診断結果を送り、現在のポテンショメータ1の劣化段階が回転トルクの劣化段階(第4段階(最終段階))であることを表示する(ステップS112)。   When potentiometer deterioration diagnosis device 2 determines that the rotational torque has increased (YES in step S111), it sends the diagnosis result to deterioration diagnosis result display device 3, and the current deterioration stage of potentiometer 1 is the rotational torque deterioration stage (first step). 4 stages (final stage)) is displayed (step S112).

このようにして、本実施の形態では、ポテンショメータ1の性能の劣化について、その進行状況を段階的に知ることが可能となる。これにより、あまりにも早い段階で故障と診断されることをなくし、システムの稼働率を向上させたり、使用状況に応じて適切な時期に部品交換を行わせるようにすることができるようになる。   In this way, in this embodiment, it is possible to know the progress of the performance deterioration of the potentiometer 1 in a stepwise manner. As a result, it is possible to eliminate the diagnosis of a failure at an early stage, improve the operating rate of the system, and allow parts to be replaced at an appropriate time according to the usage situation.

〔抵抗値測定の方法〕
各々の劣化診断に用いる抵抗値の測定方法を以下に示す。ここで、図4に示すように、ポテンショメータ1の固定電極A,C間の抵抗値をRA-C、B,C間の抵抗値をRB-C、A,B間の抵抗値をRA-B(全抵抗値)と定義する。また、可動電極Cにおける抵抗体1−2との間の接触抵抗1−3の抵抗値(接触抵抗値)をrとする。
[Method of measuring resistance value]
The measurement method of the resistance value used for each deterioration diagnosis is shown below. Here, as shown in FIG. 4, the resistance value between the fixed electrodes A and C of the potentiometer 1 is R AC , the resistance value between B and C is R BC , and the resistance value between A and B is R AB (total resistance Value). Further, the resistance value (contact resistance value) of the contact resistance 1-3 between the movable electrode C and the resistor 1-2 is set to r.

(1)全抵抗値RA-Bの測定
図5に示すように、端子A−B間に定電流iを流し、そのときの電圧Vを測定する。抵抗値RA-Bはオームの法則により次式で求める。
A-B=V/i ・・・・(3)
(1) Measurement of total resistance value R AB As shown in FIG. 5, a constant current i is passed between terminals A and B, and a voltage V at that time is measured. The resistance value R AB is obtained by the following equation according to Ohm's law.
R AB = V / i (3)

(2)接触抵抗値rの測定
図6に示すように、端子A−C間に定電流iを流し、そのときの電圧V1を測定する。次に、図7に示すように、端子C−B間に定電流iを流し、そのときの電圧V2を測定する。これらの値は下記の式で書き表すことができる。
V1=(RA-C+r)・i ・・・・(4)
V2=(RB-C+r)・i ・・・・(5)
(2) Measurement of Contact Resistance Value r As shown in FIG. 6, a constant current i is passed between terminals A and C, and the voltage V1 at that time is measured. Next, as shown in FIG. 7, a constant current i is passed between the terminals C-B, and the voltage V2 at that time is measured. These values can be expressed by the following formula.
V1 = (R AC + r) · i (4)
V2 = (R BC + r) · i (5)

よって、接触抵抗値rは、
r={〔(V1+V2)/i〕+RA-B}/2 ・・・・(6)
により求めることができる。
Therefore, the contact resistance value r is
r = {[(V1 + V2) / i] + R AB } / 2 (6)
It can ask for.

(3)端子間抵抗値RA-C,RB-Cの測定
端子間抵抗値RA-C,RB-Cは、
A-C=V1/i−r ・・・・(7)
B-C=V2/i−r ・・・・(8)
により、求めることができる。
(3) inter-terminal resistance value R AC, measured inter-terminal resistance value R AC of R BC, R BC is
R AC = V1 / ir (7)
R BC = V2 / ir (8)
Can be obtained.

〔直線性の劣化の診断の詳細〕
あらかじめポテンショメータ1の可動範囲における出力抵抗値の最大値Ro,maxおよび最小値Ro,minを測定する。
[Details of diagnosis of degradation of linearity]
The maximum value Ro, max and the minimum value Ro, min of the output resistance value in the movable range of the potentiometer 1 are measured in advance.

次に、ある一定開度毎(例えば、電動バルブアクチュエータにおける開度の場合、20,40,60,80%など、これらの間隔は診断時にはいずれかの点を通るよう考慮した点)の予測抵抗値を算出する。   Next, the prediction resistance at every certain opening (for example, in the case of opening in an electric valve actuator, 20, 40, 60, 80%, etc., these intervals are considered to pass at any point at the time of diagnosis) Calculate the value.

算出は出力抵抗値の最大、最小値の線形補間とし、それらの値をRo,20%,Ro,40%,…とする。別途、装置には前述の一定開度における絶対位置精度を保証できるモジュール(例えば、放射状にスリットの入った円盤を回転角の測定対象に完全固定し、フォトカプラで光の透過を確認するなど)を備えておき、各々の点を保証点と定義する。 The calculation is performed by linear interpolation of the maximum and minimum output resistance values, and these values are Ro, 20 %, Ro, 40 %,. Separately, the device has a module that can guarantee the absolute position accuracy at the above-mentioned fixed opening (for example, a disk with radial slits is completely fixed to the rotation angle measurement target, and light transmission is confirmed with a photocoupler) And each point is defined as a guarantee point.

診断はいずれかの保証点を通過したときから開始し、動作状態における出力抵抗値Rを計測するとともにそのときの予測値R’を前記(1)式で求める(図8参照)。   Diagnosis starts when one of the guarantee points is passed, and the output resistance value R in the operating state is measured, and the predicted value R ′ at that time is obtained by the equation (1) (see FIG. 8).

そして、計測した出力抵抗値Rとその時の予測値R’とから|R−R’|を求め、この|R−R’|と予め定められている閾値ΔRthとを比較し、|R−R’|>ΔRthであった場合に直線性を失ったと判断する。なお、出力抵抗値Rは、前述した「(2)接触抵抗値rの測定」および「(3)端子間抵抗値RA-C,RB-Cの測定」により、算出する。 Then, | R−R ′ | is obtained from the measured output resistance value R and the predicted value R ′ at that time, and | R−R ′ | is compared with a predetermined threshold value ΔRth. If “|> ΔRth”, it is determined that the linearity is lost. The output resistance value R is calculated by the above-mentioned “(2) Measurement of contact resistance value r” and “(3) Measurement of inter-terminal resistance values R AC and R BC ”.

〔抵抗値の変化の診断の詳細〕
全抵抗値RA-Bを定時測定し、ある閾値を超えたとき、劣化していると判断する。全抵抗値RA-Bの測定の方法は前述した「(1)全抵抗値RA-Bの測定」による。
[Details of diagnosis of resistance change]
The total resistance value R AB is measured on a regular basis, and when a certain threshold value is exceeded, it is determined that the resistance value is deteriorated. The method of measuring the total resistance value R AB is based on the above-mentioned “(1) Measurement of the total resistance value R AB ”.

〔回転トルクの増大の診断の詳細〕
はじめに装置からポテンショメータ1を取り除き、モータを駆動し、過渡状態における角加速度dωo/dtを回転計などを使って、計測する。ポテンショメータ軸換算の角加速度はギア比をiとすると、
dωp,o/dt=(1/i)・dωo/dt ・・・・(9)
となる。
[Details of diagnosis of increase in rotational torque]
First, the potentiometer 1 is removed from the apparatus, the motor is driven, and the angular acceleration dωo / dt in a transient state is measured using a tachometer or the like. If the gear ratio is i, the angular acceleration converted to the potentiometer axis is
dωp, o / dt = (1 / i) · dωo / dt (9)
It becomes.

ポテンショメータ1を装置に組み込む。装置組込み後のポテンショメータ1の過渡状態における角加速度dωa/dtを下記のように求める。例えば、全抵抗値1kΩ、回転角度320゜のポテンショメータがある時刻から微小時間0.1sおきに21,22,24Ωと変化した場合、差分法で図9のように抵抗値の変化速度、加速度を求めることができる。よって、このときのポテンショメータの加速度は、
dωa/dt=50×(320×π/180)/10000=2.79e-003〔rad/s〕
となる。
The potentiometer 1 is incorporated in the apparatus. The angular acceleration dωa / dt in the transient state of the potentiometer 1 after incorporation of the device is obtained as follows. For example, when the potentiometer with a total resistance value of 1 kΩ and a rotation angle of 320 ° changes from 21 to 21, 22, 24 Ω every 0.1 s from a certain time, the change rate and acceleration of the resistance value are calculated by the differential method as shown in FIG. Can be sought. Therefore, the acceleration of the potentiometer at this time is
dωa / dt = 50 × (320 × π / 180) /10000=2.79 e-003 [rad / s]
It becomes.

ここで、ポテンショメータ1の負荷トルクがない場合の角運動方程式は、
Ip・(dωp,o/dt)=T ・・・・(10)
ここに、Tはポテンショメータ1を駆動するトルク、Ipはポテンショメータ単体のイナーシャ(メーカより入手、固定値)とする。
Here, the angular motion equation when there is no load torque of the potentiometer 1 is
Ip · (dωp, o / dt) = T (10)
Here, T is a torque for driving the potentiometer 1, and Ip is inertia of the potentiometer alone (obtained from the manufacturer, fixed value).

一方、ポテンショメータ1の負荷トルクがある場合の角運動方程式は、
Ip・(dωa/dt)=T−Tp ・・・・(11)
(10),(11)式よりポテンショメータ1の負荷トルクTpは次式のように求めることができる。
Tp=Ip・(dωp,o/dt−dωp/dt) ・・・・(12)
On the other hand, when there is a load torque of the potentiometer 1, the angular motion equation is
Ip · (dωa / dt) = T−Tp (11)
From the equations (10) and (11), the load torque Tp of the potentiometer 1 can be obtained as the following equation.
Tp = Ip. (Dωp, o / dt−dωp / dt) (12)

ここで、過渡状態においては図10のように
dωp,o/dt>dωo/dt、dωp,o/dt≠0、dωo/dt≠0
であるから、電源周波数に連動して回転系全体の角速度が定常状態では一定速度となるような装置においてもTpを算出することができる。
これらのTpを時々刻々、計測・算出して一定のしきい値Tpthを超えるときに回転トルクが増大したと判断する。
Here, in the transient state, as shown in FIG. 10, dωp, o / dt> dωo / dt, dωp, o / dt ≠ 0, dωo / dt ≠ 0.
Therefore, Tp can be calculated even in an apparatus in which the angular velocity of the entire rotating system is constant in a steady state in conjunction with the power supply frequency.
These Tp are measured and calculated from moment to moment, and it is determined that the rotational torque has increased when a certain threshold value Tpth is exceeded.

なお、上述した実施の形態では、「ノイズの発生」、「直線性の劣化」、「抵抗値の変化」、「回転トルクの増大」の順番で段階的に診断して行くようにしたが、「直線性の劣化」だけを診断するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the diagnosis is made in stages in the order of “generation of noise”, “deterioration of linearity”, “change in resistance value”, and “increase in rotational torque”. Only “deterioration of linearity” may be diagnosed.

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
[Extension of the embodiment]
The present invention has been described above with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the technical idea of the present invention.

1…ポテンショメータ、1−1…摺動子、1−2…抵抗体、1−3…接触抵抗、2…ポテンショメータ劣化診断装置、3…診断結果表示装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Potentiometer, 1-1 ... Slider, 1-2 ... Resistor, 1-3 ... Contact resistance, 2 ... Potentiometer deterioration diagnostic apparatus, 3 ... Diagnosis result display apparatus.

Claims (1)

ポテンショメータの動作状態における出力抵抗値Rを計測し、この計測した出力抵抗値Rと予測値R’とを比較し、その比較結果に基づいて前記ポテンショメータの故障に至るまでの性能の劣化の1つとして入出力間の直線性の劣化を診断するポテンショメータの劣化診断方法であって、The output resistance value R in the operating state of the potentiometer is measured, and the measured output resistance value R and the predicted value R ′ are compared. Based on the comparison result, one of the performance deteriorations until the potentiometer fails. A potentiometer degradation diagnosis method for diagnosing degradation of linearity between input and output,
前記ポテンショメータの可動範囲における出力抵抗値の最大値および最小値をRo,maxおよびRo,minとし、The maximum and minimum output resistance values in the movable range of the potentiometer are Ro, max and Ro, min,
予め定められた保証点を通過してからの動作時間をtとし、Let t be the operating time after passing a predetermined guarantee point,
前記最大値Ro,maxから前記最小値Ro,minまでの動作時間をtmaxとし、The operating time from the maximum value Ro, max to the minimum value Ro, min is tmax,
前記保証点における出力抵抗値をRo,x%として、Assuming that the output resistance value at the guaranteed point is Ro, x%,
前記予測値をR’=〔(Ro,max−Ro,min)/tmax〕・t+Ro,x%として求め、The predicted value is determined as R ′ = [(Ro, max−Ro, min) / tmax] · t + Ro, x%,
|R−R’|が予め定められている所定の閾値を超えたときに直線性を失ったと判断するWhen | R−R ′ | exceeds a predetermined threshold value, it is determined that the linearity is lost.
ことを特徴とするポテンショメータの劣化診断方法。A method for diagnosing deterioration of a potentiometer.
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