JP5972610B2 - 抵抗発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗発生装置に関し、さらに詳しく言えば、測温抵抗体型温度計等の抵抗計の校正や動作確認に使用される抵抗発生装置に関するものである。

近年では、抵抗計を校正するにあたって、固体の標準抵抗器に代えて、電子的手段を用いて仮想の抵抗を等価的に発生させる抵抗発生装置が用いられるようになっている。特許文献１には、その等価抵抗のみならず、電圧，電流等の電気量をそれぞれ任意の値で発生させる電気量発生装置が提案されており、その構成を図２に示す。

この電気量発生装置は、基本的な構成として、設定値Ｄに対応したパルス幅と入力電圧とを乗算する乗算形Ｄ／Ａ変換器３０と、Ｄ／Ａ変換器３０より発生する電圧，電流または等価抵抗に対応した電圧を取り出す出力端子５１，５２と、電圧または電流発生時にＤ／Ａ変換器３０に接続される基準電圧源１０と、等価抵抗の発生時に出力端子５１，５２より流入される抵抗計からの測定用電流Ｉｍを電圧に変換してＤ／Ａ変換器３０に加える電流−電圧変換器７０とを備えている。なお、４０は出力回路、６０は出力切換回路である。

抵抗発生時（抵抗計の校正時）には、設定値Ｄとして所定の模擬抵抗値ＲがＤ／Ａ変換器３０に入力され、スイッチ２０が電流−電圧変換器７０側の接点２２に切り換えられるとともに、出力端子間５１，５２に図示しない抵抗計が接続され、その抵抗計が有する定電流源ＩＳより供給される測定用電流Ｉｍが電流−電圧変換器７０にて電圧に変換されてＤ／Ａ変換器３０に入力される。

これにより、Ｄ／Ａ変換器３０よりＲ×Ｉｍなる電圧Ｖｏｕｔが出力回路４０を介して出力端子５１，５２に出力されることから、固体の標準抵抗器を用いることなく、模擬抵抗値（仮想抵抗値）Ｒにて、抵抗計の校正や動作確認等を行うことができる。

特開平９−１６０６５９号公報

特許文献１に記載された電気量発生装置では、Ｄ／Ａ変換器３０に乗算形のものを使用しているが、現在市販されている乗算形Ｄ／Ａ変換器は、きわめて種類が少なく選択肢がほとんどないため、設計上の制約となっている。また、時分割乗算形Ｄ／Ａ変換器は、応答速度が比較的低速である。

一方、測温抵抗体を使用する温度計（測温抵抗体型温度計）では、測温抵抗体に電流を流すことによる自己発熱の影響を低減するため、多くの場合、測定電流を矩形波状にしているが、このような温度計の校正には、出力応答の遅い発生器は好ましくない。

したがって、本発明の課題は、模擬抵抗値と測定用電流との乗算を行う演算部に、選択肢が広く入手が容易な電子部品を採用して設計の自由度を高めるとともに出力応答が速い、特に測温抵抗体型温度計の校正に好適な抵抗発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、被校正機器である抵抗計に対して所定の模擬抵抗値Ｒを設定し、上記抵抗計が有する電流源から供給される測定用電流ＩＭと上記模擬抵抗値Ｒとの積である電圧Ｖｏｕｔ（＝ＩＭ×Ｒ）を出力して上記抵抗計に与える抵抗発生装置において、
上記抵抗計が接続され、上記抵抗計から上記測定用電流ＩＭが入力されるとともに、上記抵抗計に対して上記電圧Ｖｏｕｔを出力する一対の出力端子と、上記模擬抵抗値Ｒが設定され、その模擬抵抗値Ｒをデジタル値として出力する抵抗値設定部と、上記抵抗値設定部から出力される上記模擬抵抗値Ｒと上記抵抗計から入力される上記測定用電流ＩＭのＡ／Ｄ変換値とを乗算して上記一対の出力端子に上記電圧Ｖｏｕｔを出力するマイクロコンピュータからなる演算部とを備え、
上記測定用電流ＩＭが矩形波であり、上記演算部の入力側と上記一方の出力端子との間に、上記測定用電流ＩＭを電圧に変換する電流−電圧変換器、ピーク値検出回路およびＡ／Ｄ変換器を直列に含む入力側回路が接続され、上記演算部の出力側と上記他方の出力端子との間には、Ｄ／Ａ変換器と出力スイッチを直列に含む出力側回路が接続されているとともに、上記矩形波の立ち上がり，立ち下がりの各エッジもしくはハイレベル，ローレベルの各レベルを検出して上記出力スイッチのオン，オフを制御するスイッチ制御部をさらに備え、上記出力端子間に上記測定用電流ＩＭと同期した矩形波の上記電圧Ｖｏｕｔが現れるようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、模擬抵抗値と測定用電流との乗算を乗算形Ｄ／Ａ変換器ではなく、選択肢が広く入手が容易なマイクロコンピュータにて行うようにしたことにより、演算部を含む設計の自由度が高められる。

また、抵抗計から供給される測定用電流が矩形波の場合、高速応答性が求められるが、その高速応答性に関わる部分をピーク値検出回路と、矩形波の立ち上がりでオン，立ち下がりでオフする出力スイッチで受け持つようにしたことにより、Ａ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器を比較的低速で安価な変換器で済ませることができる。

本発明による抵抗発生装置の実施形態を示す模式図。 従来技術に係る抵抗発生機能を含む電気量発生装置を示す回路図。

次に、図１により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１に示すように、この抵抗発生装置１０は、基本的な構成として、ユーザー（作業者）によって模擬抵抗値Ｒが設定される抵抗値設定部１１と、演算部１２と、一対の出力端子Ｔ１，Ｔ２とを備え、出力端子Ｔ１，Ｔ２間に、被校正機器としての図示しない抵抗計が接続される。

抵抗値設定部１１は、ユーザーにより設定された模擬抵抗値Ｒをデジタル値として演算部１２に与える。模擬抵抗値Ｒは、抵抗発生装置１０の発生許容範囲内から任意に選択される。

出力端子Ｔ１，Ｔ２間に接続される抵抗計は、内部に測定用電流を発生する定電流源を含み、校正時、抵抗発生装置１０に対して出力端子Ｔ１，Ｔ２から定電流の測定用電流ＩＭを供給する。この実施形態において、上記抵抗計は、センサとして測温抵抗体を使用する温度計（測温抵抗体型温度計）で、測定用電流ＩＭは矩形波状の電流である。

演算部１２は、抵抗値設定部１１が接続される第１入力ポート１２ａのほかに、第２入力ポート１２ｂを備え、この実施形態において、第２入力ポート１２ｂと出力端子Ｔ２との間には、電流−電圧変換器１３，ピーク値検出回路１４およびＡ／Ｄ変換器１５を直列に含む入力側回路が接続されている。

電流−電圧変換器１３は、抵抗計からの測定用電流ＩＭを電圧に変換する。したがって、電流−電圧変換器１３からは、測定用電流ＩＭに対応する電圧が出力されるが、説明の便宜上、その出力を測定用電圧ではなく測定用電流ＩＭと言うことがある。

ピーク値検出回路１４は、測定電流ＩＭのピーク値を検出する。Ａ／Ｄ変換器１５は、ピーク値検出回路１４にて検出されたピーク値をデジタル値に変換して、演算部１２の第２入力ポート１２ｂ与える。

演算部１２は、第１入力ポート１２ａから入力される模擬抵抗値Ｒと、第２入力ポート１２ｂから入力される測定電流ＩＭとを乗算（Ｒ×ＩＭ）し、出力ポート１２ｃから電圧Ｖｏｕｔ（＝ＩＭ×Ｒ）を出力するが、本発明では、演算部１２にマイクロコンピュータを用いている。

本明細書においても、マイクロコンピュータは、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等をワンチップ化した所謂ワンチップマイコンと呼ばれるＩＣ（集積回路）と定義される。

この実施形態において、演算部１２の出力ポート１２ｃと出力端子Ｔ１との間には、Ｄ／Ａ変換器１６，出力アンプ１７および出力スイッチ１８を直列に含む出力側回路が接続されている。

Ｄ／Ａ変換器１６は、演算部（マイクロコンピュータ）１２からデジタル値として出力される電圧Ｖｏｕｔ（＝ＩＭ×Ｒ）をアナログ値に変換する。出力アンプ１７は、Ｄ／Ａ変換器１６の出力のレベルを所定に増幅する。

出力スイッチ１８は、電圧Ｖｏｕｔを抵抗計より供給される矩形波の測定用電流ＩＭと同期した矩形波として出力するためのスイッチである。

そのため、この実施形態においては、電流−電圧変換器１３の出力側に、測定用電流ＩＭの立ち上がりと立ち下がりとを検出するコンパレータ１９が接続されており、コンパレータ１９によって出力スイッチ１８のオンオフを制御するようにしている。

すなわち、出力スイッチ１８は、測定用電流ＩＭの立ち上がり時点でオン、立ち下がり時点でオフとなり、これにより、出力スイッチ１８から電圧Ｖｏｕｔが抵抗計より供給される矩形波の測定用電流ＩＭと同期した矩形波として出力される。

なお、別の例として、出力スイッチ１８は、例えば測定用電流ＩＭの立ち上がり時点でオフ，立ち下がり時点でオンとなるように制御されてもよい。また、測定用電流ＩＭのハイレベルでオン，ローレベルでオフもしくはハイレベルでオフ，ローレベルでオンとなるように制御されてもよい。

次に、この実施形態に係る抵抗発生装置１０の一連の動作について説明する。

まず、ユーザーにより抵抗値設定部１１に所定の模擬抵抗値Ｒが設定される。また、出力端子Ｔ１，Ｔ２に、被校正機器としての図示しない抵抗計（測温抵抗体型温度計）を接続し、その抵抗計から矩形波の測定用電流ＩＭを抵抗発生装置１０に供給する。

測定用電流ＩＭは、電流−電圧変換器１３にて電圧に変換され、ピーク値検出回路１４に入力される。ピーク値検出回路１４は、矩形波信号のピーク値を捕らえて保持する。Ａ／Ｄ変換器１５は、ピーク値検出回路１４から出力されるピーク値をデジタル値に変換し、マイクロコンピュータからなる演算部１２に与える。

演算部１２は、抵抗値設定部１１に設定された模擬抵抗値Ｒと、Ａ／Ｄ変換器１５からの測定用電流ＩＭとから、電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｒ×ＩＭ）を算出し、出力ポート１２ｃから出力する。

電圧Ｖｏｕｔは、Ｄ／Ａ変換器１６でアナログ値に変換され、出力アンプ１７にて所定に増幅されたのち、出力スイッチ１８に入力される。

出力スイッチ１８は、コンパレータ１９により、測定用電流ＩＭの立ち上がり時点でオン、立ち下がり時点でオフとなるため、電圧Ｖｏｕｔは、出力スイッチ１８から測定用電流ＩＭと同期した矩形波として出力される。

このようにして、出力端子Ｔ１，Ｔ２間に、測定用電流ＩＭと同期した矩形波の電圧Ｖｏｕｔが現れることにより、抵抗計側では、この電圧Ｖｏｕｔに基づいて校正や動作確認等が行われる。

上記実施形態の説明から分かるように、本発明によれば、模擬抵抗値Ｒと測定用電流ＩＭとの乗算を乗算形Ｄ／Ａ変換器ではなく、選択肢が広く入手が容易なマイクロコンピュータにて行うようにしたことにより、演算部１２を含む設計の自由度が高められる。

また、抵抗計から供給される測定用電流ＩＭが矩形波の場合、高速応答性が求められるが、その高速応答性に関わる部分をピーク値検出回路１４と、矩形波の立ち上がりでオン，立ち下がりでオフする出力スイッチ１８で受け持つようにしたことにより、Ａ／Ｄ変換器１５およびＤ／Ａ変換器１６を比較的低速で安価な変換器で済ませることができる。

なお、上記実施形態では、抵抗計側から供給される測定用電流ＩＭを矩形波としているが、測定用電流ＩＭは、リニアな定電流であってもよく、この場合には、ピーク値検出回路１４や出力スイッチ１８，コンパレータ１９は省略されてもよい。

１０ 抵抗発生装置
１１ 抵抗値設定部
１２ 演算部（マイクロコンピュータ）
１３ 電流−電圧変換器
１４ ピーク値検出回路
１５ Ａ／Ｄ変換器
１６ Ｄ／Ａ変換器
１７ 出力アンプ
１８ 出力スイッチ
１９ コンパレータ
Ｔ１，Ｔ２ 出力端子

Claims (1)

1. 被校正機器である抵抗計に対して所定の模擬抵抗値Ｒを設定し、上記抵抗計が有する電流源から供給される測定用電流ＩＭと上記模擬抵抗値Ｒとの積である電圧Ｖｏｕｔ（＝ＩＭ×Ｒ）を出力して上記抵抗計に与える抵抗発生装置において、
   上記抵抗計が接続され、上記抵抗計から上記測定用電流ＩＭが入力されるとともに、上記抵抗計に対して上記電圧Ｖｏｕｔを出力する一対の出力端子と、上記模擬抵抗値Ｒが設定され、その模擬抵抗値Ｒをデジタル値として出力する抵抗値設定部と、上記抵抗値設定部から出力される上記模擬抵抗値Ｒと上記抵抗計から入力される上記測定用電流ＩＭのＡ／Ｄ変換値とを乗算して上記一対の出力端子に上記電圧Ｖｏｕｔを出力するマイクロコンピュータからなる演算部とを備え、
   上記測定用電流ＩＭが矩形波であり、上記演算部の入力側と上記一方の出力端子との間に、上記測定用電流ＩＭを電圧に変換する電流−電圧変換器、ピーク値検出回路およびＡ／Ｄ変換器を直列に含む入力側回路が接続され、上記演算部の出力側と上記他方の出力端子との間には、Ｄ／Ａ変換器と出力スイッチを直列に含む出力側回路が接続されているとともに、上記矩形波の立ち上がり，立ち下がりの各エッジもしくはハイレベル，ローレベルの各レベルを検出して上記出力スイッチのオン，オフを制御するスイッチ制御部をさらに備え、上記出力端子間に上記測定用電流ＩＭと同期した矩形波の上記電圧Ｖｏｕｔが現れるようにしたことを特徴とする抵抗発生装置。
   

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