JP6092129B2

JP6092129B2 - 温度計測システムおよび温度計測器

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Publication number: JP6092129B2
Application number: JP2014005629A
Authority: JP
Inventors: 真樹三井
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: TWI529377B; JP2015135238A; CN104792431A; TW201530106A; US20150198486A1; US9683900B2

Description

本発明は、温度計測技術に関し、特に温度センサと温度計測器とを接続する信号線の接続状況を検査するための接続状況検査技術に関する。

測温抵抗素子を用いた温度センサで温度を計測する技術として、３線式温度計測技術が提案されている（例えば、特許文献１−２など参照）。
この３線式温度計測技術は、測温抵抗素子が格納されている温度センサと温度計測器とを３本の信号線で接続し、これら信号線を介して温度計測器から測温抵抗素子へ定電流を供給することにより温度を計測する温度計測技術である。

特開平０９−１０５６８１号公報特開２０１２−２４２２９４号公報

図６は、一般的な３線式温度計測システムの配線例である。このような３線式温度計測システムを用いて、工業プラントや建物などの施設内の温度を計測する際、図６に示すように、プロセスルームの各所に設置された温度センサからの信号線として多芯束線を用いて、多チャンネル入力機器や計測機器とともにコントロールルームに配置された温度計測器まで配線することになる。
したがって、温度計測器が多チャンネル対応の場合には、例えば１０個の温度センサからの合計３０本の信号線を、共通の温度計測器に設けられたチャンネルごとのポートにそれぞれ接続することになる。このため、信号線が誤りなく対応するチャンネルのポートに接続されているかどうかを確認する必要がある。

しかしながら、通常、温度計測器はコントロールルームに設置されるため、従来は、遠く離れた温度センサの設置場所とコントロールルームとにそれぞれ作業者を配置して、導通テスターなどの検査装置を用いて、信号線ごとに接続を確認する作業を行っていた。
このため、温度センサの接続確認に多くの時間と作業負担がかかるという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、温度センサの接続確認に要する時間と作業負担を大幅に削減できる接続確認技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる温度計測システムは、測温抵抗素子を有する温度センサと、前記測温抵抗素子の一端に接続された第１の信号線と、前記測温抵抗素子の他端に接続された第２および第３の信号線とを介して、前記測温抵抗素子に定電流を供給し、前記第１の信号線と第２の信号線と間に生じた電圧差に基づいて計測温度を出力する温度計測器とを備える温度計測システムであって、前記温度計測器は、前記第１の信号線から前記温度センサの前記測温抵抗素子を介して前記第３の信号線へ戻る第１の定電流を供給する第１の定電流源と、前記第２の信号線から前記第３の信号線へ戻る第２の定電流を供給する第２の定電流源と、前記第１の定電流源から前記第１の信号線への前記第１の定電流の供給と、前記第２の定電流源から前記第２の信号線への前記第２の定電流の供給とを制御する検査スイッチとを有し、前記温度センサは、前記第３の信号線から当該温度計測器へ戻るリターン電流の有無を検出して報知する電流検出報知部を有し、前記検査スイッチは、温度計測時、前記第１および第２の定電流を前記第１および第２の信号線へそれぞれ供給し、前記第１、第２、および第３の信号線の接続状況を検査する際、前記第１の定電流と第２の定電流との供給を一時停止して前記電流検出報知部からの報知内容を変化させるようにしたものである。

また、本発明にかかる温度計測器は、温度センサの測温抵抗素子の一端に接続された第１の信号線と、前記測温抵抗素子の他端に接続された第２および第３の信号線とを介して、前記測温抵抗素子に定電流を供給し、前記第１の信号線と第２の信号線と間に生じた電圧差に基づいて計測温度を出力する温度計測器であって、前記第１の信号線から前記温度センサの前記測温抵抗素子を介して前記第３の信号線へ戻る第１の定電流を供給する第１の定電流源と、前記第２の信号線から前記第３の信号線へ戻る第２の定電流を供給する第２の定電流源と、前記第１の定電流源から前記第１の信号線への前記第１の定電流の供給と、前記第２の定電流源から前記第２の信号線への前記第２の定電流の供給とを制御する検査スイッチとを備え、前記検査スイッチは、温度計測時、前記第１および第２の定電流を前記第１および第２の信号線へそれぞれ供給し、前記第１、第２、および第３の信号線の接続状況を検査する際、前記第１の定電流と第２の定電流の供給を一時停止することにより、前記温度センサに設けられて前記第３の信号線から当該温度計測器へ戻るリターン電流の有無を検出して報知する電流検出報知部からの報知内容を変化させるようにしたものである。

本発明によれば、検査スイッチのオン／オフ切り替えに応じて電流検出報知部からの報知内容が変化するかどうかにより、信号線が正常に接続されているかどうかを確認でき、温度センサの接続確認に要する時間と作業負担を大幅に削減できる。

第１の実施の形態にかかる温度計測システムの構成を示すブロック図である。電流検出報知部の構成例である。接続状況検査時における携帯端末の操作画面例である。接続状況検査時における検査スイッチの切替制御を示すタイミングチャートである。第２の実施の形態にかかる温度計測システムの構成を示すブロック図である。一般的な３線式温度計測システムの配線例である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる温度計測システム１について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる温度計測システムの構成を示すブロック図である。

この温度計測システム１は、工業プラントや建物などの施設での温度計測に用いられる計測システムであり、複数の温度センサ２０と、これら温度センサ２０に格納されている測温抵抗素子ＰＴの両端の電圧差に基づき温度を計測する温度計測器１０とから構成されている。

温度計測器１０は、遠隔制御システムで広く用いられるコントローラからなり、主な機能部として、複数の検出部１１、制御部１２、および通信Ｉ／Ｆ部１３が設けられている。
検出部１１は、温度センサ２０ごとに設けられており、３本の信号線Ｌ１（第１の信号線），Ｌ２（第２の信号線），Ｌ３（第３の信号線）を介して対応する温度センサ２０と接続されている。具体的には、検出部１１の端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を介して温度センサ２０の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３とそれぞれ個別に接続されている。

検出部１１には、主な回路構成として、定電流源ＩＳ１，ＩＳ２（第１および第２の定電流源）、検査スイッチＳＷ、オペアンプＯＰＡ、およびＡ／Ｄ変換器ＡＤＣが設けられている。
定電流源ＩＳ１は、電源電位ＶＣから端子Ｔ１を介して測温抵抗素子ＰＴの一端に接続された信号線Ｌ１に対して、端子Ｐ１から定電流Ｉ１（第１の定電流）を供給する機能を有している。
定電流源ＩＳ２は、電源電位ＶＣから端子Ｔ２を介して測温抵抗素子ＰＴの他端に接続された信号線Ｌ２に対して、端子Ｐ２から定電流Ｉ２（第２の定電流）を供給する機能を有している。
また、端子Ｔ３に接続された信号線Ｌ３は、端子Ｐ３を介して検出部１１内で接地電位ＧＮＤに接続されている。

検査スイッチＳＷは、温度計測時、制御部１２により導通（オン）状態に制御されて、定電流Ｉ１，Ｉ２を定電流源ＩＳ１，ＩＳ２から信号線Ｌ１，Ｌ２へそれぞれ供給し、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の接続状況を検査する際、制御部１２により遮断（オフ）状態に制御されて、定電流Ｉ１，Ｉ２の供給を一時停止する機能を有している。

オペアンプＯＰＡは、端子Ｐ１，Ｐ２に接続されている信号線Ｌ１，Ｌ２間に生じた電圧差Ｖｄを検出増幅することにより、温度に応じて変化する計測信号を出力する機能を有している。
Ａ／Ｄ変換器ＡＤＣは、オペアンプＯＰＡから出力された計測信号を計測データにＡ／Ｄ変換し、制御部１２へ出力する機能を有している。

制御部１２は、各検出部１１から出力された計測データを検出し、これら計測データに応じた温度データを通信Ｉ／Ｆ部１３から上位装置（図示せず）へ出力する機能と、温度計測時には検査スイッチＳＷを導通状態に制御し、接続状況検査時には検査スイッチＳＷを遮断状態に制御する機能とを有している。
通信Ｉ／Ｆ部１３は、各温度センサ２０で検出された温度に基づき各種の制御処理を行う上位装置や、接続状況検査時に用いられる携帯端末３０などの各種外部装置とデータ通信を行う機能を有している。

温度センサ２０には、主な機能部として、測温抵抗素子ＰＴと電流検出報知部ＤＮとが設けられている。
測温抵抗素子ＰＴは、一端が端子Ｔ１を介して信号線Ｌ１に接続され、他端が端子Ｔ２を介して信号線Ｌ２に接続されており、周囲の温度に応じて抵抗値を変化させる機能を有している。
電流検出報知部ＤＮは、入力端が測温抵抗素子ＰＴの他端に接続され、出力端が端子Ｔ３を介して信号線Ｌ３に接続されて、信号線Ｌ３から温度計測器１０へ戻るリターン電流Ｉ３の有無を検出して報知する機能を有している。

本実施の形態は、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の接続状況を検査する際、携帯端末３０から指示された検出部１１の検査スイッチＳＷを制御部１２により遮断状態に制御して、温度センサ２０に対する定電流Ｉ１，Ｉ２の供給を一時停止させて、温度センサ２０から信号線Ｌ３を介して温度計測器１０へ戻るリターン電流Ｉ３を一時停止することにより、電流検出報知部ＤＮからの報知内容を変化させるようにしたものである。これにより、検査スイッチＳＷのオン／オフに応じたリターン電流Ｉ３の有無が電流検出報知部ＤＮから報知されるか否かに応じて、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の接続状況に関する正常／異常を確認できる。

［温度計測動作］
まず、温度計測システム１による温度計測動作について説明する。
温度計測時、制御部１２は、検出部１１の検査スイッチＳＷを導通状態に制御して、定電流源ＩＳ１，ＩＳ２から信号線Ｌ１，Ｌ２へ定電流Ｉ１，Ｉ２を供給する。これにより、温度センサ２０に対して定電流Ｉ１，Ｉ２が供給され、これらが合算されたリターン電流Ｉ３が、信号線Ｌ３を介して接地電位ＧＮＤに流れる。

信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３には、長さに応じた配線抵抗ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３が発生する。ここで、測温抵抗素子ＰＴの抵抗値をＲとした場合、オペアンプＯＰＡの入力端における信号線Ｌ１の電位Ｖ１および信号線Ｌ２の電位Ｖ２は、次の式（１），（２）のように表させる。
Ｖ１＝Ｉ１×（ＲＬ１＋Ｒ）＋（Ｉ１＋Ｉ２）×ＲＬ３ …（１）
Ｖ２＝Ｉ２×ＲＬ２＋（Ｉ１＋Ｉ２）×ＲＬ３ …（２）

この際、Ｉ１，Ｉ２をほぼ等しくさせ、かつ、一般的にはＲＬ１，ＲＬ２がほぼ等しいと見なせるため、ＲＬ１＝ＲＬ２＝ＲＬとし、Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉとした場合、Ｖ１，Ｖ２は、次の式（３），（４）のようになる。
Ｖ１＝Ｉ×（ＲＬ＋Ｒ）＋２Ｉ×ＲＬ３ …（３）
Ｖ２＝Ｉ×ＲＬ＋２Ｉ×ＲＬ３ …（４）

したがって、オペアンプＯＰＡの入力端における電圧差Ｖｄ＝Ｖ１−Ｖ２は、次の式（５）で求められる。
Ｖｄ＝ＩＲ …（５）
これにより、Ｉ＝Ｉ１＝Ｉ２が一定であれば、測温抵抗素子ＰＴの抵抗値Ｒの変化に比例して、オペアンプＯＰＡの入力端における電圧差Ｖｄが変化することになる。したがって、ＶｄをオペアンプＯＰＡで検出して増幅すれば、抵抗値Ｒの変化、すなわち温度変化に応じた電圧を有する計測信号を得ることができる。

［接続状況検査動作］
次に、温度計測システム１による接続状況検査動作について説明する。
図１に示すように、温度センサ２０において、信号線Ｌ１，Ｌ２から供給された定電流Ｉ１，Ｉ２は、リターン電流Ｉ３として信号線Ｌ３から温度計測器１０へ戻り、このリターン電流Ｉ３は、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の接続状況が正しい場合、常に一定の値となる。また、式（５）には、信号線Ｌ３の配線抵抗ＲＬ３が含まれておらず、配線抵抗ＲＬ３だけが増大しても、温度計測には影響しない。

本発明は、このようなリターン電流Ｉ３および配線抵抗ＲＬ３の特徴に着目し、温度センサ２０の他端と信号線Ｌ３との間に電流検出報知部ＤＮを設けるとともに、検出部１１に検査スイッチＳＷを設け、接続状況検査時に、制御部１２により検査スイッチＳＷを遮断状態に制御して、定電流Ｉ１，Ｉ２の供給を一時停止することにより、電流検出報知部ＤＮを動作させるようにしたものである。

図２は、電流検出報知部の構成例である。ここでは、電流検出報知部ＤＮとして、アノード端子が測温抵抗素子ＰＴの他端に接続され、カソード端子が信号線Ｌ３に接続された電流検出ＬＥＤが設けられている。これにより、検査スイッチＳＷが導通状態となってリターン電流Ｉ３が流れることにより電流検出ＬＥＤが発光してリターン電流Ｉ３の検出ありが報知され、検査スイッチＳＷが遮断状態となってリターン電流Ｉ３が停止されることにより電流検出ＬＥＤが消灯してリターン電流Ｉ３の検出なしが報知される。

図３は、接続状況検査時における携帯端末の操作画面例である。図４は、接続状況検査時における検査スイッチの切替制御を示すタイミングチャートである。
接続状況検査時、温度センサ２０の設置場所に出向いた作業者が、図４に示した携帯端末３０の操作画面で、任意のチャンネルを選択することにより、選択されたチャンネルに接続されている温度センサ２０の接続状況検査が開始される。

例えば、チャンネルＣＨ１が選択操作された場合、図４に示すように、携帯端末３０から温度計測器１０に対して、ＣＨ１の検査を指示する検査開始信号が出力される。
温度計測器１０の制御部１２は、通信Ｉ／Ｆ部１３を介して携帯端末３０からの検査開始信号を受信し、検査開始信号で指示されたＣＨ１と対応する検出部１１に対して、予め設定されている検査期間Ｗにわたって検査スイッチＳＷのオン／オフを繰り返す制御信号を出力する。

したがって、検査スイッチＳＷのオン／オフ切り替えに応じて電流検出ＬＥＤが点灯／消灯してリターン電流Ｉ３の有無を示す報知内容が変化すれば、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が正常に接続されていることが確認できる。
また、検査スイッチＳＷのオン／オフしても電流検出ＬＥＤが点灯または消灯のままとなり、リターン電流Ｉ３の有無を示す報知内容が変化しない場合には、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が正常に接続されていないことが確認できる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、定電流源ＩＳ１から信号線Ｌ１への定電流Ｉ１の供給と、定電流源ＩＳ２から信号線Ｌ２への定電流Ｉ２の供給とを制御する検査スイッチＳＷを備え、この検査スイッチＳＷが、温度計測時、定電流Ｉ１，Ｉ２を信号線Ｌ１，Ｌ２へそれぞれ供給し、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の接続状況を検査する際、定電流Ｉ１，Ｉ２の供給を一時停止することにより、温度センサ２０に設けられて信号線Ｌ３から温度計測器１０へ戻るリターン電流Ｉ３の有無を検出して報知する電流検出報知部ＤＮからの報知内容を変化させるようにしたものである。

これにより、検査スイッチＳＷのオン／オフ切り替えに応じて電流検出報知部ＤＮからの報知内容が変化するかどうかにより、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が正常に接続されているかどうかを確認でき、温度センサ２０の接続確認に要する時間と作業負担を大幅に削減できる。

また、本実施の形態によれば、電流検出報知部ＤＮがリターン電流Ｉ３の有無を検出して報知するようにしたので、温度計測時における信号線Ｌ１，Ｌ２間の電圧差に対する電流検出報知部ＤＮの影響を抑止することができ、温度計測精度を低下させることなく、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の接続状況を検査することができる。

［第２の実施の形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる温度計測システム１について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる温度計測システムの構成を示すブロック図である。
第１の実施の形態では、電流検出報知部ＤＮを温度センサ２０に設けた場合を例として説明したが、本実施の形態では、電流検出報知部ＤＮを温度計測器１０の各検出部１１に設けた場合について説明する。

図５に示すように、本実施の形態において、温度計測器１０の各検出部１１には、入力端が端子Ｔ３を介して信号線Ｌ３に接続され、出力端が接地電位ＧＮＤに接続されて、信号線Ｌ３から接地電位ＧＮＤへ流れるリターン電流Ｉ３の有無を検出して報知する電流検出報知部ＤＮが設けられている。
また、温度センサ２０において、測温抵抗素子ＰＴの他端が端子Ｔ３を介して信号線Ｌ３に接続されている。
本実施の形態にかかる温度計測システム１のうち、このほかの構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

これにより、検査スイッチＳＷのオン／オフ切り替えに応じたリターン電流Ｉ３の有無が、温度センサ２０ではなく温度計測器１０の検出部１１で報知される。これにより、接続状況検査時、作業者が温度センサ２０の設置場所に出向く必要がなく、作業負担を大幅に削減できる。

また、携帯端末３０からの検査開始信号に応じて、各チャンネルの検出部１１に対して、順に制御信号を出力するようにしてもよく、これにより、各チャンネルに接続されている温度センサ２０との接続状況を自動検査することができる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施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、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

また、図２の例では、電流検出報知部ＤＮにおいて、リターン電流Ｉ３のすべてが電流検出ＬＥＤを流れる構成となっているが、リターン電流Ｉ３の大きさが電流検出ＬＥＤの定格電流値を越える場合には、抵抗素子などを用いて電流検出ＬＥＤへ流れる電流を分流するようにしてもよい。
また、電流検出ＬＥＤに代えて、リターン電流Ｉ３の有無に応じて表示出力あるいは音声出力が変化する素子や回路部を用いてもよい。
また、電流検出報知部ＤＮにおいて、リターン電流Ｉ３の有無ではなく、リターン電流Ｉ３の電流値を予め設定した判定用しきい値と比較し、その比較結果に応じた報知内容を出力するようにしてもよい。これにより、信号線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の接続状況をより正確に判断することができる。

１…温度計測システム、１０…温度計測器、１１…検出部、１２…制御部、１３…通信Ｉ／Ｆ部、２０…温度センサ、３０…携帯端末、ＩＳ１…定電流源（第１の定電流源）、ＩＳ２…定電流源（第２の定電流源）、ＳＷ…検査スイッチ、Ｌ１…信号線（第１の信号線）、Ｌ２…信号線（第２の信号線）、Ｌ３…信号線（第３の信号線）、ＯＰＡ…オペアンプ、ＡＤＣ…Ａ／Ｄ変換器、ＰＴ…測温抵抗素子、ＤＮ…電流検出報知部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…端子、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３…端子、Ｉ１…定電流（第１の定電流），Ｉ２…定電流（第２の定電流）、Ｉ３…リターン電流、Ｖ１，Ｖ２…電位、Ｖｄ…電圧差、ＲＬ１，ＲＬ２，ＲＬ３…配線抵抗、ＶＣ…電源電位、ＧＮＤ…接地電位。

Claims

測温抵抗素子を有する温度センサと、前記測温抵抗素子の一端に接続された第１の信号線と、前記測温抵抗素子の他端に接続された第２および第３の信号線とを介して、前記測温抵抗素子に定電流を供給し、前記第１の信号線と第２の信号線と間に生じた電圧差に基づいて計測温度を出力する温度計測器とを備える温度計測システムであって、
前記温度計測器は、
前記第１の信号線から前記温度センサの前記測温抵抗素子を介して前記第３の信号線へ戻る第１の定電流を供給する第１の定電流源と、
前記第２の信号線から前記第３の信号線へ戻る第２の定電流を供給する第２の定電流源と、
前記第１の定電流源から前記第１の信号線への前記第１の定電流の供給と、前記第２の定電流源から前記第２の信号線への前記第２の定電流の供給とを制御する検査スイッチとを有し、
前記温度センサは、前記第３の信号線から当該温度計測器へ戻るリターン電流の有無を検出して報知する電流検出報知部を有し、
前記検査スイッチは、温度計測時、前記第１および第２の定電流を前記第１および第２の信号線へそれぞれ供給し、前記第１、第２、および第３の信号線の接続状況を検査する際、前記第１の定電流と第２の定電流との供給を一時停止して前記電流検出報知部からの報知内容を変化させる
ことを特徴とする温度計測システム。
温度センサの測温抵抗素子の一端に接続された第１の信号線と、前記測温抵抗素子の他端に接続された第２および第３の信号線とを介して、前記測温抵抗素子に定電流を供給し、前記第１の信号線と第２の信号線と間に生じた電圧差に基づいて計測温度を出力する温度計測器であって、
前記第１の信号線から前記温度センサの前記測温抵抗素子を介して前記第３の信号線へ戻る第１の定電流を供給する第１の定電流源と、
前記第２の信号線から前記第３の信号線へ戻る第２の定電流を供給する第２の定電流源と、
前記第１の定電流源から前記第１の信号線への前記第１の定電流の供給と、前記第２の定電流源から前記第２の信号線への前記第２の定電流の供給とを制御する検査スイッチとを備え、
前記検査スイッチは、温度計測時、前記第１および第２の定電流を前記第１および第２の信号線へそれぞれ供給し、前記第１、第２、および第３の信号線の接続状況を検査する際、前記第１の定電流と第２の定電流の供給を一時停止することにより、前記温度センサに設けられて前記第３の信号線から当該温度計測器へ戻るリターン電流の有無を検出して報知する電流検出報知部からの報知内容を変化させる
ことを特徴とする温度計測器。