JPH02203213A - アナログ信号測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、工業計測に好適な、ゼロ点およびスパンの校
正が容易なアナログ信号測定装置に関する。

〔従来の技術〕

工業計測に用いられる種々の装置のひとつに、物理量を
検出する検出部からのアナログ信号を受けて、物理量に
応じた電気信号に変換するアナログ信号測定装置がある
。この測定装置は、旧来、大部分のものがアナログ信号
を直接増幅し、アナログ演算を行うアナログ方式の測定
装置であり、測定機器を見ながら、内蔵のゼロ点および
、スパンの校正用可変抵抗器を操作する方法がとられて
いる。しかしながら、このような方法は、一般にゼロ点
とスパンの相互干渉が生じるため、校正が面倒であり、
かつ可動部を有する可変抵抗器を用いているため安定度
、償頼度の低下要因となっていた。

これらの欠点を解決するものとして、近年、マイクロプ
ロセッサを搭載し可変抵抗器を用いることなくゼロ点、
スパンの校正が可能な測定装置が提案されている。それ
は次の考え方に基づくものである。測定装置の入力をＸ
、入力増幅回路の出力をｙ＋′ａ定装置の出力を２とす
るとき、一般に、入力Ｘと入力増幅回路の出力ｙとの関
係は、（１）式で表わされる。

ｙ＝Ａｘ＋Ｂ　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
（１）式において、Ａは入力増幅回路の利得、Ｂは入力
増幅回路のバイアス量である。ここに、入力Ｘが０％入
力（ｘｏ）であるとき、入力増幅回路の出力ｙがｙｏ、
入力Ｘが１００％入力（ＸＩＧＯ）のとき、入力増幅回
路の出力ｙがｙ　ｉｏｏとすれば、ｙｏ＝Ａｘｏ＋Ｂ　
　　　　　　　　　　　−（２）ｙ　１ｏｏ＝　Ａ　ｘ
　ｚｏｏ＋　Ｂ　　　　　　　　　　−（３）となる。

（２）、　（３）式を整理して（４）、　（５）式を得
る。

Ｘ１００−ＸＯ ｘｔｏｏ−ｘ。

となる。

したがって、利得Ａ、バイアス量Ｂ、および入力増幅回
路の出力ｙが概知であれば、入力Ｘは（６）式より算出
でき、入力Ｘに対応した所望の演算により測定装置出力
２を算出することができることになる。

−Ｂ Ｘ＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（６）すなわち、測定装置に、マイクロプロセッサ
（以後ＭＰＵと称す）を搭載し、利得Ａおよびバイアス
量Ｂの値を予め記憶部（以後メモリーと称す）に記憶し
ておき、ＭＰＵに取込んだ入力増幅回路の出力ｙから、
（６）式に示す演算を施し、入力値Ｘを算出し、入力値
Ｘに対応した測定装置出力Ｚを計算し出力する、ディジ
タル方式の１ｌｌｌ！定装置である。

ここに、利得へを予め記憶させることは、前記アナログ
方式の測定装置のスパン校正に対応し、バイアス量Ｂを
予め記憶させることは、前記アナログ方式の測定装置の
ゼロ点校正に対応するものである。Ａ、およびＢの値は
（２）〜（５）式で示すように、０％入力ｘｏ、および
１００％人力ｘ　ｔｏ。

を測定装置の入力に印加したときの、ＭＰＵに取込んだ
入力増幅回路の出力ｙｏおよびｙｌｏｏより求められる
、したがって校正作業で、上記処理を行い、利得Ａおよ
びバイアス量Ｂの値をメモリーに記憶させておけばよい
。

［発明が解決しようとする課題〕 上記校正方法を採用したディジタル方式の測定装置は、
ゼロ点およびスパン校正を行うのに演算指令を発する操
作手段として、ゼロ点およびスパンそれぞれ個別にスイ
ッチ操作が必要であり、検出端より、ゼロ点またはスパ
ンに相当する信号を入力し、さらに、その信号に該当す
るスイッチ操作を行う必要があり、操作時判断を要し誤
操作が生じるなど、校正時の操作性に問題があった。

本発明の目的は、ゼロ点およびスパン校正を行うのに演
算指令を、ひとつの校正指令のみとし、操作性向上、誤
操作防止を図ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ディジタル方式の測定装置にハードウェア
として、測定／校正モード切換機構を設け、ソフトウェ
アとして、入力増幅回路の利得Ａとバイアス量Ｂの初期
値を予めメモリーに記憶しておくとともに、ＭＰｔＪ取
込値ｙから入力値Ｘを算出し、入力値Ｘに対応する、測
定装置出力２を出力する演算プログラムを内蔵しておき
、測定／校正モード切換機構が、測定側に設定されてた
ときは、前記演算プログラムを実行し、入力値Ｘに対応
した測定装置出力２を出力し、測定／校正モード切換機
構が、校正側に設定されたときは、ＭＰＵ取込値ｙから
算出した入力値Ｘを、予めメモリーに記憶された校正基
準値と比較し、比較結果にもとづき、ゼロ点またはスパ
ンの補正値を算出し、メモリーに記憶し、記憶内容にも
とづいて以後の測定値のゼロ点およびスパン補正を行う
ようにしたことにより達成される。

〔作用〕

通常、入力増幅回路の利得Ａおよびバイアス量Ｂの経年
ドリフトは数パーセント以下である。

（経年ドリフトが、これ以上のものは、安定度が悪く、
測定装置としての性能を満足しない。）したがって、利
得Ａとバイアス量Ｂの初期値を予め、メモリーに記憶し
ておき、ＭＰＵの取込値ｙから算出した装置入力値Ｘと
、装置入力の真値との経年ドリフトによる誤差は、数パ
ーセント以下となる。

そのため、測定／校正モード切換機構を校正側に設定し
たときの校正入力が、０％（ゼロ点）用人力か、１００
％（スパン）用人力かを判定することは、たとえば、上
記ＭＰＵで算出した装置入力値Ｘが０％入力（ｘｏ）、
１００％入力（ｘｔｏｏ）のいずれに近いかという、ソ
フトウェア比較処理を行えば、簡単に可能である。

以上のような理由で、装置校正を行うための演算指令を
発する操作手段として、ゼロ点およびスパンをそれぞれ
個別に設ける必要はなく、校正を指令するひとつの操作
手段のみでよくなり、操作性向上、誤操作防止が図れる
。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。第１図は、測定装置を温度測定装置としたときのハ
ードウェア構成のブロック図、第２図は動作説明図であ
る。第１図において１は温度をアナログ電圧信号に変換
する検出端、２は測定装置校正時、検出端の代わりに検
出端のゼロ点、スパンに相当する信号を発する基準電圧
信号発生器、３は前記１，２の信号を切換える信号切換
機構、４はアナログ電圧信号を増幅する信号増幅器、５
は前記信号増幅器のアナログ信号をディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器、６は各種演算を行うＭＰＵ、７は
補正指令時の測定値や補正演算結果を記憶するメモリー
、８は通常の測定動作と校正動作の切換えを行う測定／
校正モード切換機構、９は測定値を演算した結果を出力
する出力回路である。

信号切換機構３を介して印加される検出端１の出力信号
または、基準電圧信号発生器２の出力信号は、信号増幅
器４で増幅される。信号増幅器４の出力信号は、Ａ／Ｄ
変換器５を介して、ＭＰＵ６に取込まれる。ＭＰＵ６に
おいて、測定／校正モード切換機構８により定まるプロ
グラムが演算実行される。その後、出力回路９を経て出
力される。

以上のように構成された第１図の測定装置の動作を第２
図を用いて説明する。

まず、測定モードの動作について説明する。測定／校正
モード切換機構８の設定１１を行う。この場合、測定値
側に設定する。次に、ＭＰＵ６でモード判定処理１２を
行い、動作モードが測定モードであることを認識する。

次に、切換機構３を検出端１側に設定し、検出端１を選
択１３する。

次に、ＭＰＵ６で、以下の入力値Ｘ。算出処理１４を行
う。ＭＰＵ６の取込値ｙｎから、予めメモリー７に記憶
されているＡ／Ｄ変換器５を含めた信号増幅器４の利得
Ａとバイアス量Ｂを用いて、入力値Ｘｎ　を（７）式に
より求める。

次に、入力値Ｘｎに対応した出力値Ｚ。算出処理１５を
行う。測定装置の０％入力値をｘｏ、また１００％入力
値をＸ　１００　としたとき、出力値Ｚｎ　を（８）式
により求める。

Ｘ１００−ＸＯ さらに、（９）式に示す演算式で出力値の補正（校正）
処理１６を行う。

Ｘ１ＯＯ−ＸＯ ここに、Ｚは測定装置出力、ＺＲＣまゼロ点補正係数、
ＳＰＣはスパン補正係数である。（９）式の補正処理の
意味を第３図を用いて説明する。

第３図は、測定装置人力Ｘｎと、測定装置出力２の関係
を示すものであり、第３図（ａ）は、メモリー７に記憶
されている利得Ａおよびバイアス、量Ｂが、実際のＡ／
Ｄ変換器５を含めた信号増幅器４の利得およびバイアス
量との間に誤差がない場合の入出力関係図、第３図（ｂ
）は、メモリー７に記憶されている利得Ａおよびバイア
ス量Ｂが、実際の利得およびバイアス量との間に誤差が
ある場合の入出力関係図である。

メモリーの記憶内容と実際の値に誤差がない場合を示す
第３図（ａ）においては、０％入力（ｘｏ）のとき、０
％出力（Ｚ、）が、１００％入力（Ｘ　１００）のとき
、１００％出力（Ｚｌｏｏ）が誤差を生じることなく１
対１で対応するため、（８）式で求めた出力値２゜を補
正する必要がなく、（９）式のゼロ点補正係数ＺＲＣ１
およびスパン補正係数ｓＰｃは零とし、ｚｏをそのまま
測定装置出力２とすればよい。

次に、経年ドリフト等で、メモリーの記憶内容と実際の
値に誤差がある場合の処理を示す。第３図（ｂ）におい
て、（８）式で求めた出方値Ｚｎをそのまま測定装！！
呂カ２とすれば、０％入力（ｘｏ）のとき出力がｚｎｏ
、１００％人力（Ｘ１００）のとき出力がＺｎ１ＯＯと
なり、０％入力（ｘｏ）のとき、（ｚｎＯ−ｚｏ）の出
力誤差が生じ、１００％人力（Ｘ　１００）のとき（Ｚ
　１１１００−　Ｚ　１００）の出力誤差が生じる。

そこで、ゼロ点補正係数ＺＲＣを、 ＺＲＣ＝ｚｎｏ−２０−−−（Ｎｏ） とし、また、スパン補正係数ｓＰｃを、５ＰＣ＝＝ｚｎ
ｔｏｏ−ｚｔｏｏ−ＺＲＣ＝（１１）とし、（９）式に
示す演算を行えば、０％入力（ｘｏ）のときＯ％高出力
ｚｏ）が、１００％人力（ｘｓｏｏ）のとき、１００％
出力（２１００）が誤差を生じることなく、１対１で対
応する。その後、出力処理１７を行い、出力回路９を介
して信号出力する。

次に、第２図を用いて校正モードの動作について説明す
る。まず、測定／校正モード切換機構８の設定１１を行
う。この場合、校正側に設定する。

次に、ＭＰＵ６でモード判定処理１２を行い、動作モー
ドが校正モードであることを認識する。次に、信号切換
機構３を基準電圧信号発生器２側に設定し、基準電圧（
ａ号発生器を選択１８する。次に、基準電圧信号発生器
２の出力を０％入力（ｘｏ）または、１００％入力（ｘ
ｉｏｏ）に設定する。次に、ＭＰＵ６で、前記（７）式
で入力値Ｘｎを算出１４する。そして、以下の補正値算
出処理２０を行う。

とし、Δｘｏ≦ΔＸ　１００なるとき、すなわちＸ。が
０％入力（ｘｏ）に近いときは、ゼロ点校正と判断し、
前記（１０）式により、ゼロ点補正係数ＺＲＣを算出す
る。また、Δｘｏ）Δｘ　ｔｏｏなるとき、すなわちＸ
ｌが１００％入力（Ｘ　１００）に近いときは、スパン
校正と判断し、前記（１１）式により、スパン補正係数
ＳＰＣを算出する。その後、メモリーのゼロ点補正係数
ＺＲＣまたは、スパン補正係数ＳＰＣを最新値に書き替
えるメモリー内容の更新処理２１を行う。

校正が完了し、測定／校正モード切換機構８を測定モー
ドに設定すれば、以後の（９）式の補正演算は、前記メ
モリーに記憶された最新のゼロ点補正係数ＺＲＣおよび
、最新のスパン補正係数ＳＰＣで行われるため、０％入
力（ｘｏ）のときの０％出力（ｚｏ）、１００％入力（
ｘｔｏｏ）のとき１００％出力（ｚｌｏｏ）を、誤差な
しで得られる。

なお、第１図の実施例では、測定装置を温度３＋！１定
装置としたが、これに限るものではない。ＭＰｔＪを搭
載したものであって、入力がアナログ信号である測定装
置であればよい。

なお、第１図の実施例では、測定装置の構成要素として
、信号切換機構３と、基準電圧信号発生器２を含めたが
、この限りではない。校正時に、検出端１の出力が、測
定装置の０％入力値および１００％入力値に、容易に設
定できるものであれば、信号切換機構３および、基準電
圧信号発生器２は不要である。

また、第１図、第２図の実施例では、補正値算出処理２
０において、ゼロ点校正か、スパン校正かの判定を、Ｍ
ＰｔＪ算出入力ｘｌ、が０％入力（ｘｏ）と、１００％
入力（Ｘ　１００）のどちらに近いかで、決定するとし
たが、この限りでない。単に、どちらに近いということ
で、判定せず（１２）式に示す真値とのずれ、Δｘｏま
たはΔＸ　１００の範囲を指定し、その範囲内にあると
きのみ、該当する側の補正を行う方式でもよい。この方
法を用いれば、測定装置のアナログ入力回路の利得Ａバ
イアス量Ｂの経年ドリフトを考慮して、ΔｘｏまたはΔ
Ｘ　１００を最小値に設定すれば、まちがって０％人力
（ｘｏ）または１００％入力（ＸＬＯＯ）からかけはな
れた入力値を加えて、校正を行っても、校正動作を行わ
ないようにすることができるため、誤操作防止がはかれ
る。

また、第１図、第２図の実施例において、ゼロ点校正か
、スパン校正かの判定を入力値側で行つたが、出力値側
で行っても、同結果が得られる。

さらに、第１図〜第３図の実施例において、予めメモリ
ー７に記憶されている、Ａ／Ｄ変換器５を含めた信号増
幅器４の利得Ａとバイアス量Ｂは。

−切変更せず、補正係数ＺＲＣまたはＳＰＣを変更する
方式を用いたが、利得Ａおよび、バイアス量Ｂを補正係
数ＺＲＣおよびＳＰＣを含めた形で、直接変更しても同
様の結果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ディジタル方式測定装置のゼロ点およ
びスパン校正を行うのに操作手段として、補正指令スイ
ッチただ１つのみとすることができるので、操作性が向
上し、誤操作を防止できるなど多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のハードウェア構成のブロッ
ク図、第２図は動作説明図、第３図は校正演算処理の概
念図である。 ６・・・マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）　、８・・・測
定／校正モード切換機構、１２・・・モード判定処理、
１６・・・出力値補正処理、 ２０・・・補正値算出処理。 第１図 δ 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、アナログ信号を受けて、該信号に対応した電気信号
   に変換するアナログ信号測定装置において、アナログ入
   力部と、アナログ／ディジタル変換部と、マイクロプロ
   セッサと、記憶部と、出力部と、測定／校正モード切換
   機構とを具備し、前記測定／校正モード切換機構を測定
   側に設定したときは、前記アナログ信号を前記アナログ
   入力部で増幅し、前記アナログ／ディジタル変換部を介
   して、前記マイクロプロセッサに取込み、前記マイクロ
   プロセッサで、所定の演算を施し、前記検出部からのア
   ナログ信号に対応した出力信号を、前記出力部から出力
   し、前記測定／校正モード切換機構を校正側に設定した
   ときは、前記アナログ入力部に印加されるゼロ点（０％
   ）相当の入力または、スパン（１００％）相当の入力を
   、前記アナログ入力部で増幅し、前記アナログ／ディジ
   タル変換部を介して、前記マイクロプロセッサに取込み
   、前記マイクロプロセッサで、ゼロ点相当の入力か、ス
   パン相当の入力かを判定するプログラムを実行し、判定
   結果がゼロ点相当の入力である場合は、ゼロ点補正係数
   を算出し、スパン相当の入力である場合は、スパン補正
   係数を算出し、それぞれ前記記憶部に格納し、前記記憶
   部の前記ゼロ点補正係数および前記スパン補正係数にも
   とづいて、以後の測定値のゼロ点およびスパン補正を行
   ないうるようにしてなることを特徴とするアナログ信号
   測定装置。