JPH0225126Y2 - - Google Patents

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JPH0225126Y2
JPH0225126Y2 JP1981055433U JP5543381U JPH0225126Y2 JP H0225126 Y2 JPH0225126 Y2 JP H0225126Y2 JP 1981055433 U JP1981055433 U JP 1981055433U JP 5543381 U JP5543381 U JP 5543381U JP H0225126 Y2 JPH0225126 Y2 JP H0225126Y2
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  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

〈産業上の利用分野〉 本考案は、温度、圧力、流量等の測定値に対応
した測定信号をアナログ・デイジタル変換器を介
してマイクロプロセツサ等の信号処理回路に与え
て測定値を求める信号処理装置に係り、特に測定
の高精度化、高分解能化に関する。 〈従来の技術〉 一般にアナログ・デイジタル変換器では入力範
囲が制限されているので、測定値信号を可変ゲイ
ンの増幅器で例えば1〜5Vのごとき統一信号に
変換して与えている。そこで、測定値信号を所定
の精度と分解能で統一信号に変換することが困難
になり、測定値の変化範囲(ダイナミツクレン
ジ)を大きくできないという欠点があつた。そこ
で、広い変化範囲の測定値を高精度、高分解能で
測定できる信号処理装置が開発された。 第3図はこのような信号処理装置の構成ブロツ
ク図である。図において、信号変換回路1は温
度、圧力、流量等の測定値xを検出し、測定値x
に対応した測定信号ei(例えば1〜9V)を出力し
ている。減算器2は信号変換回路1の出力する測
定信号eiを入力して、バイアス電圧ebとの差電圧
eo(=ei−eb)を出力している。アナログ・デイ
ジタル変換器3は減算器2の出力する差電圧eo
を入力し、アナログ・デイジタル変換してデイジ
タル信号Diを出力している。信号処理回路4は
例えばマイクロプロセツサよりなるもので、デイ
ジタル信号Diを入力し、バイアス値Db、デイジ
タル値Do及びアラーム信号ALを出力する。デイ
ジタル・アナログ変換器5はバイアス値Dbを入
力してアナログのバイアス電圧ebを減算器2に
供給している。デイジタル表示器6はデイジタル
値Doを数字を用いて表示する。警報器7はアラ
ーム信号ALに従い警報信号を出力して、異常事
態の発生を知らせる。 このように構成された装置の動作を次に説明す
る。第4図は第3図の装置の動作説明図で、縦軸
に測定信号ei横軸に測定値xをとつている。図
中、レンジ1〜3に対応して測定値x、測定信号
ei及びバイアス電圧ebが次の表のように定められ
ている。
<Industrial Application Field> The present invention is a signal processing system that applies measurement signals corresponding to measured values such as temperature, pressure, flow rate, etc. to a signal processing circuit such as a microprocessor via an analog-to-digital converter to obtain measured values. The present invention relates to processing devices, and particularly to higher measurement accuracy and resolution. <Prior Art> Generally, analog-to-digital converters have limited input ranges, so a measured value signal is converted into a unified signal of, for example, 1 to 5 V using a variable gain amplifier and then provided. Therefore, it becomes difficult to convert the measured value signal into a unified signal with predetermined accuracy and resolution, and there is a drawback that the dynamic range of the measured value cannot be increased. Therefore, a signal processing device was developed that can measure measured values over a wide range of changes with high accuracy and high resolution. FIG. 3 is a block diagram of the structure of such a signal processing device. In the figure, a signal conversion circuit 1 detects a measured value x of temperature, pressure, flow rate, etc.
A measurement signal ei (for example, 1 to 9V) corresponding to the voltage is output. The subtracter 2 inputs the measurement signal ei output from the signal conversion circuit 1 and calculates the difference voltage between it and the bias voltage eb.
Outputs eo (=ei−eb). The analog-to-digital converter 3 receives the differential voltage eo output from the subtracter 2.
input, performs analog-to-digital conversion, and outputs a digital signal Di. The signal processing circuit 4 is composed of, for example, a microprocessor, and inputs the digital signal Di, and outputs a bias value Db, a digital value Do, and an alarm signal AL. The digital-to-analog converter 5 inputs the bias value Db and supplies an analog bias voltage eb to the subtracter 2. The digital display 6 displays the digital value Do using numbers. The alarm device 7 outputs an alarm signal according to the alarm signal AL to notify the occurrence of an abnormal situation. The operation of the device configured in this manner will be described next. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the apparatus shown in FIG. 3, in which the vertical axis represents the measurement signal and the horizontal axis represents the measurement value x. In the figure, measurement value x and measurement signal correspond to ranges 1 to 3.
ei and bias voltage eb are determined as shown in the table below.

【表】 即ち、測定値xに応じてレンジが定まるから、
信号処理回路4がバイアス値Dbをデイジタル・
アナログ変換器5に送り、バイアス電圧ebの値
が設定される。バイアス値Dbは信号処理回路4
のレジスタに格納されている。 第5図は第3図の装置の信号処理を示す流れ図
である。信号処理回路4はアナログ・デイジタル
変換器3を介して加わる差電圧eoを監視し、差
電圧eoが所定の範囲内(本実施例では1〜5V)
になるようにバイアス電圧ebの大きさを決定す
る。例えばバイアス電圧ebがeb2(2V)のとき、
測定値xがしきい値X3よりも大きくなると差電
圧eoが5Vよりも大きくなるので、バイアス値Db
をDb2からDb3に変更してバイアス電圧ebをeb3
(4V)の変更している。逆に、測定値xがしきい
値X1よりも小さくなると差電圧eoが1Vよりも小
さくなるので、バイアス値DbをDb2からDb1に変
更してバイアス電圧ebをeb1(0V)に変更してい
る。 尚、バイアス電圧ebがeb1(0V)のとき差信号
eoが1V以下であれば測定値Xがしきい値X0より
も小さく、またバイアス電圧ebがeb3(4V)のと
き差電圧eoが5より大きければ測定値xがしき
い値X4よりも大きいので、いずれも領域超過で
ある。そこで、信号処理回路はアラーム信号AL
を警報器7に与え、異常表示を行なう。 差電圧eoが所定の範囲内にあるとバイアス電
圧ebはそのままとして、信号処理回路4は次式
の演算を行なつて、測定値xを表すデイジタル値
Doを求める。 x=xo+k(eo+eb−ei0) (1) k=(x4−xo)/(ei4−ei0) このデイジタル値Doがデイジタル表示器6に
与えられ、測定値xが数字表示される。尚、上式
において、xo,x4は測定値xの変化範囲で決ま
る既知の値であり、またei0,ei4もxの変化範囲
に対応して決まり、本実施例ではei0=1V,ei4
9Vに選ばれている。そしてこれらの値は信号処
理回路4内のレジスタに予めデイジタル値として
入力されている。 〈考案が解決しようとする課題〉 しかし従来装置では、次の課題がある。即ち、
デイジタル・アナログ変換器5には量子化誤差が
存在しており、指示されたデイジタル値Doと出
力されるバイアス圧ebの間には誤差がある。そ
こで、測定値xの高精度測定の場合にもデイジタ
ル・アナログ変換器の誤差を打消す必要があつ
た。またアナログ・デイジタル変換器3にも同様
に量子化誤差が含まれている。 本考案はこのような課題を解決したもので、デ
イジタル・アナログ変換器に起因する誤差を補償
した信号処理回路を提供することを目的とする。 〈課題を解決するための手段〉 このような目的を達成する本考案は、測定信号
とバイアス電圧との差を求める減算手段と、前記
バイアス電圧及び当該減算手段の出力信号を力
し、選択信号にしたがつて該入力信号の1つを出
力する信号選択手段と、この信号選択手段が出力
する信号が加えられるアナログ・デイジタル変換
器と、このアナログ・デイジタル変換器の出力が
加えられると共に、前記信号選択手段に選択信号
を送る信号処理回路と、この信号処理回路からの
デイジタルのバイアス値を前記バイアス電圧に変
換するデイジタル・アナログ変換器とを有してい
る。 そして、前記信号処理回路は、前記減算手段の
出力を選択する選択信号を前記信号選択手段に出
力し、アナログ・デイジタル変換器からの信号を
入力して当該バイアス電圧と加算して測定値を求
める測定工程と、当該デイジタル・アナログ変換
器の出力を選択する選択信号を前記信号選択手段
に出力し、前記アナログ・デイジタル変換器から
の信号を入力して前記デイジタル・アナログ変換
器に出力した当該バイアス値との誤差値を求め、
この誤差値を打消す補償値を当該バイアス値に付
加する補償工程とを備えることを特徴としてい
る。 〈作用〉 本考案の各構成要素はつぎの作用をする。信号
処理回路は測定工程と補償工程を信号選択手段に
送る選択信号によつて切換えている。測定工程で
は、通常の測定値を求める演算がなされる。補償
工程では、信号処理回路の出力するバイアス電圧
をデイジタル・アナログ変換器を介して信号処理
回路に取込むことで、誤差の補償がなされる。 〈実施例〉 以下図面を用いて、本考案を説明する。 第1図は、本考案の一実施例を示す構成ブロツ
ク図である。尚第1図において、前記第3図と同
一作用をするものには同一符号をつけ説明を省略
する。図において、マルチプレクサ8は信号選択
手段であつて、ここではデイジタル・アナログ変
換器3の出力するバイアス電圧ebと、減算器2
の出力する差電圧eoと、基準電圧erefの3入力と
し、信号処理回路4の出力する選択信号を制御信
号として、3入力の一つを択一的に選択してアナ
ログ・デイジタル変換器3に出力している。バイ
アス電圧ebを選択しているときは補償工程、差
電圧eoを選択しているときは測定工程、基準電
圧erefを選択しているときは調整工程と呼ぶこと
にする。 このように構成された装置の動作を次に説明す
る。測定工程では、第3図の装置と同一の動作を
している。マルチプレクサ8が減算器2とアナロ
グ・デイジタル変換器3の間に挿入されている
が、測定に支障はない。 補償工程では、信号処理回路4の出力する選択
信号によりマルチプレクサ8がバイアス電圧eb
を選択している。第2図は補償工程に於ける動作
を説明する構成ブロツク図である。図中、εDA
デイジタル・アナログ変換器5での量子化誤差電
圧、εDAはマルチプレクサ8とアナログ・デイジ
タル変換器3の誤差電圧の和、D〓DADはバイアス
電圧ebと誤差電圧(εDA+εAD)の和の読取り値、
Dbは当初のバイアス値である。 最初、信号処理回路4からバイアス値Dbが送
られる()。するとデイジタル・アナログ変換
器5では量子化誤差が発生して、バイアス電圧
ebに量子化誤差電圧εDAが加算され、出力される
()。このバイアス電圧ebはマルチプレクサ8
を介してアナログ・デイジタル変換器3に送られ
るので、信号処理回路4には当初のバイアス値
Dbと、ループ全体の誤差値D〓DADが送られる
()。 そこで、信号処理回路4がこの誤差値D〓DAD
打消すのに必要な補償値−D〓DADを求め、この補
償値をバイアス値に付加した値Db−D〓DADをデイ
ジタル・アナログ変換器5に出力する()。す
ると、デイジタル・アナログ変換器5では誤差電
圧εDAを補償した電圧eb−εDAが出力される()。
この出力電圧eb−εADをマルチプレクサ8を介し
てアナログ・デイジタル変換器3に送れば、誤差
電圧εDAが発生する関係でアナログ・デイジタル
変換器3から誤差のない当初のバイアス値Dbが
出力される()。そこで、信号処理回路4では
デイジタル・アナログ変換器5が介在することに
よる誤差が除かれたバイアス値Dbを得ることが
できる。 好ましくは、この補償工程を経たバイアス値
Dbを各レンジに対応して記憶しておけば、測定
工程に於ける測定値の精度が向上すると共に、測
定時間も短くて済む。 調整工程は、アナログ・デイジタル変換器3の
有する誤差を消去するものである。マルチプレク
サ8が基準電圧erefを選択して、アナログ・デイ
ジタル変換器3を介して信号処理回路4に送る。
基準電圧erefの値は既知であるから、信号処理回
路4ではオートゼロ調整及びオートスパン調整を
行なうことができ、アナログ・デイジタル変換器
3の精度を保証することができる。 尚、上記実施例においては調整工程として信号
処理回路4の出力するバイアス値Dbに誤差値
D〓DADを補償したものを示したが、本考案はこれ
に限定されるものではなく、信号処理回路4側で
各バイアス電圧ebに応じて補正値を差電圧eoに
加えるようにしても良い。 〈考案の効果〉 以上説明したように、本考案によればデイジタ
ル・アナログ変換器5で生ずる誤差を補償工程で
保証しているので、高精度でダイナミツクレンジ
の広い測定が可能である。 また、実施例のように調整工程を設けると、ア
ナログ・デイジタル変換器3の動作状態に関する
保証もでき、信頼性が更に向上する。
[Table] In other words, since the range is determined according to the measured value x,
The signal processing circuit 4 digitally converts the bias value Db.
It is sent to the analog converter 5, and the value of the bias voltage eb is set. Bias value Db is signal processing circuit 4
is stored in the register. FIG. 5 is a flow chart showing the signal processing of the apparatus of FIG. The signal processing circuit 4 monitors the differential voltage eo applied via the analog-to-digital converter 3, and makes sure that the differential voltage eo is within a predetermined range (1 to 5 V in this embodiment).
Determine the magnitude of bias voltage eb so that For example, when the bias voltage eb is e b2 (2V),
When the measured value x becomes larger than the threshold value X3 , the differential voltage eo becomes larger than 5V, so the bias value Db
Change the bias voltage eb from D b2 to D b3 and change the bias voltage eb to e b3
(4V) has been changed. Conversely , when the measured value x becomes smaller than the threshold value It is changing. In addition, when the bias voltage eb is e b1 (0V), the difference signal
If eo is 1V or less, the measured value X is smaller than the threshold value , both exceed the area. Therefore, the signal processing circuit uses the alarm signal AL
is given to the alarm 7 to display an abnormality. When the differential voltage eo is within a predetermined range, the bias voltage eb remains unchanged, and the signal processing circuit 4 calculates the following equation to obtain a digital value representing the measured value x.
Ask for Do. x=xo+k(eo+eb-e i0 ) (1) k=(x 4 −xo)/(e i4 −e i0 ) This digital value Do is given to the digital display 6, and the measured value x is displayed numerically. In the above equation, xo and x4 are known values determined by the variation range of the measured value x, and e i0 and e i4 are also determined corresponding to the variation range of x, and in this example, e i0 = 1V. , e i4 =
It is selected as 9V. These values are input in advance to a register in the signal processing circuit 4 as digital values. <Problems to be solved by the invention> However, the conventional device has the following problems. That is,
There is a quantization error in the digital-to-analog converter 5, and there is an error between the instructed digital value Do and the output bias pressure eb. Therefore, even in the case of high-precision measurement of the measured value x, it was necessary to cancel the error of the digital-to-analog converter. Similarly, the analog-to-digital converter 3 also contains quantization errors. The present invention solves these problems and aims to provide a signal processing circuit that compensates for errors caused by digital-to-analog converters. <Means for Solving the Problems> The present invention that achieves the above object includes a subtraction means for calculating the difference between a measurement signal and a bias voltage, and a selection signal which is obtained by inputting the bias voltage and the output signal of the subtraction means. a signal selection means for outputting one of said input signals according to said signal selection means; an analog-to-digital converter to which the signal outputted by said signal selection means is applied; It has a signal processing circuit that sends a selection signal to the signal selection means, and a digital-to-analog converter that converts a digital bias value from the signal processing circuit into the bias voltage. The signal processing circuit outputs a selection signal for selecting the output of the subtraction means to the signal selection means, inputs the signal from the analog-to-digital converter, and adds it to the bias voltage to obtain a measured value. a measurement step, outputting a selection signal for selecting the output of the digital-to-analog converter to the signal selection means, inputting a signal from the analog-to-digital converter, and outputting the bias to the digital-to-analog converter; Find the error value from the value,
The present invention is characterized by comprising a compensation step of adding a compensation value to the bias value to cancel out this error value. <Function> Each component of the present invention has the following functions. The signal processing circuit switches between the measurement process and the compensation process by a selection signal sent to the signal selection means. In the measurement process, calculations are performed to obtain normal measurement values. In the compensation step, errors are compensated for by inputting the bias voltage output from the signal processing circuit into the signal processing circuit via a digital-to-analog converter. <Example> The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, parts having the same functions as those in FIG. 3 are given the same reference numerals and their explanations will be omitted. In the figure, a multiplexer 8 is a signal selection means, and here the bias voltage eb output from the digital-to-analog converter 3 and the subtracter 2
The difference voltage eo output by the signal processing circuit 4 and the reference voltage eref are used as three inputs, and one of the three inputs is alternatively selected using the selection signal output from the signal processing circuit 4 as a control signal and sent to the analog-to-digital converter 3. It is outputting. When bias voltage eb is selected, it is called a compensation process, when differential voltage eo is selected, it is called a measurement process, and when reference voltage eref is selected, it is called an adjustment process. The operation of the device configured in this manner will be described next. In the measurement process, the operation is the same as that of the apparatus shown in FIG. A multiplexer 8 is inserted between the subtracter 2 and the analog-to-digital converter 3, but this does not interfere with measurement. In the compensation process, the selection signal output from the signal processing circuit 4 causes the multiplexer 8 to adjust the bias voltage eb.
is selected. FIG. 2 is a block diagram illustrating the operation in the compensation process. In the figure, ε DA is the quantization error voltage at the digital-to-analog converter 5, ε DA is the sum of the error voltages at the multiplexer 8 and the analog-to-digital converter 3, and D〓 DAD is the bias voltage eb and the error voltage (ε DAAD ) sum reading,
Db is the initial bias value. First, the bias value Db is sent from the signal processing circuit 4 (). Then, a quantization error occurs in the digital-to-analog converter 5, and the bias voltage
The quantization error voltage ε DA is added to eb and output (). This bias voltage eb is applied to multiplexer 8
is sent to the analog-to-digital converter 3 via the signal processing circuit 4, so the original bias value is
Db and the error value of the entire loop D〓 DAD is sent (). Therefore, the signal processing circuit 4 calculates the error value D〓 the compensation value required to cancel DAD - D〓 DAD , and adds this compensation value to the bias value , Db - D〓 DAD , to the digital-to-analog converter. Output to 5 (). Then, the digital-to-analog converter 5 outputs a voltage eb-ε DA that compensates for the error voltage ε DA ( ).
If this output voltage eb-ε AD is sent to the analog-to-digital converter 3 via the multiplexer 8, the original bias value Db with no error is output from the analog-to-digital converter 3 since an error voltage ε DA is generated. ru(). Therefore, the signal processing circuit 4 can obtain the bias value Db from which the error caused by the intervention of the digital-to-analog converter 5 is removed. Preferably, the bias value after this compensation process
If Db is stored in correspondence with each range, the accuracy of the measured value in the measurement process will be improved and the measurement time will be shortened. The adjustment process is to eliminate errors that the analog-to-digital converter 3 has. A multiplexer 8 selects the reference voltage eref and sends it to the signal processing circuit 4 via the analog-to-digital converter 3.
Since the value of the reference voltage eref is known, the signal processing circuit 4 can perform auto-zero adjustment and auto-span adjustment, and the accuracy of the analog-to-digital converter 3 can be guaranteed. In the above embodiment, an error value is added to the bias value Db output from the signal processing circuit 4 as an adjustment process.
D〓 Although DAD is compensated for, the present invention is not limited to this, and a correction value may be added to the differential voltage eo according to each bias voltage eb on the signal processing circuit 4 side. . <Effects of the Invention> As explained above, according to the present invention, since the error occurring in the digital-to-analog converter 5 is guaranteed in the compensation process, measurement with high accuracy and a wide dynamic range is possible. Further, by providing an adjustment step as in the embodiment, it is possible to guarantee the operating state of the analog-to-digital converter 3, further improving reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の一実施例を示す構成ブロツク
図、第2図は補償工程に於ける動作を説明する構
成ブロツク図である。第3図は従来の信号処理装
置の構成ブロツク図、第4図は動作説明図、第5
図は信号処理を示す流れ図である。 2……減算器、3……アナログ・デイジタル変
換器、4……信号処理回路、5……デイジタル・
アナログ変換器、6……デイジタル表示器、8…
…マルチプレクサ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram explaining the operation in the compensation process. Fig. 3 is a configuration block diagram of a conventional signal processing device, Fig. 4 is an operation explanatory diagram, and Fig. 5 is a block diagram of a conventional signal processing device.
The figure is a flowchart showing signal processing. 2...Subtractor, 3...Analog/digital converter, 4...Signal processing circuit, 5...Digital/
Analog converter, 6...Digital display, 8...
...Multiplexer.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】 測定信号とバイアス電圧との差を求める減算手
段2と、 前記バイアス電圧及び当該減算手段の出力信号
を入力し、選択信号にしたがつて該入力信号の一
つを出力する信号選択手段8と、 この信号選択手段が出力する信号が加えられる
アナログ・デイジタル変換器3と、 このアナログ・デイジタル変換器の出力が加え
られると共に、前記信号選択手段に選択信号を送
る信号処理回路4と、 この信号処理回路からのデイジタルのバイアス
値を前記バイアス電圧に変換するデイジタル・ア
ナログ変換器5と、 を有し、前記信号処理回路は、 前記減算手段の出力を選択する選択信号を前記
信号選択手段に出力し、アナログ・デイジタル変
換器からの信号を入力して当該バイアス電圧と加
算して測定値を求める測定工程と、 当該デイジタル・アナログ変換器の出力を選択
する選択信号を前記信号選択手段に出力し、前記
アナログ・デイジタル変換器からの信号を入力し
て前記デイジタル・アナログ変換器に出力した当
該バイアス値との誤差値を求め、この誤差値を打
消す補償値を当該バイアス値に付加する補償工程
と、 を備えることを特徴とする信号処理装置。
[Claims for Utility Model Registration] Subtraction means 2 for calculating the difference between a measurement signal and a bias voltage; inputting the bias voltage and the output signal of the subtraction means, and inputting one of the input signals according to a selection signal. an analog-to-digital converter 3 to which the signal output from the signal selection means is added; and a signal to which the output of the analog-to-digital converter is applied and which sends a selection signal to the signal selection means. a processing circuit 4; and a digital-to-analog converter 5 for converting a digital bias value from the signal processing circuit into the bias voltage, and the signal processing circuit includes: a selection signal for selecting the output of the subtraction means; a measurement step of outputting the signal to the signal selection means, inputting the signal from the analog-to-digital converter and adding it to the bias voltage to obtain a measured value; and a selection signal for selecting the output of the digital-to-analog converter. An error value between the bias value outputted to the signal selection means and the bias value outputted to the digital/analog converter by inputting the signal from the analog/digital converter is determined, and a compensation value for canceling this error value is determined. A signal processing device comprising: a compensation step for adding to a bias value.
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