JPH0349058B2 - - Google Patents

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JPH0349058B2
JPH0349058B2 JP58109114A JP10911483A JPH0349058B2 JP H0349058 B2 JPH0349058 B2 JP H0349058B2 JP 58109114 A JP58109114 A JP 58109114A JP 10911483 A JP10911483 A JP 10911483A JP H0349058 B2 JPH0349058 B2 JP H0349058B2
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ground
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bridge
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Motsutesu Sumisu Yoafu
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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Publication of JPH0349058B2 publication Critical patent/JPH0349058B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G01K7/24—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • G01K7/25—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit for modifying the output characteristic, e.g. linearising
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/026—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for monitoring a plurality of temperatures, e.g. by multiplexing

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は、温度の監視に関し、更に詳細には、
多重化された複数の測定点に設置した抵抗温度装
置（RTD）を用いるデータ収集装置に関する。 現在、工業プロセス監視のための技術には、複
数のアナログデータ測定点から多重方式によりデ
ータを収集する高分解能のデータ収集装置を用い
るものがある。多重化された測定点のうちのいく
つかに抵抗温度検知器（RTD）が含まれる場合、
RTDブリツジの固有の非線形性により、特に低
い精度及びブリツジ較正後に起こるドリフトの問
題があるため、かかるブリツジとデータ収集装置
に組み込むことが難しい。 本発明によると、RTDブリツジによる高精度
の温度測定が可能になり、RTDブリツジを高分
解能データ収集装置と共に用いることができるよ
うになる。 本発明はまた、新しいRTDブリツジを任意の
測定チヤンネルに結合してデータ収集装置により
安定した正確なデータ処理ができ、ハードウエア
へ課される条件が過酷でなく低いコストで非常に
正確な測定が行なえる改良された方法を提供す
る。 本発明の更に別の目的は、個々の測定点におい
て高分解能データ収集装置と共にRTDブリツジ
を用いるのを容易にし、測定チヤンネル背後にお
ける測定の品質がそれぞれのチヤンネルの回路及
びその構成要素に製造上の厳格な条件との構造を
課することなく最大限になされるようにすること
である。 本発明は、測定値の所望の分解能レンジで測定
値のフルスケールの限界内において較正及び線形
化を行なうためにデータ収集装置において用いら
れるマイクロプロセツサを利用する。 アナログ測定点における基準値と測定値の間の
比としてのみ関わり合う基準電圧の関数として、
データ収集装置による測定のレンジ及び分解能を
決定するある特定の定数をマイクロプロセツサで
計算することが知られている。また、RTDブリ
ツジは元々非線形であり、一定の測定スケール内
においてかかる非線形性を補償するためには補正
が必要であることも知られている。特に、二次の
多項式を用いてかかる非線形性を線形の関数に変
換することが提案されている。例えば、1981年、
発行番号４のテクニシエス・メツセン48
（Technisches Messen）の第127〜130項に掲載
されたダブリユ・カリウス（W.Carius）著
“Pt・100−抵抗温度計の線形化を施した多チヤ
ンネル温度測定装置”を参照されたい。 本発明の一実施例によれば、特定の抵抗温度装
置（RTD）を含むあるブリツジに対するデータ
収集装置のレスポンスを確かめる方法は、データ
収集装置と基準電圧源・アース間に設けた基準電
圧分圧器とで測定のフルスケールレンジを確立
し、前記データ収集装置と前記基準電圧源・アー
ス間の前記RTD装置を組み込んだ高精度分圧器
とにより上述のステツプにより確立したフルスケ
ールレンジで零の測定を行ない、前記高精度分圧
器と比較することにより前記基準電圧分圧器の誤
差をマイクロプロセツサで計算し、前記ブリツジ
と前記特定のRTD装置により測定個所における
温度の読みを取つて前記データ収集装置によりデ
ータ測定値を取り出し、その計算された誤差に従
つて前記データ測定値を補正し、前記補正したデ
ータを所定の関数に従つて前記マイクロプロセツ
サで線形化して補正することを特徴とする。 以下、添付図面を参照して、本発明の実施例と
詳細に説明する。 ある測定チヤンネルの測定点の温度Ｔの測定
は、第１図に示すようにブリツジの節ＢとＣの間
に接続した抵抗温度装置RTDにより行なう。ブ
リツジの対向する節ＡとＢは、基準電圧源１０か
らライン１１及び接続点Ｊ１を介して供給され
る、詳しく言えば10ボルトの基準電圧とアースＧ
との間に接続する。RTDの特定の温度Ｔによる
ブリツジの不平衡は、対向する節ＣとＤに接続さ
れるライン１７と１８の間で検知される。 基準分圧器は、接続点Ｊ１とアースＧとの間に
直列に接続した抵抗Ｒ１，Ｒ２より成り、Ｒ２と
Ｒ１の接続点Ｊ２に通じるライン１２と抵抗Ｒ１
のアース接続点Ｊ３に通じるライン１３の間に電
源電圧の一定の割合の基準電圧を提供する。Ｒ１
が50キロオーム、Ｒ２が167オームの場合、ライ
ン１２と１３の間には、ライン１１、即ち接続点
Ｊ１の10ボルトの電圧の１／300の電圧が得られ
る。 ブリツジの節ＡとＣ及びＡとＤの間に同じ抵抗
Ｒ（60キロオーム）を接続し、節ＢとＣの間に接
続されるRTDが意図する最大の温度（Thot）に
曝されると300オームを示し、節ＢとＤの間に最
小測定温度値、即ち（Tcold）の時の抵抗値
Rcoldに等しい100オームの抵抗Rsuppを接続す
ると仮定する。この場合ＣとＤ、即ちライン１７
と１８の間に表われる電圧は、Ｔ＝Thotの場合
は、AB間の電圧の、 300Ω−100Ω／Ｒ＝200Ω／60KΩ＝１／300 即ち、Ｊ１の電圧の１／300である。従つて、
分圧器Ｒ２，Ｒ１のライン１２と１３の間には、
RTDブリツジのライン１７と１８の間と同じ、
基準電圧の１／300の電圧が現われる。もし基準
電圧が10ボルトである場合、このようにして得ら
れる測定値は、１／300×10＝33・１／３ミリボ
ルトである。RTD装置がTcoldの温度を検知す
る時、ブリツジの抵抗性枝路ACBとADBは対称
である。従つて、CD間の電圧は零である。 ライン１２と１３の間及び１７と１８の間に現
われる電圧は、それぞれデータ収集装置の入力No.
３及びNo.１として用いる。一般的には、入力No.２
はライン１９と２０の間において入力No.１と関連
し、これはブリツジの節Ｄに関する接続点Ｊ５か
らのコモンモードのアースに相当し、また、入力
No.４はライン１５と１６の間において入力No.３と
関連し、それはＪ３，Ｊ４及び分圧器Ｒ１，Ｒ２
からのライン１３上のアースした点に相当する。 データ収集装置は、マルチプレクサ５０を介し
て入力No.１、No.２、No.３及びNo.４に応答するが、
そのマルチプレクサはそれらの入力の任意のもの
を順番に選択するようマルチプレクサコントロー
ルMCによりライン４２を介して制御される。デ
ータ収集チヤンネルは、第１図に示すように、差
動型に接続した２つの演算増幅器OA１，OA２
含む。OA１は、正の出力ライン１４に応答し、
OA２はマルチプレクサの負の出力ライン２１に
応答する。演算増幅器OA１は、図示の測定チヤ
ンネルのマルチプレクサにより接続される入力、
即ち入力No.１、No.２、No.３及びNo.４を表わす信号
をその出力ライン２２に与える。ライン２２に現
われるアナログ値は、ライン２５のクロツク信号
に同期して電流−周波数（Ｉ／Ｆ）コンバータ２
３により周波数信号に変換される。Ｉ／Ｆコンバ
ータ２３のライン２４上のパルスは、隔離手段２
７を介してライン２６へ送られる。第１図のデー
タ収集装置は、カウンタCNT、PROM、RAM、
及びデジタルロジツクDGLを構成するようマイ
クロプロセツサMPに接続される他のロジツク要
素より成る共通のデジタル側を有する。アナログ
チヤンネルは、隔離された浮動接地を有する。パ
ルストランスは、デジタル側より継続的にパルス
を発生する。二次側は、アナログチヤンネルと
RTDブリツジのための10ボルトの基準電圧源１
０に電力を供給するため整流を施される。マイク
ロプロセツサは、一次側のパルスを急に短時間停
止させて、マルチプレクサ５０を４つの入力No.
１、No.２、No.３、No.４のひとつからその次のもの
へスイツチする制御パルスを発生することができ
る。浮動接地により、RTDブリツジをフイール
ドのアースに接続することができる。 マルチプレクサが４つの入力のうちのひとつを
接続すると、その選択された電圧入力信号は零と
４ボルトの間で増幅されてライン２２の電流に変
換され、接続点Ｊ６でライン７６からの50マイク
ロアンペアのバイアス電流と加算される。ライン
７５の加算電流は、Ｉ−Ｆコンバータ２３により
その電流に比例する数のパルスに変換され、その
出力パルスはデジタル側の回路CNT内の関連す
るカウンタへ送られる。50マイクロアンペアのバ
イアス電流は、４ボルト÷80キロオーム＝50マイ
クロアンペアであるので、フルスケールの入力電
流を表わし、普通モードの最大ノイズ振幅と成り
得る。ライン２４と２６のパルスはカウントさ
れ、カウンタ回路CNTのカウンタによりそのカ
ウントが記憶される。そのカウントは、ライン７
５のアナログ信号の振幅に関係がある。カウンタ
回路CNTは、ライン２６上の他のチヤンネルか
らの同様な周波数信号にも応答する。 かくして、データ収集装置は、複数の遠方アナ
ログ入力に接続され、中央からのコンピユータに
よるデジタル方式での監視及び制御を可能にす
る。第１図に示したような各マルチプレクサ段に
おいて、データ収集装置は、選択されるチヤンネ
ルの隔離トランスを介して第１図の線２６上にお
けるような一連のパルスを送信し、それらのパル
スは第１図のCNTにあるようなカウンタにより
受信されて記憶される。これらのカウントは、中
央コンピユータによりデジタルデータとして処理
され、オフセツト補正、較正スケーリング及び測
定データの処理を施される。 好ましくは、関連するトランス及び７４のよう
な直流電源ユニツトを有する全てのチヤンネル
は、中央タイマ及び第１図に示すマイクロコンピ
ユータMPのようなデジタルデータ処理ユニツト
と共に共通のボード上に組み込まれる。 デジタルロジツクDGLは、PROM、RAM及び
マイクロプロセツサMPを含み、それらはカウン
タ回路CNTからのライン４５上の記憶カウント
に基づきアルゴリズムを遂行するよう相互に接続
される。マイクロプロセツサの動作は、クロツク
回路４３及びデバイダ３１のライン４４上の
SYNC信号、並びにライン３０上のクロツク信号
と同期される。マイクロプロセツサは、ソリツド
ステートの装置８０４８である。その装置は、ポ
ート１１からライン２９によりON／OFF制御ス
テータスを確立し、ライン３２によりカウンタ回
路CNTをゲートする。マイクロプロセツサはま
た、インターナルバス２８によりカウンターを、
バス４６によりRAMをアドレスする。マイクロ
プロセツサは、バス２８からカウントを受け取
り、そのデータをバス４６を介してRAMへ送
る。PROMは、バス４５によりマイクロプロセ
ツサに接続される。中央タイマ及びデジタル処理
ユニツトを有する集合ボードを利用すると、種々
のチヤンネルに低いコストのハードウエア要素を
含むコンパクトで軽量の構造体が得られる。装置
の精度及び高品質については、中央タイマ及びマ
イクロコンピユータによる。 かかるデータ収集装置は、チヤンネルの数と同
様の遠方測定ユニツトを有する。一般のプロセス
制御システムのコンピユータ化した全体制御装置
にサブシステムとして接続することが容易にでき
るが、第１図の線２２にあるような信号を取り出
すRTD測定点の真の温度を表わすカウントを得
ることが困難である。この点につき、問題解決の
ひとつの条件はRTDブリツジの出力の線形化で
ある。 この目的達成のため、基準電源とカウンタを用
いて、テストによりひと組で４つの定数を決定
し、較正及びテスト時データ収集装置により測定
のフルスケールレンジ内で伝達関数の線形化を達
成することが行なわれてきた。また、前述したテ
クニツシエス・メツセン４８、No.４、1981のカリ
ウスの論文から、多項式を用いてRTDブリツジ
を線形化し、測定出力信号を取り出す演算増幅器
の周りのフイードバツクループにより補償を行な
うことが知られている。 本明細書では、データ収集装置のマイクロプロ
セツサを用いてRTDブリツジの固有の非線形性
を補償するアルゴリズムを実行することが提案さ
れる。この技術は、任意のRTDブリツジを較正
される測定点のデータ収集装置に接続するのを可
能にする特殊な較正技術と結合して、正しい情報
をただちに取り出すことを可能にする。このよう
な方法の直接の利点は、従来技術の装置に必要で
あつたハードウエアのチユーニング装置を省略
し、低いコストで信頼性を増加できることであ
る。較正のために用いる基準電圧源の変動に影響
されることなく、較正データの読みを定期的に行
なうことができる。第１図のブリツジ上における
ある一定の温度Ｔに対し、節BC間の抵抗温度装
置の抵抗RTD＝Riであり、それは節CDに通じる
ライン１７と１８の間から得られるVbridgeから
求めることができる。 Vbridge＝Vref×Ri／Ｒ＋Ri−Vref×Rcold／Ｒ＋Rcold(
1) この式は、RTD＝Rcoldの場合の低温条件と
接続点Ｊ１とアースの間の共通基準電圧Vrefの
下での現在の状態（RTD＝Ri）の間のブリツジ
の不平衡を表わす。もしＲ≫RTDであれば、式
(1)は以下の通りになる。 Vbridge＝Vref（Ri−Rcold）／Ｒ (2) 上掲の例では、RTD＝Rhot＝300オーム、
RTD＝Rcold＝100オーム、Ｒ＝60キロオームで
ある。上述の単純な式(2)では、これは予想される
最大の温度Thotのブリツジ出力Voを基準電圧の
１／300に正確に等しい値にする。例えば、Voは
電圧源１０の基準電圧Vrefを分圧器Ｒ１，Ｒ２
からの入力No.３と同じ割合Ｋで割つた値である。
RTD＝Rhot＝300オームの場合、データ収集装
置の読みはフルスケール（1000）Ｈとなる。しか
しながら、実際には、ライン１７と１８の間の電
圧Voは式(2)でなく式(1)により決まる。式(1)は線
形でない。従つて、ThotではRhotの値は、フル
スケールの読み（1000）Ｈに正確につながらな
い。この同じ非線形性は、任意の中間の値Riに
影響を与える。Rhot−Rcold＝300−100＝200オ
ームの例では、線形性が得られないことは以下か
ら理解できる。
【表】 これをグラフで表わすと第２図の曲線ＸとＹに
なり、Ｙは線形のカウント、Ｘは非線形のカウン
トである。測定される非線形のカウントＸを線形
のカウントＹに変換するために、以下の多項式を
用いる。 Ｙ＝B0＋B2X2＋〓 〓 BiXi (3) 式(3)を導く計算は以下の通りである。 一般的な式(1)は非線形であるが、それからライ
ン１７と１８の間、例えばブリツジの節CDから
の入力No.１において温度がTiでブリツジの節BC
の間の抵抗がRiの場合の出力Voが導かれる。式
(1)は、以下のように整理することはできる。 Vo＝Vref Ri／Ｒ＋Ri−Vref Rcold／Ｒ＋Rcold ＝Vref（Ri−Rcold）Ｒ／Ｒ＋Ri）（Ｒ＋Rcold） ＝Vref（Ri−Rcold）Ｒ／R2＋Ｒ（Ri＋Rcold）＋Ri・
Rcold Ri・Rcoldは分母においてその２つの最初の項
と比較すると無視できるため、式(1)の最後の形は
以下の通りになる。 Vo＝Vref（Ri−Rcold）Ｒ／Ｒ〔Ｒ＋（Ri＋Rcold）〕 ＝Vref（Ri−Rcold）／Ｒ（１＋Ri＋Rcold／Ｒ） (4) Ri−Rcold＝△Ｒ、即ち初期値Rcold（Ｔ＝
Tcold）からの抵抗の増加である。Riを消すため
に分子及び分母に代入すると、式(4)は Vo＝Vref×△Ｒ／R1＋（2Rcold＋ΔR／Ｒ） (5) Ａ＝（１＋2Rcold／Ｒ）を用いると、 式(5)は以下のようになる。 Vo＝Vref×△Ｒ／Ｒ Ａ＋〓R／R (6) Vref・△Ｒ／Ｒは、もし測定点の読みが第４
図の曲線Ｘをたどる代わりに式(2)により曲線Ｙ上
に分布する場合には、ライン１７と１８の間の出
力Vlに正確に等しいことがわかる。従つて、Ｘ
＝Voで換算すると、式はＹ＝Vlの式を以下のよ
うになる。 Vl＝Vref・△Ｒ／Ｒ＝VrefVo・Ａ／（Vref−Vo） ＝Vo・Ａ／（１−Vo／Vref） (7) 式(7)は、測定した非線形出力Voに相当する線形
の値Vlは、以下の計算により得られることを示
す。 Vo・Ａ／（１−Vo／Vref） 更に、（Vo／Vref）は１／Ｚ（Ｚ＝Vref／Vo）
と書けることがわかる。基準電圧Vrefの下で割
合が１／300の分圧器（Ｒ１，Ｒ２）の特定の例
では、12ビツトの精度の読みを得るため、データ
収集装置は4096＝Vref／300のフルスケールの読
みを与えることがわかる。Voの読みとしては、
Vo＝Vref／Ｚである。かくして、Ｚ＝4096×
300／Voである。 従つて、 Vl＝Ｙ＝VoA／（１−Vo／Vref）VoA×（１／１−１／２
） ＝VoA（１＋１／Ｚ＋（１／Ｚ）2＋（１／Ｚ）3＋…
…(8) これは、ルート（１／Ｚ）の関数１／１−１／
Ｚの級数展開を用いる。式(8)は、Vl＝Ｙ；Vo＝
Ｘ；Ｚ＝4096×300／Voを代入すると、式(3)と同
一視することができ、式(8)は以下のようになる。 Ｙ＝XA＋XA≡LXＸ／4096×300＋XA×（X 4096×300）2 ＋…… もしB0＝Ｂ；B1＝Ａ＝（１＋2Rcold／Ｒ）；B2
＝Ａ×（１／4096×300）；B3＝Ａ×１／（4096×
300）2；等であるばあいには、Ｘの多項式は上述
の式(3)で変換される。 上述の例、即ちRcold＝100オームRhot＝300オ
ーム；Ｒ＝60キロオーム（これらはVrefで電圧
からのフルスケールに対してＫ＝１／300となる）
では、B1＝1.00333；B2＝B1／300×4096＝
0.0000008である。 式(3)はこの例において二次式になる。更に一般
的には、特定のRTDブリツジ及び所望の精度に
より、更に多くの項を用いることができる。 上述の例において、式(3)は係数のB0＝０；
B1，B2は上述の如く計算した値で用いられる。
これらの値は、デジタルロジツクDGLのPROM
装置へプログラムされ、マイクロプロセツサによ
り利用される。瞬時的な抵抗値Ri及びブリツジ
の温度Tiに対して入力No.１で取り出される各値
Xiに対して、マイクロプロセツサはカウンタ
CNTから取り出したカウントに基づいて式(3)で
決まる値Yiを計算し、動作点を第２図の曲線Ｘ
から曲線Ｙへ移動させる。従つて、ブリツジが第
１図に示すようにデータ収集装置と結合される
と、マルチプレクサの入力No.１で検出された各値
Ｘに対して線形の値が自動的に得られ、このため
工業プロセス全体の適正な制御及び監視が行え
る。 その結果、互いに50オーム異なるRiの５つの
値に対して得られるＸ及びその典型的な値を以下
に示す。
【表】 マイクロプロセツサMPを用いて補正した値Ｙ
を求めた後、Riの補正した値は次の関係式で求
まる。 Ri＝Rcold＋Ｙ／4096×（Rhot−Rcold） (9) RTD装置のRiは、測定した温度Tiの非線形関
数であることが知られている。かかる非線形性
は、データ収集装置のデジタルロジツクDGLを
用い補償することができる。多項式の係数は、
PROM装置に記憶されマイクロプロセツサはRi
が式(9)から自動的に得られるためTiの補正した
値を計算することができる。 上述したように、節BCの間にRTD装置を有す
るRTDブリツジを選択する時、Tcoldの時のブ
リツジの抵抗値は、節ABを結ぶラインに間して
対称になるように選ばれる。従つて、Tcoldの
時、節ＣとＤの間において得られる電圧は０ボル
トである。かくして、節ＢとＤの間の抵抗Rsupp
は反対側枝路のRTDの装置のRcoldに等しく、
同時に抵抗Ｒは枝路AC及びADの各々に配置さ
れて分圧器の分圧率を決定する。基準分圧器Ｒ
１，Ｒ２の零入力No.４と入力No.１のTcoldの
RTDブリツジの両方に対して零の基準値を確実
に決めるとすると、入力No.３における基準分圧器
Ｒ１，Ｒ２からのフルスケールの読みと入力No.１
からThotの読みとの間において正確な一致が確
実に得られる。 再び第１図を参照して、分圧器Ｒ１，Ｒ２を非
常に高い精度を持つように作り、電源１０が基準
電圧として非常に精度の高い電圧を発生するよう
にしない限り、データ収集装置の入力No.３及びNo.
４で得られるカウントは、カウント０及びフルス
ケールの値に変換される不変の電圧を提供しない
ことに注意されたい。16進法では、12ビツトの分
解能を用いると、フルスケールは（1000）Ｈで
4096に相当するが、そのスケールの零は（0000）
Ｈである。零は、RcoldとTcoldに対応するもの
として間接的に確立される。データ収集装置によ
りフルスケールで真の値かどうか確かめるには、
較正が必要である。 基準抵抗分圧器Ｒ１，Ｒ２を較正する目的で、
第３図に示す較正分圧器SCBをデータ収集装置
に対して最初に行なう標準較正時に第１図の測定
用ブリツジと置き換える。標準較正用分圧器
SCBは、節BC間に正確な値の抵抗R′１、節AC
間に正確な値K1R′１（K1＝299±0.01％）の別の
抵抗を有する高精度の直列回路である。その分圧
器はまた、節BC間に抵抗値０の抵抗、節AD間
にR′3＝R′1±１％の抵抗を有し、これは演算増
幅器OA１，OA２の差動入力を補償する。 入力No.１、即し節CD間あるいはBC間におい
て、較正分圧器は較正電圧Vcを与え、その電圧
は電源１０の基準電圧Vrefの一部である。 Ｋ＝R′1／R′1＋K1・R′1＝１／300 従つて、入力No.２を較正分圧器で読み取ると、
共通モードのアースのカウントCgcは零の読み
（0000）Ｈに対応し、一方入力No.１を読み取ると
その取り出したカウントCFScはデータ収集装置
のフルスケールの読み（1000）Ｈに対応する。比
較により、基準分圧器Ｒ１，Ｒ２のアース入力No.
４のカウントCgとフルスケールの読みの入力No.
３のフルスケールの読みCFSは、測定値CFS−
Cgを与え、これはCFS−Cgcと正確には一致しな
い。従つて、分圧器Ｒ１，Ｒ２のフルスケールの
読み（1000）Ｈは逆数 （CFS−Cg）／（CFSc−Cgc） により補正する必要がある。第１図のブリツジに
より入力No.１における瞬時値Ｘを取ると、データ
収集装置は基準分圧器Ｒ１，Ｒ２と一緒に４つに
入力No.１〜入力No.４を用い、XiとしてCiを読み
取り、入力No.３においてフルスケールの読み
（1000）Ｈを取る。出力Ｘは、 Ｘ＝（1000）Ｈ×Ci−Cgc／CFS−Cg・CFS−Cg／CFSc−C
gc ＝（1000）Ｈ×Ci−Cgc／CFSc−Cgc (10) 較正分圧器を用いると、入出No.１のところで電
圧入力Xcalが得られ、これはデータ収集装置に
加えられると一般的に線形の式を満足する。 Ｘ＝A0＋A1〔Ci−Cgc／CFS−Cg〕 (11) 較正テストに適用すると、式(11)は以下のように
なる。 Xcal＝A0＋A1CFSc−Cgc／CFS−Cg 最初に、A0＝（0000）Ｈ、そしてA1＝（10000）
Ｈである。 従つて、 CFS−Cg／CFSc−Cgc＝（1000）Ｈ／Xcal (12) 式(10)より、補正した値はA′＝０であるように
思え、そして、 A′1＝A1×CFS−Cg／CFSc−Cgc＝A1×（1000）Ｈ／Xcal 式(12)を代入すると、 A′1＝（1000000）／Xcal 後者の値はPROMに導入され、較正後全ての
測定部面で用いられる。 その結果、基準分圧器Ｒ１，Ｒ２のフルスケー
ル及び零レベルで生じるであろう誤差は自動的に
補正される。Ｘの測定は、データ収集装置に取り
付けた標準型のブリツジと低いコストで製造した
分圧器Ｒ１，Ｒ２とを用いる。電源電圧１０は、
比率の両端でのみ関わり合うため変動するかもし
れない。 マイクロプロセツサは、継続して入力(1)を読
む。また、周期的に入力(2)、(3)及び(4)を読み取つ
て自動較正を行なう。入力を綿密に監視するため
に、以下に述べる方法を用いることが提案され
る。
【式】入力(1)、入力 (2)、入力(1)、入力(3)、入力(1)、入力(4)、入力(1)、
入力(1)、入力(1)、 各入力は400ミリ秒の間ONであるため、この
方法を用いると400ミリ秒の最大持続時間の間そ
の入力からの離脱が保証される。目標とするとこ
ろは12ビツト分解能の出力であるので、マイクロ
プロセツサにより遂行される式は、 Ｘ＝A0＋A1C1−C2／C3−C4 （13） 上式において、C1は入力No.１に関するカウン
ト、C2は入力No.２に関するカウントであり、最
初にA0＝（0000）Ｈ、A1＝（1000）Ｈである。 電流対周波数のＩ／Ｆ比は、２×108である。
かくして、フルスケールの入力は100×10-6×２
×109＝20000カウントを発生し、一方アース入力
は約10000カウントを生じる。 第４図を参照して、分圧器Ｒ１，Ｒ２に２組の
値を例示的に与えられているが、これらは値GO
(1)の範囲（R2＝100キロオーム、R1＝100オー
ム）に相当し、これにより分圧器は接続点Ｊ１に
おいて基準電圧Vrefの比Ｋ＝１／1000を与える。
第４図に示してもうひとつの組の値GO(2)は、Ｋ
＝１／300の上述した比に対するものであり、即
ちR2＝50キロオーム、R1＝167オームである。
分圧器Ｒ１，Ｒ２のGO(1)の設定において比率Ｋ
＝１／1000を考慮すると、ブリツジのＲ、RTD、
及びRsuppの値は、基準分圧器のGO(2)の設定に
対して上述したように選ばれる。同様にして、較
正分圧器はK1＝999±0.01％、R′2＝Ｋ／R′1、
R′3＝Ｋ／R′1±１％である。RTDブリツジは、
Tcold及びThotにおけるRTD装置の抵抗に関す
るＲの値が分圧器の比Ｋ＝１／1000を与えるよう
になる。従つて、300の代わりに、多項式(3)では、
定数B2は、 B2＝B1／1000×4096 更に一般的には、任意のブリツジを選択し特定
のRTD装置のRhot及びRcoldの間の△Ｒの範囲
にマツチする値Ｒ及びRsuppを選ぶにおいて、上
述の例のGO(1)、GO(2)のように比率Ｋを選択し
た範囲に近似させるために同じ方法を用いる。第
３図に示したような精密型ブリツジで較正を一旦
行なうと、後でしなければならないことはマイク
ロプロセツサでＸの補正値を計算し、続いてＹの
補正値を計算し、そしてＲ１の値を決定すること
である。 較正分圧器で較正を行う際、またRTDブリツ
ジで測定を行う際、得られるデータは入力No.３及
び入力No.４に関連して記憶されるカウントの差に
対する入力No.１及び入力No.２に間して記憶される
カウントの差の比であり、このため基準電圧
Vrefの重要性がなくなり、この基準電圧は高度
の安定性を持つ電源である必要はない。また、較
正ステツプにより不完全な基準分圧器を測定時に
用いていても、正確な基準値が得られる。一方、
基準分圧器による測定時、比率による方法を用い
るとドリフトの影響をなくすることができる。 再び第１図を参照して、本発明のもうひとつの
実施例によると、第３図に示した較正分圧器を用
いる代わりに、RTDブリツジそれ自体を較正用
に、即ちあつらえの較正手段として用いると仮定
する。 第３図の場合、最も低い読みは（0000）Ｈであ
り、これは出力零に対応すると仮定された。従つ
て、式(11)では、定数A0は（0000）Ｈであり、線
形の特性曲線は零を通過することを表わしてい
た。第２の実施例では、あつらえのRTDブリツ
ジを取り付けると、１）ブリツジではＴ＝Tcold
によりRTD＝Rcoldにセツトされ、２）Ｔ＝
ThotによりRTD＝Rhotにセツトされる。同時に
それぞれのステツプに対して、出力がデータ収集
装置により得られ、それらは即ちXcold及び
Xhotである。第５図を参照して、ラインＹ１は、
座標のＸ及びRi軸上における点Ｐ（Xcold、
Rcold）とＱ（Xcold、Rhot）を通過する直線で
ある。ＰとＱは、上述のステツプ１）及び２）に
より決まる。理想的には、出力零で原点０
（Xcold＝Ｏ，Rcold＝０）とフルスケールで点Ｍ
（Xhot＝（1000）Ｈ、Rhot）を通過する線Y2をた
どることが望まれる。数学的には、線Y2は次の
式により線Y1から得られる。 Y2＝（1000）Ｈ・Y1／Xhot−Xcold−（1000）Ｈ・Xcold
／Xhot−Xcold （14） 第１の実施例のY2に該当する式(11)と比較する
と、Y1では、式は次の形になる。 Y1＝A′0＋A′1X A′0は（10000）Ｈではなくて、 A′0＝−（1000）Ｈ・Xcold／Xhot−Xcold 一方、A′1は（1000）Ｈではなくて、 A′1＝（1000000）Ｈ／Xhot−Xcold マイクロプロセツサは、これら２つの定数を用
いてブリツジの較正した線PQから理想的な線形
の関数OMを導き出す。 しかしながら、変換により得た線は線Y1には
正確には一致しない。実際には、それは第６図の
線Y3に沿う。従つて、XiをXca1に変換する代わ
りに、前述の方法はXca1になるように意図され
ている線形のXcにとつては依然として離れてい
るXiを与える。 適当な計算を施すと、完全なレスポンスY1あ
るいはOMからの偏差はRcoldをRhotの中程で最
大であり、それは １／２（Rhot−Rcold）／（Ｒ＋Rhot＋Rcold）×Xi＝（
Xi−Xl） になると示すことができる。上式において、Xl
は理想的な線Ｙ２上の理想的な出力である。線形
出力からの偏差は、一般的に次の式で与えられ
る。 Xl／Xi＝１−（１−１／ｎ）（Rhot−Rcold）／Ｒ＋Rho
t＋Rcold（15） 上式において、 ｎ＝Rhot−Rcold／Ri−Rcold このパラメータは、線Ｙ３上の動作点が中間点の
前後においてどの位離れているかわ表わす。かく
して、第１図に示した例では、曲線Ｙ２上のR2
に関する曲線Ｙ３上の中間点M1に対しては、Ri
＝200オーム、ｎ＝２であり、出力の読み4096／
２は、式（15）において以下を導く。 2048／〔１−（１−１／２）×200／60000〕＝2048／0.
99833＝ 2051 偏差はたつた３カウントであり、これは式
（14）の変換が有効な較正方法であることを示す。 もしこの残留する非線形性を更に補償すること
が望まれる場合には、次の方法を用いることがで
きる。まず第１に、出力と取り出し、フルスケー
ルの読み4096を出力で割つてｎを決める。その
後、この値を式（15）で用いて読みを線形化す
る。 あつらえの較正手段によるステツプは、 １） 温度を測定するに用いるRTDブリツジ収
集装置につなぐ。 ２） A0＝０、A1＝（1000）Ｈを記憶させる ３） Rcoldの読みを取つて、Xcoldを導き出す。 ４） Rhotの読みを取つて、Xhotを導き出す。 ５） 上述のステツプ１）〜４）で得たデータを
用いて前述したようにA′0とA′1を計算する。 ６） PROM装置にA′0とA′1の値を入れる。 ７） Xiの測定ステツプに進む際一般的な式を
持つマイクロプロセツサを用いる。 ８） パワー（＋12ボルト）を加えると、リセツ
トパルスが発生される。マイクロプロセツサ
MPがリセツトされる。リセツト中にアドレス
されると、デジタルロジツクDGLは最上位の
データビツト１で０ビツト（“０”）に戻り、有
効でないデータであることを示す。 電源電圧が10ボルトを超えて800ミリ秒の後、
リセツトが停止される。マイクロプロセツサMP
とプログラム可能なカウンタCNTがイニシヤラ
イズされる。ほぼ15秒のウオームアツプのための
遅延を与えるために、ソフトウエアタイマが始動
される。このウオームアツプの期間、ビツト15が
０にセツトされる。16の入力の読みが得られる毎
に一度、較正サイクルを始動させるために、較正
カウンタがイニシヤライズされる。 マイクロプロセツサは、入力No.１及びNo.２でブ
リツジの読みを16個連続的にとる。各読みの後、
マイクロプロセツサは次の式を実行する。 パーセント・スパン＝A0＋A1C1−C4／C2−C3 上式においてカウントは、 Ｃ(i)−ｉ ＝１，２，３，４−マルチプレクサ５０が入力
No.１にセツトされる時得られるカウント （A0、A1はそれぞれ、ゼロオフセツト及び利得
定数である。）入力No.１の16の読みの後、マイク
ロプロセツサは較正サイクルに入る。このサイク
ル時、マイクロプロセツサは次の動作と行なう。 まず第１にCFS（フルスケール入力）を読んで、
更新した値をRAMに記憶させる。次いで、C2及
びC3が合格範囲10，666±10％の範囲にあるかど
うかテストする。もしC2−C3がその範囲外にあ
るなら、ビツト14を零にセツトする。マイクロプ
ロセツサは次いで、入力No.１から読みをとるため
に戻り、その出力が更新される。マイクロプロセ
ツサは入力No.３のアース入力へスイツチされる。
RAMのC3の値を更新して後、値C4−C3とC3は、
合格範囲内にあるかどうかテストされる。もしな
い場合、ビツト14が０にセツトされる。マイクロ
プロセツサは入力No.１に帰り、読みを得てその出
力を更新する。次いで、マイクロプロセツサは入
力No.２または共通モードアースへスイツチされ
る。C2はRAM内において更新され、合格範囲内
にあるかどうかテストされる。もしない場合、ビ
ツト14が０にセツトされる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例による、基準電圧
分圧器により取り出されるRTDアナログデータ
と基準電圧を処理する多重化データ収集装置；第
２図は、第１図のRTDブリツジの出力と意図す
る温度のスケールにマツチする線形の曲線との間
の関係を示す図；第３図は第１図の分圧器のフル
スケールにわたりレスポンスを較正するために用
いる高精度ブリツジ；第４図は、基準電圧分圧器
が使用するRTDブリツジの型により２つの設定
値を有する第１図の装置を示す図；第５及び６図
は、本発明の他の実施例を示す図であり、RTD
ブリツジそれ自体を用いて較正を行なう第２の方
法を示す。 １０……基準電圧源、２３……電流／周波数コ
ンバータ、２７……アイソレータ、３１……デバ
イダ、４３……パルストランス、５０……マルチ
プレクタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 温度Tiにさらされると抵抗値がRiとなる抵
    抗温度検知器（RTD）により遠隔点の温度を監
    視し感度温度を表わす信号を発生させる装置にお
    いて、前記装置が、前記遠隔点にある電圧Vref
    の基準電圧源と、前記基準電圧源とアースとの間
    に接続され、その中間点が前記基準電圧源とアー
    スとの間にある前記遠隔点に配置した分圧器と、
    前記基準電圧源とアースとにそれぞれ接続された
    供給用の２つの節及び前記供給用節に関し対角位
    置にある測定用の２つの節を有し、前記抵抗温度
    検知器が前記測定用節のうちの一方に連携する１
    つの枝路に接続されたブリツジと、前記分圧器及
    びブリツジの一方に連携する個々のラインを介し
    て前記遠隔点に接続され、選択接続される４つの
    入力を備えたデータ収集装置と、マイクロプロセ
    ツサとよりなり、前記データ収集装置の第１入力
    が前記ブリツジの測定用節間に接続され、第２入
    力が共通アースを得るため前記測定用節のうちの
    他方に接続され、第３入力が分圧器の前記中間点
    とアースとの間に接続され、第４入力が基準アー
    スとしてアースに接続され、前記データ収集装置
    が選択接続された前記入力に応答してその入力の
    値を表わすカウントを得るためのカウンタ手段を
    有し、Ciが前記第１の入力が入力信号Xiに応答
    するときその信号の値を表わすカウントであり、
    その電圧信号Xiが抵抗値Riと温度Tiとに対応し、
    Cgsが前記第３入力が選択接続されるときその入
    力から得られるアースを表わすカウントであり、
    Cgが前記第４入力が選択接続されるときその入
    力から得られる共通アースを表わすカウントであ
    り、前記マイクロプロセツサが前記カウントCiに
    作用して下記の式によりXiの線形値を表わす値
    Yiを計算し、 Yi＝B0＋B1Xi＋B2Xi2＋∝ 〓 ｎ＝３BjXj 上式において、 B0＝０；B1＝１＋2Rcold／Ｒ B2＝１＋（2Rcold／Ｒ）×１／KFS B3＝１＋（2Rcold／Ｒ）×（１／KFS）2；等 上式において、RcoldはTi＝TcoldのときのRi
    の抵抗値であり、Ｒは前記抵抗温度検知器と基準
    電圧源との間に直列に挿入されたブリツジ抵抗の
    抵抗値であり、FSは前記データ収集装置のフル
    スケール読取り精度であり、１／Ｋは前記フルス
    ケール読取り精度FSに対する前記基準電圧源の
    基準電圧Vrefの比率を表わす分数であり、前記
    第２入力からVref／Ｋを表わす入力信号が得ら
    れ、前記マイクロプロセツサが選択接続された前
    記第１、第２、第３及び第４入力に作用して下記
    の式によりXiを計算し、 Xi＝Ci−Cg／CFS−Cgs×FS 前記マイクロプロセツサがこのようにして得ら
    れたXiの各値につき作用して計算カウント値Xi
    を線形カウント値Yiに変換することを特徴とす
    るシステム。 ２ 前記データ収集装置が時々較正モードで作動
    され、前記抵抗温度検知器のブリツジに置き換え
    られる較正ブリツジが、前記抵抗温度検知器の代
    わりの精密抵抗Ri′と、前記抵抗Ｒの代わりの精
    密抵抗KRi′とを有し、前記データ収集装置が前
    記第１入力を選択し且つそれからVref／Ｋを表
    わすフルスケールカウントCFSCを得るように作
    動し、前記第２入力を選択してそれからカウント
    Cgcを得るように作動し、前記マイクロプロセツ
    サが、前記較正ブリツジによりそれぞれフルスケ
    ール及びアースの読みから得られたカウント
    CFSC及びCgcから、下記の式により補正係数を
    計算するよう作動し、 CFS−Cg／CFSc−Cgc 前記補正係数が、下記の式で Xi＝FS×Ci−Cgc／CFS−Cg Xiを計算するよう作動するマイクロプロセツ
    サにより用いられることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の装置。
JP58109114A 1982-06-17 1983-06-17 温度監視装置 Granted JPS597228A (ja)

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US389512 1982-06-17

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JPH0349058B2 true JPH0349058B2 (ja) 1991-07-26

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