JPH05157579A - 物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、配線変更なしで熱電対、直流信
号発生源、測温抵抗体などの測定センサを容易に接続替
えでき、測定作業の簡素化を図ることにある。 【構成】 各種の測定センサ１６，１７，１８を選択的
に接続替え可能とする接続端子部１１と、この接続端子
部の所要とする＋端子と＋電源ラインとの間に設けたオ
ン・オフ時間比率に応じて抵抗値が変化する可変抵抗形
スイッチＳＷ１と、前記接続端子部に接続される前記測
定センサに応じて前記可変抵抗形スイッチにオン・オフ
時間比率信号を与えることにより当該測定センサに所要
とする電流を流して物理量を測定可能とするバイアス制
御手段２２とを設けた物理量測定装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度その他の物理量を
測定する場合に利用される物理量測定装置に係わり、特
に回路変更なしで複数種類の測定センサなどを接続替え
できる物理量測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プロセス計装分野における温度計測で
は、熱電対，測温抵抗体が主に用いられている。

【０００３】従来の熱電対を用いた温度測定装置は、例
えば図５に示すように、＋５Ｖのバイアス電源に抵抗Ｒ
１から熱電対１に熱電対断線検出目的で０．１μΩの電
流を供給する。一方、Ａ点には２２０ｍＶのバイアス電
圧を与え、かつ、抵抗Ｒ３の両端に図示の極性で生ずる
電圧（２０ｍＶ）は熱起電力を逆極性の電圧としてアン
プ３の入力端子に印加する。従って、抵抗Ｒ２の値を変
化させると、抵抗Ｒ３両端の電圧が変化し、ゼロ点調整
が可能となる。

【０００４】次に、３線式１００Ωの測温抵抗体５を用
いた温度測定装置の場合には、抵抗Ｒ１を経由して測温
抵抗体５に１ｍＡを、抵抗Ｒ３にも１ｍＡを供給する
と、測温抵抗体５が１００Ω（℃）の場合にアンプ３の
入力はほぼゼロとなる。抵抗Ｒ２の値を変化させればゼ
ロ点が、また抵抗Ｒ１の値を変化させればスパンが調整
できる。

【０００５】図５，図６に示すように、抵抗Ｒ１〜Ｒ
４、アンプ３の配置は同一であるが、抵抗Ｒ１〜Ｒ４の
値が大幅に異なるために、一般的には図５と図６はそれ
ぞれ独立した回路として製作されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の場合に
は、常に２つの機器を用意する必要があり、そのため経
済的に不利であるばかりでなく、その保管，管理が非常
に面倒であり、その他持ち運びに不便であるなどの問題
がある。

【０００７】一方、後者の場合には、熱電対１と測温抵
抗体５とを共用して使用できるので、それだけ用途拡大
を図ることができるが、測定センサの接続替えのたびに
ユーザーが可変抵抗を可変しながら所定のバイアス状態
に設定する必要があるので、測定作業が非常に煩雑であ
ること、また測定センサーに流すべき電流が極端に異な
るので広範な可変範囲の可変抵抗器を使用する必要があ
るなどの問題がある。

【０００８】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、回路変更なしに各種の測定センサーの接続替えを行
って温度，直流電圧などの物理量を測定可能とする物理
量測定装置を提供することを目的とする。

【０００９】また、本発明の他の目的は、ゼロ点調整の
他、測定系の測定誤差を補償でき、さらに熱電対を用い
たときの冷接点補償も容易に行いうる物理量測定装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】先ず、請求項１に対応す
る発明は上記課題を解決するために、各種の測定センサ
を選択的に接続替え可能とする接続端子部と、この接続
端子部の所要とする端子と電源ラインとの間に設けたオ
ン・オフ時間比率に応じて抵抗値が変化する可変抵抗形
スイッチと、前記接続端子部に接続される前記測定セン
サに応じて前記可変抵抗形スイッチにオン・オフ時間比
率信号を与えることにより当該測定センサに所要とする
電流を流して物理量を測定可能とするバイアス制御手段
とを備えた構成である。

【００１１】請求項２に対応する発明は、各種の測定セ
ンサを選択的に接続替え可能とする接続端子部と、この
接続端子部の一方の極性端子と電源ラインとの間に設け
たオン・オフ時間比率に応じて抵抗値が変化する第１の
可変抵抗形スイッチと、前記接続端子部の他方の極性端
子と電源ラインとの間に設けたオン・オフ時間比率に応
じて抵抗値が変化する第２の可変抵抗形スイッチおよび
ゼロ点調整用抵抗と、前記接続端子部に接続される前記
測定センサに応じて前記第１の可変抵抗形スイッチにオ
ン・オフ時間比率信号を与えることにより当該測定セン
サに所要とする電流を流して物理量を測定可能とするバ
イアス制御手段と、前記第２の可変抵抗形スイッチにオ
ン・オフ時間比率信号を与えてゼロ点調整を行うゼロ点
調整制御手段とを備えた構成である。

【００１２】次に、各種の測定センサを選択的に接続替
え可能とする接続端子部と、この端子温度または周囲温
度を検出する温度検出用素子と、この接続端子部の所要
とする端子と電源ラインとの間に設けたオン・オフ時間
比率に応じて抵抗値が変化する可変抵抗形スイッチと、
前記接続端子部に接続される前記測定センサに応じて前
記可変抵抗形スイッチにオン・オフ時間比率信号を与え
ることにより当該測定センサに所要とする電流を流して
物理量を測定可能とするバイアス制御手段と、予め補償
用データが記憶され、前記温度検出用素子によって検出
された端子温度または周囲温度に応じて前記補償用デー
タを取り出して測定物理量を補償する補償制御手段とを
備えた構成である。

【００１３】

【作用】従って、請求項１に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、接続端子部としての端子台
に熱電対または測温抵抗体などを接続した後、バイアス
制御手段としての例えばマイクロプロセッサより予め定
めたオン・オフ時間比率信号を可変抵抗形スイッチに与
えてオン・オフ時間比率を変えると、それに伴って所要
とする抵抗値に変化し、熱電対または測温抵抗体に所要
とする電流を確実に流すことができ、従来のような煩雑
さがなくなり、しかも回路変更なしに種々の測定センサ
を接続して物理量を測定できる。

【００１４】次に、請求項２に対応する発明では、請求
項１に対応する発明と同様な作用を有する他、第１の可
変抵抗形スイッチにオン・オフ時間比率信号を与えて測
定センサに所要の電流を流す一方、同様の機能を持つ第
２の可変抵抗形スイッチを設け、ゼロ点調整制御手段と
しての例えばマイクロプロセッサから第２の可変抵抗形
スイッチに対してオン・オフ時間比率信号を与えて抵抗
値を可変し所定のバイアス電圧が得られるようにすれ
ば、非測定時、測定系を容易にゼロ点に調整できる。

【００１５】さらに、請求項３に対応する発明において
は、予め測定誤差や冷接点補償用データを記憶し、実際
の測定時に温度検出用素子にて端子部分または周囲温度
を測定し、測定系で測定された測定データに対し、当該
端子温度または周囲温度に応じた補償用データを取り出
して補償するようにすれば、測定誤差を容易に除去で
き、また熱電対特有の冷接点補償も確実に行うことがで
きる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明装置の一実施例を示す構成図
である。同図において１１は各種測定センサーの接続替
えを可能とする端子台であって、この端子台１１には＋
端子，−端子およびＢ端子の他、冷接点補償を行うため
に端子台１１の温度を検出する温度検出用ダイオードＤ
が設けられている。

【００１７】この端子台１１の＋端子と装置の＋電源ラ
イン１２との間には電流のオン・オフ期間の可変により
抵抗値が変化するアナログスイッチＳＷ１と抵抗Ｒ１１
との直列回路が接続されている。一方、端子台１１の−
端子は、装置の＋電源ライン１２と−電源ライン１３と
の間に直列接続されているアナログスイッチＳＷ２、ゼ
ロ点調整用抵抗Ｒ１２，Ｒ１４およびバイアス抵抗Ｒ１
３のうち、抵抗Ｒ１２とバイアス抵抗Ｒ１３との共通部
に接続されている。また、端子台１１のＢ端子には−電
源ライン１３が接続されている。

【００１８】また、端子台１１の＋端子と、アナログス
イッチＳＷ２接続側のゼロ点調整用抵抗Ｒ１２の端部と
に、それぞれ個別にノイズ成分を除去する高周波除去フ
ィルタＦ１，Ｆ２を介して可変ゲイン用アンプ１４が接
続されている。１５はアンプ１４の出力をデイジタル信
号に変換する信号変換回路である。

【００１９】さらに、前記端子台１１には、その＋端子
と−端子との間に図示実線で示す熱電対１６が接続され
るが、必要に応じて同じく＋端子と−端子との間に熱電
対１６に代えて一点鎖線で示す直流信号発生源１７が接
続され、或いは図示点線で示すように＋端子，−端子お
よびＢ端子にそれぞれ接続ケーブル抵抗ｒを介して測温
抵抗体１８が接続されるものである。

【００２０】前記温度検出用ダイオードＤの両端には所
定のバイアスに保持された固定ゲインアンプ１９を有す
る補償用温度測定系２０が設けられている。２１はアン
プ１９の出力をデイジタル信号に変換する信号変換回路
である。

【００２１】２２は所定のプログラムデータに基づいて
アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御し、測定データ
を収集記憶し、或いは各種の補償例えば冷接点補償制御
等を行うマイクロプロセッサ、２３はアナログスイッチ
ＳＷ１，ＳＷ２の制御に必要なデータ、冷接点補償デー
タ、装置全体の温度誤差データなどを記憶するメモリで
ある。次に、以上のように構成された装置の動作につい
て説明する。

【００２２】先ず、物理量例えば温度，電圧の測定に先
立ち、メモリ２３に熱電対１６，直流信号発生源１７、
測温抵抗体１８の種別、測定レンジまたは直流信号発生
源１７からの発生電圧による直流電圧レンジなどに応じ
て予め定めたアナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン・
オフ時間比率データ、アンプ１４の可変ゲインデータな
どを記憶する。そして、かかる測定条件の下に次のよう
な種々の測定を行う。 （１） 測定系の温度誤差の測定について。

【００２３】先ず、端子台１１に熱電対１６、直流信号
発生源１７および測温抵抗体１８などの測定センサを接
続替えしながら、各測定センサごとに後記するような手
順に従ってゼロ点調整を行う。しかる後、非測定状態に
おいて端子台１１の温度を種々可変し、その時の温度を
補償用温度測定系２０を介してマイクロプロセッサ２２
で測定する一方、センサ接続側である温度測定系の出力
電圧（温度）を順次測定し、各温度ごとの温度誤差をメ
モリ２３に格納する。このとき、例えば２０°Ｃを基準
温度として温度誤差を測定するものとする。この温度誤
差の測定は、装置出荷時の温度試験などのときに行う。 （２） 熱電対１６を接続したときの測定動作につい
て。

【００２４】マイクロプロセッサ２２は、メモリ２３か
ら熱電対１６を用いたときのオン・オフ時間比率データ
を読み出してアナログスイッチＳＷ１をオン・オフ時間
比率制御を実行し、当該スイッチＳＷ１と抵抗Ｒ１１と
の合成抵抗が例えば従来例の如き５０ＭΩ，つまり高抵
抗値となるように設定し、熱電対１６に所定の微電流を
流すとともに、メモリ２３から可変ゲインデータを読み
出してアンプ１４に設定する。

【００２５】さらに、非測定状態において熱電対１６の
両端に電圧が現れるので、マイクロプロセッサ２２で
は、アナログスイッチＳＷ２にオン・オフ時間比率信号
を送出してオン・オフ時間比率制御を実施し、かつ、可
変ゲイン形アンプ１４および信号変換回路１５の出力を
取り込むことにより、抵抗Ｒ１２に所定の電圧，つまり
熱電対１６両端に現れる電圧を発生させることにより、
信号変換回路１５の出力を零とするゼロ点調整を行う。

【００２６】しかる後、熱電対１６を用いて主として高
温度を測定する。すなわち、被測定温度に応じて熱電対
１６に起電力が発生するので、この発生起電力を、端子
台１１の＋端子と−端子とを介して取り出した後、高周
波除去用フイルタＦ１，Ｆ２でノイズ成分を除去し、所
要とするゲインのアンプ１４にて増幅し、マイクロプロ
セッサ２２に送出する。

【００２７】ここで、マイクロプロセッサ２２は、その
測定データ，つまり測定温度データをメモリ２３または
図示しないバッフアメモリなどに格納するとともに、必
要に応じて出力する。

【００２８】なお、熱電対１６を用いたとき、温度誤差
の補償の他、冷接点（基準接点）補償を行う必要があ
る。温度誤差の補償は、実際の温度測定時に端子台１１
の温度を温度検出用ダイオードＤおよび補償用温度測定
部２０により測定し、この測定温度に基づいて前記
（１）の温度誤差測定時にメモリ２３に既に格納されて
いる温度誤差データを取り出して熱電対１６による測定
温度を補償する。

【００２９】次に、冷接点補償について説明する。熱電
対１６の出力特性は図２に示すように非線形特性となっ
ている。このため、例えば熱電対１６の測定温度が１０
０℃であって、端子台１１の温度が０℃であれば、熱電
対接続の温度測定系から１００℃の温度を測定できる
が、例えば端子台１１が２０℃のときには図示（イ）に
示すように８０℃の温度差を測定していることになり、
２０℃に相当する出力，つまり冷接点補償分（ロ）を図
示（ロ′）のように加算し補償する必要がある。そこ
で、予め熱電対１６を用いたときの出力特性から冷接点
補償分データをメモリ２３に格納してある。

【００３０】そこで、温度誤差の補償と同様に、実際の
温度測定時の端子台１１の測定温度に基づいてメモリ２
３に格納されている冷接点補償分データを取り出して熱
電対１６による測定温度を補償するものである。 （３） 測温抵抗体１８，直流信号発生源１７などを接
続したときの測定動作について。

【００３１】この場合にはマイクロプロセッサ２２は、
メモリ２３から測温抵抗体１８，直流信号発生源１７を
用いたときのオン・オフ時間比率データを読み出してア
ナログスイッチＳＷ１をオン・オフ時間比率制御を実行
する一方、メモリ２３から可変ゲインデータを読み出し
てアンプ１４に設定し、熱電対１６を接続したときと同
様の測定を行う。但し、冷接点補償処理が除かれる。

【００３２】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、熱電対１６、直流信号発生源１７、測温抵抗体１８
に基づいて、マイクロプロセッサ２２から予め定めたオ
ン・オフ時間比率信号を送出してアナログスイッチＳＷ
１，ＳＷ２をオン・オフ時間比率制御を行い、所要とす
るバイアス抵抗となるように設定するので、配線変更や
回路定数を変更することなく、熱電対１６、直流信号発
生源１７、測温抵抗体１８などを接続替えでき、ユーザ
ーの多様な用途に十分に対処することができる。また、
アナログスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン・オフ時間比率
を可変しながら測定センサー接続側温度測定系のゼロ点
調整を容易に行うことができる。

【００３３】しかも、測定センサー接続側温度測定系と
は別に、端子台１１に温度検出用素子を設け、端子台１
１の温度を測定するようにしたので、予め測定センサー
接続側温度測定系の温度誤差データや冷接点補償用デー
タを取得し、実際の測定時の端子台温度に応じて測定セ
ンサー接続側温度測定系の出力に対して温度誤差補償や
冷接点補償を実行でき、周囲温度に影響されずに高精度
に温度などを測定でき、安定性の高い装置を実現でき
る。

【００３４】なお、本発明上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば図３および図４に示すように本来の温
度測定系と補償用温度測定系とを共用し簡素化する構成
とすることもできる。

【００３５】図３は熱電対１６を接続したときの共用回
路の構成を示す図である。これは、本来の温度測定系の
構成をそのまま維持しつつ、＋電源ラインとアースとの
間に抵抗Ｒ１４および温度検出用ダイオードＤの直列回
路を接続し、また端子台１１の＋端子に接続される高周
波除去用フイルタＦ１の出力側と、温度検出用ダイオー
ドＤのアノード側とにそれぞれアナログスイッチＳＷ
３，ＳＷ４を接続し、これらスイッチＳＷ３，ＳＷ４の
出力端側を共通にして前記可変ゲイン形アンプ１４に接
続した構成である。

【００３６】従って、このような構成によれば、マイク
ロプロセッサ２２からの選択信号でスイッチＳＷ３をオ
ン設定すると、本来の温度測定系を構成し、逆にスイッ
チＳＷ３をオン設定すれば、補償用温度測定系を構成で
き、非常に少ない構成部品を用いて、温度測定の他、ゼ
ロ点調整、温度誤差補償および冷接点補償を行うことが
できる。

【００３７】図４は測温抵抗体１８を接続したときの共
用回路の構成であって、本来の温度測定系と補償用温度
測定系の切り替えは図３と全く同様であり、ここではそ
の詳しい説明は省略する。

【００３８】また、温度検出用素子はダイオードＤに限
らないことは言うまでもない。また、アナログスイッチ
ＳＷ２に直列接続される抵抗Ｒ１４は必要に応じて除い
てもよいものである。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。

【００４０】先ず、請求項１の発明では、配線変更なし
で熱電対、直流信号発生源、測温抵抗体などの測定セン
サを容易に接続替えでき、測定作業の簡素化およびユー
ザーの多様な用途に十分に対処できる次に、請求項２の
発明では、請求項１の発明の効果の他、ゼロ点調整を容
易に行うことができる。

【００４１】さらに、請求項３の発明は、配線変更なし
で熱電対、直流信号発生源、測温抵抗体などの測定セン
サを容易に接続替えでき、よって種々の物理量を測定で
きる他、温度誤差補償および冷接点補償を容易に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる物理量測定装置の一実施例を
示す構成図。

【図２】 冷接点補償を説明する図。

【図３】 熱電対を用いたときの温度測定系と補償用測
定系とを共用する回路構成図。

【図４】 測温抵抗体を用いたときの温度測定系と補償
用測定系とを共用する回路構成図。

【図５】 熱電対を用いたときの従来装置の構成図。

【図６】 測温抵抗体を用いたときの従来装置の構成
図。

【符号の説明】

１１…端子台、１２…＋電源ライン、１３…−電源ライ
ン、１４…可変ゲイン用アンプ、１５，２１…信号変換
回路、１６…熱電対、１７…直流信号発生源、１８…測
温抵抗体、１９…固定ゲイン用アンプ、２０…補償用測
定系、２２…マイクロプロセッサ、２３…メモリ、ＳＷ
１〜ＳＷ４…アナログスイッチ、Ｒ１１〜Ｒ１４…抵
抗、Ｄ…温度検出用素子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種の測定センサを選択的に接続替え可
   能とする接続端子部と、この接続端子部の所要とする端
   子と電源ラインとの間に設けたオン・オフ時間比率に応
   じて抵抗値が変化する可変抵抗形スイッチと、前記接続
   端子部に接続される前記測定センサに応じて前記可変抵
   抗形スイッチにオン・オフ時間比率信号を与えることに
   より当該測定センサに所要とする電流を流して物理量を
   測定可能とするバイアス制御手段とを備えたことを特徴
   とする物理量測定装置。
2. 【請求項２】 各種の測定センサを選択的に接続替え可
   能とする接続端子部と、この接続端子部の一方の極性端
   子と電源ラインとの間に設けたオン・オフ時間比率に応
   じて抵抗値が変化する第１の可変抵抗形スイッチと、前
   記接続端子部の他方の極性端子と電源ラインとの間に設
   けたオン・オフ時間比率に応じて抵抗値が変化する第２
   の可変抵抗形スイッチおよびゼロ点調整用抵抗と、前記
   接続端子部に接続される前記測定センサに応じて前記第
   １の可変抵抗形スイッチにオン・オフ時間比率信号を与
   えることにより当該測定センサに所要とする電流を流し
   て物理量を測定可能とするバイアス制御手段と、前記第
   ２の可変抵抗形スイッチにオン・オフ時間比率信号を与
   えてゼロ点調整を行うゼロ点調整制御手段とを備えたこ
   とを特徴とする物理量測定装置。
3. 【請求項３】 各種の測定センサを選択的に接続替え可
   能とする接続端子部と、この端子温度または周囲温度を
   検出する温度検出用素子と、この接続端子部の所要とす
   る端子と電源ラインとの間に設けたオン・オフ時間比率
   に応じて抵抗値が変化する可変抵抗形スイッチと、前記
   接続端子部に接続される前記測定センサに応じて前記可
   変抵抗形スイッチにオン・オフ時間比率信号を与えるこ
   とにより当該測定センサに所要とする電流を流して物理
   量を測定可能とするバイアス制御手段と、予め補償用デ
   ータが記憶され、前記温度検出用素子によって検出され
   た端子温度または周囲温度に応じて前記補償用データを
   取り出して測定物理量を補償する補償制御手段とを備え
   たことを特徴とする物理量測定装置。