JPH0545543U - センサの補正装置およびこれに接続するセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサに接続する計器において、個々のセン
サ固有のばらつきを補正して正確な測定値が簡単に得ら
れるようにする。 【構成】 測定信号入力部７は圧力センサ５からの測定
電圧を入力して演算部９に出力する。互換係数入力部１
１はセンサの標準特性に対する個々のセンサのばらつき
を示す互換係数を入力して互換係数記憶部１３に出力す
る。互換係数記憶部１３は互換係数を記憶する。測定値
換算データ記憶部２３は少なくともセンサ測定電圧およ
び互換係数から測定値を補正演算する演算式を記憶して
いる。演算部９は測定値換算データ記憶部２３からの演
算式に少なくともセンサ測定電圧および互換係数を代入
して測定値を補正演算して表示部１へ出力する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はセンサの補正装置およびこれに接続するセンサに係り、特に指示計や 調節計等の計器に搭載され個々のセンサ固有の特性のばらつきを補正するセンサ の補正装置と、これに接続して好適するセンサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

センサのうち圧力センサを例にすると、内蔵した例えば静電容量型センサ素子 に対して外部から導入させた液体を直接又は間接的に接液させ、この液体の圧力 に比例した測定電圧を出力するものが知られており、測定電圧を単に視覚的に表 示する指示計や表示とともに何等かの操作量を出力する調節計に接続して使用す る。 すなわち、図５に示すように、液晶表示器等の表示部１を有する指示計３と圧 力センサ５を接続し、指示計３に供給した電源から指示計３内で形成した駆動電 圧を圧力センサ５内のセンサ素子へ加え、圧力センサ５への流体圧力に比例して 変化する測定電圧を指示計３に出力し、指示計３内で測定電圧をデジタル信号に Ａ／Ｄ変換するとともにカウントして表示部１にデジタル表示させている。

【０００３】 ところが、個々の圧力センサ５には、図６に示すように、圧力ゼロの点（ゼロ 点）およびこのゼロ点と最大測定可能点（フルスケール点）間の感度のばらつき があるし、図７に示すように、圧力センサ５への駆動電圧の変動によって出力電 圧の傾向にばらつきが生じる一方、指示計３についても内部回路のばらつきによ って駆動電圧が変動する場合もあるのが現状である。 なお、図６中の実線は圧力センサ５について目的とする設計感度特性であって 同図の破線は個々の圧力センサ５における感度特性であり、図７中の実線は基準 となる駆動電圧を加えた時の圧力センサ５の感度特性であって同図の破線は駆動 電圧が変動した時の圧力センサ５の感度特性を示している。

【０００４】 そのため、指示計３で正確な圧力測定値を表示させるためには、実際に使用す る圧力センサ５と指示計３の組合せを１組毎に定め、各組毎に圧力センサ５への 圧力を正確にゼロ（０Ｋｇｆ／ｃｍ² ）にした時とフルスケール（例えば２Ｋｇ ｆ／ｃｍ² ）にした時において、指示計３の表示が各々「０Ｋｇｆ／ｃｍ² 」お よび「２Ｋｇｆ／ｃｍ² 」となるように指示計３を調節し、指示計３のゼロ点お よび感度を当該圧力センサ５のゼロ点および感度に合せていた。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した圧力センサ５と指示計３は、実際に使用される組合せ が固定的に１組毎に決められているため、次のような問題点があった。 （１）圧力センサ５又は指示計３の一方が故障して修理する必要がある場合、 単に片方のみ交換して他方に接続させるだけでは正確な測定値を表示できず、予 め調節された他の組合せとそっくり交換する必要があって不便であるし、不経済 でもある。 （２）もし、片方のみを交換しなければならない場合では、上述したように使 用現場で圧力「０Ｋｇｆ／ｃｍ² 」および圧力「２Ｋｇｆ／ｃｍ² 」の下に圧力 センサ５を置き、表示が「０Ｋｇｆ／ｃｍ² 」および「２Ｋｇｆ／ｃｍ² 」とな るように指示計３を再調節しなければならず、再調整が煩雑で手間がかかる難点 がある。 （３）さらに、圧力センサ５と指示計３とがセットで扱われるため、流通、販 売および保管等の観点からスペースをとったり価格が高騰する等の不都合がある 。 （４）また、安定した駆動電圧を圧力センサ５に印加して圧力センサ５のゼロ 点および感度のばらつきを抑えるために、指示計３についても電圧安定化回路を 内蔵する必要があり、回路構成の複雑化および価格の高騰を招く要因となってい る。

【０００６】 本考案は従来の欠点を解決するためになされたもので、正確な測定値を得るた めの使用現場での調整を簡単にし、任意の圧力センサと計器の組合を容易にした センサの補正装置およびこれに接続するセンサの提供を目的とする。 また、本考案は駆動電圧によって動作するセンサについて、その駆動電圧が変 動しても正確な測定値が得られるセンサの補正装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

このような課題を解決するために本考案のセンサの補正装置は、センサに係る 標準特性に対し実際に接続される同種の個々のセンサが有する固有特性との関係 を互換係数として入力する互換係数入力部と、入力されたその互換係数を記憶す る互換係数記憶部と、そのセンサからのセンサ測定信号を入力する測定信号入力 部と、少なくとも互換係数を用いてそのセンサ測定信号を補正して実接続される 個々のセンサ毎のばらつきを抑えたセンサ測定値を得る測定値換算データを記憶 する測定値換算データ記憶部と、その測定値換算データに基づき少なくとも互換 係数およびセンサ測定信号によって個々のセンサ毎のセンサ測定値を補正演算す る演算部とを有している。

【０００８】 また、本考案は、駆動電圧の印加によって測定駆動するセンサへ駆動電圧を印 加するセンサ用駆動電圧測定部を設け、上記演算部はセンサ用駆動電圧測定部か らの駆動測定信号をも用いて上記センサ測定値を補正演算するよう形成するとよ い。 さらに、本考案は、センサに係る標準特性に対して実際に接続される同種の個 々のセンサが有する固有特性との関係を互換係数としてセンサ本体表面に表示し 、この互換係数に基づいてセンサからのセンサ測定信号を補正する補正装置に接 続するセンサを形成している。

【０００９】

【作用】

このような手段を備えた本考案では、個々のセンサに係る互換係数を互換係数 入力部から入力すると互換係数記憶部で記憶され、そのセンサから測定信号入力 部を介して入力されたセンサ測定信号が、演算部において測定値換算データ記憶 部からの測定値換算データに基づき少なくとも互換係数によってセンサ毎のセン サ測定値に補正演算される。 また、センサ用駆動電圧測定部を有し、演算部でセンサ用駆動電圧測定部から の駆動測定信号をも用いてセンサ測定値を補正演算する構成では、駆動電圧が変 動しても変動分を含めて補正されたセンサ測定値が演算される。 さらに、互換係数を表面に付したセンサでは、このセンサの外観を見るだけで 互換係数を補正装置に入力できる。

【００１０】

【実施例】

以下本考案の実施例を図面を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分 には同一の符号を付すとともに、一例として指示計に搭載する例を示す。 図１において、測定信号入力部７は圧力センサ５からのセンサ測定電圧を入力 してデジタル信号にＡ／Ｄ変換するものであり、演算部９に接続されている。 互換係数入力部１１は圧力センサ５に係る互換係数を入力するものであり、互 換係数記憶部１３に接続されている。 この互換係数は、圧力センサ５の製作時に、圧力センサ５についてゼロ点から フルスケール点までの傾向に係る標準値又は設定値と個々の圧力センサ５の傾向 （傾き）とのずれを係数で示すものであり、個々の圧力センサ５毎に異なるのが 一般的である。

【００１１】 互換係数記憶部１３は、互換係数入力部１１からの互換係数を記憶するＲＡＭ であって演算部９に接続されており、演算部９からのアクセスによって互換係数 を演算部９へ出力する。 駆動電圧印加部１５は、指示計３に供給された電源を降圧整流し、圧力センサ ５への電源として例えば５Ｖ程度の直流駆動電圧を圧力センサ５に出力するもの である。 駆動電圧測定部１７は圧力センサ５への駆動電圧を測定してデジタル変換し、 これを演算部９へ出力するものである。

【００１２】 圧力センサ５は、図２に示すように指示計３に接続され、内蔵する例えば静電 容量型のセンサ素子（図示せず）に外部から流体を接液させ、流体の圧力に比例 したセンサ測定電圧を測定信号として出力するものであり、センサ本体１９の表 面、例えば前面パネル表面に互換係数の印刷又は刻印された銘板２１が貼付られ ている。 そのため、互換係数入力部１１への互換係数の入力は、その銘板２１上の表示 を見て簡単になされる。

【００１３】 図１に戻って、測定値換算データ記憶部２３は、測定信号入力部７からのセン サ測定電圧および駆動電圧測定部１７からの駆動測定電圧とから、基準の駆動電 圧（例えば正確な５Ｖ電圧）が印加されたと想定した時におけるゼロ点電圧を得 るゼロ点電圧演算式と、互換係数および駆動測定電圧から基準の駆動電圧が印加 されたと想定した時におけるフルスケール点電圧を得るフルスケール点電圧演算 式と、ゼロ点における基準のゼロ点電圧と個々の圧力センサ５のゼロ点における 測定電圧間の差（バイアス量）を得るバイアス量演算式と、実測モードにおいて 補正した測定値を得る補正演算式等を、変換データとして記憶したＲＯＭやＲＡ Ｍであって演算部９に接続されており、演算部９からのアクセスによってそれら の演算式を出力する。

【００１４】 ゼロ点電圧演算式は、 Ｖ0 ：基準の駆動電圧を印加したと想定した時のゼロ点電圧 Ｖ1 ：調整時（校正時）のゼロ点電圧［測定値］ ＶRO：基準の駆動電圧［既知］ ＶR1：調整時（校正時）の駆動電圧［測定値］ Ｐ ：駆動電圧変動に対するゼロ点電圧の変動係数［既知］ としたとき、 Ｖ1 ＝Ｖ0 ×｛１＋［（ＶR1−ＶRO）／ＶRO］×Ｐ｝ で表され、この式からゼロ点電圧Ｖ0 を求める。

【００１５】 フルスケール点電圧演算式は、 ＶF1：基準の駆動電圧を印加したと想定した時のフルスケール点電圧 Ｂ ：ゼロ点とフルスケール点間の標準の電圧差 （標準スパン電圧）［既知］ ＫS ：センサの互換係数（ばらつき係数）［既知］ （センサ個々に予め測定しておき、 ［ＫS ＝当該センサのスパン電圧／Ｂ］とする。） としたとき、 ＶF1＝ＫS ×Ｂ＋Ｖ0 で表される。

【００１６】 バイアス量演算式は ｂｉＡ：バイアス量（ゼロ点電圧のずれを圧力の単位に変換したもの） Ｃ：標準ゼロ点電圧［既知］ ＶFS：当該センサのスパン電圧（ＶFS＝ＫS ×Ｂ）［既知］ ＳLH−ＳLL：スパン圧力表示値 （フルスケール点とゼロ点の圧力差に対する表示値）［既知］ としたとき、 ｂｉＡ＝（Ｖ0 −Ｃ）×（ＳLH−ＳLL）／ＶFS で表される。

【００１７】 さらに、補正演算式は、調整時に上述した各式によって求められた値を使用し て、実測モードにおいて補正した測定値を得るための式であり、 ＰＶ：補正した測定値［表示値］ Ｖ2 ：実測中の駆動電圧を印加した時のゼロ点電圧［予想値］ ＶF2：実測中の駆動電圧を印加した時のフルスケール点電圧［予想値］ ＶIN：実測中のセンサ測定電圧［測定値］ Ｑ ：駆動電圧変動に対するフルスケール点電圧の変動係数［既知］ ＶR2＝実測中の駆動電圧［測定値］ としたとき、 Ｖ2 ＝Ｖ0 ×｛１＋［（ＶR2−ＶR0）／ＶR0］×Ｐ｝ ＶF2＝ＶF1×｛１＋［（ＶR2−ＶR0）／ＶR0］×Ｑ｝ ＰＶ＝（ＶIN−Ｖ2 ）×［（ＳLH−ＳLL）／（ＶF2−Ｖ2 ）］ で表される。

【００１８】 演算部９は、それらゼロ点電圧演算式、フルスケール点電圧演算式および補正 演算式等を測定値換算データ記憶部２３から読み出し、測定信号入力部７からの センサ測定値、互換係数記憶部１３からの互換係数および駆動電圧測定部１７か らの駆動電圧の測定電圧を代入して演算し、ゼロ点電圧Ｖ0 、フルスケール点電 圧ＶF1を得るとともに、実測中のセンサ測定電圧を補正演算して測定値ＰＶを得 るものであり、その測定値ＰＶを表示部１へ出力する機能を有している。 また、演算部９は測定値換算データ記憶部２３からのバイアス量演算式によっ て標準的な値からの誤差、例えばゼロ点についての標準のセンサ測定電圧と個々 の圧力センサ５におけるセンサ測定電圧の差を圧力の単位に変換したもの（バイ アス量）を修正データ記憶部２５へ出力するとともに表示部１へ出力する機能を 有している。

【００１９】 修正データ記憶部２５はその修正データを修正データとして記憶するＲＡＭで あり、表示部１はＬＣＤ表示器やＬＥＤ表示器等の公知の表示器であって測定値 ＰＶやバイアス量その他をデジタル的に表示するものである。 これら本考案のセンサの補正装置は、例えば図３に示すような指示計３内に内 蔵して構成される。 すなわち、ＣＰＵ２７ａと、このＣＰＵ２７ａの動作プログラムを格納したＲ ＯＭ２７ｂおよびインターフェースとしてのＩ／Ｏ２７ｃからなる制御部２７と 、この制御部２７に接続された設定部２９、測定信号入力部７、駆動電圧測定部 １７、表示部１、修正データ記憶部２５、測定値換算データ記憶部２３および互 換係数記憶部１３から構成されている。

【００２０】 設定部２９は、指示計３本体の前面パネル（図示せず）に配置された例えばキ ーボードであり、上述した互換係数の入力、後述する調整モード（自動校正モー ド）、実測モードの選択の他、後述する入力機能を有している。 測定信号入力部７、駆動電圧測定部１７、表示部１、修正データ記憶部２５、 測定値換算データ記憶部２３、互換係数記憶部１３および駆動電圧印加部１５は 上述した通りであるが、修正データ記憶部２５、測定値換算データ記憶部２３お よび互換係数記憶部１３は１個の記憶部（ＲＡＭ）を分割して使用される場合が 多い。 制御部２７は、調整モード（自動校正モード）、実測モードの実行およびこれ らの実行中に上述したゼロ点演算式、フルスケール点演算式および補正演算式を 実行し、ゼロ点電圧Ｖ0 、フルスケール点電圧ＶF1、バイアス量ｂｉＡを得て、 実測中のセンサ測定電圧を補正演算して測定値ＰＶを得るものであり、その測定 値ＰＶを表示部１へ出力する機能を有している。すなわち、図１の演算部９とし ても機能する。

【００２１】 次に上述した指示計３の動作を図４のフローチャートによって説明することに より、本考案のセンサ補正装置の動作を説明する。 使用者が図２のように圧力センサ５と指示計３を接続した後、図４のステップ ４０１で図３の設定部２９から指示計３を校正モードにし、ステップ４０２で前 回の互換係数すなわち前回接続した圧力センサ５に係るバイアス量を修正データ 記憶部２５から読み出して表示部１に表示させ、ステップ４０３で動作終了か否 か判断する。前回と同じ圧力センサ５を用いる場合にはＹＥＳとなって終了する 。 別の圧力センサ５と指示計３を接続したためにステップ４０３がＮＯであれば 、ステップ４０４で当該圧力センサ５に係るセンサ本体１９の銘板２１に表示さ れている互換係数Ｋｓを設定部２９から入力し、ステップ４０５で終了か否か判 断し、ＹＥＳであれば終了する。

【００２２】 調整を継続するためにステップ４０５がＮＯであれば、ステップ４０６で自動 校正を行なうか否か判別し、ＮＯであればステップ４０２に戻り、ＹＥＳであれ ばステップ４０７で校正時の駆動電圧の測定電圧ＶR1を測定する。この時、圧力 センサ５は０Ｋｇｆ／ｃｍ² にしておく。 続くステップ４０８で校正時のゼロ点のセンサ測定電圧Ｖ1 を測定し、ステッ プ４０９でセンサ測定電圧Ｖ1 が所定の範囲であるか否かを判断する。 センサ測定電圧Ｖ1 が所定の範囲内にあってＹＥＳであれば、ステップ４１０ で基準の駆動電圧を印加したと想定した時のゼロ点電圧Ｖ0 、基準の駆動電圧を 印加したと想定した時のフルスケール点電圧ＶF1、バイアス量ｂｉＡを演算し、 ステップ４１１でバイアス量ｂｉＡを表示部１に表示させてステップ４０２に戻 る。

【００２３】 もし、ゼロ点のセンサ測定電圧Ｖ1 が所定の範囲外にあってＮＯであれば、ス テップ４１２で表示部１にエラーを表示し、ステップ４１３で圧力センサ５の再 チェックを行ない、ステップ４０２に戻る。 そして、図示しないステップで図３の設定部２９から指示計３を実測モードに し、圧力センサ５からのセンサ測定電圧に基づく測定値ＰＶを表示部１に表示さ せる。 このように本考案に係るセンサの補正装置は、互換係数を入力する互換係数入 力部１１とこれを記憶する互換係数記憶部１３を設け、ゼロ点におけるセンサ測 定電圧を入力すれば演算部９で測定値換算データ記憶部２３からの換算データに よって基準の駆動電圧を印加したと想定した時のフルスケール点電圧を自動的に 演算するとともに、これらゼロ点のセンサ測定電圧と演算したフルスケール点の センサ測定電圧の傾向および互換係数から測定電圧を補正して測定値ＰＶを補正 する構成としたから、指示計３と組合せて使用する圧力センサ５について単にゼ ロ点におけるセンサ測定電圧を取込めば、フルスケール点のセンサ測定電圧を予 め測定する必要がなくなる。

【００２４】 そのため、本考案のセンサの補正装置を指示計３に搭載すれば、任意の圧力セ ンサ５および指示計３を互いに接続しても使用現場での調整が簡単となり、圧力 センサ５と指示計３との任意の組合せが容易となる。 従って、圧力センサ５又は指示計３の一方が故障して修理する必要がある場合 、単に片方のみを交換しても簡単な調整によって正確な表示が可能となって便利 かつ経済的であるうえ、圧力センサ５又は指示計３を各々単品で流通、販売およ び保管できるのでこれらの取扱いが簡単である。

【００２５】 しかも、圧力センサ５に印加する駆動電圧を測定する駆動電圧測定部１７を設 け、演算部９でその測定電圧を考慮して補正演算して測定値ＰＶを得るので、本 考案の補正装置を搭載した指示計３内からの駆動電圧が多少変動しても正確な測 定値ＰＶを演算できるし、指示計３内において駆動電圧を形成する回路構成を複 雑化させない。 なお、互換係数がゼロ点に係るデータを含むものであれば、ゼロ点におけるセ ンサ測定電圧の取込みを省略可能である。 また、本考案では圧力センサ５のセンサ本体１９表面に、センサ素子に係る標 準特性に対する互換係数を表示した銘板２１を配置したから、指示計３に接続し た圧力センサ５の銘板２１を見るだけで、当該圧力センサ５の互換係数が分り、 補正装置に入力し易い。

【００２６】 しかも、互換係数はセンサ本体１９に直接付して銘板２１を省略することも可 能である。 さらに、上述した実施例では圧力センサ５を例にして説明したが、本考案では 圧力以外に温度その他のセンサにおいて実施可能である。もっとも、本考案にお いては測定信号が直線的に変化するセンサ、特に駆動電圧を印加して駆動させる センサにおいて好適する。 また、本考案の補正装置は指示計に限らず、調節計その他の一般的な計器に広 く搭載可能である。

【００２７】

【考案の効果】

以上説明したように本考案は、互換係数を入力する互換係数入力部と、これを 記憶する互換係数記憶部と、センサからの測定信号を入力する測定信号入力部と 、演算部と、この演算部で演算するための測定値変換データを記憶した測定値変 換データ記憶部とを設け、その演算部で少なくとも互換係数からセンサ測定信号 を補正して測定値を得る構成としたから、センサについての互換係数とセンサ測 定信号を入力すれば、正確なセンサ測定値が得られる。 そのため、補正装置を搭載した例えば指示計とセンサを接続してもその調整が 簡単となり、圧力センサと指示計との任意の組合せが容易であるし、維持管理等 も簡単である。 また、駆動電圧で駆動するセンサへ印加する駆動電圧を測定する駆動電圧測定 部を設け、演算部でその測定電圧を考慮して測定値を得る構成では、駆動電圧が 変動しても正確な測定値を得ることが容易で、駆動電圧を形成する回路構成も複 雑化しない。 さらに、互換係数をセンサ本体に付したセンサを形成すれば、指示計に接続し たセンサの外観を見るだけで互換係数が分るから、互換係数の管理および入力が 極めて簡単となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係るセンサの補正装置の一実施例を示
すブロック図である。

【図２】本考案に係るセンサの補正装置を内蔵した指示
計と本考案に係るセンサの組合せを示す図である。

【図３】図１のセンサの補正装置を指示計とともに示す
ブロック図である。

【図４】図１のセンサの補正装置の動作を指示計ととも
に説明するフローチャートである。

【図５】従来の指示計とセンサの組合せを示す図であ
る。

【図６】個々の圧力センサにおける圧力に対するセンサ
出力電圧特性のばらつきを示す図である。

【図７】任意の圧力センサにおいて圧力に対するセンサ
出力電圧特性が駆動電圧によって変化する例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 表示部 ３ 指示計（計器） ５ 圧力センサ（センサ） ７ 測定信号入力部 ９ 演算部 １１ 互換係数入力部 １３ 互換係数記憶部 １５ 駆動電圧印加部 １７ 駆動電圧測定部 １９ センサ本体 ２１ 銘板 ２３ 測定値換算データ記憶部 ２５ 修正データ記憶部 ２７ 制御部（演算部） ２７ａ ＣＰＵ ２７ｂ ＲＯＭ ２７ｃ Ｉ／Ｏ ２９ 設定部

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサに係る標準特性と、実際に接続さ
   れる同種の個々のセンサが有する固有特性との関係を互
   換係数として入力する互換係数入力部と、 入力された前記互換係数を記憶する互換係数記憶部と、 前記センサからのセンサ測定信号を入力する測定信号入
   力部と、 少なくとも前記互換係数記憶部からの前記互換係数を用
   いて前記測定信号入力部からの前記センサ測定信号を補
   正して実接続される前記センサ毎のばらつきを抑えたセ
   ンサ測定値を得る測定値換算データを記憶する測定値換
   算データ記憶部と、 この測定値換算データ記憶部からの前記測定値換算デー
   タに基づき少なくとも前記互換係数および前記センサ測
   定信号により、実接続される前記センサ毎のセンサ測定
   値を補正演算する演算部と、 を具備することを特徴とするセンサの補正装置。
2. 【請求項２】 駆動電圧の印加によって測定駆動する前
   記センサへ印加する前記駆動電圧を測定するセンサ用駆
   動電圧測定部を設け、前記演算部は前記センサ用駆動電
   圧測定部からの駆動電圧測定信号をも用いて前記センサ
   測定値を補正演算するよう形成された請求項１記載のセ
   ンサの補正装置。
3. 【請求項３】 センサ本体表面に標準特性に対して同種
   の個々のセンサが有する固有特性との関係を互換係数と
   して表示してなり、この互換係数に基づいて前記センサ
   からのセンサ測定信号を補正する補正装置に接続される
   センサ。