JPH06100626B2 - 測温抵抗体回路 - Google Patents

測温抵抗体回路

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JPH06100626B2
JPH06100626B2 JP20805892A JP20805892A JPH06100626B2 JP H06100626 B2 JPH06100626 B2 JP H06100626B2 JP 20805892 A JP20805892 A JP 20805892A JP 20805892 A JP20805892 A JP 20805892A JP H06100626 B2 JPH06100626 B2 JP H06100626B2
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JP
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temperature detector
resistance temperature
voltage
resistance
terminal
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崇夫 藤田
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は測温抵抗体回路に関する
ものであり、詳しくは、デジタル処理に適した測温抵抗
体回路を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の測温抵抗体を用いた温度測
定装置を含む記録計の一例の要部を示す構成説明図であ
る。図2において、H,Lは熱電対の出力電圧や直流電
圧などの入力端子であり、H端子は抵抗R1およびスイ
ッチSW1を介してアンプ1に接続され、L端子は共通
電位点に接続されている。2は熱電対の冷接点温度を補
償するための温度信号を出力する温度センサであり、そ
の出力端子はスイッチSW2を介してアンプ1に接続さ
れている。このような温度センサ2としては例えばトラ
ンジスタのVbeの温度変化を利用したものが用いられ
る。
【0003】Rtは3端子A,B,bを有する測温抵抗
体であり、端子Aには基準電流を加える定電流源3が接
続され、端子bは抵抗R2を介して共通電位点に接続さ
れている。4は測温抵抗体Rtの端子A,B間の電位差
に基づいて抵抗値(Ω)を温度値(℃)に変換する信号
変換回路であり、その出力端子はスイッチSW3を介し
てアンプ1に接続されている。SW4は共通電位点をア
ンプ1に接続するためのスイッチである。これらスイッ
チSW1〜SW4はアンプ1の入力を切り換えるマルチプ
レクサを構成している。アンプ1の出力は抵抗R3およ
び加算器5を介して例えば積分形のA/D変換器6に加
えられ、デジタル信号に変換される。
【0004】7は正極性の基準電圧を出力する基準電圧
源であり、8は負極性の基準電圧を出力する基準電圧源
である。基準電圧源7の出力電圧はA/D変換器6の積
分器の放電電流を設定する基準としてA/D変換器6に
加えられるとともに、基準電圧源8の出力電圧の基準と
して基準電圧源8に加えられている。基準電圧源8の出
力電圧は抵抗R4および加算器5を介してA/D変換器
6に加えられ、A/D変換器6を電圧零を中心とする正
極性および負極性の電圧に対応させるためのオフセット
電流を設定する基準として用いられている。A/D変換
器6で変換されたデジタル信号は、フォトカプラなどの
信号絶縁回路9を介してマイクロプロセッサやデジタル
回路などで構成された演算回路10に加えられる。
【0005】演算回路10は、例えばスイッSW4をオ
ンにした状態でのA/D変換器6のデジタル信号出力を
基準にした測定結果に対するソフトウェアによる自動零
点補償や熱電対の出力電圧の温度信号への変換、測定信
号に対するリニヤライズなどの必要な演算処理を行う。
そして、このようにして演算された結果は、図示しない
記録部に加えられて記録される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の構成によれば、測温抵抗体Rtを用いた温度測定装
置に基準電流を加えるための定電流源3および測温抵抗
体Rtの端子A,B間の電位差に基づいて抵抗値(Ω)
を温度値(℃)に変換する信号変換回路4を設けている
ことから、回路構成が複雑になるとともに、長期間にわ
たって高精度,安定度を保つために高価な回路部品を
用いなければならず、コストが高くなるという欠点があ
る。
【0007】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、その目的は、比較的簡単な回路構成で、測温
抵抗体のリード線の抵抗値の影響を受けることなく、精
度の高い温度測定が行える測温抵抗体回路を実現するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点を解決するために、3端子A,B,bを有する測温
抵抗体Rtと、この測温抵抗体Rtの第1の端子Aに接続
された電圧源と、測温抵抗体Rtの第3の端子bと共通
電位点間に接続された抵抗値が既知の基準抵抗RSと、
一端が測温抵抗体Rtの各端子A,B,bに接続されて
選択的に駆動される少なくとも3つのスイッチと、これ
らスイッチの他端に共通に接続されたA/D変換器と、
前記3つのスイッチを選択的に駆動することによりA/
D変換器から出力される測温抵抗体Rtの端子電圧の測
定結果VA,VB,Vbおよび既知の抵抗値RSに基づい
て、次式により測温抵抗体Rtの抵抗値を演算する演算
回路、を設けたことを特徴とする。
【0009】Rt=[{VA+Vb−2VB}/Vb]RS
【0010】
【作用】測温抵抗体の抵抗値Rtは、演算回路に取り込
まれる測温抵抗体Rtの端子電圧の測定結果VA,VB
bおよび既知の抵抗値RSに基づいて演算される。これ
により、回路は測温抵抗体Rtの端子電圧を少なくとも
1回測定する間だけ安定していればよく、構成の簡略化
が図れ、コストの低減が図れる。
【0011】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明の一実施例を用いた記録計の要部を示
す構成説明図であり、図2と同一部分には同一符号を付
けている。図1において、測温抵抗体Rtの端子Aは抵
抗R5を介して電圧−Vが加えられる端子11に接続さ
れるとともに抵抗R6およびスイッチSW5を介してアン
プ1に接続され、端子Bは抵抗R7およびスイッチSW7
を介してアンプ1に接続され、端子bは抵抗RSを介し
て共通電位点に接続されるとともに抵抗R8およびスイ
ッチSW7を介してアンプ1に接続されている。ここ
で、抵抗RSとしては、抵抗値が既知で測定物理量によ
る抵抗値の変化が少ない安定度の高い抵抗体を用いるよ
うにする。また、アンプ1には、スイッチSW8を介し
てA/D変換器6のフルスパン入力に対応した基準電圧
Fを発生する基準電圧源12が接続されている。A/
D変換器6には従来の基準電圧源7の代わりに電圧+V
が加えられる端子13が接続され、加算器5には従来の
基準電圧源8の代わりに切換スイッチSW9および抵抗
9,R10を介して電圧−Vが加えられる端子14が接
続されている。ここで、スイッチSW1〜SW8はマルチ
プレクサを構成している。
【0012】このように構成された装置の動作について
説明する。まず、直流電圧および熱電対の出力電圧Vi
の測定にあたっては、アンプ1のゲインを1に設定した
状態でスイッチSW4およびSW8を順次選択的にオンに
して共通電位点の電圧VZおよび基準電圧源12の出力
電圧VFを測定するとともに、アンプ1のゲインを直流
電圧および熱電対の出力電圧Viの測定に必要なゲイン
Gに設定した状態でスイッチSW1およびSW4を順次選
択的にオンにして直流電圧または熱電対の出力電圧Vi
およびアンプ1のオフセット補償のための共通電位点の
電圧VZを測定し、これら各測定結果VZ(1),VF(1),
i(G),VZ(G)を演算回路10に格納する。そして、演
算回路10は、これら各測定結果VZ(1),VF(1),V
i(G),VZ(G)および既知の基準電圧源12の出力電圧値
Fに基づいて第(1)式で示すような演算を行う。
【0013】 Vi=[{Vi(G)−VZ(G)}/{VF(1)−VZ(1)}]VF…(1) ここで、基準電圧源12以外の各回路は、これら4カ所
の電圧を測定する期間においてのみ特性が変化しなけれ
ばよく、比較的簡単な回路構成でよい。また、熱電対の
冷接点温度を補償するための温度センサ2の出力電圧V
Jの測定にあたっては、前述と同様にアンプ1のゲイン
を1にしてVZ(1),VF(1)を測定するとともに、アンプ
1のゲインを温度センサ2の出力電圧の測定に測定に必
要なゲインGに設定した状態でスイッチSW2およびS
4を順次選択的にオンにして温度センサ2の出力電圧
Jおよびアンプ1のオフセット補償のための共通電位
点の電圧VZを測定し、これら各測定結果VZ(1),V
F(1),VJ(G),VZ(G)を演算回路10に格納する。そし
て、演算回路10は、これら各測定結果VZ(1),V
F(1),VJ(G),VZ(G)および既知の基準電圧源12の出
力電圧値VFに基づいて第(2)式で示すような演算を行
う。
【0014】 VJ=[{VJ(G)−VZ(G)}/{VF(1)−VZ(1)}]VF…(2) さらに演算回路10は、このようにして演算された電圧
Jを温度信号(℃)に変換する。次に、測温抵抗体Rt
による温度測定について説明する。測温抵抗体Rtには
端子11から一定電圧−Vを加える。この状態で、アン
プ1のゲインを一定に保ちながらスイッチSW5,S
6,SW7,SW4を順次選択的にオンにし、測温抵抗
体Rtの各端子A,B,bの電圧VA,VB,Vbおよび共
通電位点の電圧VZを測定してこれら各測定結果VA,V
B,Vb,VZを演算回路10に格納する。そして、演算
回路10において、これら各測定結果VA,VB,Vb
Zおよび既知の抵抗値RSに基づいて第(3)式で示すよ
うな演算を行う。
【0015】 Rt=[{VA+Vb−2VB}/{Vb−VZ}]RS…(3)第(3)式の導出過程を説明する。図1において、測温抵
抗体R t の各リード線の抵抗値をrとし、抵抗R 5 を介し
て測温抵抗体R t の端子Aから端子bを通って抵抗R S
流れる電流をI S とすると、この電流I S は、 S =−V/(R 5 +r+R t +r+R S )…(a) で表すことができる。このとき、測温抵抗体R t の端子
Aの電圧V A は、 A =I S (r+R t +r+R S )+V Z =I S (R t +R S +2r)+V Z …(b) になり、測温抵抗体R t の端子Bの電圧V B は、 B =I S (r+R S )+V Z …(c) になり、測温抵抗体R t の端子bの電圧V b は、 b =I S ・R S +V Z …(d) になる。ここで、これら各式における真の電圧V A
B ,V b はオフセット誤差電圧V Z を含まないが、アン
プ1を通した場合にはオフセット誤差電圧V Z が付加さ
れることになる。これらの式から測温抵抗体R t の各リ
ード線の抵抗値rを除去するためには、V A とV b の和か
ら2V B を差し引けばよく、 A −2V B +V b =I S ・R t …(e) になる。そして、この(e)式から電流I S を除去するため
には、この(e)式を(d)式から導出される(V b −V Z )で
割ればよく、 (V A −2V B +V b )/(V b −V Z )=R t /R S …(f) になる。この(f)式を抵抗値R t を求める式に変形する
と、第(3)式になる。 さらに演算回路10は、このよう
にして演算された抵抗値Rt(Ω)を温度信号(℃)に
変換する。このように構成することにより、測温抵抗体
tのリード線の抵抗値の影響を受けることはなく、精
度の高い測定が行える。そして、図2に示した従来の測
温抵抗体Rtを用いた温度測定装置に必要であった測温
抵抗体Rtに基準電流を加えるための定電流源3および
測温抵抗体Rtの端子A,B間の電位差に基づいて抵抗
値Rt(Ω)を温度信号(℃)に変換する信号変換回路
4は不要になり、回路構成が比較的簡単になるととも
に、長期間にわたって高精度,高安定度が必要な回路部
品も少なくてよく、コストの低減を図ることができる。
【0016】なお、共通電位点の電圧VZを測定する系
統は要求される測定精度によっては省略してもよい。こ
の場合の演算式は、第(4)式になる。 Rt=[{VA+Vb−2VB}/Vb]RS…(4) ところで、図1の構成において、測温抵抗体Rtの抵抗
値測定動作時の測定電圧VA,VB,Vb,VZに関連した
アンプ1の出力は、零から正極性の範囲のみになる。こ
の結果、A/D変換器6がフルスパンで正,負の両極性
の範囲のアナログ入力信号をデジタル信号に変換できる
ように構成されている場合、1/2の分解能で変換する
ことになってしまう。そこで、図1の装置では、切換ス
イッチSW9により抵抗R9またはR10を選択的に加算器
5に接続してA/D変換器6に加えるオフセット量を変
えるようにしている。すなわち、例えば抵抗R9を接続
した場合にはA/D変換器6はフルスパンで零を中心に
して正,負両極性の範囲のアナログ入力信号をデジタル
信号に変換することができ、例えば抵抗R10を接続した
場合にはA/D変換器6はフルスパンで零から正極性の
範囲のアナログ入力信号をデジタル信号に変換できて、
分解能を高めることができる。
【0017】なお、上記実施例では、1系統の測温抵抗
体のみを記録計に組み込んだ例について説明したが、複
数系統を設けておいてマルチプレクサで切り換えるよう
にしてもよい。また、記録計に限るものではなく、デー
タロガーなどにも組み込むことができる。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的簡単な回路構成で、高精度の測定が行える測温抵
抗体回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を用いた記録計の要部を示す
構成説明図である。
【図2】従来の測温抵抗体を用いた温度測定装置を含む
記録計の一例の要部を示す構成説明図である。
【符号の説明】
1 アンプ 2 温度センサ 5 加算器 6 A/D変換器 9 信号絶縁回路 10 演算回路 12 基準電圧源 Rt 測温抵抗体 RS 基準抵抗

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3端子A,B,bを有する測温抵抗体Rt
    と、 この測温抵抗体Rtの第1の端子Aに接続された電圧源
    と、 測温抵抗体Rtの第3の端子bと共通電位点間に接続さ
    れた抵抗値が既知の基準抵抗RSと、 一端が測温抵抗体Rtの各端子A,B,bに接続されて
    選択的に駆動される少なくとも3つのスイッチと、 これらスイッチの他端に共通に接続されたA/D変換器
    と、 前記3つのスイッチを選択的に駆動することによりA/
    D変換器から出力される測温抵抗体Rtの端子電圧の測
    定結果VA,VB,Vbおよび既知の抵抗値RSに基づい
    て、次式により測温抵抗体Rtの抵抗値を演算する演算
    回路、を設けたことを特徴とする測温抵抗体回路。 Rt=[{VA+Vb−2VB}/Vb]RS
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