JPH0746114B2

JPH0746114B2 - 抵抗電圧変換回路

Info

Publication number: JPH0746114B2
Application number: JP63037511A
Authority: JP
Inventors: 寿男柳
Original assignee: 株式会社日立ビルシステムサービス
Priority date: 1988-02-22
Filing date: 1988-02-22
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPH01213578A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は抵抗電圧変換回路、特に抵抗式測温体などの抵
抗値の変化に対応した電圧信号を得るに最適な抵抗電圧
変換回路に関するものである。

＜従来の技術＞例えば抵抗式測温体の抵抗値の変化に対応した電圧信号
を得るための実開昭61−180399号公報に開示されている
従来の抵抗電圧変換回路は、第２図に示すような構成と
なつていて、被測定抵抗１の両端とアース間に信号線
４、３により、それぞれ抵抗R₁、R₂を介して定電流源3
1、32が接続され、信号線３が信号線２によつて抵抗R₃
を介してアースされている。

そして、被測定抵抗の一端が抵抗R₁を介して演算増幅器
33の一方の入力端子に接続され、被測定抵抗の他端が抵
抗R₂と基準抵抗R₀を介して、演算増幅器33の他方の入力
端子に接続されている。

このような構成の従来の抵抗電圧変換回路では、定電流
源からの定電流が被測定抵抗１及び抵抗R₃を通つてアー
スに流れ込むので、第２図に示す入力点10、11とアース
間の電圧差が演算増幅器33で演算され、被測定抵抗１の
抵抗値Rtに対応した電圧信号V₀が得られる。

この電圧信号V₀は、演算増幅器の増幅度をＡとし、定電
流源31、32の電流値Ｉが互いに等しく、また、抵抗R₁、
R₂、R₃が互いに等しいものとすると、V₀＝Ａ（Rt−R₀）
・Ｉとなることはよく知られている。

＜発明が解決しようとする課題＞前述した従来の抵抗電圧変換回路としては、第３図に示
すように、定電流源として定電流ダイオード41、42が用
いられる。

このために、定電流ダイオード41、42の出力電流精度が
直接被測定抵抗１の測定に影響を及ぼし、被測定抵抗１
の両端の電圧の安定度も同様の影響を受けることにな
り、定電流ダイオード41、42の出力電流の精度と安定度
を向上させないと、被測定抵抗１の測定精度が低下す
る。

また、差動増幅器として使用される演算増幅器33の入力
インピダンスが比較的低く、演算増幅器33に流入する電
流が被測定抵抗１に流れる電流値に誤差を生じさせるた
めに、前述の従来の抵抗電圧変換回路では電圧信号の変
換精度が低下する。

本発明は前述したような抵抗電圧変換回路の現状に鑑み
てなされたものであり、その目的は被測定体の抵抗値に
対応して得られる電圧信号の変換精度と安定度を向上さ
せることが出来る抵抗電圧変換回路を提供することにあ
る。

＜課題を解決するための手段＞前述の目的を達成するために、本発明では被測定抵抗に
定電流回路が接続され、この定電流回路によつて前記被
測定抵抗に定電流が流され、前記被測定抵抗の両端と基
準電位点間の電圧に基づいて、前記被測定抵抗の抵抗値
に対応した電圧信号が得られる抵抗電圧変換回路におい
て、基準電圧源と、この基準電圧源の電圧に基づいて設
定される第１の基準電圧を、前記基準電位点と前記被測
定抵抗の一端間に印加する電圧印加手段と、前記基準電
圧源の電圧に基づいて設定される第２の基準電圧で制御
され、前記被測定抵抗の両端と前記基準電位点間にそれ
ぞれ接続される第１の定電流回路及び第２の定電流回路
と、前記被測定抵抗の両端に接続され、前記被測定抵
抗、前記第１の定電流回路の入力インピダンス及び前記
第２の定電流回路の入力インピダンスよりも入力インピ
ダンスが充分に大きく、その出力端子に前記被測定抵抗
に対応する電圧信号が得られる差動増幅回路とを有する
構成となつている。

＜作用＞本発明では、基準電圧源の電圧に基づいて設定される第
２の基準電圧で制御される第１の定電流回路と第２の定
電流回路とが、被測定抵抗の両端と基準電位点間に接続
され、また、基準電圧源の電圧に基づいて設定される第
１の基準電圧が、電圧印加手段によつて被測定抵抗の一
端と基準電位点間に印加され、被測定抵抗に高精度に制
御され安定した定電流が供給される。

そして、被測定抵抗の両端に被測定抵抗、第１の定電流
回路の入力インピダンス及び第２の定電流回路の入力イ
ンピダンスよりも入力インピダンスが充分に大きい差動
増幅回路が接続され、この差動増幅回路によつて被測定
低抗体の抵抗値に対応した電圧信号が得られる。

このために、測定時に差動増幅回路に流入する電流はな
く、被測定抵抗に流れる定電流に変動を生ずることがな
く、高精度で高安定度の変換動作が行われる。

また、電圧印加手段、第１の定電流回路及び第２の定電
流回路が、共通の基準電圧源の電圧に基づいて作動制御
されるので、高精度で且つ電源変動にも対応した変換動
作が行われる。

＜実施例＞以下、本発明の実施例を第１図に基づいて詳細に説明す
る。

ここで、第１図は本発明の実施例の構成を示す回路図
で、すでに説明した第２図及び第３図と同一部分には同
一符号が付されている。

本発明の実施例においては第１図に示すように、電源端
子25から15V±1.5mVの電圧が入力され、出力端子から10
V±5mVの電圧を出力する基準電圧源12が設けられ、この
基準電圧源12の出力端子と基準電位端子26間に、第１の
分圧抵抗13と第２の分圧抵抗14の直列接続回路と、第３
の分圧抵抗15と第４の分圧抵抗16の直列接続回路とが、
互いに並列に接続されている。

そして、第３及び第４の分圧抵抗15、16相互の接続点
が、第１の演算増幅器５の非反転入力端子に接続され、
この第１の演算増幅器５は反転入力端子が出力端子に接
続されてボルテージホロアを形成し、その出力端子が信
号線２を介して被測定抵抗１の一端に接続されている。

このようにして、入力インピダンスが無限大に近いボル
テージホロアを形成している第１の演算増幅器５によ
り、被測定抵抗１に流れる電流に影響を及ぼさずに、被
測定抵抗１の一端が第１の基準電圧に保持されている。

また、第１及び第２の分圧抵抗13、14相互の接続点が、
第２の演算増幅器８と第３の演算増幅器11の非反転入力
端子に接続されている。

さらに、第２の演算増幅器８の出力端子は第１のトラン
ジスタ６のベースに接続され、この第１のトランジスタ
６のコレクタは、信号線３を介して被測定抵抗１の一端
に接続されている。そして、第１のトランジスタ６のエ
ミツタは、第１の電流検出抵抗７を介して基準電位点26
に接続され、第１のトランジスタ６のエミツタは第２の
演算増幅器８の反転入力端子に接続されている。

同様にして、第１及び第２の分圧抵抗13、14相互の接続
点が、第３の演算増幅器11の非反転入力端子に接続され
ている。

さらに、第３の演算増幅器11の出力端子は第２のトラン
ジスタ９のベースに接続され、この第２のトランジスタ
９のコレクタは、信号線４を介して被測定抵抗１の他端
に接続されている。そして、第２のトランジスタ９のエ
ミツタは、第２の電流検出抵抗10を介して基準電位点26
に接続され、第２のトランジスタ９のエミツタは第３の
演算増幅器11の反転入力端子に接続されている。

このようにして、第１及び第２の分圧抵抗13、14の接続
点の第２の基準電圧により制御され、第１及び第２の電
流検出抵抗７、10に定電流が得られるように作動する定
電流制御回路が、第１及び第２のトランジスタ６、９を
構成素子として形成されている。

また、被測定抵抗１の一端の信号線３に第４の演算増幅
器17の非反転入力端子に接続され、この第４の演算増幅
器17は反転入力端子が出力端子に接続されてボルテージ
ホロアを形成し、その出力端子が第１の増幅率設定抵抗
19を介して第６の演算増幅器21の反転入力端子に接続さ
れ、この第６の演算増幅器21の反転入力端子と出力端子
間に第３の増幅率設定抵抗22が接続されている。

同様にして、被測定抵抗１の他端の信号線４に第５の演
算増幅器18の非反転入力端子が接続され、この第５の演
算増幅器18は反転入力端子が出力端子に接続されてボル
テージホロアを形成し、その出力端子が第２の増幅率設
定抵抗20を介して第６の演算増幅器21の非反転入力端子
に接続され、この非反転入力端子は第４の増幅率設定抵
抗23を介して基準電位点26に接続されている。

このようにして、被測定抵抗１の両端の電圧がボルテー
ジホロアを介して、第６の演算増幅器21のそれぞれの入
力端子に接続され、第１乃至第４の増幅率設定抵抗19、
20、22、23で増幅率が設定された被測定抵抗１に対応し
た電圧信号V₀が、第６の演算増幅器21の出力端子に得ら
れるようになつている。

このような構成の本発明の実施例において、第１の演算
増幅器５が電圧印加手段を構成し、第１のトランジスタ
６、第１の電流検出抵抗７及び第２の演算増幅器８が、
第１の定電流回路を構成し、第２のトランジスタ９、第
２の電流検出抵抗10及び第３の演算増幅器11が、第２の
定電流回路を構成し、第４乃至第６の演算増幅器17、1
8、21及び第１乃至第４の増幅率設定抵抗19、20、22、2
3が、差動増幅回路を構成している。

以上に述べた構成の本発明の実施例について、その動作
を次に説明する。

基準電圧源12の10Vの出力電圧が、第３及び第４の分圧
抵抗15、16で4Vの第１の基準電圧にされ、入力インピダ
ンスがほぼ無限大のボルテージホロアを形成している第
１の演算増幅器５を介して、測定電流に変動を生じるこ
となく、この第１の基準電圧が被測定抵抗１の一端に印
加される。

また、基準電圧源12の10Vの出力電圧が、第１及び第２
の分圧抵抗13、14で1Vの第２の基準電圧にされ、この第
２の基準電圧がそれぞれ第２及び第３の演算増幅器８、
11を介して、第１及び第２のトランジスタ６、９のベー
スに印加される。

このために、第１及び第２のトランジスタ６、９は第２
の基準電圧で制御されて作動し、一端に第１の基準電圧
が印加されている被測定抵抗１に定電流が流される。

前述の信号線３は、入力インピダンスが被測定抵抗１及
び定電流回路の入力インピダンスよりも充分に大きいボ
ルテージホロアを形成している第４の演算増幅器17に接
続されている。また、前述の信号線４は、入力インピダ
ンスが被測定抵抗１及び第２の定電流回路の入力インピ
ダンスよりも充分に大きいボルテージホロアを形成して
いる第５の演算増幅器18に接続されている。

このために、第１及び第２の電流検出抵抗７、10を流れ
る電流に変動を与えることなく、差動増幅回路によつて
被測定抵抗１の抵抗値に応じた電圧信号V₀が、高精度で
且つ安定に得られる。

このようにして差動増幅回路の構成素子である第６の演
算増幅器21の出力端子に得られる電圧信号V₀の精度及び
安定度について、次に具体的に説明する。

本発明の実施例では、基準電圧源12の電源端子25から電
源電圧V_DDとして、精度10％の電圧V_DD＝15V±1.5Vが入
力され、基準電圧源12の出力端子からは、精度0.05％の
出力電圧V_REF＝10V±5mVが出力される。

この出力電圧V_REFの温度係数は5ppm/℃なので、温度変
化が仮に20℃であると温度変動による出力電圧V_REFの変
動は1mVであり、その安定度は0.01％である。

実施例においては、第１の分圧抵抗13は27KΩ、第２の
分圧抵抗14は3KΩ、第３の分圧抵抗15は15KΩ、第４の
分圧抵抗16は10KΩに選択され、これらの抵抗の精度は
いずれも0.05％であり、その抵抗温度特性は5ppm/℃な
ので、温度変化が20℃であると温度変動による抵抗の変
動は100ppmとなり、その安定度は0.01％となる。

第１及び第２の分圧抵抗13、14相互の接続点に得られる
第２の基準電圧V_RIは1Vとなり、その精度A₁は次式で与
えられる。

また、第２の基準電圧V_RIの安定度S₁は次式で与えられ
る。

第２及び第３の演算増幅器８、11のオフセツト電圧V_OS
はV_OS＝0.15mVなので、その精度A₂はA₂＝（V_OS/V_RI）×
100＝0.015％となり、オフセツト電圧ドリフトは2.5μV
/℃なので、温度変化が20℃であるとオフセツト電圧ド
リフトは50μＶで、その安定度S₂は0.005％となる。

これらから、第１及び第２の電流検出抵抗７、10の端子
電圧の精度A₃及び安定度S₃は次式で与えられる。

また、第１及び第２の電流検出抵抗７、10は200Ωで誤
差0.05％（精度0.05％、安定度0.01％）であり、この第
１及び第２の電流検出抵抗を流れる電流は5mAで、その
精度A₄及び安定度S₄は、（５）式及び（６）式で与えら
れる。

第１及び第２のトランジスタ６、９の直流電流増幅率は
5000で、エミツタ電流に対するコレクタ電流の相対精度
は0.02％であり、導線３、４の抵抗の上限値を５Ω、導
線３、４の相対差を１％、被測定抵抗の下限値を400Ω
とすると、導線の抵抗値の差は0.05Ω、被測定抵抗１に
対する相対値は0.0125％である。被測定抵抗の精度と安
定度は0.06％、0.09％とする。

第４及び第５の演算増幅器17、18の非反転入力の電圧の
精度A₅及び安定度S₅を求めると、それぞれ（７）、
（８）式が得られる。

第４及び第５の演算増幅器17、18のオフセツト電圧を0.
15mV、これらの演算増幅器の出力端子間の電圧を5mA×4
00Ω＝2Vとして、その精度A₆及び安定度S₆を求めると、
それぞれ（９）、（10）式のようになる。

また、第１乃至第４の増幅率設定抵抗19、20、22、23は
全て10KΩでその誤差は0.05％、第６の演算増幅器21の
オフセツト電圧は0.15mVなので、第６の演算増幅器21の
出力電圧は2Vとなる。

このようにして第６の演算増幅器21の出力端子に得られ
る電圧信号V₀の精度A₇及び安定度S₇を求めると、それぞ
れ（11）（12）式のようになる。

以上のように、本発明の実施例においては、被測定抵抗
の精度0.06％を含めて抵抗電圧変換の精度A₇が0.156％
３抵抗電圧変換の安定度S₇が0.094％となり、抵抗電圧
変換の総合誤差は、となつて極めて最精度高安定度の抵抗電圧変換動作が行
われる。

本発明の実施例では、被測定抵抗１に印加される電圧信
号も定電流信号も、共通の基準電圧源12の電圧に基づい
て作成されているので、電源電圧の変動に対応して安定
な抵抗電圧の変換動作が行われる。

また、被測定抵抗１の両端の電圧の入力段に、第４及び
第５の演算増幅器17、18をボルテージホロアとして使用
し、入力インピダンスを100GΩと被測定抵抗１の５×10
倍と極めて大とすることが出来るので、被測定抵抗１を
流れる定電流が変動せず、入力インピダンスによる誤差
は0.02ppmと極めて小さい。

さらに、第１及び第２のトランジスタ６、９を第２及び
第３の演算増幅器８、11のループ内に入れた構成として
いるので、これらのトランジスタの直流電流増幅率の10
0％以上のロツト差や変動が存在しても、駆動電流の変
動を0.02％に保持することが出来る。

第１の演算増幅器５を介して被測定抵抗１に印加される
第１の基準電圧が基準電圧源12の出力電圧よりも低いの
で、第４及び第５の演算増幅器17、18の入力範囲を外れ
た電圧が入力されることがないと共に、これら第４及び
第５の演算増幅器17、18の入力電圧の変動が小さく抵抗
電圧変換誤差は極めて小さい。

また、信号線３、４に相対精度のよい電流が流されるの
で、相対値さえ合致させておけば、信号線の抵抗が大き
くても、変換精度に与える影響は小さく、信号線を長く
してセンサ素子としての被測定抵抗１を遠方に配設して
も、精度のよい抵抗電圧変換を行うことが出来る。

さらに、信号線２、３、４にはmAオーダの電流が流され
るので、信号線２、３、４の固有抵抗値に基づく電位差
も小さく外来ノイズの影響も受けにくいと共に、基準電
圧源12の負荷の分圧抵抗の合成抵抗が10KΩ以上であり
基準電圧の負荷変動も極めて小さい。

なお、本発明の実施例においては、トリマ抵抗などの調
整が必要な電子部品を使用していないので、製造時の調
整の必要がなく製造コストを低減させることができ、ト
リマ抵抗を使用していないために、振動に対しても堅固
な構造とすることが出来る。

＜発明の効果＞以上詳細に説明したように、本発明によると、被測定抵
抗を高精度に且つ温度変動に対して安定に電圧信号に変
換可能で、信号線を長くして遠方での測定を行なつても
高精度の抵抗電圧変換動作を行う抵抗電圧変換回路を提
供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示す回路図、第２図は
従来提案されているこの種の抵抗電圧変換回路の構成を
示す回路図、第３図は第２図の詳細な回路図である。１……被測定抵抗、２、３、４……信号線、５……第１
の演算増幅器、６……第１のトランジスタ、７……第１
の電流検出抵抗、８……第２の演算増幅器、９……第２
のトランジスタ、10……第２の電流検出抵抗、11……第
３の演算増幅器、12……基準電圧源、17……第４の演算
増幅器、18……第５の演算増幅器、21……第６の演算増
幅器、26……基準電位点。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定抵抗に定電流回路が接続され、この
定電流回路によつて前記被測定抵抗に定電流が流され、
前記被測定抵抗の両端と基準電位点間の電圧に基づい
て、前記被測定抵抗の抵抗値に対応した電圧信号が得ら
れる抵抗電圧変換回路において、基準電圧源と、この基
準電圧源の電圧に基づいて設定される第１の基準電圧
を、前記基準電位点と前記被測定抵抗の一端間に印加す
る電圧印加手段と、前記基準電圧源の電圧に基づいて設
定される第２の基準電圧で制御され、前記被測定抵抗の
両端と前記基準電位点間にそれぞれ接続される第１の定
電流回路及び第２の定電流回路と、前記被測定抵抗の両
端に接続され、前記被測定抵抗、前記第１の定電流回路
の入力インピダンス及び前記第２の定電流回路の入力イ
ンピダンスよりも入力インピダンスが充分に大きく、そ
の出力端子に前記被測定抵抗に対応する電圧信号が得ら
れる差動増幅回路とを有することを特徴とする抵抗電圧
変換回路。