JPH11248570A - ガス圧力計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高分解能でガス圧力変化を検出でき、またノ
イズの影響を受けにくいガス圧力計測装置を得る。 【解決手段】 ガス圧力センサ３１で検出したガス圧力
値を第１のＡ／Ｄ変換器３３でＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ３
４で積分して平均値を出し、これを常時ガス圧力値とす
るとともにＤ／Ａ変換器３５でＤ／Ａ変換する。差動ア
ンプ３６でこの値とガス圧力センサ３１からの値との差
を増幅して第２のＡ／Ｄ変換器３７でＤ／Ａ変換し、Ｃ
ＰＵ３４で積分してこれを微少圧力相対値とする。微少
圧力相対値は２つの値の差を増幅して得ているので高分
解能の値になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばガス絶縁
開閉装置の故障点標定システム等に用いられるガス圧力
計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、例えば特開平５−１２６８９６
号公報に示された従来のガス圧力計測装置が用いられた
故障点標定システムのブロック図であり、ガス絶縁開閉
装置を対象にしたものである。図において、１は準定常
的な圧力を測定する複数のガス圧力センサであり、各遮
断器（図示せず）に設けられている。２は中継盤、３は
ガス圧力センサ１からの信号に基づいてガス圧力データ
を得るガス圧力計測部、４は各ガス圧力センサ１に対応
して設けられたアナログ入力部、５はアナログ入力部４
からの信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換するＡ
／Ｄ変換器、６はＡ／Ｄ変換器５からの信号を処理する
ＣＰＵ（中央処理装置）であり、アナログ入力部４、Ａ
／Ｄ変換器５およびＣＰＵ６でガス圧力計測部３を構成
するとともに、ガス圧力センサ１とガス圧力計測部でガ
ス圧力計測装置を構成している。

【０００３】８は各個所の電流を計測するための複数の
電流センサで、変流器が用いられている。９は遮断器動
作時の遮断電流を計測する遮断電流計測部、１０は各電
流センサ８に対応して設けられたアナログ入力部、１１
はアナログ入力部１０からの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／
Ｄ変換器、１３は各遮断器の補助接点、１４は各補助接
点１３に対応して設けられた接点入力部、１５は接点入
力部１４からの信号を受けるインタフェース、１６はＡ
／Ｄ変換器１１およびインタフェース１５からの信号を
処理して遮断電流データを得るＣＰＵであり、アナログ
入力部１０、Ａ／Ｄ変換器１１、接点入力部１４、イン
タフェース１５およびＣＰＵ１６で遮断電流計測部９を
構成している。

【０００４】１８はＣＰＵ６および１６からの信号を受
けて送出する伝送処理装置であり、ガス圧力計測部３、
遮断電流計測部９および伝送処理装置１８で中継盤２を
構成している。１９は光ケーブル２０により中継盤２の
伝送処理装置１８と接続された故障点標定情報処理盤で
あり、中継盤２から送られてきたガス圧力データおよび
遮断電流データや、保護リレー情報を基にして警報を出
したり、ガス圧力を表示したり、その他へ出力したりす
るようになっている。

【０００５】次に動作について説明する。ガス圧力セン
サ１からガス圧力計測部３内のアナログ入力部４に入力
された信号は、Ａ／Ｄ変換器５でデジタル信号に変換さ
れた後、ＣＰＵ６によって数１００ｍｓのサイクルでサ
ンプリングされ、その上昇分が計算される。圧力上昇分
ΔＰは、今回取り込んだガス圧力値Ｐｋと前回取り込ん
だガス圧力値Ｐｋ−１との差で求められる。計測した圧
力上昇分ΔＰは、伝送処理装置１８へ伝送される。一
方、電流センサ８から遮断電流計測部９内のアナログ入
力部１０に入力された信号は、Ａ／Ｄ変換器１１にてデ
ジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１６に入力される。
ＣＰＵ１６は、常時一定時間（例えば１ｍｓ）毎に波形
をサンプリングし、３サイクル分の波形データを記憶す
る。すなわち、ある時点から３サイクルの時間以前まで
のデータを常時メモり内に記憶し、データを取り込む毎
に一つずつ過去のデータを更新していくようになってい
る。ＣＰＵ１６は遮断器が遮断操作を行った場合、補助
接点１３の接点信号により遮断電流データ（主回路電流
波形データ）のサンプリングを中止し、その時の遮断電
流データを伝送処理装置１８に伝送する。故障点標定情
報処理盤１９は、光ケーブル２０を通して伝送処理装置
１８から伝送されてきた遮断電流データと算出式より、
ガス圧力上昇分ΔＰ′を計算し、これをガス圧力計測部
３にて計測された上昇分ΔＰと比較し、更に保護リレー
情報を基にして、事故が遮断器の内部で発生したか或い
は外部で発生したかという判断を行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】故障点標準システムな
どに用いられるガス圧力計測装置は、ガス圧力の変化分
を精度良く検出できることが必要である。従来のガス圧
力計測装置は以上のように構成されていて、ガス圧力セ
ンサとしては、分解能が0.01kgf/cm²程度のものが用い
られている。しかし、昨今ガス圧力センサの分解能が向
上し、0.001kgf/cm²以下の精度が得られるようになり、
したがって、このような圧力センサと共に用いられる他
の装置も同じレベルの性能を有することが望まれる。定
常時5kgf/cm²程度のガス圧において、0.001kgf/cm²の検
出能力を実現するためには、0.0001kgf/cm²程度の分解
能が必要となって、0.0001/5＝1/50000 65536、つまり
１６ビットの分解能が必要になる。通常、汎用の１６ビ
ットＡ／Ｄ変換器の場合、下位２〜３ビットは誤差とな
り、実力的には１３〜１４ビットの分解能となる。

【０００７】このように、市販（汎用）のＡ／Ｄ変換器
では実力１６ビット以上の分解能を実現することができ
ないという問題点があった。さらに、１６ビット以上の
分解能を持つＡ／Ｄ変換器を使用する場合、高価であ
り、またノイズに弱いなど信頼性が低いという問題があ
った。また、ガス圧力センサの出力に0.001kgf/cm²程度
相当のノイズが生じることがあり、このノイズを検出し
て圧力変化が発生したと誤認してしまうという問題があ
った。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、汎用のＡ／Ｄ変換器を用いた場
合でも高分解能でガス圧力変化を検出でき、またノイズ
の影響を受けにくいガス圧力計測装置を得ることを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るガス圧力
計測装置は、ガス圧力センサで検出したガス圧力値をＡ
／Ｄ変換する第１のＡ／Ｄ変換器、第１のＡ／Ｄ変換器
からの出力を積分して平均値を算出する演算装置、この
演算装置からの出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器、圧
力センサからの出力とＤ／Ａ変換器からの出力との差を
増幅する差動アンプ、および差動アンプの出力をＡ／Ｄ
変換する第２のＡ／Ｄ変換器を備えたものである。

【００１０】さらに、ガス圧力変化が大きいときにＤ／
Ａ変換器にバイアスを加えることにより、差動アンプの
出力を変えて第２のＡ／Ｄ変換器のレンジを切り替える
ようにしたものである。さらに、第２のＡ／Ｄ変換器の
レンジ切り替え時に、ガス圧力センサからの出力として
切り替え前のガス圧力センサの出力を維持して、切り替
え処理中は上記維持した値を差動アンプへ出力するサン
プルホールド回路を備えたものである。また、第２のＡ
／Ｄ変換器のレンジの切り替えが所定期間内に所定回数
以上生じた時に、切り替えを停止して、第１のＡ／Ｄ変
換器の出力から演算装置で算出した値を出力するように
したものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１におけるガス圧力計測装置を示すブロック
図、図２は図１のガス圧力計測装置を用いた故障点標定
システムのブロック図であり、ガス絶縁開閉装置を対象
とした場合を示す。図１において、３１は準定常的な圧
力を測定するガス圧力センサで、0.001kgf/cm²の精度が
得られるものを用いている。３２はガス圧力センサに対
応して設けられたアナログ入力部、３３はガス圧力セン
サ３１からアナログ入力部３２を経由して送られてきた
圧力値の信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換する
汎用の第１のＡ／Ｄ変換器、３４は第１のＡ／Ｄ変換器
３３からの出力を積分して平均値を算出する演算装置と
してのＣＰＵ（中央処理装置）、３５はＣＰＵ３４から
の出力をＤ／Ａ変換する汎用のＤ／Ａ変換器、３６は差
動アンプで、ガス圧力センサ３１からアナログ入力部３
２を経由して送られてきた出力と、Ｄ／Ａ変換器３５か
らの出力との差を、例えば１００倍に増幅する。３７は
差動アンプ３６からの出力をＡ／Ｄ変換する汎用の第２
のＡ／Ｄ変換器である。なお、第１、第２のＡ／Ｄ変換
器３３、３７およびＤ／Ａ変換器３５の分解能は１０ビ
ットとする。

【００１２】図２において、ガス圧力センサ３１が各遮
断器（図示せず）に設けられている。図１の３２、３３
および３５〜３７は各ガス圧力センサ毎に１組ずつ設け
られており、図２ではＡで示す。１３は各遮断器の補助
接点、１４は各補助接点１３に対応して設けられた接点
入力部、１５は接点入力部１４からの信号を受けるイン
タフェースであり、ＣＰＵ３４に接続されている。１８
はＣＰＵ３４からの信号を受けて送出する伝送処理装
置、３９はガス絶縁開平装置の設置現場近くに設置され
た中継盤であり、Ａ、１４、１５、３４および１８で中
継盤３９を構成している。

【００１３】１９は中継盤３９から離れた場所に設置さ
れ、光ケーブル２０により中継盤３９の伝送処理装置１
８と接続された故障点標定情報処理盤であり、中継盤３
９から送られてきたガス圧力データおよび補助接点デー
タや、保護リレー情報を基にして警報を出したり、ガス
圧力を表示したり、その他へ出力したりするようになっ
ている。なお、図２の構成に加えて、図９と同様に、電
流データを中継盤３９へ送って利用するようにしてもよ
い。

【００１４】次に動作について説明する。ガス圧力セン
サ３１からアナログ入力部３２に入力された信号は、第
１のＡ／Ｄ変換器３３でＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ３４へ
転送される。ＣＰＵ３４はこのデータを、例えば６４回
積分（足し算）して平均値を出す。ここで１０ビットの
データを６４（＝２⁶）回積分したため、積分値は１６
ビットとなる。ＣＰＵ３４はこの１６ビットデータの上
位１０ビットを常時ガス圧力値とするとともに、同一デ
ータをＤ／Ａ変換器３５に出力する。下位ビットを切り
捨てることにより、ノイズの影響を小さくすることがで
きる。差動アンプ３６はＤ／Ａ変換器３５からの信号と
アナログ入力部３２からの信号との差を増幅することに
より、圧力センサ３１で検出した圧力の微少変化を増幅
する。この圧力の微少変化の増幅信号を第２のＡ／Ｄ変
換器３７でＡ／Ｄ変換し、ＣＰＵ３４へ出力する。ＣＰ
Ｕ３４は第２のＡ／Ｄ変換器３７からのデータを、例え
ば６４回積分する。ここで１０ビットのデータを６４回
積分したため、積分値は１６ビットとなる。この１６ビ
ットデータの上位１０ビットを微少圧力相対値とする。
下位ビットを切り捨てることにより、ノイズの影響を小
さくすることができる。

【００１５】また、アナログ入力部３２からの信号の変
化が大きいとき、差動アンプ３６の出力が大きくなって
第２のＡ／Ｄ変換器３７のレンジ内に収まらなくなる。
このような場合、ＣＰＵ３４が第１のＡ／Ｄ変換器３３
の出力値から判断して、Ｄ／Ａ変換器３５への出力にバ
イアスを加えて第２のＡ／Ｄ変換器３７が飽和しないよ
うにする。このとき、微少圧力相対値はバイアス相当値
を加算した値となる。このようにガス圧力の定常時な成
分である常時ガス圧力値上に、変化分である微少圧力相
対値が加わった形としてガス圧力が検出される。

【００１６】上記動作を、具体的数値を用いて説明す
る。図３に、常時ガス圧力値計測レンジと微少圧力相対
値計測レンジの関係を示す。図中３ＦＦＨ等の符号は、
最後のＨが１６進数（ヘキサデシマル）であることを示
し、それ以外の英数字で数値を表示している。例えば、
３ＦＦＨは１０進数の１０２３を表す。ここでは差動ア
ンプ３６の増幅度が１００であるので、第２のＡ／Ｄ変
換器３７のフルレンジが第１のＡ／Ｄ変換器３３のレン
ジの１／１００となる。第１のＡ／Ｄ変換器３３の１／
１００の変動を第２のＡ／Ｄ変換器３７は１０ビットで
Ａ／Ｄ変換するわけであるから、第２のＡ／Ｄ変換器３
７の１デジットの精度は、1/100×1/1024＝1/102400＜1
/65536であり、微少圧力相対値の分解能は１６ビット以
上になり、ガス圧力の変化分を精度良く計測できる。

【００１７】検出したガス圧力変化は補助接点情報とと
もにＣＰＵ３４から伝送処理装置１８および光ケーブル
２０を経由して故障点標定情報処理盤１９へ送信され
る。故障点標定情報処理盤１９では、各ガス圧力センサ
３１での検出値に基づくガス圧力変化データ、各補助接
点１３からの情報および保護リレーからの情報により、
故障の有無の判断、故障点の標定を行い、警報、ガス圧
力表示などを行う。

【００１８】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２におけるガス圧力計測装置を示すブロック図であ
り、４１はＣＰＵ３４からの信号をＤ／Ａ変換する第２
のＤ／Ａ変換器、３５は図１のＤ／Ａ変換器と同様であ
るが、第２のＤ／Ａ変換器４１と区別して以下では第１
のＤ／Ａ変換器と呼ぶことにする。４２はオペアンプ
で、第１、第２のＤ／Ａ変換器３５、４１からの信号を
入力し、加算した演算結果を差動アンプ３６へ出力す
る。差動アンプ３６はオペアンプ４２の出力とアナログ
入力部３２の出力との差を増幅する。ＣＰＵ３４は図１
のものと同様であるが、第２のＤ／Ａ変換器４１への出
力機能を追加している。その他は実施の形態１の場合と
同様であるので説明を省略する。

【００１９】次に動作について説明する。基本的な動作
については実施の形態１の場合と同様である。すなわ
ち、アナログ入力部３２からの信号が第１のＡ／Ｄ変換
器３３でＡ／Ｄ変換され、ＣＰＵ３４へ転送される。Ｃ
ＰＵ３４はこれを積分処理し、第１のＤ／Ａ変換器３５
でＤ／Ａ変換した後、オペアンプ４２から差動アンプ３
６へ送る。差動アンプ３６はオペアンプ４２からの信号
とアナログ入力部３２からの信号との差を増幅し、第２
のＡ／Ｄ変換器３７でＡ／Ｄ変換してＣＰＵ３４で積分
する。

【００２０】アナログ入力部３２からの信号の変化が大
きいとき、ＣＰＵ３４が第１のＤ／Ａ変換器３５への出
力にバイアスを加えて、第２のＡ／Ｄ変換器３７が飽和
しないようにする。この場合、第１のＤ／Ａ変換器３５
へバイアスを加える前後で、第２のＡ／Ｄ変換器３７の
出力値が連続しない。この不連続性を検出したＣＰＵ３
４が第２のＤ／Ａ変換器４１への出力を変化させること
により、オペアンプ４２の出力、差動アンプ３６の出
力、第２のＡ／Ｄ変換器３７の出力を微調整する。

【００２１】図５に、上記の第２のＡ／Ｄ変換器３７の
レンジ切り替えを示す。第２のＡ／Ｄ変換器３７の入力
がレンジの限界に達したとき、上記の方法でレンジの切
り替えを行う。切り替え前の３ＦＦＨが切り替え後にレ
ンジの中央近傍の所定の値になるように調整する。ここ
では中央よりや下の値の１８０Ｈになるようにしてい
る。切り替え後の値をレンジ中央近傍に定めることによ
り、細かく何度も切替処理が必要になるのを防止する効
果がある。切り替え後の第２のＡ／Ｄ変換器３７の出力
に加えて、上記の３ＦＦＨと１８０Ｈとの差を考慮する
ことにより、微少圧力相対値の連続性が保たれる。上記
処理を、微少圧力相対値の計測レンジ切替処理と呼ぶ。

【００２２】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３におけるガス圧力計測装置を示すブロック図であ
り、図において、４４はアナログ入力部３２と差動アン
プ３６の間に設けられたサンプルホールド回路で、通常
はアナログ入力部３２からの信号と同じ信号を出力する
が、ＣＰＵ３４からのサンプルホールド信号を入力する
と、このサンプルホールド信号入力直前の出力を維持す
る。そして、ＣＰＵ３４は、第２のＡ／Ｄ変換器３７の
レンジ切り替え時にサンプルホールド信号をサンプルホ
ールド回路４４へ送るようになっている。その他は実施
の形態２の場合と同様であるので説明を省略する。

【００２３】次に、動作について説明する。まず、ＣＰ
Ｕ３４がサンプルホールド回路４４へサンプルホールド
信号を出力しない場合は、実施の形態２と同様に動作す
る。次に、アナログ入力部３２からの信号の変化が大き
くなって、第２のＡ／Ｄ変換器３７のレンジ切替処理を
行う場合につき、図７を用いて説明する。微少圧力相対
値の計測レンジ切替処理をする場合、その調整処理時間
Ｂの間は、ＣＰＵ３４からサンプルホールド回路４４へ
サンプルホールド信号を送り、サンプルホールド回路４
４はその直前の値Ｃを維持する。このホールド値Ｃが、
定められた値１８０Ｈになるようにレンジが調整され
る。したがって、切り替えのための調整時間Ｂ中に、計
測できなかった変動量Ｄがあっても、切り替え直後にＤ
が加えられた値から始まってＥのようになる。このＥの
値に加えて、３ＦＦＨと１８０Ｈの差を考慮することに
より、切替処理前後の連続性を保持できる。もし、サン
プルホールド回路４４なしで切り替え後に１８０Ｈから
スタートするとＦのようになり、Ｄの分だけ誤差が生じ
ることになる。

【００２４】なお、図６において一点鎖線で囲った部分
をワンチップマイコンで構成するようにしてもよい。こ
の例はデジタル処理部分をワンチップにしたもので、Ａ
／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、ＣＰＵの相互間の外部配線
が省略でき、かつスペースが小さくてすむ。また、図１
などその他の回路構成のものでもワンチップにすること
により同様の効果が生じる。

【００２５】実施の形態４．この実施の形態におけるガ
ス圧力計測装置の回路構成は図６と同様になっている
が、ＣＰＵ３４は、微少圧力相対値の計測レンジ切替処
理がある一定期間（切替回数検出期間と呼ぶ）内にある
回数、例えば３回になったときに、上記切替処理を停止
するようになっている。その他は実施の形態３の場合と
同様であるので説明を省略する。

【００２６】次に動作について説明する。図８は第２の
Ａ／Ｄ変換器３７のレンジ切り替えの回数についての説
明図である。ある微少圧力相対値の計測レンジ切替処理
を行うとその直後から切替処理の実施回数のカウントを
始める。切替回数検出期間中に３回を数えると切り替え
を停止し、微少圧力相対値の検出を停止する。そして外
部へは常時ガス圧力値を出力する。このようなときはガ
ス圧力の変化が大きいので、常時ガス圧力値でもガス圧
力の変化を検知する有効なデータとなる。ガス圧力の変
化が小さくなってある範囲以内になれば、微少圧力相対
値の検出処理を再開する。以上のようにして、ガス圧力
の変化が大きいときに、頻繁な切替処理に時間をかける
必要がなくなる。

【００２７】

【発明の効果】この発明に係るガス圧力計測装置は、以
上のように構成されているので常時ガス圧力値と微少圧
力相対値とに分けて計測することができ、微少圧力相対
値を高精度に計測することができて、ガス圧力の変化を
高分解能で検出できるとともに、ノイズの影響を受けに
くいという効果がある。さらに、上記ガス圧力計測装置
において、ガス圧力変化が大きいときにＤ／Ａ変換器に
バイアスを加えて第２のＡ／Ｄ変換器のレンジを切り替
えることにより、微少圧力相対値の計測範囲を大きくで
きる。さらに、レンジ切り替え前の値を維持するサンプ
ルホールド回路を設けることにより、レンジ切り替え前
後の連続性を保つことができる。さらに、レンジの切り
替えが所定期間内に所定回数になったときに切り替えを
停止して常時ガス圧力値を出力することにより、頻繁な
レンジ切り替えのために時間をかけることなく、ガス圧
力の変化を計測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における圧力計測装
置を示すブロック図である。

【図２】 図１の圧力計測装置を用いた故障点標定シス
テムのブロック図である。

【図３】 図１の圧力計測装置における常時ガス圧力値
計測レンジと微少圧力相対値計測レンジの関係を示す説
明図である。

【図４】 この発明の実施の形態２における圧力計測装
置を示すブロック図である。

【図５】 図４の圧力計測装置における第２のＡ／Ｄ変
換器のレンジ切り替えを示す説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態３における圧力計測装
置を示すブロック図である。

【図７】 図６の圧力計測装置における第２のＡ／Ｄ変
換器のレンジ切り替えを示す説明図である。

【図８】 この発明の実施の形態４における第２のＡ／
Ｄ変換器の切替回数についての説明図である。

【図９】 従来の圧力計測装置を用いた故障点標定シス
テムのブロック図である。

【符号の説明】

３１ ガス圧力センサ、３３ 第１のＡ／Ｄ変換器、３
４ ＣＰＵ、３５ Ｄ／Ａ変換器、３６ 差動アンプ、
３７ 第２のＡ／Ｄ変換器、４４ サンプルホールド回
路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス圧力を検出するガス圧力センサ、こ
   のガス圧力センサで検出したガス圧力値をＡ／Ｄ変換す
   る第１のＡ／Ｄ変換器、この第１のＡ／Ｄ変換器からの
   出力を積分して平均値を算出する演算装置、この演算装
   置からの出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器、上記ガス
   圧力センサからの出力と上記Ｄ／Ａ変換器からの出力と
   の差を増幅する差動アンプ、およびこの差動アンプの出
   力をＡ／Ｄ変換する第２のＡ／Ｄ変換器を備えたことを
   特徴とするガス圧力計測装置。
2. 【請求項２】 ガス圧力変化が大きいときにＤ／Ａ変換
   器にバイアスを加えることにより、差動アンプの出力を
   変えて第２のＡ／Ｄ変換器のレンジを切り替えるように
   したことを特徴とする請求項１記載のガス圧力計測装
   置。
3. 【請求項３】 第２のＡ／Ｄ変換器のレンジ切り替え時
   に、ガス圧力センサからの出力として切り替え直前の出
   力値を維持して、切り替え処理中は上記維持した値を差
   動アンプへ出力するサンプルホールド回路を備えたこと
   を特徴とする請求項２記載のガス圧力計測装置。
4. 【請求項４】 第２のＡ／Ｄ変換器のレンジの切り替え
   が所定期間内に所定回数になったときに、上記切り替え
   を停止して、第１のＡ／Ｄ変換器の出力から演算装置で
   算出した値を出力するようにしたことを特徴とする請求
   項２または請求項３記載のガス圧力計測装置。