JPS5812086Y2

JPS5812086Y2 - 変換装置

Info

Publication number: JPS5812086Y2
Application number: JP1976171600U
Authority: JP
Inventors: 大池高保
Original assignee: 株式会社鶴見精機
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1976-12-21
Publication date: 1983-03-08
Also published as: JPS5388151U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は、変換素子の特性を要求される特性に近似さ
せ得るようにした変換装置に関する。

計測、制御分野においては１通常、温度、圧力。

流量などの物理量を変換素子で電気信号に変換している
。

たとえば温度を測定する場合を例にとると、測定場所に
サーミスタや白金測温抵抗体等の変換素子を設置し、こ
の変換素子の温度変化に伴なう抵抗値変化を電圧信号に
変換し、この電圧信号から温度を測定するようにしてい
る。

すなわち。第１図は電圧出力形の具体的な例を示すもの
で。

基準信号ｅを入力抵抗がｒ、帰還抵抗として変換素子、
たとえばサーミスタ１が接続された第１ｂ演算増幅器２
に入力し、上記第１の演算増幅器２の出力を入力抵抗が
ｒ、帰還抵抗がｒの第２の演算増幅器３に入力し、さら
に前記基準信号ｅを入力抵抗４を介して第２の演算増幅
器３に入力している。

今、サーミスタ１の抵抗値をＲＴとし、入力抵抗４の抵
抗値をＲｓとし、ｒ＝１とすれば。

第２の演算増幅器３の出力Ｅ１はＥｌ−ｅ（Ｒ１）とな
る。

ここで、０℃におけるサーミスターの抵抗値をＲＴＯと
し、Ｒ８をＲｓ＝貢〒Ｊに設定すれば出力Ｅ、はＥ１＝
ｅ（ＲＴＲＴＯ）となる。

したがって、サー□スタ１の抵抗値ＲＴが温度に反比例
して変化するものとすれば出力Ｅ１は負方向に比例して
増加することになり、この出力Ｅ１から温度を測定でき
ることになる。

しかし、サーミスタ１の抵抗値ＲＴは、＝般に温度に反
比例して減少しない。

つまり、非線型の特性を有している。

変換素子のなかにはほとんど線型に近いものもあるが、
その多くは非線型の特性を有している。

したがって、上記出力を利用するには、何らかの手段で
線型出力に変換しなげればならない。

線型に補正する手段としては、従来。折線近似法、非線
型回路素子の利用（たとえば非線型巻線のポテンション
メータ）、ブリッジ回路の利用等が考えられている。

しかしながら、上記手段は確かに有効である反面、いく
つかの欠点を有している。

すなわち、（１）対象となり得る変換素子の特性および
要求される特性の選択範囲に限界があること。

（２）特殊な回路部品を必要とすること。

（３）可動部分が存在し寿命が短かいこと。

（４）直流回路にしか利用できないこと。

（５）部品定数の計算が面倒であること。（６）部品数
が多くなり大形になることなどである。

この考案は、このような事情に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、物理量変化を検出する変換素
子として非線型特性を有するものを使用しても線型素子
の組合わせによる簡単な回路で線型出力に変換でき、計
算、調整が容易でそのうえ完全な固体回路化による長寿
命化、交流回路での使用化も図れる変換装置を提供する
ことにある。

以下、この考案の詳細を図示の実施例によって説明する
。

なお１図は温度を物理量として電圧信号に変換する例を
示し、変換素子としてサーミスタを使用した場合を示す
ものである。

第２図はこの考案装置の全構成を示すもので、この装置
は大きく分けて、第１．第２．第３．第４の演算増幅器
１１．１２，１３．１４と、第２の演算増幅器１２の帰
還抵抗として接続された変換素子、すなわちサーミスタ
１５と、第３７７）演算増幅器１３の出力を第１の演算
増幅器１１０入力端に帰還させる帰還回路１６とで構成
されている。

第１の演算増幅器１１は、２つの入力端１７゜１８を有
し、各入力抵抗がｒに、また帰還抵抗もｒに設定されて
おり、入力端１８に基準信号ｅが入力される。

そして、この第１の演算増幅器１１の出力は入力抵抗が
ｒに設定された前記第２の演算増幅器１２に入力され、
この第２の演算増幅器１２の出力と前記第１の演算増幅
器１１の出力とは前記第３の演算増幅器１３に入力され
る。

第３の演算増幅器１３は２つの入力端１９．２０を有し
、入力端１９側の入力抵抗がｒに、また入力端２０側の
入力抵抗２１がサーミスタ１５の抵抗値に関連して設定
され、さらに帰還抵抗がｒに設定されている。

そして、前記入力端１９に第２の演算増幅器１２の出力
を入力し、また前記入力端２０に第１の演算増幅器１１
の出力を入力している。

一方、前記第４の演算増幅器１４は、インバータの役目
をなすもので入力抵抗と帰還抵抗とがれそぞれｒに設定
されている。

しかして、前記帰還回路１６は、たとえば前記第３の演
算増幅器１３の出力を抵抗２２と２３とで分圧し、抵抗
２３の分担電圧を前記第１の演算増幅器１１０入力端１
７に入力するように構成されている。

このような構成であると、今、サーミスタ１５の抵抗値
をＲＴとし、第３の演算増幅器１３０入力抵抗２１をｏ
’ｃ時におけるサーミスタ１５の抵抗値ＲＴＯの１
／ＲＴＯに設定したものとし、かつｒ＝１で、帰還回路
１６の分圧比、つまりゲインをαとすると、第４の増算
増幅器１４の出力Ｅ２は次のようになる。

すなわち。

となる。

但しＲ（’Ｄ＝−（ＲＴ−ＲＴＯ）である。そこで、α
の選定は次のようにする。

すなわち。サーミスタ１５の温度による抵抗値ＲＴの変
化の一例を示すと表１の如くである。

上記抵抗値ＲＴを用い、ｅ＝１とおいてＥｌを求めてみ
ると１表の如く変化する。

今、Ｅｌを標準化してＸｌとして見ると、Ｅｌは最大で
フルスケール（１０℃）の６．９係、すなわち、０．６
９℃の非直線性を有していることが判る。

そこでαの設定であるが次のようにする。

すなわち、Ｅｌの特性を直線化するには、表１および前
記（３）式からに設定すればよい。

α＝０．０３８１に設定して各温度におけるＥ２求めろ
と表の如くなり、これを標準化すると表中のＸｌで示す
値となる。

したがって、非直線性誤差ΔＸ２も表の如くなる。

このΔＸ２から明らかなようにＥｌの非直線誤差は０．
１％、すなわち０．０１℃以下に改善されることになり
非直線的特性を直線的特性に補正することができる。

上述した説明は変換素子としてサーミスタを用いた場合
であるが、変換素子としてＪＩＳ５０Ω規格の白金測温
抵抗体を用いた場合には次のようにすればよい。

すなわち、白金測温抵抗体の各温度における抵抗値ＲＰ
Ｔは表２に示す通りである。

今、−ｉｏ’ｃにおける白金測温抵抗体の抵抗値をＲＰ
ＴＯとすると、入力抵抗２１の値を１／ＲＰＴＯに設定
し、ｅ＝１．ｒ＝１に設定してＥｌを求めると、Ｅｌは
表の如くになり、これを標準化するとＸｌで示すように
なる。

Ｘｌの変化から判るようにＥｌの非直線性誤差は０．１
６％すなわち。

０．０８℃となる。

そこで、αを前述した手法で求めると、すなわち２０℃
のときのＥｌと４０℃のときの０．６倍のＥｌとが等し
いとすればとなるので、このαで帰還をかげてＥｌを求
めると、このＥｌは表の如くになる。

またＥｌを標準化してＸｌを求めると表に示す通りにな
り、このＸｌから判るようにＥｌの非直線性誤差の最大
は０．０２７％すなわち０．０１３５℃以下に改善され
る。

上述した説明から明らかなようにゲインαを適宜に設定
することによって変換素子の特性を略リニア化できる。

。このように、帰還回路１６を設け、この帰還回路
１６のゲインαを調整することによって変換素子の特性
を要求されるリニアな特性にほぼ近似させるようにして
いる。

したがって、従来の補正化手段のように、特殊な回路部
品を必要としたり連続的に可動する機構を必要としたす
せず抵抗等の線型素子を使用して変換素子の特性をほぼ
リニアな特性に変換できるので、安定性に富むとともに
全体を安価にかつ長寿命化することができる。

また、交直両回路に使用できるばかりか、ゲインαの設
定も容易に行なえ使い易い利点もある。

なお、第４の演算増幅器は必ずしも必要とするものでは
ない。

以上詳述したように、この考案によれば５％に使用の自
由度が大きく、使い易く、長寿命で安価に製作可能な変
換装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成説明図、第２図はこの考案の一
実施例の構成説明図である。１１．１２，１３，１４・・・演算増幅器−１５・・・
変換素子、１６・・・帰還回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

２つの入力端を有し一方の入力端に基準信号が入力され
る第１の演算増幅器と、この第１の演算増幅器の出力が
入力され帰還抵抗として物理量変化を検出して電気信号
変化に変換する変換素子が接続された第２の演算増幅器
と、２つの入力端を有し上記入力端に前記第２の演算増
幅器の出力と前記第１の演算増幅器の出力とがそれぞれ
入力される第３の演算増幅器と、この第３の演算増幅器
の出力を、その第３の演算増幅器の出力が前記変換素子
で検出される物理量変化に対して略直線的に変化するよ
うに帰還をかげて前記第１の演算増幅器の他方の入力端
に入力する帰還回路とを具備したことを特徴とする変換
装置。