JPS5820080B2 - 変換器における検出端又はリ−ド線の断線保護回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測温抵抗体、ストレンゲージ等の検出端より
複数のリード線を介して変換回路に導く変換器において
、検出端自身の断線及びリード線の断線に際し、変換器
出力をあらかじめ定められた安全側の所定電位に強制的
に規制するための断線保護回路に関する。

例えば測温抵抗体はブリッジの一辺に組込んで使用され
るのが一般的である。

ニッケル測温抵抗体、白金測温抵抗体等の金属測温抵抗
体では温度係数が正であるから抵抗体本体の抵抗線断線
は温度無限大を意味し、一般にはこれに接続される変換
器、記録計等の受信計器出力は高温側の一定電位に振切
れ（バーンアウト）、異常警報を発したり、調節器が付
いている場合には加熱を停止する等の制御動作が加わる
から、殆んどの場合これらはプラント運転を安全側に移
行させる。

つまり測温抵抗体の断線に対する安全性が保持される。

測温回路が２線式の場合には、この抵抗体に接続される
リード線の断線に関しても上記と同様な効果が期待され
るが、現在広く採用されている３線式測温回路において
は各リード線の断線に関して上記と同様には必ずしも行
かない。

第１図は３線式の場合のリード線の接続部を示すもので
、測温抵抗体Ｒ１の一端に接続される端子Ａ側のリード
線ＬＡの断線は測温抵抗体Ｒｔの断線と同じ効果（高温
側へのバーンアウト）を示すが、他端に□接続される端
子Ｂ１端子す側のリード線ＬＢ 、 Ｌｂでは他の条件
、例えばこれに接続される変換回路等の回路条件により
出力は不定になったり低温側に振切れたりする。

第２図にこのような問題点を解決するための回・路の一
実施例を示す。

図において３つの抵抗体Ｒ１〜Ｒ５及びリード線ＬＡ、
ＬＢを介して接続される測温抵抗体Ｒｔの４個の要素は
ブリッジを構成する。

抵抗体Ｒ１とＲ２の接続点は正電源＋■１に、又測温抵
抗体Ｒｔの端子すはリード線Ｌｂを介して回路の基準電
位に接続される。

抵抗Ｒ０とリード線ＬＡの接続点は増幅器Ｑ１の非反転
入力端子へ、抵抗Ｒ２とＲ２の接続 は人力抵抗Ｒ４を
介してＱｌの反転入力端子へ、Ｑｌの出力端子は帰還抵
抗Ｒ５を介してＱｌの反転入力端子へ夫々接続されてい
る。

Ｑｌ及び抵抗Ｒ４，Ｒ５よりなる回路はブリッジの不平
衡電圧を増幅する増幅器を構成する。

Ｑ２は比較器としてのトランジスタでそのベースはリー
ド線ＬＢと辺抵抗Ｒ２との接点に、エミッタはリード線
■、ｂと共に回路の基準電位に接続されコレクタは増幅
器Ｑ１の反転入力端子へ夫々接続される。

このような構成において、正常状態ではトランジスタＱ
２は、そのベースとエミッタがリード線ＬＢ、Ｌｂを介
して短絡されており、オフ状態にある。

従ってベース電流によるブリッジの誤差及びコレクク電
流による電圧増幅器の誤差は充分小さＧ・。

今Ｂ端子側リード線ＬＢが断線したとすると、Ｑ２のベ
ースはブリッジ電源子■１が正であるから抵抗Ｒ２，Ｒ
３を介して正の高い電圧が印加され充分なベース電流が
供給される。

従ってトランジスタＱ２はオンになり、そのコレクク即
ち増幅器Ｑ１の反転側入力端子は共通電位点にクランプ
され、増幅器Ｑ１の出力電圧ＶＴは正の極大値（はぼ正
の電源電圧子■１）をとる。

これは測温抵抗体Ｒｔが断線したと等価であって、高温
側を意味するので一般には安全側である。

リード線Ｌｂ側が断線しても上記と全く同様の作用で出
力型ＥＶＴは高温側に振切れる。

仮に比較器としてのトランジスタＱ２がない場合には、
リード線ＬＢ側の断線により増幅器Ｑ１の反転入力端子
は高い電位となり、結果として増幅器の出力電圧ＶＴは
負の極大値即ち低温側に振切れ、これは多くの場合危険
側である。

リード線Ｌ＋）側の断線に対しても増幅器の出力電圧Ｖ
Ｔを確実に高温側の極太値をとらせるようにすることは
不可能である。

従ってこの回路によれば、測温抵抗体Ｒｔ自体の断線及
び端子Ａ側のリード線ＬＡの断線は勿論、端子Ｂ （ｉ
ｌｌ及びｂ側のリード線ＬＢ、Ｌｂの断線に対しても受
信計器の出力は高温側の極値をとるので安全であり、又
これに要する回路要素は１〜ランジスク１個で充分な効
果を挙げることが可能である１、第３図は第２図の変形
例で、トランジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ６を介して
正電源子■２に接続されると共に抵抗Ｒ７を介して制御
用のトランジスタＱ３のベースに接続されている。

トランジスタＱ３のコレクタは増幅器Ｑ１の出力端子へ
、エミッタは正電源子■２に接続されている。

ｌ・ランジスタＱ２がオフのときは、Ｑ２のベース電位
は十■２となりＱ３はオフであるが、Ｑ２がオンとなれ
ばＱ３のベース電位は抵抗Ｒ７，Ｑ２のコレククエミツ
タ回路を介して回路の基準電位となり、Ｑ３はオンとな
るので、増幅器Ｑ１の出力ＶＴは強制的に一定電位子Ｖ
２に規制される。

第２図および第３図に記載する従来の断線保護回路は３
線式の測温抵抗体の場合で、安全側として変換器の出力
を上限に振り切らせる場合には有効であるが、安全側と
して変換器出力を下限側に振り切らせたい場合には、リ
ード線ＬＢ、Ｌｂの断線のときはＩ・ランジスクＱ２の
出力接続によって下限側振り切りが可能であるが、リー
ド線ＬＡの断線又は測温抵抗体Ｒｔ自身の断線の場合に
は、下限側に振り切らせることができない。

さらに２線式にした場合にも下限側振り切れは不可能で
あるし、ストレンゲージ等をブリッジの一辺に接続して
４本のリード線で変換回路に導く変換器の場合にも一般
的に適用することが困難である。

本発明は第２図、第３図に示した回路のこのような問題
点を解決する回路構成を提供することを目的とする。

その特徴点はストレンゲージで構成されるブリッジの不
平衡出力端子の電位を所定の比較電圧と比較する比較器
で受け、その比較器のいずれかが出力を発生したときに
変換器出力を強制的に常態とは異なる安全側を意味する
一定電位に規制することにより、プロセスを保護すると
共に変換器の出力信号自身に故障表示を行なわしめるよ
うに構成した点にある。

以下図面により本発明の実施例につき説明する。

第４図は第２図又は第３図の回路を基本構成として本発
明を実施したものである。

第４図に示す実施例は、４個のストレンケージＲ８１〜
Ｒ８４を４辺に有するブリッジＢＧの電源端子■、○を
電源リード線１１．１４て、ネオ衡出力端子■、■を検
出リード線ｅ２，１３で変換回路側に導き、増幅器Ｑ１
で増幅した後出力電圧■。

を得る変換器に本発明を実施したものである。

Ｒ８電源リード線１１に接続された電源子■１よりブリ
ッジ動作電流を供給するための抵抗、Ｒ４，Ｒ５は負帰
還抵抗を示す。

変換回路側において電源リード線１４は回路の共通電位
に接続され、検出リード線１２は増幅器Ｑ１の非反転入
力端子に接続されると共に抵抗Ｒ４を介して第１比較器
を構成する差動増幅器Ｑ４の反転入力端子に接続され、
リード線１３は抵抗Ｒ４を介して増幅器Ｑ１の反転入力
端子に接続されると共に抵抗Ｒ１ｏを介して第２比較器
を構成する差動増幅器Ｑ５の非反転入力端子に接続され
ている。

差動増幅器Ｑ４の非反転入力端子には第１比較電圧■Ｓ
１が、又Ｑ５の反転入力端子には第２比較電圧ｖＳ２が
夫々印加されている。

更にＱ４の出力端子はダイオードＤ１のアノードカソー
ド端子を介して増幅器Ｑ１の出力端子へ、Ｑ５の出力は
同様にダイオードＤ２のアノードカソード端子を介して
Ｑｌの出力端子に接続されている。

Ｄｌ、Ｄ２はＱ４＋Ｑ５の出力をゲ゛−卜するオア回路
を形成している。

尚抵抗Ｒ１１は増幅器Ｑ１の出力電流を制限するための
電流制限抵抗であり、第３図においても実際の設計に当
っては第４図と同様に挿入すべき電流制限抵抗である。

このような構成において通常の動作状態で、第１比較器
Ｑ４の第１比較電圧■Ｓ１の値を■点の電位よりも低い
値に選定し、第２比較器Ｑ、の第２比較電圧ＶＳ２の値
を■点の電位よりも高くなるように選定すれば、比較器
Ｑ４ 、Ｑ５の出力側はいずれも下限振切れとなりダイ
オードＤ１．Ｄ２はカットオフで増幅器Ｑ、の動作に何
ら影響を与えない。

ここで、例えばストレンゲージＲ８１が断線する事故を
想定するとの点の電位は基準電位に降下し、■点の電位
は上昇するので増幅器Ｑ１の出力は上限側に振り切れる
。

このとき第１比較器Ｑ４の反転入力端は第１比較電圧ｖ
Ｓ１より高い電位となったままなのでその出力は下限側
に振り切れたままであり、第２比較器Ｑ２の反転入力端
は第２比較電圧■Ｓ２より低い電位に保たれたままなの
でその出力は下限側に振り切れたままでありダイオード
Ｄ１．Ｄ２は共にカットオフである。

従って、この場合の変換器の出力電圧■。

ｑ増幅器Ｑ１の出力により上限側の一定値に規制される
。

次に、ストレンゲージＲ８２が断線した場合には■点と
■点の電位は共に正常値より上昇するが、特に■点の電
位は大幅に上昇するので増幅器Ｑ１の出力は下限側に振
り切れる。

このとき、第１比較器Ｑ４の出力はその反転入力端子の
電位が第１比較電圧■Ｓ１より高い電位になったままな
ので下限側に振り切れＤｌはオフ状態であるが、第２比
較器Ｑ５の出力はその非反転入力端子の電位が大幅に上
昇し、第２比較電圧ＶＳ２より犬となるので上限側に振
り切れダイオードＤ２がオンとなる。

この場合に増幅器Ｑ１は振り切れているのでその出力イ
ンピーダンスは電流制限抵抗ＲＨで規制され、従って第
２比較器Ｑ５の上限振り切れ電圧が優先し出力電圧■。

は強制的に第２比較器Ｑ５の上限値に規制される。

更に、ストレンゲージＲ８３１Ｒ８４及びリード線４１
〜１４の各断線事故の場合にＱｌの出力、Ｑ４ ｊＱ５
の出力関係を第５図の表に示す。

電源リード線１１，１４の断線の場合は増幅器Ｑ１の出
力は各ストレンゲージの値により上限側になるか下限側
になるか不定となるが、比較器Ｑ４．Ｑ５の出力は一方
向に定まり、出力電圧■。

の振り切れ方向は一方向に定まる。

この表により明らかなように、ストレンゲ゛−ジ及びリ
ード線のすべての断線事故に対し増幅器Ｑ１の出力はさ
まざまな振切れ方向をとるが、変換器の出力電圧■。

は常に上限振り切れに規制される。即ち正の一定電圧に
規制されることがわかる。

尚ダイオードＤ１．Ｄ２の接続極性を変更することによ
り、■ｏの規制方向をすべて下限側とすることも可能で
ある。

以上第４図の実施例につき説明したように、本発明によ
れば、ストレンゲージで構成されるブリッジの不平衡出
力端子の電位を異常状態を設定する所定の比較電圧と比
較する比較器を利用し、異常に対して増幅器自身の出力
電圧の振り切れ方向が規制すべき方向とは逆方向に振り
切れた場合にも、上記比較器出力により強制的に変換器
出力を一定値に規制することができる。

従って検出素子及びリード線の断線事故に応答する変換
器出力は常に定められた安全側の一定の電位となるので
、変換器出力で駆動されるプラント等の安全性を極めて
向上せしめることができると共に、変換器自身にその検
出素子及びリード線の断線故障表示機能を持たせること
が極めて容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は３線式測温回路のリード線接続を示す回路構成
図、第２図、第３図は従来の断線保護回路の一例を示す
回路構成図、第４図は本発明の一実施例を示す回路構成
図、第５図は第４図におけるストレンゲージ、リード線
の事故状況と変換器出力の関係を示す表である。 Ｒｔ・・・・・・測温抵抗体、Ｒ８１〜Ｒ８４・・・・
・・ストレンゲージ、ＬＡ、ＬＢ、 Ｌｂ、 ｌ、〜１
４・・・・・・リード線、Ｑｌ・・・・・・増幅器、Ｑ
４ 、Ｑ５・・・・・・比較器、Ｄｌ、Ｄ２・・・・・
・ダイオード、■Ｓ１・・・・・・第１比較電圧、■Ｓ
２・・・第２比較電圧、■Ｔ、■ｏ・・・・・・出力電
圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ブリッジの少なくとも一辺が可変抵抗素子で構成さ
   れた検出端と複数のリード線で接続された変換器におい
   て、上記複数のリード線は上記ブリッジの不平衡出力端
   と増幅器の二人力端とを接続する二本の検出リード線と
   上記検出端へ上記変換器から電源を供給する上記電源リ
   ード線とで構成され、一方の入力端子に上記検出リード
   線の一方が接続され他方の入力端子に、通常動作状態に
   おける上記不平衡出力端の一方の電位よりも小さい電位
   （又は大きい電位）の第１比較電圧が与えられた第１比
   較器と、一方の入力端子に上記検出リード線の他方が接
   続され他方の入力端子に、通常動作状態における上記不
   平衡出力端の他方の電位よりも大きい電位（又は小さい
   電位）の第２比較電圧が与えられた第２比較器と、これ
   等の比較器の出力にアノード（又はカソード）が各々接
   続されたダイオードと、上記各ダイオードの他端と電流
   制御機能を付された上記増幅器の出力端とを接続して上
   記検出端又は上記複数のリード線のいずれかの断線によ
   り上記変換器の出力を上限（又は下限）に振り切れさせ
   ることを特徴とした変換器における検出端又はリード線
   の断線保護回路。