JPS5821208B2 - リニアライザ - Google Patents

リニアライザ

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JPS5821208B2
JPS5821208B2 JP53120516A JP12051678A JPS5821208B2 JP S5821208 B2 JPS5821208 B2 JP S5821208B2 JP 53120516 A JP53120516 A JP 53120516A JP 12051678 A JP12051678 A JP 12051678A JP S5821208 B2 JPS5821208 B2 JP S5821208B2
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JP
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linearizer
inverting input
inverting
signal
output
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JP53120516A
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JPS5547414A (en
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吉岡隆
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Shimadzu Seisakusho Ltd
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Shimadzu Seisakusho Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はプロセス計装制御における主として検出器の
信号変換器lこ用いるリニアライザlこ関するものであ
る。
集中管理方式のプロセス制御における検出器をたとえば
熱電対とすると、温度とその起電力とは高温用の白金−
白金ロジウムの場合最大1Oql)位の凹形非直性特性
であり、プロセスでもつとも多く用いられるクロメル−
アルメルの場合±1係位のS字状特性を有している。
これらを直線化するため増幅器のあとlこリニアライザ
を入れその出力を温度番こ比例させればよい。
従来から一般基ご用いられている信号変換器のりニアラ
イザは第1図■lこ示すようIこたとえば温度の信号変
換器Tsの内部でたとえば熱電対の検出器Sからの信号
Esを銅線抵抗Vcを含む室温補償回路Cを介して入力
電圧信号Eiとして増幅器Ajこ入力し、これをたとえ
ば4〜20mAの電流信号■1こ増幅し、つぎのDC−
AC変換器T、 Eこ入力する回路に抵抗Rを設け、た
とえば数Vの電圧降下IRを取り出す。
このIRを上記Eiと等しいフィードバック電圧Efに
減衰せしめその出力側にて(十E i −E f=0
)として平衡させ検出器Sから電流を取出すことなく、
シたがって回路抵抗などの影響を受けることなく電圧E
iだけを安定して増幅せしめるのがフィードバック回路
Fであり、上記増幅信号IRをフィードバック回路Fに
入力する際その前後lこ上記リニアライザLを挿スする
のが通常である。
しかし図BIこ示すようlこ増幅器Aの出力電圧EAを
既lこフィードバック回路Flこよって安定したたとえ
ば1〜5vの電圧信号Eiであるばあいは、それを直接
リニアライザ゛Llこ入力する。
以后の回路は図Aと同一でリニアライザLlこよって直
線化された信号E。
をT11こて交流化し絶縁トランス(変成比1対1)T
iを経てDT2)こよって再び電流Iこもどし電流出力
端子CTからDC4〜20mA1または電圧出力端子P
TからDC1〜5■の出力をたとえば調節部tこ送るの
である。
図CはリニアライザLを絶縁トランスTi1整流回路り
を介して図示を省略した増幅器Aの出力信号Eaを入力
するようにした信号変換器Tsであり2点鎖線Bの左方
の構成は図Bと同一のものである。
また信号変換器TsによってはDC−AC変換器T1と
絶縁トランスTiを用いないものもある。
これら信号変換器Ts)こ上記のようtこ従来用いられ
ているリニアライザしはダイオードと抵抗と定電用電源
の直列回路を折線の数だけ並列に接続し、入力の増加t
こつれて順次フィードバック抵抗が減少し、それlこよ
り増幅器の利得が下がり任意の折線近似の非直線関数が
得られる方式のものである。
しかしこの方式は上記ダイオードがそれぞれの所定電圧
でオンlこなり、その回路に電流が流れることで折線特
性をもたせるも剋ダイオードおよび定電圧電源lこ流れ
る電流の調整がむづかしく、またたとえば周囲温度の影
響などの原因で生ずる上記電流の微少変化は折線特性の
ブレークポイントのドリフトとなる欠点がある。
上記のようなダイオードおよび電源lこ直接シこ直接電
流が流れる欠点を除く方式のリニアライザは第2図1こ
その原理図を示すトランジスタ利用のものであり、1は
入力型EEiを電流I)こ変換するもので第1図の信号
変換器Tsの2点鎖線Bの左側の回路lこ相当するもの
、Tr1〜Tr3はトランジスタ、e1〜e3は定電圧
電源r1〜r3は抵抗である。
抵抗1の重下降下IRがT r 1のエミッタ・ベース
電圧■EB1とelとの和より大きくなるとTr、がO
NEこなり(さらlこIRが大きくなると順次T r
2 z T r 3がONとなり出力電圧Eoを折線近
似する)抵抗r1を流れる電流i。
の大部分はTrlのエミッタ・コレクタ間に流れ、el
lこはその電流増幅率βの逆数(L/β)(通常171
00以下9程度の電流しか流れないので比較的安定であ
るが、半導体の特性として周囲温度の変化lこは敏感で
(VEB )が変動しやすく前述のブレークポイントの
ドリフは避けられない欠点がある。
この発明は上記の現況lこ鑑み、非直線関数を形成する
複数個の非線形要素を演算増幅器・ダイオードおよび定
電圧電源を組合わせて作ることlこよって個々の非線形
要素(こ流れる電流調整が簡易で任意の特性が高精度で
得られるとともに周囲温度その他の外乱lこ対してブレ
ークポイントかドリフトしない安定性の高いリニアライ
ザの提供を目的としたものである。
以下図面「こよってこの発明の実施例を詳説する。
第3図は電圧・電流変換器1を用い入力電圧Eiの増加
につれて出力電圧Eoが減少するりニアライザの構成図
である。
2,3は入力端子で2は(+。3は(暑、4,5は出力
端子、4は(+、5は(刊である。
A1〜A3差動入力型演算増幅器、D1〜D3はダイオ
ード、その他は第2図と同一のものである。
6.9.12は演算増幅器A1〜A3の非反転入力端子
、?、10.13はその反転入力端子、8゜ICl3は
その出力端子を示す。
抵抗Hの電圧降下(t□R−el )のときはA1の8
番こば+電位であり、Dlは不導通である。
Eiが増大し、(ioh>el)lこなるとA1の8は
(@となりDlが専科し、AIの反転入力端子7の電圧
E7は非反転入力端子6の電圧eiと等しくなる。
この場合r1を流れる電流11は大部分がDlを通りA
1内部の電源lこ吸収されellこは流れない。
これがこの発明の一つの要部である。
また増幅器A1の入力端子6,7間のオフセット電圧お
よび電流は通常Eiの0.1%程度でこれは実用上無視
できるが、完全lこオフセットを零fこ調整できるもの
を使用してもよい。
またこのオフセット電圧の温度特性が1 ’C当り2〜
3μV位の増幅器を選ぶ。
この(′F、I=e、)の平衡条件のときこの非線形要
素の接続点1a、lb間はrlとelの直列回路と等価
となる。
これをブロック1の出力電流■を横軸lこ出力端子4,
5の電圧Eoを縦軸lことった第4図で説明すると1が
Oから■′まではel>IRでla、lb間は不導通で
あり、Eo−IHで実線のC1の特性となり、■が■l
より増加すると上記のようlこDlが導通しく11=E
0″″″′eりがrltこ流l れるが、上記したようlこel)こは流れない。
そのためE。
の増加はE。−−「17石−・■十献==e1
・・・・・・・・・・・・(1
)上記(1)式で示されるようlこel t R、rl
で決まる比例常数で(I)の増加によって勾配C2で上
昇しIPのときE。
′という勾配の特性を示す。第4図は簡単のため折線1
本の特性を示したが、第3図のC2,C3を任意lこe
l<C2<C3’こ設定すればブレイクポイントは更に
2点増しこのリニアライザの特性は凸形折線近似となる
ものである。
以上がこの第一の発明の要部である複数個の非線形要素
(こよる凸形折線近似特性のリニアライザの構成と作動
の説明である。
つきtこ第5図Eこよって第2の発明の要部である8字
(逆S字)状特性が任意lこ得られる用途の広いりニア
ライザの実施例を説明する。
第3図と同記号のものは説明を省く。
この回路構成の特徴は利得の高い演算増幅幅A。
の前向き回路(非反転入力端子15の回路)Iこ非線形
要素A1.Dl、el、A2.D2.C2を接続し、フ
ィードバック回路(反転入力端子16の回路)Iこ同じ
く非線形要素A4 t D4 t C4y A5 y
D5 t C5を接続した点である。
この回路の作動を説明する順序として、4組の非線形要
素の無い場合、すなわちA。
とR1−R4の4個の等価抵抗RだけのときはA。
の1のの電位(E 1y −E 1/2 )であり、1
6の電位(E、6=Eo/2.)であるので E。
=Ei ・・・・・・・・・・・・(2)
となり、つきlこ第5図のようlこ4つの非線形要素か
ついて、かつ輸1 =O) y (el < 62およ
びC4およびC5)の条件とすれば1a、lb間はrま
たけの等価回路となるので、この場合のEiはE・””
1 + R/ 2 r 1°E i ”=°”
“(3)となる。
これlこよって第3図、第4図で説明したようlこ凸形
折線近似特性となり第6図の勾配C3が得られる。
さらlこEiか増加し°、Aoの15の電位が上昇し、
Ei5> 62となると、D2が導通し、その反転線子
10の電位E1o=e2)となり、前述したようlこ2
a、2bの等価回路はr2とC2の直列回路となり上記
E15 C2)/r2の電流がr21こ流れる。
(この場合もC2には流れないことは前−E。
述と同じ)しかも(Ei5 )という平衡条件から
このときのE。
はとなり第6図C4の勾配特性が得られる。
さらにEiが増加し、Aoの16端子の電位が上り(E
16〉C4)となるとD4がONする。
そのためEiまとなり、第6図C1のようlこ今度は凹
形折線近似特性となる。
さらtcEiが増し、(E、6>e、となるとE。
はとなり、第6図C6の勾配が得られる。
このようtこ勾配を上げたり下げたりできるので任意の
折線近似特性が得られるものとなる。
このようlこ4つの非線形要素を(2)〜(6)の関係
式で各部品の固有値を決定すれば、第6図のような逆S
字状特性が得られる。
以上がこの第2の発明の要件のリニアライザの構成とそ
の作動の説明である。
第5図の非線形要素はその入力の非直線関数lこ対応し
何個でも増すことができ、勾配を下げるときはそれをA
の15端子tこ、勾配を上げるときは同じく16端子I
こ所要の非直線要素を付設すればよいのである。
しかし第6図のようlこ近似直線4本で、任意の勾配を
作りたいときは入力端子15 、161こぞれそれ2個
合計4個の非線形要素が必要である。
これを第7図のようlこ入力端子15.16からそれぞ
れ4個の接続点a〜d。
a′〜d′を出し、非直線形要素La=Ldの4個をス
イッチ5a=Sdで切換えることlこよって任意の勾配
が得られる任意勾配選択式リニアライザが構成される。
またスイッチの代りlこショートジャンパで任意Iこ接
続変更すること(こよって最小の非線形要素でいろいろ
の勾配の非直線関係の入力をリニアライザ′できるもの
となる。
さらに第5図のr1〜r4を可変抵抗とすれば勾配の選
択は更<範囲となる。
また、4つのR1−R4をそれぞれ異なる値として初期
の比例係数を変えることもできる。
この発明は以上のように構成されているので、従来のダ
イオードまたはトランジスタ利用のりニアライザの欠点
を解消し、ブレークポイント設定が上記(1)〜(6)
式で各電子部品の固有値を決定することで高精度で行な
うことができ、また可変式にも任意lこ作りうるだけで
なくトランジスタのエミッタ・ベース間の電圧温度特性
が1℃当り約2〜3mVであるのlこ対し、この発明l
こかかる演算増幅器のそれは約1/1000であり外気
温度の影響を受けない高い安定性を有すると大きい効果
と、さらlこ定電圧電源が入出力のコモンおよび演算増
幅器の電源コモンと共通であり回路構成が簡単、小形化
しうる効果を奏し、高度化するプロセス計装に有効なリ
ニアライザを提供しえたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図Aはフィードバック回路の罰段tこリニアライザ
を挿入した信号変換器の構成ブロック図、第1図Bは増
幅器の出力[1,Itこ直接リニアライザを接続した信
号変換器の構成ブロック図、第1図Cは増幅器のあとl
こ絶縁トランスおよび整流回路を介してリニアライザを
接続した信号変換器の構成ブロック図、第2図は従来の
トランジスタ利用のりニアライザの構成図、第3図はこ
の発明の凸形折線近似のリニアライザの構成図、第4図
はその作動説明図(折線1本の例)、第5図はこの発明
の汎用リニアライザの構成図、第6図は上記の特性を示
す図、第7図は最小個数の非直線要素で任意の勾配が選
択しうる形式のリニアライザの構成図である。 Ei・・・・・・入力電圧(検出素子の電気的出力)E
o・・・・・・ リニアライザ出力電圧、e・・・・・
・定電圧電源、Tr・・・・・・トランジスタ、A・・
・・・・差動入力演算増幅器、D・・・・・・ダイオー
ド、B1・・・・・・ブレークポイント、La=Ld・
・・・・・r s A t D * eからなる非線形
要素、5a=Sd・・・・・・切換スイッチ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 検出器からの入力信号を増幅器lこよって増幅した
    信号の上記検出器の非直線性特性を直線化しようとする
    信号変換器のリニアライザIこおいてそれぞれの負極側
    を共通とし、互いに異なる固有の導通開始電圧値を保つ
    複数の定電圧電源と、この定電圧電源の正極を非反転入
    力とする同数の差動演算増幅器と、 この差動演算増幅器の反転入力端子と出力端子間にダイ
    オードを接続し、このダイオードの導通電流を吸収させ
    るとともlこ上記反転入力端子を抵抗器を介して変換器
    出力端子の正極側lこ挿入してなる複数の非線形要素を
    並列に設けたことを特徴とするリニアライザ゛。 2 検出器からの人力信号を増幅器lこよって増幅した
    信号の上記検出器の非直線性特性を直線化しようとする
    信号変換器のリニアライザlこおいて、それぞれの負極
    側を共通とし、互いlこ異なる固有の導通開始電圧を保
    つ複数の定電圧電源と、この定電圧電源の正極を非反転
    入力とする同数の差動演算増幅器と、 この差動演算増幅器の反転入力端子と出力端子間にダイ
    オ一ドを接続し、このダイオードの導通電流を吸収させ
    るとともIこ、上記反転入力端子を抵抗器を介して変換
    器出力端子の正極側に挿入してなる複数の非線形要素を
    、1個の演算増幅器の反転および非反転入力端子にそれ
    ぞれ並列に設けるととも【こ、上記非反転入力端子に変
    換器の入力電圧を抵抗Iこて分圧した入力分圧電圧を、
    反転入力端子に変換器の出力電圧を同じく抵抗にて分圧
    した出力分圧電圧をそれぞれ印加し、その平衡を常lこ
    とるようにしたことを特徴とするリニアライザ。 3 人力分圧電圧と出力分圧電圧の平衡をとるよう【こ
    した演算増幅器の反転入力と非反転入力端子lこ、それ
    ぞれ並列に接続する複数の非線形要素を上記反転および
    非反転入力端子に任意に選択接続する切換手段を設けて
    なる特許請求の範囲第2項記載のりニアライザ。
JP53120516A 1978-09-30 1978-09-30 リニアライザ Expired JPS5821208B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5493572A (en) * 1981-04-17 1996-02-20 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit with voltage limiter having different output ranges for normal operation and performing of aging tests
USRE35313E (en) * 1981-04-17 1996-08-13 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit with voltage limiter having different output ranges from normal operation and performing of aging tests
JPS59111514A (ja) * 1982-12-17 1984-06-27 Hitachi Ltd 半導体集積回路
US5566185A (en) * 1982-04-14 1996-10-15 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit

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