JPS63163178A - 抵抗値測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、温度、圧力などの環境の変化を検出する装
置、なかでも前記変化により抵抗値が変化する検出素子
を有する抵抗値測定回路に関する。

（従来の技術〕 従来より、世の中に存在する機器の動作（サーマルプリ
ンタであればサーマルヘッドのヒート処理）は、温度、
湿度、圧力など多くの環境パラメータにより影響を受け
るため、これらの値に応じた制御を行う必要があフた。

昨今、これらの制御には、マイクロコンピュータが使用
さすることが多いが、そのためには前記環境パラメータ
を２進化されたデジタル値としてマイクロコンピュータ
内に取込む必要がある。

一方、環境検出素子としては、温度、湿度。

圧力などの変化に対応し、抵抗値が変化するものがよく
用いられる。従来、これら抵抗値の変化を２進化し、マ
イクロコンピュータ内に取込むには、第４図にあるサー
ミスタ等の検出素子２１を定抵抗２２と直列に接続し、
定電圧源に接続し、この接続点の電圧変化を、いわゆる
Ａ／Ｄコンバータ２３で連続値から２進数に変換し取込
む方法や、第５図のごとく片安定マルチバイブレータ２
４の充電抵抗に検出素子２１を配し、前記片安定マルチ
バイブレータ２４をリセットし、出力が出ている時間を
カウンタ２５により計測する方法などがあった。しかし
、これらの方法は、コストが高く、回路が複雑であり、
素子や電源のバラツキや変動に対して誤差を生じる。

また、コストがかかるなどの欠点があった。

なお、２６はＣＰＵ２７は、直線性補正抵抗でサーミス
タ２１の温度−抵抗特性が第６図のＡの様に指数変化す
るものであるので、サーミスタと並列、或いは直列に抵
抗を挟入し、第６図のＢの様に測定範囲内でほぼ直線に
なる様に補正する為のものである。

〔目的〕

本発明は、これらの問題に鑑み、簡単な回路でかつ低コ
ストで電荷蓄積素子にある電圧まで電荷を蓄積するのに
かかる時間を基準抵抗のみと、基準抵抗と被測定素子を
並列にした場合の２度測定し、その比を計算し、測定値
とすることにより、被測定素子の抵抗値の測定が可能な
抵抗値検出回路或いは該回路を含む電子機器を提供する
ことを目的とする。

更には、上述の測定動作を定めら五た回数繰り返して前
記第１と第２の時間のそれぞれの和の比を求め、これよ
り、求めたい値を算出することで、低コスト、高安定、
高精度の測定装置を得ることができる抵抗値検出回路を
提供することを目的としている。

又、求めたい値が、被測定素子そのものではなく、基準
抵抗との並列値である場合、前述の比が求めたい値と比
例する様にした抵抗値検出回路を提供することを目的と
している。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

本発明を温度依存性抵抗（サーミスタ、以後サーミスタ
と呼ぶ）による温度検出に応用した例で説明する。第１
図に本実施例のブロック図を示す。

第１図においては、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）であ
って、後述のＲＯＭ３よりプログラム命令、及びあらか
じめ定められたデータを読み出し、温度検出に必要な演
算比較等を行う。

ＲＡＭ２は、リード・ライトメモリであって、ＣＰＵ　
１が、後述４〜６の入力、出力ボートへの人力、出力デ
ータの一時保存、時間を計測するためのタイマー用レジ
スタ、演算結果を格納しておくメモリなどとして使用さ
れる（第２図（ａ）参照）。

ＲＯＭ３は、読み出し専用不揮発性メモリであって、Ｃ
ＰｔＪ　１が動作するためのシステムプログラム、演算
結果を実際の温度の値に対応させるための、比較テーブ
ルなどから成っている（第２図（ｂ）参照）。

４の出力ボート１は、ＣＰＬｌｌの命令によって、パス
ラインＳ１を通して、誤出力ボートに論理レベル゛°０
″または“１”をラッチし、パスラインＳ２を通して、
後述の１０のトランジスタ１を制御する。入力ボート５
は、後述電圧比較器７より３３を通して出力された論理
レベル“０′または°１″をパスラインＳ１を通して読
むことが出来る。

６の出力ボート２は、４の出力ボート１と同様°゛０′
または１″をラッチし、信号線Ｓ４を通して後述１３の
トランジスタ２を制御する。

尚、前記４の出力ボート１．６の出力ボート２はラッチ
した内容をＣＰＵ　１の命令によって読むこともできる
。

電圧比較器７は、コンデンサー１４の端子電圧Ｖｃであ
る信号線Ｓ５の値と基準電圧ｖｔｈを比較し、基準電圧
ｖｔｈの値の方が大とければ出力に論理レベル“０°°
を、逆に前記信号線ｓ５の方が大きければ°゛１゛°を
出力する。８の抵抗Ｒ１と９の抵抗Ｒ２は電圧比較器７
の基準電圧ｖｔｈをつくるための分圧抵抗で １０のトランジスタ１　（Ｔｒｌ）は、信号線Ｓ２が論
理レベル゛１”のときは、コレクター−エミッタ間が“
’ＯＦＦ”となっており、後述のサーミスタ１１に電流
が流れず充電されず、Ｓｌが゛０°°のときはコレクタ
ー−エミッタ間が”　ＯＮ　”となり、サーミスタ１１
に電流を流すことができる。

サーミスタ１１は温度依存性を有し、温度によって抵抗
値が変化する素子で、その論理式は、サーミスタの抵抗
値をＲｔｈとすると Ｒｏ、Ｂｏ−−−−−サーミスタの固有定数Ｔｏ　　　
　−−−−−２７３［”　Ｋ］Ｔ　　　　　−−−−−
サーミスタ温度［°Ｋ］となり、前述した様に第６図の
Ａのようなカーブを描く。これからもわかるように、サ
ーミスタの温度−抵抗値カーブは直線にはならず、定抵
抗を並列に接続して、これを補正すると非常によい直線
性をもつので、サーミスタを用いた温度検出では、一般
にこの方法が多く用いられる。

１２の基準抵抗Ｒｓは、前記サーミスタの直線性補正と
基準時間測定のための基準抵抗を兼ねた定抵抗で、本発
明ではこの部品のみが高精度を要求される。しかし、従
来に比して極めて低コストである。

１３のトランジスタ２は、信号線Ｓ４の論理レベルが１
′°のときコレクター−エミッタ間が“ＯＮ”となり、
後述１４のコンデンサーの電荷を放電し、０′のとき“
ＯＦ　Ｆ　”となって何もしない。

１４のコンデンサーは、１２の基準抵抗Ｒｓ、１１のサ
ーミスタＲｔｈを通して流れる電荷を充電する。

１５の電源フィルタであり、インパルス性のノイズを除
去するものである。

次に、第２図（ａ）、（ｂ）を参照し、前記２のＲＡＭ
と３のＲＯＭ内で本実施例で使用するレジスタ等につい
て若干の説明をする。

ＲＡＭＺ内には、第２図（ａ）に示したごとくサンプル
カウントレジスタ（以下Ｓ　Ｐ　ＬＣＮＴと略す）と、
タイマーカウンタレジスタ（以下Ｔ　Ｉ　ＭＣＮＴと略
す）を有し、それぞれＲＡＭ内の特定の番地に割当てら
れている。

５ＰＬＣＮＴは、？ＩＩＩＪ定の回数をカウントするの
に用いられる。

一方、Ｔ　Ｉ　ＭＣＮＴはコンデンサー１４が放電した
後基準電圧ｖｔｈまで充電されるまでの時間計測に用い
られ、プログラムによって、ある一定時間ごとにインク
リメントされる。この一定時間が測定時間の最少単位と
なる。

次に、ＲＡＭＺ内には、基準抵抗測定カウント値レジス
タ（以下、Ｎ５ＲＥＧと略す）基準抵抗とサーミスタを
並列で測定したカウント値を保持する。温度抵抗測定カ
ウント値ＲＥＧ　（以下、ＮＴＲＥＧと略す）を有し、
２度のカウント値測定の保持に使用している。

一方、ＲＯＭ３内には、第２図（ｂ）のごとく定数とし
て、測定最大回数（以下、Ｓ　Ｐ　ＬＭＡ　Ｘと略す）
、基準抵抗値Ｒｓ、前記Ｒｓと使用するサーミスタの定
数Ｂｏ、Ｒｏを元に求めた基準抵抗ＲｓとサーミスタＲ
ｔｈを並列接続した合成抵抗Ｒ？と温度Ｔのカーブに対
し２乗誤差に対し最も誤差の小さくなるように、最小２
乗法で求めた回帰直線の傾きｍと接片すの値が格納され
ている。

次に本実施例の動作説明の前に原理を簡単に説明してお
く。

第１図において、電源電圧Ｖｃｃのもとで１２の基準抵
抗Ｒ３で１３のコンデンサＣを充！し、基準電圧ｖｔｈ
に達するまでの時間ｔｓはより となり、これを七〇秒に一回カウントするカウントで測
定するとすればカウント数ＮＳはとなる。同様に本実施
例で求める値である基準抵抗Ｒ９とサーミスタＲｔｈの
並列合成抵抗Ｒ？で充電した場合の時間ｔＴ、これをｔ
。おきにカウントした時の値Ｎｔは ここで［式５］と［式７］の比をとるととなり、Ｃ，ｔ
ｏ、Ｖｔｈ、Ｖｃｃの絶対値にバラツキがあっても、Ｎ
ＴとＮ、の測定時間内で同じであるとすれば、すなわち
Ｃ”Ｃ′　ｔ。

＝七〇′ Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ’　、Ｖｃｃ＝Ｖｃｃ’　であればとな
りＲＴの値は基準抵抗Ｒｓと２つの測定値ＮＴ及びＮ、
によって決定される。

しかし実際には実時間ｔｓ、ｔＴからカウント数Ｎ！！
、Ｎ丁を測定する段階において、七〇秒ごとにカウント
するので最大上〇の量子化誤差が発生する。また外来ノ
イズによりｖｔｈやＶｃｃもわずかに変動している。こ
れらの誤差を押さえるには、ＮＴとＮ、を何回か測定し
、その平均値を採用するのが有効である。今、ＮＴとＮ
５をに回測定し、その平均値ＮＴ、Ｎ、とすると、とな
り、これより となり、ｋ回の平均値を算出しなくともＮＴとＮｓのそ
れぞれの和を求めればよい。

では次に、第１図と動作の流れを説明する第３図のフロ
ーチャートを用い、本発明の詳細な説明する。

まず、前記のＲＡＭＺ内の５ＰＬＣＮＴ。

Ｎ　Ｓ　ＲＥ　Ｇ　、　　Ｎ　Ｔ　ＲＥ　Ｇに「０」を
書く（クリアーする）（ＳＴＥＰＩ）。

次に、４の出力ボート１に１°を出力し１０のＴｒｉを
ＯＦＦ’　とし、基準抵抗測定モードとする。そして、
６の出力ボート２を１゛　とし、あらかじめ定められた
時間この状態を保ち、１４コンデンサＣを完全に放電す
る（ｓｔｅｐ２．３）−次にＴ　Ｉ　ＭＣＮＴをクリア
ーして（ｓｔｅｐ４）、測定準備が完了する。

モして６の出力ボート２を０゛として、１３のＴｒ２を
ＯＦＦ’　させ、基準抵抗１２のみによる、コンデンサ
Ｃ１４への充電が開始される（ｓｔｅｐ５）、ＣＰＵＩ
は入力ボート５を一定時間ごとに読み、値が０°であれ
ばＲＡＭ２内のＴ　Ｉ　ＭＣＮＴをインクリメントし、
再び人力ボート５を読みにいく。これをくり返すうち（
ｓｔｅｐ６．７）、コンデンサー１４の端子電圧Ｖｃが
基準電圧Ｖｔｈを越えると、電圧比較器７が反転し、人
力ボート５か°　１°　になる。

ＣＰＵＩが入力ボート５が１″であることを検出すると
、Ｔ　Ｉ　ＭＣＮＴのインクリメントを停止し、６の出
力ボート２を１°　とし、充電を完了する（ｓｔｅｐ８
）。

次にＣＰＵＩは４の出力ボート１の状態が０゛か１′か
を判断しく５ｔｓｐ９）、１′の時は（現在は°１“で
ある）　ＮＳ　ＲＥ　Ｇの値に今インクリメントを停止
したＴ　Ｉ　ＭＣＮＴの値を加え、Ｎ５ＲＥＧヘセツト
しく５ｔｅｐ１０・）、４の出力ボート１を“１°−０
°へ反転させ（ｓｔｅｐｌｌ）、１０のＴｒｉをＯＮ°
させて基準抵抗とサーミスタを並列接続して、温度抵抗
測定モードとする。

次に、ＲＡＭ２内５ＰＬＣＮＴとＲＯＭ３内所定の測定
回数ＳＰＬＭＡＸを比較する（ｓｔｅｐ１２）。現在は
Ｓ　Ｐ　ＬＣＮＴの値は「０」であり、５ＰＬＣＮＴ＜
ＳＰＬＭＡＸであり、この時は、次の測定をすべく前記
５ｔｅｐ４に戻る。コンデンサ１４の電荷を放電させ、
充電を再口する。モして５ＰＵＩが人力ボート５の１°
を検出し、Ｔ　Ｉ　ＭＣＮＴのインクリメントを停止す
ると（ｓｔｅｐ６．８）、今度は４の出力ボート１は°
０°であり、この時は、ＮＴＲＥＧＯ値とＴ　Ｉ　ＭＣ
ＮＴの値を加え、ＮＴＲＥＧヘセットしく５ｔｅｐ１．
４）、４の出力ボート１を再び反転させ、°０°−°１
°　としく５ｔｅｐ１５）、次の測定が再び基準抵抗測
定モードとなるようにすると共に、５ＰＬＣＮＴをイン
クリメントしく５ｔｅｐ１６）、この後、５ＰＬＣＮＴ
とＳＰＬＭＡＸを比較し、Ｓ　Ｐ　ＬＣＮＴ＜ＳＰＬＭ
ＡＸであれば、ステップ２へもどり、再測定を行う。

５ＰＬＣＮＴ≧ＳＰＬＭＡＸとなると、所定の測定回数
ＳＰＬＭＡＸ回を終了し、Ｎ５ＲＥＧには、基準抵抗で
ＳＰＬＭＡＸ回充電したカウント数ノ総和、ＮＴＲＥＧ
には、基準抵抗とサーミスタを並列接続してＳＰＭＡＸ
回充電したカウント数の総和が格納されている。

次にＣＰＬＩＩは、このＮ５ＲＥＧとＮＴＲＥＧの２つ
のレジスタの比、ＮＴＲＥＧ／Ｎ５ＲＥＧを求め、これ
にＲＯＭ３内にデータとして保存されているＲ３の値を
かけて、被測定抵抗値ＲＴを算出する。さらに、前記Ｒ
ｓと、被測定用のサーミスタの定数Ｂｏ、Ｒｏを用いて
、あらかじめ求めＲＯＭＢ内に保存されている回帰直線
の傾きｍと接片すより、最終的に求める温度ＴをＴ＝−
ｍＲＴ　＋ｂ を計算することにより求める。

〔他の実施例〕

前記実施例では、検出素子として、温度依存性抵抗素子
（サーミスタ）を用いた温度検出回路で説明したが、こ
れは、何らかに依存して、抵抗値の変化する素子、物質
であれば何でもよく、いわゆる抵抗器そのものの測定に
も使用できる。

ＴｒｉとＴｒ２に使用するのは、別にトランジスタに限
らず、ＦＥＴでもリレーでもかまわない。

また、今回は電圧比較手段としてコンパレータと基準電
圧を用いたが、これはさらにコストダウンを追求して、
ゲートＩＣのスレミホールド電圧をそのまま使用しても
かまわない。また、今回は時間測定手段としてソフトウ
ェアのループを利用したソフトタイマーを用いたが、こ
れは最近のマイクロコンピュータによく内蔵されている
タイマーユニットと割込を利用してもよく、外部にカウ
ンタを設けてもかまわない。また２つの測定値ＮＴとＮ
Ｓより実際の温度求めるのに、本実施例では計算式を用
いたが、これは、Ｎ１／　Ｎ　ｓが実際の温度と対応し
ているため、ＮＴ／　Ｎ　Ｓを何段階かに分割し、ＲＯ
Ｍ内にテーブルデータをもって、それを参照して求めて
もよい。

さらに、実際に必要なデータは、温度の値そのものでな
く、温度に対応した制御パラメータであることが多く、
その場合は、前述のようにＮ　Ｔ　／　Ｎ　ｓを分割し
、その値に対応したテーブルデータをＲＯＭ内にもって
いればよい。

又、本発明は多方面に応用できるもので例えばタイプラ
イタ等のサーマルプリンタ装置の環境を検出する場合に
も通用でき、常に高品位の印字を極めて低コストで、か
つ簡単な回路で実現できる。

（発明の効果） 以上詳述した様に、基準抵抗さえ、精度のよいものを使
用すればコンデンサ、電圧比較器の基準電圧、電源電圧
のバラツキを無視できるため、無調整で高精度な抵抗測
定回路が実現できる。また、Ａ／Ｄコンバータ、片安定
マルチバイブレータ等を使ったものに比して、極めて低
コストが実現できるのである。本発明により、抵抗と並
列合成抵抗の充電時間の何回かの測定の和の比を求める
ことにより、基準抵抗に精度のよいものを使用すれば、
その他の素子や電圧のバラツキや変動を無視することが
でき、極めて低コストで無調整、高精度の温度測定装置
を得ることができる。

更には、本発明の回路を採用することにより、例えばプ
リンタの高品位印字及び低コスト化が実現できる。

第２図はＲＡＭ２．ＲＯＭ３の内容を説明する図、 第３図は実施例の動作の流れを示すフローチャート、 第４図は従来例を示す図、 第５図は従来例を示す図、 第６図はサーミスタの特性を示す図、 ｔ　　−一−−−−−−ｃ　ｐ　ｕ ２　　−−−−−−−−　　ＲＡＭ ３　−−−−−−−−　ＲＯＭ ４、　６　−−−一出力ボート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電荷を蓄積する蓄積手段と、被測定素子と前記蓄
   積手段との電気的接続を行うスイッチ手段前記蓄積手段
   に蓄積された電荷の放電を行わせる為の電荷放電手段と
   、基準素子のみによって蓄積される前記蓄積手段の電圧
   が所定値になるまでの第１時間と、前記基準素子と前記
   被測定素子によって蓄積される前記蓄積手段の電圧が前
   記所定値になるまでの第２の時間とを前記スイッチ手段
   による接続動作を行うことにより、繰り返し測定する測
   定手段と、前記測定手段の測定結果に基づいて前記被測
   定素子の測定値と前記第１と第２の時間の比を対応づけ
   ることを特徴とした抵抗値測定回路。
2. （２）前記基準素子は定抵抗、前記被測定素子は温度依
   存性抵抗、前記電荷蓄積手段はコンデンサ、前記スイッ
   チ手段、前記電荷放電手段はトランジスタであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の抵抗値測定回路
   。