JPS6348293B2 - - Google Patents

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JPS6348293B2
JPS6348293B2 JP57159694A JP15969482A JPS6348293B2 JP S6348293 B2 JPS6348293 B2 JP S6348293B2 JP 57159694 A JP57159694 A JP 57159694A JP 15969482 A JP15969482 A JP 15969482A JP S6348293 B2 JPS6348293 B2 JP S6348293B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistor
operational amplifier
bridge
temperature sensor
inverting input
Prior art date
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Expired
Application number
JP57159694A
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English (en)
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JPS5961725A (ja
Inventor
Maasharu Matsukurotsuho Rooberuto
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Danfoss AS
Original Assignee
Danfoss AS
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Publication date
Application filed by Danfoss AS filed Critical Danfoss AS
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Publication of JPS6348293B2 publication Critical patent/JPS6348293B2/ja
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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度測定用のブリツジ形センサ回路に
関する。
従来この種のセンサ回路はホイートストンブリ
ツジの一辺にニツケル抵抗温度センサとか白金抵
抗温度センサを接続した回路を使用しているがそ
れぞれのセンサに対して別個のブリツジ形センサ
回路を使用していた。
本発明の目的はニツケル抵抗温度センサにも白
金抵抗温度センサにも使用できるブリツジ形セン
サ回路を提供することである。この目的は本発明
によれば特許請求の範囲に記載されている特徴に
より達成される。次に本発明を図面を用いて詳し
く説明する。
先ず、第1図のような、抵抗温度センサRT
温度に依存して変化する、抵抗であるホイートス
トンブリツジが考えられる。このブリツジ形セン
サ回路では特定の温度のときブリツジを平衡させ
て温度が変化したときの不平衡に相応して抵抗
R2と抵抗温度センサRTとの接続点V1の電圧を演
算増幅器の非反転入力側に加え、抵抗R3とR4
の間の接続の電圧V2を反転入力側に加えて、入
力信号の差VSを増幅して温度変化を表わす出力
信号Uを取出す。その後ブリツジ出力電圧Uは電
圧V2を変化させ、電圧VSを零にしてブリツジの
平衡を回復する。
マトリツクスを用いることにより、出力電圧は
次の式により表わすことができる。即ち、 U=−[(R+R5+R6)RT+RR5−R6R/(R+R5)RT
2RR1+R2+R5R] ・V ………(1) ただし R2=R3=R4=R 式の中で各抵抗の抵抗値は同じ参照記号で示され
ている。
温度に依存する抵抗温度センサRTは温度の関
数として次の式で表わすことができる。
RT=R(1+αt+βt 2) ………(2) その際Rは0℃のときの抵抗値 tは摂氏の温度 α、βは係数 従つて式(1)を次の一般式で表わすことができる、 U=[C1(1+αt+βt 2)+C2/C3(1+αt+βt 2
+C4]・V………(3) この式は、|αt+βt 2|<1のとき温度tの多項式
として展開することができる。即ち U=C1+C2/C3+C4[1+αt(C1/C1+C2−C3/C
3+C4)+t2(C1/C1+C2−C3/C3+C4)(β−α2C3
C3+C4)+…]・V
………(4) この展開式は、t2の項の係数が零に等しい場合
(t2より大きい項は無視する)、tの一次関数とな
る。即ち、 β=α2C3/C3+C4 ………(5) ただし C3/C3+C4>0 ここでニツケル抵抗温度センサと白金抵抗温度
センサに対して標準式を求めることによつて、次
の式が成り立つことがわかつた。
ニツケルに対しRT=R(1+αNit+βNit2) 白金に対し RT=R(1+αPtt+βPtt2) 各々の式において βNi>0(正の係数) βPt<0(負の係数) である。
ところがαおよびβの値を式(5)に代入すると、
白金の場合 βPt<0であるのにα2C3/C3+C4>0 となるので、式の条件を満たさないことがわか
る。
従つて、第1図のブリツジ回路は白金抵抗温度
センサの温度に対する直線的応答に不適当であ
る。他方ニツケル抵抗温度センサの場合βNi>0
なので、この形式のブリツジ回路で温度に対して
直線的に応答させることができる。C3およびC4
の値を式(5)に代入すると、ブリツジ抵抗に対する
関係がわかる。この式(5)は、温度と出力電圧Uと
の間に最良の直線関係を得たい場合、必ず満たさ
なければならない。(5)式に抵抗値を代入すると βNi/αNi 2=R+R5/2(R+R1+R5)………(6) となる。
出力電圧と種々のブリツジ抵抗値との間の関係
を計算するのに、フオートラン・プログラムを用
いて、抵抗値を最適に設定することにより、満足
な出力電圧―温度―関係が得られる。この最適な
抵抗値を式(6)に代入すると、直線性の評価を行な
うことができる。例えば、 R=100Ω、R1=1200Ω、R5=750Ω αNi=5.474×10-3、βNi=6.56×10-6 のとき 式(6)の左辺=βNi/αNi 2=0.2189 式(6)の右辺=R+R5/2(R+R1+R5)=0.2073 このように抵抗値を係数βNi/α2 Niと比較するこ
とによつて、この抵抗値が優れた直線性を得るの
に適当であることがわかる。
白金抵抗温度センサは、第1図のブリツジ回路
を第2図に示すように僅かに変形すれば用いるこ
とができる。つまり、白金の負の非直線性を補償
するために、ある程度の正帰還を行えばよい。そ
こで、新たにブリツジ回路にスイツチS1を介して
正帰還抵抗R7を設ける。このとき出力電圧Uは
次のように表わされる。
U=[(RR7−RR6+R5R7+R6R7−R5R6)RT+RR5R7−R
R6R7−RR5R6/(RR7−2RR6−2R1R6+R5R7−R5R6)RT+2
RR1R7+R2R7+RR5R7−RR5R6]・V…(7) ただし R2=R3=R4=R この式を一般式(3)と比較すれば、C3およびC4
に対する新たな値は次のように表わせる。
C3=(RR7−2RR6−2R1R6+R5R7−R5R6
R C4=(2RR1R7+R2R7+RR5R7−RR5R6) C3およびC4の値を式(5)に代入すると次のよう
な式になる。
βPt/αPt 2=(R+R5)R7−(2RR6+2R1R6+R5R6
)/(2R+2R5+2R1)R7−2(RR6+R1R6+R5R6)……(
8) 前述のように、白金の係数βPtは負である。
従つて式(8)からこの式の右辺の分子が、 (R+R5)R7<(2RR6+2R1R6+R5R6) であれば負になることがわかる。この条件は適当
な抵抗を選定することによつて実現することがで
きる。従つて、正帰還抵抗R7は白金の非直線性
を十分に補償する。実際の白金ブリツジ形センサ
回路においては、ニツケルブリツジ形センサ回路
の場合と同じ値の抵抗を用い、抵抗R7は16.5KΩ
に選定した。出力電圧―温度―特性はフオートラ
ン・プログラムを用いて計算した。抵抗R7を上
記の値にしたとき、優れた直線性が得られた。再
確認するため、この抵抗値を式(8)に代入したとこ
ろ、次のようになつた。
βPt/αPt 2=−0.0378 (R+R5)R7−(2RR6+2R1R6+R5R6)/(2R+2R5+2R
1)R7−2(RR6+R1R6+R5R6) =−0.0356 式(8)の両辺を比較すれば、この抵抗値が適当当
なことが判かる。抵抗R7は、回路における正帰
還が負帰還より大きくならないようにするために
は抵抗R6より大きくしなければならない。この
ように構成すればブリツジ形センサ回路を白金セ
ンサにもニツケルセンサにも用いることができ
る。
センサにニツケルを用いた場合と、白金を用い
た場合との間には、電圧―温度―スケールフアク
タに差がでる。このスケールフアクタの差を補償
するためには、ブリツジをニツケル抵抗温度セン
サに接続するときに抵抗R6に並列に更に1つの
抵抗RPを接続すればよい。この並列抵抗は、負
帰還抵抗が条件式(6)に影響しないので、ニツケル
抵抗温度センサの直線性を損なうことはない。ブ
リツジ回路を白金センサからニツケルセンサに、
またはその逆に切換えることができるようにした
本発明の実施例を第3図に示す。第3図では白金
抵抗温度センサを使用する場合スイツチS1,S2
を、その切換位置Ptに切換え、ニツケル抵抗温度
センサを使用する場合切換位置Niに切換えて使
用する。なお抵抗R6、抵抗RPを上記の実施例で
はそれぞれ固定抵抗を用いたがその代りに1つの
可変抵抗を用いることもできる。なお前述のブリ
ツジ形センサ回路においてセンサの機能をチエツ
クしたい場合第4図に示すように構成することが
できる。第4図においては演算増幅器A2が抵抗
R8およびR9と共に、電圧V1とV2の差の電圧VS
検出する演算増幅器として設けられており、電圧
V1とV2との差電圧VSが零のとき、演算増幅器の
非反転入力側の電圧V2とその出力側電圧V3との
差電圧VFも零になり、この電圧VFが、ダイオー
ドD1,D2,D3,D4,D5、抵抗R10から成る発光
ダイオードブリツジ回路に供給される。このとき
発光ダイオードD5は発光しない。
通常の動作状態では、電圧V1は抵抗温度セン
サRTの抵抗の変化と共に変化する。同時に演算
増幅器A1がV2の電圧を変化させ、これにより、
電圧V1とV2とを等しくする。従つて電圧VSが零
になる。
(a) 抵抗温度センサRTが短絡した場合。
抵抗温度センサRTが短絡すると、電圧V2
電圧V1に追従することができない。それは演
算増幅器A1動作範囲では不十分なので電圧VS
が零にならない(一般に0.4Vより大きい)か
らである。電圧VSは演算増幅器A2で発光ダイ
オードD5の発光に十分な電圧値に増幅され、
その結果は発光ダイオードが発光してセンサの
故障が指示される。
(b) 抵抗温度センサRTへの接続が断線した場合。
抵抗温度センサRTが断線したり、抵抗温度
センサRTへの接続線が断線して回路が開放さ
れると、演算増幅器A1の動作範囲が電圧V2
電圧V1の新たな値まで変化させるには不十分
なので、演算増幅器A2によつて、電圧値VS
増幅され、その結果電圧VFが発光ダイオード
D5を発光させるのに十分な値なので故障が指
示される。
上述のように本発明によればニツケル抵抗温度
センサにも白金抵抗温度センサにもブリツジ形セ
ンサ回路を共用することができ、またその際スイ
ツチと抵抗を付加接続するだけでよく付加費用も
殆んどかからない。また温度測定と同時にセンサ
の機能をもチエツクして指示することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の説明のための回路図であり、
第2図〜第4図はそれぞれ本発明のブリツジ形セ
ンサ回路の実施例の回路図を示す。 A1,A2…演算増幅器、RT…抵抗温度センサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一つのブリツジ辺に抵抗温度センサRTが接
    続され、残りのブリツジ辺に等しい抵抗値の抵抗
    R2,R3,R4が接続されたブリツジの抵抗R2とR3
    との接続点を抵抗R1を介して正の給電線に接続
    し、抵抗温度センサRTと抵抗R4との接続点を抵
    抗R5を介して基準電位線に接続し、前記ブリツ
    ジの抵抗温度センサRTと抵抗R2との接続点を演
    算増幅器A1の非反転入力側に接続し、抵抗R3
    抵抗R4との接続点を前記演算増幅器の反転入力
    側に接続し、前記演算増幅器の出力側とその反転
    入力側との間にニツケル抵抗温度センサに対して
    回路定数の定められた負帰還抵抗R6を設け、前
    記演算増幅器の出力側を、白金抵抗温度センサを
    用いる場合閉成されるスイツチS1および前記負帰
    還抵抗の抵抗値より大きな抵抗値の正帰還抵抗
    R7を介して前記演算増幅器の非反転入力側に接
    続したことを特徴とするブリツジ形センサ回路。 2 一つのブリツジ辺に抵抗温度センサRTが接
    続され、残りのブリツジ辺に等しい抵抗値の抵抗
    R2,R3,R4が接続されたブリツジの抵抗R2とR3
    との接続点を抵抗R1を介して正の給電線に接続
    し、抵抗温度センサRTと抵抗R4との接続点を抵
    抗R5を介して基準電位線に接続し、前記ブリツ
    ジの抵抗温度センサRTと抵抗R2との接続点を演
    算増幅器A1の非反転入力側に接続し、抵抗R3
    抵抗R4との接続点を前記演算増幅器の反転入力
    側に接続し、前記演算増幅器の出力側とその反転
    入力側との間にニツケル抵抗温度センサに対して
    回路定数の定められた負帰還抵抗R6を設け、前
    記演算増幅器の出力側を、白金抵抗温度センサを
    用いる場合閉成されるスイツチS1および前記負帰
    還抵抗の抵抗値より大きな抵抗値の正帰還抵抗
    R7を介して前記演算増幅器A1の非反転入力側に
    接続し、前記演算増幅器A1の出力側からその反
    転入力側へスイツチS2を介して、抵抗温度センサ
    としてニツケルを用いた場合と、白金を用いた場
    合とで電圧温度スケールフアクタの差を補償する
    抵抗RPを接続したことを特徴とするブリツジ形
    センサ回路。 3 負帰還抵抗R6およびスケールフアクタの差
    を補償する抵抗RPを1つの可変抵抗として、ス
    イツチS1に連動して可変抵抗を制御するようにし
    た特許請求の範囲第2項記載のブリツジ形センサ
    回路。 4 一つのブリツジ辺に抵抗温度センサRTが接
    続され、残りのブリツジ辺に等しい抵抗値の抵抗
    R2,R3,R4が接続されたブリツジの抵抗R2とR3
    との接続点を抵抗R1を介して正の給電線に接続
    し、抵抗温度センサRTと抵抗R4との接続点を抵
    抗R5を介して基準電位線に接続し、前記ブリツ
    ジの抵抗温度センサRTと抵抗R2との接続点を演
    算増幅器A1の非反転入力側に接続し、抵抗R3
    抵抗R4との接続点を前記演算増幅器の反転入力
    側に接続し、前記演算増幅器の出力側とその反転
    入力側との間にニツケル抵抗温度センサに対して
    回路定数の定められた負帰還抵抗R6を設け、前
    記演算増幅器の出力側を、白金抵抗温度センサを
    用いる場合閉成されるスイツチS1および前記負帰
    還抵抗の抵抗値より大きな抵抗値の正帰還抵抗
    R7を介して前記演算増幅器A1の非反転入力側に
    接続し、前記演算増幅器A1の非反転入力側を前
    置抵抗R8を介して、第2の負帰還演算増幅器A2
    の反転入力側に接続し、該第2の演算増幅器A2
    の非反転入力側に前記演算増幅器A1の反転入力
    側を接続し、第2の演算増幅器の非反転入力側と
    出力側との間にダイオードブリツジ回路を接続
    し、その対角線分岐に発光ダイオードを設けたこ
    とを特徴とするブリツジ形センサ回路。
JP15969482A 1982-09-16 1982-09-16 ブリツジ形センサ回路 Granted JPS5961725A (ja)

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