KR0172803B1 - 아날로그 입력신호의 단선검출회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아날로그 전압신호의 입력부 중 온도센서 또는 외부 보상도선의 단선을 검출하는데 적당한 아날로그 입력신호 단선검출회로에 관한 것으로 특히, 기존의 단선검출회로에 설치된 아날로그 전압 입력부는 상기 열전대 신호 전송부의 두 출력단에 두개의 저항(R1,R2)을 각각 직렬 연결시켜 구성하고, 상기 단선검출 회로부는 증폭회로부의 정극성 입력단자(+)와 기준전압(Vr) 사이에 두개의 직렬 저항(R3,R4)을 연결하고 이 저항(R3,R4)의 접속점은 분압저항(R5)을 통해 접지에 연결하며 상기 증폭회로부의 부극성 입력단자(-)는 단선검출용 저항(R6)을 통해 접지시키는 구성으로 형성시켜 기준전압에 의해 발생되는 오차전압을 최소로 줄일 수 있도록 하므르써 제품의 신뢰도를 대폭 향상시키 수 있는 것이다.

Description

아날로그 입력신호의 단선검출회로
제1도는 종래의 단선검출회로도.
제2도는 본 발명의 단선검출회로도.
제3도는 본 발명을 설명하기 위한 단선검출 인지 프로그램 플로우챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 열전대 신호 전송부 2 : 아날로그 전압 입력부
3 : 단선검출 회로부 4 : 증폭회로부
5 : 아날로그/디지탈 변환부 6 : 마이컴
본 발명은 아날로그 입력회로에 관한 것으로 특히, 아날로그 전압신호의 입력부 중 온도센서 또는 외부 보상도선의단선을 검출하는데 적당한 아날로그 입력신호의 단선검출회로에 관한 것이다.
더욱 상세히는 공장 자동화에 널리 사용되는 피씨엘(PCL)의 고기능화를 위한 유니트의 하나로 사용되는 열전대 온도입력 유니트(Thermo-Couple Unit)의 입력처리회로 중 단선검출 기능을 갖는 회로에 관한 것이다.
통상적으로 열전대에서 출력되는 온도신호는 미세 전압(수 ㎶ 단위)의 기전력으로 발생되어 보상도선에 의해 아날로그 전압입력 처리부로 전달된다.
이 아날로그의 미세전압은 수 백배로 증폭된 후 변환 처리되는데, 이때 열전대 및 보상도선 중 일부에서 단선이 발생했을 경우 증폭회로 다음단의 회로는 치명적인 손상을 입기 때문에 단선검출 기능을 갖추어 자기진단 기능을 갖게 한다.
그런데, 종래의 단선검출회로는 제1도에 나타낸 바와 같이, 열량을 전기적으로 변환시켜 주는 열전대와 이 열전대를 연결시켜 주는 보상도선으로 이루어진 열전대 신호 전송부(31)와; 상기 열전대 신호 전송부(31)의 정극성(+)단자에 직렬 저항(R1)이 연결된 아날로그 전압 입력부(32)와; 단선검출용 저항(R2)의 일단이 입력부 저항과 병렬 연결되고 그 타단에는 기준전압(Vr)이 인가되어 단선의 유무를 검출하는 단선검출 회로부(33)와; 상기 단선검출 회로부(33)의 출력신호를 정, 부극성의 입력단자(V+, V-)를 통해 입력받아 소정레벨로 증폭된 출력전압(Vo)을 발생시켜 주는 증폭회로부(34)로 구성되어 있었다.
따라서, 상기 열전대 신호 전송부(31)내의 열전대 또는 보상도선 중 그 어느 일부가 단선이 되었을 경우에는, 상기 열전대 신호 전송부(31)로 부터 아무런 출력신호가 입력되지 않으므로 증폭회로부(34)의 입력단자(V+, V-) 사이에 인가되는 전압은 거의 기준전압(Vr)과 동일하게 된다.
따라서, 예를들어 기준전압(Vr)이 2V라 하고 증폭회로부(34)의 증폭률이 100이라면 단선시 2,000V라는 고전압이 증폭회로부(34)로 부터 출력되므로 사용자가 상기 열전대 신호 전송부(31)에서 단선이 발생되었음을 인지할 수 있는 것이다.
한편, 열전대 신호 전송부(31)가 정상상태에 있을 경우에는 증폭회로부(34)의 양입력단자간의 전위차는, 열전대 신호 전송부(31)에서 전달된 열기전력이 Ve라 할 때 다음과 같은 식이 된다.
통상의 단선 검출회로에서는 R1 R2의 관계로 저항값을 설정하므로 위의 (식2)는 다음과 같이 된다.
즉, R1 R2의 관계이면 열전대 신호 전송부(31)에서 전달된 열기전력 입력신호(Ve)의 근사값이 증폭회로부(4)의 양입력단자에 인가된다.
그러나, 이와같은 구성은 상기 (식2), (식3)에서 R1 R2의 관계로 저항값을 아무리 설정하더라도 입력신호의 샘플링을 고려한 필터회로 구성에 맞추어 입력단 저항(R1)을 정하므로 증폭회로부(34)의 양단에는 무시할 수 없을 정도의 오차 전압이 인가된다.
예를들어, R1 = 1㏀, R2 = 22㏁, Vr = 2V일때 V+ - V- 1= 90.9 X 10-6+ Ve가 되는데, 실제 열전대에서 발생되는 열기전력은 ㎶ 단위로써 보여지므로 기준전압(Vr)에 의한 오차전압은 열전대의 종류에 따라 최대 수십 ℃ 만큼 오차요인이 있어 결국 증폭회로부의 양단에는 많은 오차전압이 인가되는 문제점이 발생되었다.
본 발명의 목적은, 기준전압에 의해 발생되는 오차전압을 최소로 줄일 수 있는 아날로그 입력신호의 단선검출회로를 제공하는데 있다.
본 발명은 제2도에 나타낸 바와 같이, 열전대와 보상도선으로 이루어진 열전대 신호 전송부(1)와; 상기 열전대 신호 전송부(1)의 출력전압을 입력받는 아날로그 전압 입력부(2)와; 열전대 및 보상도선의 단선유무를 검출하는 단선검출 회로부(3)와; 상기 단선검출 회로부(3)의 출력신호를 소정레벨로 증폭시켜 출력전압(Vo)을 발생시켜 주는 증폭회로부(4)와; 상기 증폭회로부(4)의 출력전압을 14비트의 디지탈신호로 변환시켜 주는 아날로그/디지탈 변환부(5)와; 상기 아날로그/디지탈 변환부의 출력신호를 입력받아 소정프로그램을 통해 처리한 후 PLC 본체와 변환결과를 주고받는 마이컴(6)으로 구성된 단선검출회로에 있어서, 상기 아날로그 전압 입력부(2)는 상기 열전대 신호 전송부(1)의 두 출력단에 두개의 저항(R1,R2)을 각각 직렬 연결시켜 구성하고, 상기 단선검출 회로부(4)는 증폭회로부(5)의 정극성 입력단자(+)와 기준전압(Vr) 사이에 두개의 직렬 저항(R3,R4)을 연결하고 이 저항(R3,R4)의 접속점은 분압저항(R5)을 통해 접지에 연결하며 상기 증폭회로부(5)의 부극성 입력단자(-)는 단선검출용 저항(R6)을 통해 접지시킨 구성을 갖는 것을 특징으로 한다.
이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 제3도를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 열전대 신호 전송부(1)의 열전대 또는 보상도선 중 어느 일부가 단선되었을 경우에는, 증폭회로부(4)의 양입력단자(V+, V-)의 전위차는 다음과 같다.
따라서, 기준전압(Vr)을 2V라 하고, 분압저항(R3,R5)을 각각 22㏁, 1㏁이라 하면 (식4)로 계산되는 증폭회로부(4)의 입력단 전위차는 약 0.08695V가 되는데, 이때, 증폭회로부(4)의 증폭률을 100으로 할 경우 8.95V의 출력전압(Vo)이 발생된다.
이와같은 상기 증폭회로부(4)의 출력전압은 아날로그/디지탈 변환부(5)를 통해 14비트의 디지탈신호로 변환되어 마이컴(6)에 입력되므로 제3도와 같은 단선검출 인지 프로그램을 수행하는 상기 마이컴(6)에서는 이 전압을 통해 열전대 신호 전송부(1)가 단선상태에 있음을 인식할 수 있는 것이다.
한편, 열전대 신호 전송부(1)가 단선이 아닌 정상상태일 경우에는 증폭회로부(4)의 양단입력단자(V+,V-)의 전위차는, 열전대 신호 전송부(1)에서 전달된 열기전력을 Ve라 하였을시 다음과 같은 (식5)가 된다.
상기 식에서 RR4, R2R6의 관게로 저항값을 설정하면,
가 되고, 단선검출용 저항(R4,R6)의 값이 충분히 크게 되면 (식6)의 기준전압(Vr)이 포함된 항은 분배저항(R3,R5)에 의한 크기의 전압항이 되고, 열기전력(Ve)이 포함된 항은 분압저항(R3,R5)과 단선검출용 저항(R4,R6)의 크기를 조절하여 열기전력을 그대로 입력전압으로 유지시킬 수 있다.
실제 실시예로, R1 = 1㏀, R2 = 1㏀, R3 = 22㏁, R4 = 22㏁, R5 = 1㏁, R6 = 22㏁, Vr = 2V로 두면 (식5)에 의한 증폭회로부(4)의 입력단자 사이의 전위차 V+ - V- 1= 3.9 X 10-6- 44.5 X 10-6Ve (식6)가 된다.
따라서, 열기전력(Ve)과 증폭회로부(1)의 양입력단자 전위차와의 사이에서 발생되는 오차전압 Vd = 0.9999555 1Q Ve - 3.9 X 10-6이 되어 단선검출회로의 기준전압(Vr)에 의해 발생되는 오차는 수 ㎶로 줄어들게 되는 것이다.
한편, 제3도는 상기 마이컴(6)에서 수행하는 단선검출 인지 프로그램을 나타낸 것으로써, 아날로그/디지탈 변환부(5)를 통해 디지탈로 변환시킨 아날로그의 신호가 고전위로 판명되면, 열전대 신호 전송부(1)에서 단선이 발생되었음을 인지하고 A/D변환을 중지시킨 다음 PCL 본체에 단선상태임을 알리는 소정 데이타를 출력시키고, 고전위 상태가 아니면 디지탈 데이타를 처리하여 미세오차를 보정한 후 PCL 본체에 변환된 데이타를 전송시키는 과정을 반복 수행하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기준전압에 의해 발생되는 오차전압을 최소로 줄일 수 있어 제품의 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 열전대와 보상도선으로 이루어진 열전대 신호 전송부와; 상기 열전대 신호 전송부의 출력전압을 입력받는 아날로그 전압 입력부와; 열전대 및 보상도선의 단선유무를 검출하는 단선검출 회로부와; 샹가 단선검출 회로부의 출력신호를 소정레벨로 증폭시켜 출력전압(Vo)을 발생시켜 주는 증폭회로부와; 상기 증폭회로부의 출력전압을 14비트의 디지탈신호로 변환시켜 주는 아날로그/디지탈 변환부와; 상기 아날로그/디지탈 변화부의 출력신호를 입력받아 소정프로그램을 통해 처리한 후 PLC 본체와 변환결과를 주고받는 마이컴으로 구성된 단선검출회로에 있어서, 상기 아날로그 전압 입력부는 상기 열전대 신호 전송부의 두 출력단에 두개의 저항(R1,R2)을 각각 직렬 연결시켜 구성하고, 상기 단선검출 회로부는 증폭회로부의 정극성 입력단자(+)와 기준전압(Vr) 사이에 두개의 직력 저항(R3,R4)을 연결하고 이 저항(R3,R4)의 접속점은 분압저항(R5)을 통해 접지에 연결하며 상기 증폭회로부의 부극성 입력단자(-)는 단선검출용 저항(R6)을 통해 접지시켜서 된 것을 특징으로 하는 아날로그 입력신호의 단선검출회로.
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