JP3129005B2 - 信号変換器 - Google Patents

信号変換器

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JP3129005B2
JP3129005B2 JP04328311A JP32831192A JP3129005B2 JP 3129005 B2 JP3129005 B2 JP 3129005B2 JP 04328311 A JP04328311 A JP 04328311A JP 32831192 A JP32831192 A JP 32831192A JP 3129005 B2 JP3129005 B2 JP 3129005B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、工業プロセス信号処
理などに用いられ、測温抵抗体などの抵抗センサの抵抗
値を計測し、この抵抗値を計測対象物理量(温度など)
に対応する正規化された信号(1〜5Vなど)に変換し
て出力する信号変換器に関する。なお以下各図において
同一の符号は同一もしくは相当部分を示す。
【0002】
【従来の技術】図2は従来の抵抗入力の信号変換器の構
成例を示す回路図である。また図3は図2のCPU1内
のソフトウェアで実現される信号の計算手順の説明図で
ある。先ず、図2の回路においては、基準電圧ER と抵
抗R,R’,抵抗センサRMSRより構成されるブリッジ
回路で、抵抗センサRMSR の抵抗値は電圧に変換され
る。即ちスイッチSW1(SW1−1,SW1−2,S
W1−3)はCPU1によって制御されるようになって
おり、このSW1−3,1−2,1−1を順次時間分割
で投入し、ブリッジ回路により得られる2つの電圧信
号、つまり端子I- ,IO 間の電圧(後述のIO,A/D )
、および端子I−と抵抗R,R’の接続点間の電圧
(後述のI+,A/D )をA/D変換回路2を介して測定す
る。
【0003】A/D変換回路2を構成するAMP1 は演算
増幅器でスイッチSW1で切り換えられた電圧信号を増
幅し、同じくA/D変換回路2を構成する次段のA/D
変換器に与える。このA/D変換器は積分形の例であ
り、CPU1によって制御されるスイッチSW2(SW
2−1,SW2−2,SW2−3)の信号切替器と抵抗
1 、コンデンサCおよび演算増幅器AMP2 ・AMP3
ら構成される。
【0004】スイッチSW2はCPU1によって先ず、
スイッチSW2−1が接続され、抵抗R2 を通し、積分
コンデンサCに蓄電された電荷を放電する。次に、CP
U1によってSW2−2のみが接続され、増幅器AMP1
の出力電圧が抵抗R1 に印加され、この抵抗R1 の電流
は増幅器AMP2 によりコンデンサCに蓄えられる。この
スイッチSW2−2の接続を一定時間行うことで、積分
増幅器の入力信号、つまり増幅器AMP1 の入力または出
力電圧に応じた電圧がコンデンサCに蓄電される。次に
CPU1によってスイッチSW2−3のみをオンするこ
とにより、基準電圧−Er により、コンデンサCに蓄電
された電荷は一定の勾配で放電される。演算増幅器A
MP3 はコンデンサCの電圧を0Vと比較する比較器で、
CPU1は、この比較器AMP3 の出力を監視し、スイッ
チSW2−3のオン後、コンデンサCの電圧が0になる
までの時間を計測し、入力信号の値を時間データ(デジ
タル信号)として取込む。上記動作を、スイッチSW1
と組合せて制御することで、入力段のブリッジ回路の2
つの電圧信号をA/D変換する。
【0005】次に、図3はソフトウェアで実現される信
号の計算手順である。IO,A/D ・I +,A/D は図2で述べ
た2つの電圧信号のA/D変換結果であるが、この値は
先ず予め準備された2つの基準入力値のA/D変換値と
比較され、スケール変換される。このスケール変換は、
A/D変換値を、次段の折線補正と併用で温度などの物
理量に変換するために行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ブリッジ回路による計測は、抵抗センサRMSR と信号変
換器を接続する配線の抵抗値が大きくなると、その影響
を無視できなくなる。また、ブリッジ回路を正確に構成
するためには、2個の抵抗Rをバランスさせなければな
らず、製作面での制約も大きい。
【0007】そこで本発明はこのような問題を解消でき
る信号変換器を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項1の信号変換器は、A/D変換手段(A/
D変換回路2など)と、このA/D変換手段を(スイッ
チSW2などを介し)制御すると共にそのA/D変換出
力データを読込むCPU(1など)とを持ち、抵抗セン
サ(RMSR など)の抵抗値を計測してその温度などを求
める信号変換器であって、第1および第2の配線の夫々
の一方の端末を前記抵抗センサの一方の端子に接続し、
この第1の配線と等しい抵抗値(配線抵抗rなど)を持
つ第3の配線の一方の端末を前記抵抗センサの他方の端
子に接続し、所定の直流電圧(直流電圧源ER など)を
所定の直列抵抗(Rなど)を介して前記第1および第3
の配線の他方の端末(端子IO ,I- など)間に印加し
てなる信号変換器において、前記CPUによって制御さ
れ、前記第1および第3の配線の他方の端末間の電圧
(VO など、以下第1の計測電圧という)を前記A/D
変換手段に切換え入力する手段(スイッチSW1−1,
SW1−3など)と、同じく前記CPUによって制御さ
れ、前記第2および第3の配線の他方の端末間の電圧
(V+ など、以下第2の計測電圧という)を前記A/D
変換手段に切換え入力する手段(スイッチSW1−2,
SW1−3など)とを備え、前記CPUは前記第1およ
び第2の計測電圧の前記A/D変換手段による変換出力
データと、予め行われた計測に基づいて保持する所定の
演算パラメータ(3など)とを用いて前記抵抗センサの
みの抵抗値を演算出力するようにする。
【0009】また、請求項2の信号変換器では、請求項
1に記載の信号変換器において、前記演算パラメータは
前記第1および第3の配線の持つ抵抗値を無視し得る状
態とし、前記抵抗センサを既知の異なる値を持つ2つの
抵抗(RMSR,F 、RMSR, B など)に夫々置換えたときの
前記第1または第2の計測電圧(VO,F 、VO,Bなど)
の前記A/D変換出力データを用いて定められたもので
あるようにする。
【0010】
【作用】基準電圧源ER から所定の直列抵抗Rを介して
配線を含む抵抗センサRMSR に通電を行い、この抵抗セ
ンサRMSR およびその両端に接続された配線2本(配線
抵抗2r)分の電圧降下VO と、この抵抗センサRMSR
およびその1端に接続された配線1本(配線抵抗r)分
の電圧降下V+ とのA/D変換データと、事前の調整に
おいて、配線抵抗を除去し、抵抗センサに代わる既知の
抵抗を接続し、その電圧降下の測定データから求めて保
持している演算パラメータとからCPUに抵抗センサの
配線抵抗を含まぬ正確な抵抗値を演算出力させる。
【0011】
【実施例】図1はこの発明の実施例を示す回路図で、図
2の従来回路例と比較すると、ブリッジ回路の部分が、
1つの電圧源ER と、1つの抵抗Rと、抵抗センサR
MSRで構成される。また、前記以外の回路構成は、図2
の回路例と等価である。抵抗センサRMSR は夫々内部抵
抗rを持つ3本(この例ではセンサの上端側に2本、下
端側に1本)の配線を介してこの信号変換器の端子
O ,I+ ,I- に接続されている。本発明においても
スイッチSW1(SW1−1,SW1−2,SW1−
3)の切換によって、端子I- に対する端子IO の電圧
O および同じく端子I- に対する端子I+ の電圧V+
をA/D変換回路2に与えて測定するが、この入力電圧
O ,V+ は次式(1),(2)で表わされる。
【0012】〔数1〕 VO =(2r+RMSR )×ER /(R+2r+RMSR )………………(1) V+ =(r+RMSR )×ER /(R+2r+RMSR ) ………………(2) ここで、rは前述のように抵抗センサRMSR と信号変換
器間を接続する配線の1本分の抵抗である。次に(1)
および(2)式によりrを消去すると次式(3)が得ら
れる。
【0013】〔数2〕 RMSR =〔V+ −(VO −V+ )〕×R/(ER −VO )……………(3) この(3)式は電圧源ER と抵抗Rの値を予め定量的に
求めることができれば、RMSR を求めることができるこ
とを表している。そこでこのER ,Rの値を求めるため
に、配線抵抗r=0にて、RMSR を2つの既知の固定値
MSR,F およびRMSR,B に置換えて各々の入力電圧V
O,F およびVO,B を求める。すると(3)式により、次
式が得られる。
【0014】〔数3〕 RMSR,F =〔VO,F ×R/(ER −VO,F )………………………(4−1) RMSR,B =〔VO,B ×R/(ER −VO,B )………………………(4−2) ここで、RMSR およびVO の添字FおよびBはフルスケ
ールレンジおよびベーススケールレンジを表す。
【0015】この(4−1),(4−2)の2式より、
電圧源ER と抵抗Rの値を求めると、次式のようにな
る。 〔数4〕 R=K×RMSR,F ………………(5) ER =(1+K)×VO,F ………………(6) 但し K= (VO,F −VO,B )/〔(RMSR,F ×VO,B /RMSR,B ) −VO,F 〕 ……(7) 従って(5)〜(7)を(3)式に導入することで、次
式(8)が得られる。
【0016】〔数5〕 RMSR =〔V+ −(VO −V+ )〕×RMSR,F /〔VO,F + (VO,F −VO )/K〕 ………………(8) このようにして予めの調整段階で前述のように配線抵抗
r=0の状態で抵抗センサを固定値RMSR,F およびR
MSR,B に置換えてこのときの信号変換器への入力電圧V
O,F およびVO,B を計測してK((7)式)を計算し、
このRMSR,F 、V O,F 、Kの値をCPU1のメモリに保
持して置き、実際の温度計測時には、そのとき計測した
入力電圧VO およびV+ から式(8)をCPU1に実行
させることにより配線抵抗の影響なしに正確にセンサ抵
抗値RMSR を計測することができる。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば所定の電圧源から所定の
直列抵抗を介して抵抗センサに通電し、抵抗センサの2
本分の配線抵抗を含む電圧VO と、同じく抵抗センサの
1本分の配線抵抗を含む電圧V+ との2つの電圧測定デ
ータと、予め調整段階で求めた演算パラメータを用いて
抵抗センサの配線抵抗を含まぬ抵抗値を演算出力させる
ようにしたので、正確な計測を可能とすると共に、安価
を信号変換器を提供できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例としての構成を示す回路図
【図2】図1に対応する従来の回路図
【図3】図2の計算手順の説明図
【符号の説明】
1 CPU 2 A/D変換回路 3 演算パラメータ RMSR 抵抗センサ R 固定抵抗 R1 固定抵抗 R2 固定抵抗 C コンデンサ SW1(SW1−1〜SW1−3) スイッチ SW2(SW2−1〜SW2−3) スイッチ AMP1 演算増幅器 AMP2 演算増幅器 AMP3 演算増幅器 ER 直流電圧源

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】A/D変換手段と、このA/D変換手段を
    制御すると共にそのA/D変換出力データを読込むCP
    Uとを持ち、抵抗センサの抵抗値を計測してその温度な
    どを求める信号変換器であって、 第1および第2の配線の夫々の一方の端末を前記抵抗セ
    ンサの一方の端子に接続し、この第1の配線と等しい抵
    抗値を持つ第3の配線の一方の端末を前記抵抗センサの
    他方の端子に接続し、 所定の直流電圧を所定の直列抵抗を介して前記第1およ
    び第3の配線の他方の端末間に印加してなる信号変換器
    において、 前記CPUによって制御され、前記第1および第3の配
    線の他方の端末間の電圧(以下第1の計測電圧という)
    を前記A/D変換手段に切換え入力する手段と、 同じく前記CPUによって制御され、前記第2および第
    3の配線の他方の端末間の電圧(以下第2の計測電圧と
    いう)を前記A/D変換手段に切換え入力する手段とを
    備え、 前記CPUは前記第1および第2の計測電圧の前記A/
    D変換手段による変換出力データと、予め行われた計測
    に基づいて保持する所定の演算パラメータとを用いて前
    記抵抗センサのみの抵抗値を演算出力することを特徴と
    する信号変換器。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の信号変換器において、前
    記演算パラメータは前記第1および第3の配線の持つ抵
    抗値を無視し得る状態とし、前記抵抗センサを既知の異
    なる値を持つ2つの抵抗に夫々置換えたときの前記第1
    または第2の計測電圧の前記A/D変換出力データを用
    いて定められたものであることを特徴とする信号変換
    器。
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