JP4835207B2 - 温度伝送器 - Google Patents

Description

本発明は、測温抵抗体を用いて温度計測を行って温度出力として伝送する温度伝送器に係り、特に測温抵抗体と温度伝送器を結ぶ配線抵抗線の断線、または断線に至る不具合を検知して温度計測の信頼性を確保出来るように改良された温度伝送器に関する。

図４は従来から一般に使用されている２本の計測配線を持つ２線式の温度伝送器である。温度伝送器１０は測温抵抗体１１の一方が計測配線１２により温度伝送器１０の主入力端子１３に接続され、測温抵抗体１１の他方は計測配線１４により温度伝送器１０のセンサグラウンド端子１５に接続されている。以上の構成において、測温抵抗体１１において温度が測温抵抗体１１の抵抗変化として測定され、温度伝送器１０はこの抵抗変化を温度換算して温度出力する。

図５は従来から一般に使用されている２本の計測配線の他に１本の配線抵抗線を持つ３線式の温度伝送器である。温度伝送器２０は測温抵抗体１１の一方が計測配線１２により温度伝送器２０の主入力端子１３に接続され、測温抵抗体１１の他方は計測配線１４により温度伝送器２０のセンサグラウンド端子１５に接続されると共に、配線抵抗線２１により温度伝送器２０の配線抵抗入力端子２２に接続されている。

以上の構成において、測温抵抗体１１において温度が測温抵抗体１１の抵抗変化として測定され、温度伝送器２０はこの抵抗変化を温度換算して温度出力するが、３線式では、配線抵抗入力端子２２を利用して計測配線の影響を補正して測定精度の向上が図られている。

図６は従来から一般に使用されている２本の計測配線の他に２本の配線抵抗線を持つ４線式の温度伝送器である。温度伝送器３０は測温抵抗体１１の一方が計測配線１２により温度伝送器３０の主入力端子１３に接続されると共に、配線抵抗線３１により温度伝送器３０の配線抵抗入力端子３２に接続されている。また、温抵抗体１１の他方は計測配線１４により温度伝送器３０のセンサグラウンド端子１５に接続されると共に、配線抵抗線２１により温度伝送器３０の配線抵抗入力端子２２に接続されている。

以上の構成において、測温抵抗体１１において温度が測温抵抗体１１の抵抗変化として測定され、温度伝送器３０はこの抵抗変化を温度換算して温度出力するが、４線式では、配線抵抗入力端子２２、３２を利用して計測配線の影響を補正して更なる測定精度の向上が図られている。

下記特許文献１には、測温抵抗体を用いた３線あるいは４線の配線を持つ温度計測器が開示され、一般的にこれらの配線が断線したかどうかを診断し断線していれば配線切替回路によりこれらの配線を切り替える温度計測器が開示されている。

特開２００５−２３３７３７号公報

以上のように測温抵抗体１１を用いた温度計測には２線式、３線式および４線式など各種の方式あるが、どの方式においても配線のうち１つの配線が断線した場合は正しい計測が出来なくなる。

測温抵抗体１１に電流を流す計測配線１２，１４が断線した場合は、主入力端子が高い電位に直ちに上昇するので、断線検知が可能であるが、配線抵抗線２１，３１が断線した場合は、断線検知が出来ない。

配線抵抗線２１，３１が断線した場合は、この配線抵抗線２１，３１の電位を計測する温度伝送器３０、４０内のＡ／Ｄ変換器の入力が開放電位となり、中途半端にふらついた電位がＡ／Ｄ変換される。

従って、この電位をパラメータとして演算された温度値は全く信用のない値となってしまう。この開放電位のふらつきが大きなものであれば温度演算値が大幅に変化するので異常を検知出来る可能性があるが、開放電位は不定となるので温度演算値も不定となる。

そこで、本発明は測温抵抗体を用いた温度計測において、配線抵抗線の断線を正確に検知出来るように改良し、温度計測の信頼性を向上させることを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
電源と主入力端子とセンサグラウンド端子と配線抵抗入力端子と演算処理手段を備え、
抵抗値Ｒｐｔを有する測温抵抗体の一方が配線抵抗Ｒ０を有する一方の計測配線を介して前記主入力端子に接続され、測温抵抗体の他方が配線抵抗Ｒ０を有する他方の計測配線を介して前記センサグラウンド端子に接続されると共に配線抵抗Ｒ０を有する配線抵抗線を介して前記配線抵抗入力端子に接続され、前記センサグラウンド端子は抵抗Ｒを介して共通電位点に接続され、
前記演算処理手段は、前記電源の電流Ｉが前記主入力端子に入力されて前記一方の計測配線と前記測温抵抗体と前記他方の計測配線と前記センサグラウンド端子と前記抵抗Ｒよりなる経路を経て前記共通電位点に流れることにより前記主入力端子に発生する主入力電圧Ｖ１と前記センサグラウンド端子に発生するセンサグラウンド電圧Ｖ０と前記配線抵抗入力端子に発生する配線抵抗電圧Ｖ２の測定値を取り込み、
Ｒｐｔ＝（Ｖ０＋Ｖ１−２Ｖ２）／Ｉ
の演算を行うことにより前記測温抵抗体の抵抗値Ｒｐｔを算出し、
Ｒ０＝（Ｖ２−Ｖ０）／Ｉ
の演算を行うことにより前記配線抵抗線の抵抗値Ｒ０を算出するように構成された温度伝送器において、
前記演算処理手段は、前記配線抵抗線の初期配線抵抗値Ｒ００を算出してメモリに格納した後、所定のタイミングで前記配線抵抗線の配線抵抗現在値ＲＸを算出して、
Ｒｄ＝ＲＸ−Ｒ００
の演算を行うことによりこれら初期配線抵抗値Ｒ００と現在配線抵抗値ＲＸとの差抵抗値Ｒｄを算出し、算出された差抵抗値Ｒｄが所定の設定閾値を超えたか否かにより前記配線抵抗線の断線検知を行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記配線抵抗の現在値を読込む所定のタイミングは、一定値、または一定間隔、または入力手段からのユーザ設定値であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記差抵抗値Ｒｄが前記設定閾値を超えた場合に、前記配線抵抗線の断線、または断線に至る不具合を検知して警報することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記差抵抗値Ｒｄが前記設定閾値を超えた場合に、前記配線抵抗線の伝送構成を変更してバックアップするバックアップ手段を具備することを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１に記載した発明によれば、演算処理手段により測温抵抗体から２本の計測配線と共に配線抵抗線を介して入力された電圧信号を用いて先の配線抵抗線の断線検知をするようにしたので、この電圧信号の電圧変化を用いて断線検知をする場合だけでなく、この電圧信号を演算して断線検知をすることもでき、多様な形で配線抵抗線の断線検知をすることができ、温度計測の信頼性を向上させることができる。
さらに、配線抵抗線の配線抵抗の初期値と現在値との差抵抗値が設定閾値を超えたか否かにより断線検知を行うようにしたので、配線抵抗線の断線だけでなく、断線に至る経過も知ることができ、正確に断線検出が出来る効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、配線抵抗の現在値の読込みタイミングを、一定値、または一定間隔、または入力手段からのユーザ設定値で行うようにしたので、断線の場合だけでなく定期的に診断することで配線抵抗が徐々に増加するような不具合について検知が可能になる効果がある。

また、測定した配線抵抗値を時系列で保存しそのトレンドをとることで抵抗値が次第に増加してきた等の断線予測をすることが出来る効果もある。さらに、入力手段によりユーザが読込みタイミングを任意に設定出来るので、現場の状況に応じて配線抵抗値を計測することが出来る。

請求項３に記載した発明によれば、差抵抗値が設定閾値を超えた場合に、配線抵抗線の断線、または断線に至る不具合を検知して外部に警報することにより、異常状態を外部に速やかに知らせることができ、早期のトラブル処理が可能になる。

請求項４に記載した発明によれば、バックアップ手段により、差抵抗値が設定閾値を超えた場合に、配線抵抗線の数を減らして精度の低下を最小限にしながらも温度計測を確保することができる効果がある。

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。図２は本発明に係る温度伝送器の１実施例を示すブロック図である。図１はこの温度伝送器で演算実行する配線抵抗線の断線検知をする断線検知手段の手順を示すフローチャート図である。

先ず、図２を用いて本発明に係る温度伝送器４０の構成について説明する。ここでは、温度伝送器４０として３線式の場合の実施例を示している。なお、以下の説明においては、従来の温度伝送器に示す構成要素と同一の機能を持つ構成要素については同一の符号を付して適宜にその説明を省略する。

温度伝送器４０の入力端側には、主入力端子１３、センサグラウンド端子１５、配線抵抗入力端子２２が設けられている。主入力端子１３は測温抵抗体１１の一端に計測配線１２で接続され、センサグラウンド端子１５は測温抵抗体１１の他端に計測配線１４で接続されている。さらに、配線抵抗入力端子２２は測温抵抗体１１の他端に配線抵抗線２１で接続されている。

そして、測温抵抗体１１は抵抗値Ｒ_ｐｔを、計測配線１２、１４，および配線抵抗線２１はいずれも等しい配線抵抗Ｒ０を有している。温度伝送器４０の電源ＶＤＤからは、電流Ｉが主入力端子１３、計測配線１２、測温抵抗体１１、計測配線１４、センサグラウンド端子１５、抵抗Ｒを順次に介して共通電位点ＣＯＭに流されている。

その結果として、主入力端子１３には主入力電圧Ｖ１が、センサグラウンド端子１５にはセンサグラウンド電圧Ｖ０が、配線抵抗線２１には配線抵抗電圧Ｖ２が発生している。これらの主入力電圧Ｖ１、センサグラウンド電圧Ｖ０、および配線抵抗電圧Ｖ２は温度伝送器４０内のＡ／Ｄ変換器４１に入力され、ここでこれらの電圧はデジタルデータＤＤに変換される。

各電圧のデジタルデータＤＤは、演算処理手段４２に入力され、ここでＲＯＭ（Read-Only Memory）等のメモリ４３を用いながらＣＰＵ( Central Processing Unit )により温度演算、配線抵抗線の断線検知等の演算がなされる。さらに、キーボードなどの入力手段４６から入力されたデータも加味して断線検知等の演算処理がなされる。そして、これらの演算結果は温度出力４４、警報出力４５として外部に出力される。

次に、本発明が温度伝送器４０で演算実行する配線抵抗線の断線検知をする断線検知手段４７について図１に示すフローチャート図を用いてその手順を説明する。

ステップ１は、配線抵抗断線検知ＯＮとして、正常に配線抵抗線の断線検知が出来ると共に温度計測も行える初期状態にする。

次に、ステップ２に移行して、配線抵抗値Ｒ０を測定して、配線抵抗の初期値Ｒ_００を算出する。この後、ステップ３で測定した配線抵抗の初期値Ｒ_００をメモリ４３に格納する。

ステップ４では、温度計測を行なう。温度計測に当たっては、先ず、測温抵抗体１１の抵抗値Ｒｐｔの演算を、測温抵抗体１１に電流Ｉを流して生じる主入力電圧Ｖ１、センサグラウンド電圧Ｖ０、配線抵抗電圧Ｖ２を用いて下式（１）に基づいて行う。
Ｒｐｔ＝（Ｖ０＋Ｖ１−２Ｖ２）／Ｉ （１）
この後、温度伝送器４０に内蔵された国際規格等で定められた抵抗値−温度変換表に基づいて温度が演算され、ステップ５で温度出力４４として出力される。

この後、ステップ６に移行する。通常は、配線抵抗Ｒ０は抵抗値演算に現れないが、配線抵抗Ｒ０は下式（２）に基づいて測定される。
Ｒ０＝（Ｖ２−Ｖ０）／Ｉ （２）

そこで、現在配線抵抗値Ｒ_Ｘを（２）式に基づいて適当なタイミングで測定する。この配線抵抗の現在値の読込みタイミングは、例えば１時間などの一定値としても良いし、３０分毎等の一定間隔として定期的に行っても良いし、ユーザが入力手段４６で設定出来るようにしても良い。更に、入力手段４６によりユーザが読込みタイミングを設定する場合は、現場の状況に合わせて配線抵抗値を計測することが出来る。

次に、ステップ７に移行する。ステップ７では、初期配線抵抗値Ｒ_００と現在の現在配線抵抗値Ｒ_Ｘの差である差抵抗値Ｒｄ（＝Ｒ_Ｘ−Ｒ_００）を所定の演算プログラムにより演算処理手段４２が演算する。

ステップ８では、差抵抗値Ｒｄが予め決められた設定閾値ＳＳを超えたかどうかの判断を所定の演算プログラムにより演算処理手段４２が判断する。差抵抗値Ｒｄが設定閾値ＳＳを超えた場合（Ｙｅｓ）は、ステップ９に移行して配線抵抗線が断線したものして断線検知を行いステップ１０で断線警報出力を出す。ステップ８で差抵抗値Ｒｄが設定閾値ＳＳを超えない場合（Ｎｏ）は、ステップ４に戻りステップ６〜８を繰り返す。

この設定閾値ＳＳについては、例えば０．１℃の精度の場合は、４０ｍΩ程度の抵抗測定精度があるので、設定閾値ＳＳを１Ωとした場合は、配線抵抗値が１Ω以上に増加した場合に断線を検知することになる。

また、この設定閾値ＳＳは、例えば１Ω等の固定値としても良いし、ユーザが入力手段４４で設定出来るようにしても良い。ただし、配線材料は周囲温度により抵抗値が変化するので、長距離配線をする場合には配線材による配線抵抗値の変化を考慮する必要がある。

図１のフローチャート図に示す配線抵抗線の断線検知は、配線抵抗線の抵抗測定値の変化により検出するものであるが、これを配線抵抗電圧Ｖ２の変化に置き換えて検出させることも出来る。

また、断線の場合だけでなく、定期的に診断することにより配線抵抗が徐々に増加する不具合について検知が可能になる。この場合は、測定した配線抵抗値を時系列で保存しトレンドをとることで、抵抗値が次第に増えてきた等の検出が可能になる。

図３は本発明の他の実施例の要部構成説明図であり、４線式の温度伝送器の例である。この場合の温度伝送器５０は、測温抵抗体１１と温度伝送器５０の間に配線切替回路５１が配置され、温度伝送器５０からの配線切替信号ＳＴにより配線抵抗線が断線を検知したときに配線抵抗線２１，３１が切り替えられる。

このように４線式で配線抵抗線２１，３１が断線した場合は、３線式に切り替えて、バックアップ計測を行うことにより、温度計測の中断が防止でき、温度計測の信頼性が向上する。また、図示していないが、同様にして、３線式で配線抵抗線２１が断線した場合は、２線式に切り替えて同様にバックアップして温度計測の信頼性を向上させることができる。

本発明の断線検知手段の手順を示す要部フロ−チャート図である。 本発明に係る温度伝送器の１実施例を示すブロック図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 従来より一般に使用されている温度伝送器の構成説明図である。 従来より一般に使用されている温度伝送器の他の構成説明図である。 従来より一般に使用されている温度伝送器の更に他の構成説明図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０ 温度変換器
１１ 測温抵抗体
１２、１４ 計測配線
１３ 主入力端子
１５ センサグランド端子
２１、３１ 配線抵抗線
２２、３２ 配線入力端子
４１ Ａ／Ｄ変換器
４２ 演算処理手段
４３ メモリ
４４ 温度出力
４５ 警報出力
４６ 入力手段
４７ 断線検知手段
Ｒ０ 配線抵抗
Ｒ_Ｘ 現在配線抵抗値
Ｒ_００ 初期配線抵抗値
Ｒｄ 差抵抗値
ＳＳ 設定閾値
Ｖ１ 主入力電圧
Ｖ２ 配線抵抗電圧
Ｖ０ センサグラウンド電圧

Claims (4)

1. 電源と主入力端子とセンサグラウンド端子と配線抵抗入力端子と演算処理手段を備え、
   抵抗値Ｒｐｔを有する測温抵抗体の一方が配線抵抗Ｒ０を有する一方の計測配線を介して前記主入力端子に接続され、測温抵抗体の他方が配線抵抗Ｒ０を有する他方の計測配線を介して前記センサグラウンド端子に接続されると共に配線抵抗Ｒ０を有する配線抵抗線を介して前記配線抵抗入力端子に接続され、前記センサグラウンド端子は抵抗Ｒを介して共通電位点に接続され、
   前記演算処理手段は、前記電源の電流Ｉが前記主入力端子に入力されて前記一方の計測配線と前記測温抵抗体と前記他方の計測配線と前記センサグラウンド端子と前記抵抗Ｒよりなる経路を経て前記共通電位点に流れることにより前記主入力端子に発生する主入力電圧Ｖ１と前記センサグラウンド端子に発生するセンサグラウンド電圧Ｖ０と前記配線抵抗入力端子に発生する配線抵抗電圧Ｖ２の測定値を取り込み、
   Ｒｐｔ＝（Ｖ０＋Ｖ１−２Ｖ２）／Ｉ
   の演算を行うことにより前記測温抵抗体の抵抗値Ｒｐｔを算出し、
   Ｒ０＝（Ｖ２−Ｖ０）／Ｉ
   の演算を行うことにより前記配線抵抗線の抵抗値Ｒ０を算出するように構成された温度伝送器において、
   前記演算処理手段は、前記配線抵抗線の初期配線抵抗値Ｒ００を算出してメモリに格納した後、所定のタイミングで前記配線抵抗線の配線抵抗現在値ＲＸを算出して、
   Ｒｄ＝ＲＸ−Ｒ００
   の演算を行うことによりこれら初期配線抵抗値Ｒ００と現在配線抵抗値ＲＸとの差抵抗値Ｒｄを算出し、算出された差抵抗値Ｒｄが所定の設定閾値を超えたか否かにより前記配線抵抗線の断線検知を行うことを特徴とする温度伝送器。
2. 前記配線抵抗の現在値を読込む所定のタイミングは、一定値、または一定間隔、または入力手段からのユーザ設定値であることを特徴とする請求項１に記載の温度伝送器。
3. 前記差抵抗値Ｒｄが前記設定閾値を超えた場合に、前記配線抵抗線の断線、または断線に至る不具合を検知して警報することを特徴とする請求項１に記載の温度伝送器。
4. 前記差抵抗値Ｒｄが前記設定閾値を超えた場合に、前記配線抵抗線の伝送構成を変更してバックアップするバックアップ手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の温度伝送器。

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