JPH04503861A - 測定値検出の精度改善装置 - 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】 測定値検出の精度改善装置 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念による測定値検出の精度改善装置に関する。

測定値検出を行うある種の方法では、測定感度が所定の量に依存しており、感度 が検出すべき量目体にも一部で依存している。その際この感度依存性はしばしば 非線型であり、従って正確な測定値検出が要求される場合大きな問題となる。

精度を改善するための手段はこのような特性曲線の線形化である。この線型化は 未公開のドイツ特許出願Ｐ３９０８７９５に提案されている。この特許出願には 、厚膜抵抗から製造される圧力センサが記載されており、このセンサの出力信号 は生じる圧力に依存して非線型に変化する。適切な回路装置により特性曲線が線 型化され、これにより精度の改善が得られる。

さらに特性曲線の線型化が“ＮＴＣ抵抗による小さな温度差の測定”、ポルポ、 工業技術情報、Ｎ　ｒ　。

１５９．１９７１年８月の記事から公知である。この記事には、ブリッジ回路の 一部であるＮＴＣ抵抗の温度に依存する抵抗変化をどのように線型化するかが記 載されている。その際、別のＮＴＣ抵抗が比較抵抗として設けられており、この 比較抵抗は抵抗ブリッジに次ぎのように接続されている。すなわち、ブリッジ電 圧が測定抵抗と比較抵抗との間の温度差の尺度となるように接続されている。そ の他のブリッジ抵抗を適切に選定することにより、２つのＮＴＣ抵抗の温度依存 性が指数関数的経過を有していても、ブリッジ電圧は所定の測定領域内で線型と なる。

発明の利点 請求項１の特徴部分を有する本発明の測定値検出の精度改善装置は、従来の技術 から公知の手段に対して、感度の非線型性が測定値検出の精度に影響を及ぼさな いという利点を有する。なぜなら、測定値検出が常に感度の理想領域で行われる からである。特性曲線上の動作点を、本発明によりずらされることによって、最 大分解能が得られる。しかもこの手段は動作点の移動が最適な場合、最大の分解 能を有する線型化に相応する。

動作点をずらすために、種々の変形回路が設けられる。これらの回路は全て計算 装置から制御される。どの変形回路を使用するかは、有利に選択することができ る。

下位請求項に記載された手段は、請求項１に記載の装置の有利な実施例および発 展形態を示す。

図面 本発明が図面に示されており、以下の記述で詳細に説明する。図１にはＮＴＣ抵 抗の例で、抵抗の温度依存曲線が示されている０図２は、ＮＴＣを有する通常の 温度検出用回路装置を示す０図３には、３つの異なる前置抵抗毎に、温度に依存 する出力電圧の経過が示されている９図４、図５および図６には、温度センサと して使用されるＮＴＣ抵抗に対する、本発明の測定値検出精度改善装置の基本構 成が示されてる。

図７は、３つの異なる前置抵抗を有する装置に対する分解能の特性経過を示す。

図８は、並列に接続可能な３つの前置抵抗を有する相応の構成を示し、図９は、 トランジスタを用いたスイッチ素子の相応の構成を示す。図１０には、演算増幅 器（アクティブダイオード）を有する実施例が示されている０図１１は、切換可 能な定電流がＮＴＣに印加される、別の実施例を示す。

実施例の説明 図１には、ＮＴＣ抵抗の、公知の温度依存性経過が示されている。温度の上昇と 共にこのようなＮＴＣ抵抗の値は顕著に低下する。しかし抵抗値は線型に低下す るではな（、指数関数的に低下する。しかしこのようなＮＴＣ抵抗を高温での温 度測定に用いると、この非線型の抵抗経過は測定精度の減少につながる。

図２には、ＮＴＣを用いて温度検出を行うことのできる回路装置が示されている 。温度に依存するＮＴＣ抵抗１０が別の抵抗１１を介して供給電圧Ｕｖとアース との間に接続されれば、２つの抵抗１ｏと１１の間の端子１２にて出力電圧ＵＡ を取り出すことができるこの出力電圧からＮＴＣの温度を検出することができる 。

プルアップ抵抗として作用する抵抗１１の大きさに応じて、電圧Ｕｖは図３に示 された経過を温度上に有する。

図２の回路装置による所定の領域における温度検出の精度は、プルアップ抵抗１ １の選択に依存する。抵抗１１の値に応じて、温度の低い場合に測定抵抗の精度 は低く、温度が高い場合に精度が高くなるようにも、またはその反対にも設定で きる。その際、図３に示したように抵抗１１の値が小さい場合、低温で精度は低 く、中温で精度は最高になり、高温でも十分な精度がある（曲線１）。一方、抵 抗１１が大きい場合、精度は低温で十分であり、中温で最高であり、高温で低く なる（曲線２）、この相違の理由は、プルアップ抵抗１１の値に応じてＮＴＣ１ ０に印加される電圧が変化するからである。

図４にはＮＴＣ抵抗を用いて温度を検出する、本発明の装置が示されている。こ の装置でもＮＴＣ抵抗１０は同様に前置抵抗１１を介し、供給電圧Ｕｖとアース との間に接続されている。しかしＮＴＣ１０と抵抗１１との間の接続点１２はア ナログディジタル変換器１３を介して計算装置１５に接続されており、この計算 装置もまた同様に供給電圧Ｕｖとアースとの間に接続されている。さらに抵抗１ ４がＮＴＣＩＯに並列に接続されている。しかしこの抵抗１４は単に不回避の付 加抵抗を表すもので、以下の説明で考慮する必要はない。

図５には、本発明の測定値検出精度改善装置の原理が示されている。ここでは、 図４から既知の回路装置の抵抗１１は抵抗網に置き代わっている０図４のアナロ グディジタル変換器１３は計算装置、例えばマイクロコンピュータμＣの構成部 分である。マイクロコンピュータは集積構成素子ＩＣとして実現することができ る。計算装置１５は抵抗網１６を次ぎのように制御する。すなわち、ＮＴＣ抵抗 抵抗ｌ対する測定領域のずれが得られるように制御する。そのために、抵抗網１ ６は計算装置１５により次ぎのように制御される。

すなわち、抵抗網の全体抵抗値が所望のように変化するよう制御される。これは 例えば複数の抵抗の並列接続により達成される。この詳細については以下の実施 例で説明する。

図６には、図５に示された本発明の技術思想を回路技術的に実現した回路が示さ れている。ＮＴＣ抵抗２０は抵抗１１を介して供給電圧と接続されている。抵抗 １１に並列に、抵抗１７、トランジスタ１８および抵抗１９からなる直列回路が 接続されており、抵抗１７はトランジスタ１８のエミッタに、抵抗１９はトラン ジスタ１８のコレクタに接続されている。

トランジスタ１８のベースは抵抗２ｏを介して供給電圧に、また抵抗２１を介し て計算装置１５に接続されているＩＦＩの抵抗２２が計算装置１５のＡＤＣ入力 側１３と接続されており、抵抗２２の他方の入力側は抵抗１０と１１の間の接続 点１２に接続されている。

図６に示された回路装置により抵抗１１に並列に、抵抗１７と１９の直列回路を 接続することができる。

それにより３つの抵抗１１．１７．１９の全体抵抗が低減する。低い温度を測定 するために、トランジスタ１８は計算装置１５の相応の制御により遮断される。

これにより抵抗１１だけがプルアップ抵抗として作用する。従って、低い温度の 際の温度検出の精度が保証される。計算装置１５のＡＤｃ入力側１３に印加され るＮＴＣ１０の出力電圧が設定可能ないき値を下回ると、トランジスタが制御さ れ、導通する。これにより抵抗１１に抵抗１７と１９が並列に接続される。従い 全体抵抗は減少する。この手段により電圧ＵＡは高まり、これは図３の特性曲線 ３に相応する。このようにして、温度の高い領域でも十分に正確な温度検出が可 能である。

゛　図７に、温度Ｔ上にプロットされた分解能ΔＲ／ΔＴは、抵抗網１６の種々 異なる３つの抵抗値毎に、異なる抵抗値経過を示すものである。抵抗が高い場合 には曲線Ａがあてはまり、中程度の抵抗では曲線Ｂが、抵抗が小さい場合には曲 線Ｃがあてはまる。差異抵抗は分解能の尺度であり、差異抵抗値が高ければ高い ほど、温度変化に関連する抵抗変化も大きいから、すなわち、分解能が高いから 、測定精度の改善は次ぎのようにして得られる。すなわち、分解能が常に最高の 領域にあるようにし、曲線のそれぞれの交差点で切り換えを行うのである。

図７に示された分解能特性経過を温度上に得ることのできる回路装置が図８に示 しである。ここで、構成部材１０，１４．１５並びにＡＤＣ１３は既に図４示し た構成部材に相応する。プルアップ抵抗１１ないし抵抗網１６は抵抗２４．２５ ．２６により示されている。これらの抵抗２４．２５．２６は切換手段２７．２ ８．２９を介して供給電圧と端子１２との間に接続することができる。端子１２ は一方でＡＤＣと接続されている。切換手段２７．２８．２９は計算装置１５に より制御される。これにより、どのスイッチ２７〜２９が開放ないし閉成してい るかに応じて、種々異なる全体抵抗がＮＴＣ１０と直列に接続される。

スイッチ２７が閉成され、スイッチ２８と２９が開放されていれば、曲線Ａｎｉ 相応する温度上の分解能の経過が得られる。スイッチ２８のみが形成され、スイ ッチ２７と２９が開放されていれば、曲線Ｂの分解能が得られる。相応のことが スイッチ２９と曲線Ｃについても言える。その際、抵抗値は２４＞２５＞２６で ある。温度が低い場合には曲線Ａに相応する接続に切り換え、中程度の温度では 曲線Ｂに相応する接続に切り換え、温度が高い場合は曲線Ｃに相応する接続に切 り換えることにより、常に理想的な分解能が得られる。

個々の抵抗２４〜２６を組合わせることにより、すなわち複数ないし全てのスイ ッチ２７．２８．２９を閉成することにより、個々の抵抗２４．２５．２６の１ つよりも小さい全体抵抗が得られる。抵抗２４．２５．２６に相応して接続する ことのできる付加抵抗により、任意の微妙な組合せが可能である。スイッチ２７ 〜２９の切り換えにより、計算機においてそれぞれの温度に対して有利な分解能 の領域で処理することができる。

図９に示された実施例では、抵抗２４が固定的に供給電圧Ｕｖ並びにＮＴＣ抵抗 １０と接続されている。。

抵抗２５と２６はトランジスタ３０と３１を介して、抵抗２４に対して並列に接 続され得るトランジスタのベースはそれぞれ計算装置１５と接続されている。２ つのトランジスタ３ｏと３１のベースは計算装置により次ぎのように制御される 。すなわち、２つのトランジスタのエミッターコレクター抵抗が最小になるよう に制御される。トランジスタ３ｏ、３１のベースと供給電圧Ｕｖの間に接続され た付加抵抗３２と３３は、回路点１２における電圧の微調整を可能にする。回路 点１２はＮＴＣ１０とＡＤＣ１３の間に接続されており、ここからＮＴＣ１０の 温度に依存する出力電圧を取り出すことができる。

図１０には別の実施例が示されている。この実施例では切り換えがトランジスタ により行われるのではな（，２つの演算増幅器３４．３５により行われる。これ らの演算増幅器の非反転入力側と計算装置との間にはそれぞれ１つのスイッチ段 ３６．３７が接続されている。２つの演算増幅器３４．３５の出力側にほそれぞ れ、導通方向で極性付けられたダイオード３８と３９が配置されており、抵抗２ ５と２６を介して回路点１２と接続されている。２つのダイオード３８と３９の カソードはそれぞれ、演算増幅器３４．３５の反転入力側と接続されている。抵 抗ｌＯと２４は図９から既知のように接続されている。

２つの演算増幅器３４．３５の非反転入力側はそれぞれ抵抗４０および４１を介 して供給電圧と接続されている。

図１０に示された回路装置により、２つの演算増幅器とスイッチ段を用いて、付 加抵抗２５と２６を抵抗２４に対して並列に接続することができる。その際、制 御は計算装置により行われる。抵抗２５と２６を抵抗２４に付加接続することに より、ＮＴＣ１０に前置続された全体抵抗が低減する。従い、この回路装置によ り分解能の適合が可能であり、その際、切換電子回路は、例えば演算増幅器のオ フセット量による僅かな誤差しか引き起こさない。

スイッチ素子を介して抵抗を切り換える代わりに、定電流をＮＴＣに印加するこ ともできる。この定電流は切換可能か、またはｌ１１＃電流漂を介してほぼ無段 階で変化させて印加することができる。定電流源を有するこのような手段の例が ［１１に示されている。ここで、前の図から既知の抵抗２４は電流源４２に並列 に接続されている。この電流源が計算装置により制御される。計算装置のディジ タル出力はディジタルアナログ変換器４３に印加され、これのアナログ出力信号 により電流源４２が変化される。

ＮＴＣ抵抗１０から送出された信号の処理はすべての実施例に対して同じように 計算装置１５で行われる。

読み込まれた測定値（絶対値）に応じてプログラム内で、どの値が最大の精度で 測定されたかが検出され、この測定値が後続の処理のために使用される。

計算装置１５で、測定値が検出されたスイッチ位置が考慮されるならば、次どの 測定に対する理想的スイッチ位置が計算される。ここでは、計算装置１５のメモ リにファイルされた特性曲線を考慮することができる。

国際調査報告 １−１陶１−−−−Ｉｌ＆ＩＩ）ＣＴ／ＤＥ９０１００８２１国際調査報告 Ｔｈ１ｌ　８Ｍｍ　１ｉｖｎ　ｌｈｅ°ａ＋ｍｌ＋ａｗｆＭｍＭｍ°１ｍｌ　ｌ ａ　＋＋ｎ　ｕｐｓｅｔ　ｄａｔｕｍ＠＋ｔｌｌ　ａｉｌ“奄■奄高高香{ｅ° −１ｉｅ１ｍ：ｅ＋３Ｄ＋ｉｅＹ７４ｒｈｎｍｘマｈｅＭｆｉｍＭｆｆａ＠Ｃ１ １１１ｍ１ｍ１１ｈａＩ＋ｔｌｅｗ綽＄−１＃Ｒ１０１１１１＠１０１−イ：ｎ ｅａ？ｌｔｅｔＩＩＭａ＆Ｉ’ａｌｆｉｌａｌｌｌｔｓＩＩＩＭＭｗｖｌｌｌａ ｌｌ帝１ｗ１Ｎｅｕｎｕ’１ｌｌｔ＋Ｉｓｎｍｉｌｅａｒｅ＋＋翌獅P９＠：ｖ ｅｓＩ＃１ｍＮｎ−嗜畳−ｉｎｌａｒｍｍ口・九

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．センサの測定値検出の精度改善装置であって、センサの感度が検出すべき量 に依存して変化するものである装置において、 センサに配属された手段が設けられており、該手段によりセンサの感度が、動作 領域にわたって、センサが最高の分解能の領域にあるように調整されることを特 徴とする測定値検出の精度改善装置。
2. ２．検出すべき量は温度であり、センサは温度に依存するＮＴＣ抵抗またはＰＴ Ｃ抵抗であり、該抵抗は検出すべき温度に曝されるものであり、前記手段は電子 構成部材であり、該電子構成部材を介してセンサは供給電圧と接続される請求項 １記載の装置。
3. ３．温度に依存する抵抗（１０）と抵抗（１１ないし２４）の直列回路が供給電 圧とアースとの間に接続されており、前記抵抗（１１ないし２４）には、少なく とも１つの別の抵抗を有する抵抗網を並列に接続することができ、当該別の抵抗 の付加接続はスイッチ過程をトリガする計算装置（１５）により行われる請求項 １または２記載の装置。
4. ４．センサと供給電圧との間に接続することができ、それぞれ抵抗（２４、２５ 、２６）とスイッチ（２７、２８、２９）との直列回路からなる手段が設けられ ており、スイッチ（２７、２８、２９）の制御は計算装置（１５）により行われ る請求項１または２記載の装置。
5. ５．スイッチ（２７、２８、２９）はトランジスタであり、そのエミッタコレク タ区間に抵抗が接続されており、該トランジスタのベースはそれぞれ計算装置（ １５）と接続されている請求項４記載の装置。
6. ６．スイッチは演算増幅器であり、該演算増幅器は前置接続されたスイッチ段（ ３６、３７）および後置接続されたダイオードを有しておりスイッチ段（３６、 ３７）は計算装置（１５）により制御される請求項１記載の装置。
7. ７．センサは電流源（４２）と接続されており該電流源は定電流を送出し、定電 流は段階的に変化することができる請求項１記載の装置。