JPH09105681A - 温度測定回路 - Google Patents
温度測定回路Info
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- JPH09105681A JPH09105681A JP26285595A JP26285595A JPH09105681A JP H09105681 A JPH09105681 A JP H09105681A JP 26285595 A JP26285595 A JP 26285595A JP 26285595 A JP26285595 A JP 26285595A JP H09105681 A JPH09105681 A JP H09105681A
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Abstract
且つ高精度の両電源の演算増幅器を用いて増幅するこ
と。 【解決手段】 定電流源2から供給される電流が測温抵
抗体Rを流れるため、測温抵抗体Rの抵抗値が変化する
と、この変化分が電圧変化となって演算増幅器4に入力
されるが、オフセット用抵抗R4による電圧降下分が前
記測温抵抗体Rの端子電圧に加わっているため、この
分、前記演算増幅器4の入力電圧範囲が高くなって、演
算増幅器4に入力される電圧を両電源の演算増幅器4の
動作可能範囲に入れることができ、安価で且つ高精度の
両電源の演算増幅器4を用いて温度測定回路を構成する
ことができる。
Description
測温抵抗体やサーミスタ(以下、測温低抗体で説明す
る)を用いて温度に対応する増幅器出力電圧を得る温度
測定回路に関するものである。
た回路図であり、図において、1は測温抵抗体Rの抵抗
変化に対応した電圧を増幅する片電源の演算増幅器、2
a,2bは測温抵抗体R等に電流Iを供給する定電流
源、R2、R3は演算増幅器1の増幅率等を設定する回
路定数を決める抵抗、rは配線抵抗である。
は周囲の温度によってその抵抗値が変化する。従って、
抵抗値が変化すると、この測温抵抗体Rによる電圧降下
分も変化するため、測温抵抗体Rに定電流源2から一定
の電流Iを供給することにより、前記抵抗の変化が電圧
の変化に変換(R−V変換)され、これが片電源の演算
回路1に入力される。片電源の演算回路1は測温抵抗体
Rによる電圧降下分を増幅して出力する。このため、片
電源の演算回路1の出力電圧は前記測温抵抗体Rの周囲
の温度に対応した値になる。
して図6(A)で示したように線形変化すると、前記し
たR−V変換により図6(B)で示したように抵抗値の
変化に対してほぼ線形の電圧の変化になり、この電圧の
変化が片電源の演算増幅器1により増幅されて、図6
(C)で示したように前記温度に対して線形の電圧変化
となって出力されることになる。
べて演算増幅器1から来る電流は小さいので、これを無
視し、又、R>>rであるため、配線抵抗rを0と見做
し、演算増幅器1のゲインをGとすると、演算増幅器1
の出力電圧V0はV0=R×I×Gとなる。更に、図6
(B)、(C)で示した特性図中、斜線で示した部分は
片電源の演算増幅器1の動作不可能範囲を示している
が、R−V変換後の電圧及び両電源の演算増幅器の出力
電圧のいずれも、上記動作不可能範囲に入っておらず、
片電源の演算増幅器1は十分にその性能を発揮して動作
することが分かる。
測温抵抗体Rを用いると、上記した抵抗の変化による電
圧の変化は微小信号であるため、次段の片電源の演算増
幅器1は高精度の増幅器でなければならない。しかし、
高精度の片電源の演算増幅器1は高価であるのが一般的
であるので、一般的に安価な高精度の両電源の演算増幅
器を用いたいところである。
演算増幅器1を両電源の演算増幅器に代えた場合、測温
抵抗体Rは図7(A)で示したようにその抵抗値が温度
に対して変化する。この抵抗値の変化は上記と同様のR
−V変換により図7(B)で示したような温度に対する
電圧の変化となって、両電源の演算増幅器に入力され
る。この電圧の変化はこの両電源の演算増幅器により増
幅されて、図7(C)で示したように前記温度に対応し
た電圧となって出力される。
使用した場合、入力温度範囲が−200℃〜100℃の
時、測温抵抗体Rの出力値は18.5Ω〜139.64
Ωとなるため、演算増幅器の出力電圧は1.32V〜1
0Vとなる。但し、この時の増幅率は71.6倍(最大
入力時が10Vになるような増幅率とする)で、測温抵
抗体Rへの供給電流を1mAとする。従って、演算増幅
器の仕様としては上記した数値をクリアするものでなけ
ればならないが、高精度の両電源の演算増幅器と高精度
の片電源の演算増幅器の仕様は図8に示した表図の如く
である。
の電源電圧が0、15Vの場合で、測温抵抗体Rが−2
00℃の時に18.5Ωとなる場合には、演算増幅器の
出力が1.32Vとなるが、これでは入力電圧が低すぎ
て図8に示した高精度の両電源の演算増幅器の仕様(入
力/出力仕様)に合致せず、図5で示した従来回路には
両電源の演算増幅器を使用できないことになる。
由は、図7(B)の特性図にも示されており、この特性
図中の斜線で示した範囲は両電源の演算増幅器の動作不
可能範囲で、測温抵抗体Rの抵抗変化を電圧の変化に変
換した結果は、全て上記斜線範囲に入っている。それ
故、図7(C)で示したように、両電源の演算増幅器の
出力電圧も、その一部が動作不可能範囲に入ってしま
い、従来の構成のままでは安価な両電源の演算増幅器を
用いることができないことが明らかとなっている。
た回路図であり、図において、片電源の演算増幅器1の
入力測に定電圧源3が接続されている。他の構成は図5
に示した従来例と同様で、同一の部品は同一の符号を用
いているので、説明を省略する。
は周囲の温度によって例えば図10(A)に示すように
その抵抗値が変化する。この場合、片電源の演算増幅器
1の入力測に一定電圧Vrefの定電圧源3が接続され
ているため、測温抵抗体Rを流れる電流はVref(R
+R1)となる。これにより、片電源の演算増幅器1に
はR×Vref(R+R1)の図10(B)に示すよう
な温度に対して非線形の電圧が入力される。片電源の演
算増幅器1のゲインをGとすると、この演算増幅器1の
出力電圧V0はV0=R×{Vref(R+R1)}×
Gとなり、図10(C)に示すような温度に対して非線
形の出力電圧が得られる。
比べて演算増幅器1から来る電流は小さいので、これを
無視し、又、R>>rであるため、配線抵抗rは0と見
做して無視した。この場合、図10(B)、(C)に示
すように温度変化に対応する電圧変化は非線形になる
が、R−V変換後の電圧及び増幅器出力電圧の両方が片
電源の演算増幅器1の動作可能範囲に入っていて、問題
なく動作することが分かる。
価、高精度な片電源の演算増幅器1の代わりに、安価な
両電源の演算増幅器を用いたいところである。しかし、
図9の回路で両電源の演算増幅器を用いた場合、測温抵
抗体Rの抵抗変化は図11(A)に示すように、前述し
た場合と同様であるが、抵抗の変化をR−V変換した電
圧変化は図11(B)に示すようになって、両電源の演
算増幅器の動作不可能範囲(図中斜線範囲)に入ってし
まう。このため、両電源の演算増幅器の出力電圧も図1
1(C)に示すようにその大部分がこの演算増幅器の動
作不可能範囲(図中斜線範囲)に入ってしまって、安価
な両電源の演算増幅器を使用することができないことが
分かる。
度センサとする温度測定回路は以上のように構成されて
いるので、測温抵抗体Rの抵抗変化に伴う微小な電圧を
増幅しなければならないと共に、この測温抵抗体Rは−
200℃で十数Ωしかないため、前記微小な電圧が低
く、高精度の片電源の演算増幅器1を用いて前記微小電
圧を増幅する必要があり、入力電圧が低すぎると正常動
作しない、高精度で安価な両電源の演算増幅器を用いる
ことができなかった。それ故、温度測定回路が高価にな
ってしまうという課題があった。
するためになされたものであり、測温抵抗体の抵抗変化
に伴う微小電圧を安価且つ高精度の両電源の演算増幅器
を用いて増幅することができる温度測定回路を得ること
を目的とする。
る温度測定回路は、測温抵抗体に電流を供給する第1、
第2の定電流源と、前記測温抵抗体で生じる電圧降下と
同方向の電圧降下が生じると共に前記測温抵抗体の端子
電圧が接地電位に対して上昇するように前記第2定電流
源から電流を供給されるオフセット用抵抗と、前記測温
抵抗体の電圧降下分を入力電圧とする両電源の演算増幅
器とを備えたものである。
は、測温抵抗体に電圧を印加する第1、第2定電圧源
と、前記測温抵抗体で生じる電圧降下と同方向の電圧降
下が生じると共に前記測温抵抗体の端子電圧が接地電位
に対して上昇するように前記第2の定電圧源から電流を
供給されるオフセット用抵抗と、前記測温抵抗体の電圧
降下分を入力電圧とする両電源の演算増幅器とを備えた
ものである。
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による温
度測定回路の構成を示した図であり、図において、Rは
例えば3線式のサーミスタや測温抵抗体、4は高精度の
両電源の演算増幅器で、測温抵抗体Rの抵抗値に対応す
る入力電圧を増幅して出力する。R4は前記測温抵抗体
Rの電圧降下分を全体的に上昇させてオフセットするた
めに、両電源の演算増幅器4の入力側と接地電位間に挿
入されたオフセット用抵抗である。但し、従来例と同一
部品は同一符号を用いているため、同一構成部品につい
ては説明を省略する。
抵抗体Rとして用いた場合、その1線は両電源の演算増
幅器4の+側の入力ラインに接続され、その他の1線は
同演算増幅器1の−側の入力ラインに接続され、更に残
りの1線はオフセット用抵抗R4を介して接地電位に接
続されている。このように接続された測温抵抗体Rは周
囲の温度によってその抵抗値が変化するが、この測温抵
抗体Rは定電流源2から電流Iが供給されているため、
前記抵抗の変化はこの抵抗体による電圧降下の変化とな
って演算増幅器4に入力される。演算増幅器4は入力さ
れた電圧を増幅して出力する。
℃の時に十数Ω程度の抵抗値を有しているが、この測温
抵抗体Rと接地間に挿入されたオフセット用抵抗R4に
2個の定電流源2から総計2Iの電流が流れるため、測
温抵抗体Rとオフセット用抵抗R4の接続点の電圧は2
I×R4だけ上昇し、この上昇した電圧に測温抵抗体R
の電圧降下分、即ち、R×Iが加算された値が両電源の
演算増幅器4に入力されることになる。従って、この時
の両電源の演算増幅器4の出力電圧V0を求めると、V
0=R×I×G+2×R4×Iのようになる。但し、R
>>r,R4>>rであるため、r=0と見做す共に、
定電流源2からの電流Iに比べて、演算増幅器4から出
る電流は小さいので、この電流を無視し、演算増幅器4
のゲインをGとする。
る抵抗特性例、測温抵抗体Rの抵抗値の変化が電圧に変
換された場合の温度に対する電圧特性例及び演算増幅器
4の温度に対する出力電圧特性例を示した図である。図
2(A)に示すように本例の測温抵抗体Rは−200℃
の時に十数Ωの抵抗値があって、温度の上昇と共に抵抗
値がほぼ線形に増大している。この測温抵抗体Rの抵抗
値の変化をR−V変換した特性が図2(B)である。こ
の場合、上記したようにオフセット用抵抗R4があるた
め、−200℃の時に3.5Vの電圧があり、これが、
温度の上昇と共に線形に増大して、100℃の時3.6
4Vになることが分かる。従って、両電源の演算増幅器
4には3.5Vから3.64Vの電圧が入力され、図2
(C)に示すように増幅器出力電圧も−200℃の時に
3.5Vで、温度の上昇と共にほぼ線形に増大して、1
00℃の時に12.2Vになる。
に、測温抵抗体Rの抵抗値の変化をR−V変換して得た
電圧及び増幅器の出力電圧のいずれもが、両電源の演算
増幅器4の動作可能な入力/出力電圧範囲に入っている
ため、両電源の演算増幅器4は正常に動作して、測温抵
抗体Rの周囲温度に対応した電圧を出力する。尚、上記
例では、オフセット用抵抗R4による電圧降下分を約2
V程度にとれば、即ち、電圧降下として約2V得られる
抵抗値をオフセット用抵抗R4の値に設定すれば、測定
最低温度(この例では−200℃)から上の温度を両電
源の演算増幅器4を用いて正しく測定することができる
ようになる。
子電圧にオフセット用抵抗R4の電圧降下分を加算し
て、測温抵抗体Rの電圧降下分を全体的に上昇させてオ
フセットを付加したものを増幅器の入力電圧にしている
ため、−200℃の時に十数Ωの抵抗値しかない測温抵
抗体Rを用いても、前記入力電圧を両電源の演算増幅器
4が正常動作する入力電圧範囲に入れることができるた
め、高精度で安価な両電源の演算増幅器4を用いること
ができ、温度測定回路を安価に構成することができる。
態2による温度測定回路を示す構成図であり、図におい
て、Rは例えば3線式のサーミスタや測温抵抗体、4は
測温抵抗体Rの抵抗値に対応する入力電圧を増幅して出
力する高精度の両電源の演算増幅器、R4は前記測温抵
抗体Rの電圧降下分を全体的に上昇させてオフセットす
るために両電源の演算増幅器4の入力側と接地電位間に
挿入されたオフセット用抵抗である。但し、従来例と同
一部品は同一符号を用いているため、同一構成部品につ
いては説明を省略する。
抵抗体Rとして用いた場合、その1線は両電源の演算増
幅器4の+側の入力ラインに接続され、その他の1線は
同演算増幅器1の−側の入力ラインに接続され、更に残
りの1線はオフセット用抵抗R4を介して接地電位に接
続されている。このように接続された測温抵抗体Rは周
囲の温度によってその抵抗値が変化するが、この測温抵
抗体Rには定電圧源3からVrefの定電圧が印加され
ているため、前記抵抗の変化はこの測温抵抗体を流れる
電流の変化に変換され、この電流の変化が更に測温抵抗
体Rやオフセット用抵抗R4等で電圧の変化に変換され
て演算増幅器4に入力される。演算増幅器4は入力され
た電圧を増幅して出力する。
℃の時に十数Ω程度の抵抗値しか有していないが、この
測温抵抗体Rと接地間に挿入されたオフセット用抵抗R
4に2個の定電圧源3から電流が流れるため、測温抵抗
体Rとオフセット用抵抗R4の接続点の電圧は、R4×
Vref×(2×R1+R){R1×R1+R×(R1
+R4)+2×R1×R4}だけ上昇し、この上昇した
電圧に測温抵抗体Rの電圧降下分、即ち、R×Vref
×R1{R1×R1+R×(R1+R4)+2×R1×
R4}が加算された値が両電源の演算増幅器4に入力さ
れることになる。
出力電圧V0を求めると、V0=R×Vref×R1
{R1×R1+R×(R1+R4)+2×R1×R4}
×G+R4×Vref×(2×R1+R){R1×R1
+R×(R1+R4)+2×R1×R4}となる。但
し、R>>r,R4>>rであるため、配線抵抗rの抵
抗値を0と見做す共に、定電流源2からの電流Iに比べ
て、演算増幅器4から出る電流は小さいので、この電流
を無視し、演算増幅器4のゲインをGとする。
る抵抗特性例、測温抵抗体Rの抵抗値の変化が電圧に変
換された場合の温度に対する電圧特性例及び演算増幅器
4の温度に対する出力電圧特性例を示した図である。図
4(A)に示すように本例の測温抵抗体Rも−200℃
の時に十数Ωの抵抗値があって、温度の上昇と共に抵抗
値がほぼ線形に増大している。この測温抵抗体Rの抵抗
値の変化をR−V変換した特性が図4(B)である。こ
の場合、上記したようにオフセット用抵抗R4があるた
め、−200℃の時に3.5Vの電圧があり、これが、
温度の上昇と共に非線形に増大して、100℃の時に
3.64Vになることが分かる。このため、両電源の演
算増幅器4には3.5Vから3.64Vの電圧が入力さ
れ、図4(C)に示すように、演算増幅器4の出力電圧
も−200℃の時に3.5Vで、温度の上昇と共に非線
形に増大して、100℃の時に12.2Vになる。
に、測温抵抗体Rの抵抗値の変化をR−V変換して得た
電圧及び両電源の演算増幅器4の出力電圧のいずれも
が、両電源の演算増幅器4の動作可能な入力/出力電圧
範囲に入っているため、両電源の演算増幅器4は正常に
動作して、測温抵抗体Rの周囲温度に対応した電圧を出
力する。尚、上記例では、オフセット用抵抗R4による
電圧降下分を約2V程度とれば、即ち、電圧降下として
約2V得られる抵抗値にオフセット抵抗R4の値を設定
すれば、測定最低温度(この例では−200℃)から上
の温度を両電源の演算増幅器4を用いて正しく測定する
ことができるようになる。
子電圧にオフセット用抵抗R4の電圧降下分を加算し
て、測温抵抗体Rの電圧降下分を全体的に上昇させてオ
フセットを付加したものを増幅器の入力電圧にしている
ため、−200℃の時に十数Ωの抵抗値しかない測温抵
抗体Rを用いても、前記入力電圧を両電源の演算増幅器
4が正常動作する入力電圧範囲に入れることができるた
め、高精度で安価な両電源の演算増幅器4を用いること
ができ、前実施例と同様の効果がある。
体Rで測定したい温度の最低温度である−200℃の時
に、測温抵抗体Rで生じる電圧降下による電圧が両電源
の演算増幅器4の動作可能入力電圧範囲の下限値以上に
なるように、オフセット用抵抗R4の抵抗値を決めた
が、逆に測温抵抗体Rで測定したい温度の最高温度の時
に、測温抵抗体Rで生じる電圧降下による電圧を前記オ
フセット用抵抗R4で生じる電圧降下分に加算した電圧
を両電源の演算増幅器4で増幅して得た出力電圧が、こ
の増幅器の動作可能出力電圧範囲の上限値以下になるよ
うに、オフセット用抵抗R4の抵抗値を決めて、測温抵
抗体Rで測定したい温度の範囲を調整することもでき
る。
れば、測温抵抗体の端子電圧を回路のグランド電位に対
して上昇させるオフセット用抵抗を設けることにより、
測温抵抗体の電圧降下による電圧を全体的に上昇させて
オフセットしているため、この電圧の増幅に安価且つ高
精度の両電源の演算増幅器を用いることができる効果が
ある。
の端子電圧を回路のグランド電位に対して上昇させるオ
フセット用抵抗を設けることにより、測温抵抗体の電圧
降下による電圧を全体的に上昇させてオフセットしてい
るため、この電圧の増幅に安価且つ高精度の両電源の演
算増幅器を用いることができる。
示す構成図である。
る。
示す構成図である。
る。
る。
る。
路の各部の特性図である。
様を示した表図である。
る。
ある。
回路の各部の特性図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 温度によって抵抗値が変化する温度セン
サと、この温度センサに電流を供給する第1、第2の定
電流源と、前記温度センサで生じる電圧降下と同方向の
電圧降下が生じると共に前記温度センサの端子電圧が接
地電位に対して上昇するように前記第2の定電流源から
電流を供給されるオフセット用抵抗と、前記温度センサ
の電圧降下分を入力電圧とする両電源の演算増幅器とを
備えた温度測定回路。 - 【請求項2】 温度によって抵抗値が変化する温度セン
サと、この温度センサに電圧を印加する第1、第2の定
電圧源と、前記温度センサで生じる電圧降下と同方向の
電圧降下が生じると共に前記温度センサの端子電圧が接
地電位に対して上昇するように前記第2の定電圧源から
電流を供給されるオフセット用抵抗と、前記温度センサ
の電圧降下分を入力電圧とする両電源の演算増幅器とを
備えた温度測定回路。
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