(57)【要約】【課題】可変抵抗器に供給する電圧を小さくして低消費電力化を図りながら、可変抵抗器の抵抗値の大小に拘わらず、高い精度で断線を検出できるようにする。【解決手段】可変抵抗器８の高電位側端部に第１アナログスイッチ１２を介して可変抵抗器用の定電圧源１９を接続し、可変抵抗器８の低電位側端部に第２アナログスイッチ１４を介して信号グランドＧＮＤを接続し、可変抵抗器８の可動端子９側に断線検出用定電圧源１９を接続し、両アナログスイッチ１２，１４のＯＮとＯＦＦとの組み合わせのタイミング制御により断線位置を検出する。【選択図】図２
2006242699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動端子を備えかつ可変抵抗器用電源に接続される可変抵抗器の断線を検出する装置において、
前記可動端子を介して出力される前記可変抵抗器用電源の電圧とは異なる電圧の断線検出用電源を、前記可動端子側に接続し、断線が生じて前記可動端子を介して電圧が出力されないときに、前記断線検出用電源の電圧を出力するよう構成したことを特徴とする断線検出装置。
【請求項２】
前記可変抵抗器の一端と前記可変抵抗器用電源とを、第１スイッチ手段を介して接続する一方、前記可変抵抗器の他端と信号グランドとを、第２スイッチ手段を介して接続し、前記両スイッチ手段のオンオフのタイミングを制御するとともに、前記可動端子の出力電圧に基いて、断線を検出する請求項１に記載の断線検出装置。
【請求項３】
前記断線検出用電源を、前記可変抵抗器の抵抗値よりも高抵抗値の断線検出用抵抗を介して可動端子側に接続する請求項１または２に記載の断線検出装置。
【請求項４】
前記可変抵抗器がコントロールモータのフィードバック用可変抵抗器である請求項１ないし３いずれか１項に記載の断線検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の可変抵抗器の断線検出装置を備え、前記フィードバック用可変抵抗器からのフィードバック入力に基いて、前記コントロールモータを制御することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
前記コントロールモータは、制御対象に対する配管に設置された弁の開度を調整するものであり、前記フィードバック用可変抵抗器は、前記弁の開度位置に応じたフィードバック入力を与えるものであり、前記制御対象の温度を検出する温度センサの出力および前記フィードバック入力に基いて、前記コントロールモータに制御出力を与えて前記制御対象の温度を制御する請求項５に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変抵抗器の断線を検出する断線検出装置およびそれを備える温度調節器等の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガス炉などの加熱炉に対する燃料ガスの供給を制御して加熱炉の温度を制御するシステムにおいては、制御装置として、温度調節器が用いられている。
【０００３】
かかる温度調節器では、加熱炉の温度を検出する温度センサからの温度入力に基いて、設定温度になるように、燃料ガス供給用の配管に設置した燃料ガスの供給弁の開度を制御するバルブモータ（コントロールモータ）に制御出力を与える一方、該バルブモータからの前記供給弁の開度位置に対応するフィードバック入力に基いて、前記供給弁の開度位置を調整している。
【０００４】
かかるバルブモータでは、可変抵抗器の可動端子(摺動端子)を供給弁の開度位置に連動させて移動させ、その可動端子の移動位置に応じた出力を、温度調節器にフィードバックするように構成されている。
【０００５】
この種のフィードバック用の可変抵抗器の断線位置を検出する装置が、例えば、特許文献１に提案されている。
【０００６】
この特許文献１で提案されている断線位置検出装置の基本的な動作について、図７を用いて説明する。
【０００７】
同図において、１３は可変抵抗器８に定電圧Ｖｓを供給する定電圧源、２０は差動増幅器、８は可変抵抗器、Ｒ３，Ｒ４は定電圧源１３と信号グランドＧＮＤとの間に直列に接続した抵抗、ｒ１，ｒ２は、可変抵抗器８の両端に接続される断線検出用の抵抗であり、これら抵抗ｒ１，ｒ２の抵抗値は、前記抵抗Ｒ３，Ｒ４よりも抵抗値が十分小さいものである。
【０００８】
通常動作時は、差動増幅器２０の入力電圧値Ｖｉｎは、可変抵抗器８の可動端子９の位置、すなわち、供給弁の０％〜１００％の開度位置に比例した測定範囲の電圧Ｖｉとなり、この状態は図８の直線Ｌで示す比例帯である。
【０００９】
また、可変抵抗器８の高電位側のラインＡが断線したとき、差動増幅器２０の入力電圧Ｖｉｎは、信号グランドＶＧＮＤになる。
【００１０】
また、可変抵抗器８の可動端子９のラインＣが断線したとき、差動増幅器２０の入力電圧Ｖｉｎは、下記の検出電圧Ｖｄｅｔようになる。
【００１１】
Ｖｄｅｔ＝Ｒ４／(Ｒ３＋Ｒ４)・Ｖｓ
同様に、可変抵抗器８の低電位側のラインＢが断線した時、差動増幅器２０の入力電圧Ｖｉｎは、略Ｖｓになる。
【００１２】
このように、断線が生じていない通常動作時は、差動増幅器２０の入力電圧Ｖｉｎは、図８の比例帯Ｖｉにあり、可変抵抗器８のいずれかのラインＡ，Ｂ，Ｃが断線することにより、比例帯Ｖｉから外れた電位Ｖｓ，Ｖｄｅｔ，ＶＧＮＤとなり、断線を検出できるものである。
【特許文献１】特許第２７０３８４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
かかる断線検出装置では、定電圧源１３は、抵抗ｒ１，ｒ２および可変抵抗器８の両者に電圧を供給する必要があり、抵抗ｒ１，ｒ２による電圧降下分だけ可変抵抗器８にかかる電圧が低下することになり、信号成分が低下してＳ／Ｎ比が低下することになる。
【００１４】
また、誤検出をなくすためには、上述の比例帯Ｖｉの上下限と、断線検出電圧Ｖｓ，Ｖｄｅｔ，ＶＧＮＤとの電位差を十分にとる必要があり、このため、抵抗ｒ１，ｒ２の抵抗値を大きくしなければならない。一方、接続される可変抵抗器は、一般に、１００Ω〜２．５ｋΩと抵抗値の幅が広いので、Ｓ／Ｎ比を上げるために、可変抵抗器に供給する電圧を高く設定すると、抵抗値の小さい可変抵抗器を接続したときに、消費電流が増大し、低消費電力化を図ることが困難となる。
【００１５】
本発明は、上述のような課題に鑑みて為されたものであって、可変抵抗器に供給する電圧を小さくして低消費電力化を図りながら、可変抵抗器の抵抗値の大小に拘わらず、高い精度で断線を検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による断線検出装置は、可動端子を備えかつ可変抵抗器用電源に接続される可変抵抗器の断線を検出する装置において、前記可動端子を介して出力される前記可変抵抗器用電源の電圧とは異なる電圧の断線検出用電源を、前記可動端子側に接続し、断線が生じて前記可動端子を介して電圧が出力されないときに、前記断線検出用電源の電圧を出力するよう構成している。
【００１７】
ここで、前記断線検出用電源は、前記可変抵抗器用電源よりも高い電圧の定電圧源であるのが好ましい。
【００１８】
可変抵抗器は、３個の端子で電圧を分圧または調整するポテンショメータ形であるのが好ましいが、端子が２つで摺動子を通じて電流を流すレオスタット形、微調整のため多回転軸によりスパイラル抵抗体を摺動するヘリカルポテンショメータ等の種々なタイプの可変抵抗器であってもよい。
【００１９】
本発明によると、可変抵抗器に断線が生じると、可変抵抗器用電源からの電圧が可動端子から出力されず、断線検出用電源から異なるレベルの電圧が出力されるので、断線を検出することができ、上述の従来例のごとく可変抵抗器８の両端に断線検出のための抵抗ｒ１，ｒ２を介在する必要がないので、抵抗ｒ１，ｒ２による電圧降下もなく、可変抵抗器に供給する電圧を小さくして低消費電力化を図ることができるとともに、断線検出用電源の電圧の設定によって、
接続される可変抵抗器の抵抗値に拘わらず、高精度の断線検出が可能となる。
【００２０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記可変抵抗器の一端と前記可変抵抗器用電源とを、第１スイッチ手段を介して接続する一方、前記可変抵抗器の他端と信号グランドとを、第２スイッチ手段を介して接続し、前記両スイッチ手段のオンオフのタイミングを制御するとともに、前記可動端子の出力電圧に基いて、断線を検出するものである。
【００２１】
この実施態様によると、可変抵抗器の一端、他端および可動端子側の各ラインの断線を、前記スイッチ手段のオンオフのタイミングを制御することによって、時分割で検出することが可能となる。
【００２２】
本発明の一実施態様においては、前記断線検出用電源を、前記可変抵抗器の抵抗値よりも高抵抗値の断線検出用抵抗を介して可動端子側に接続するものである。
【００２３】
この実施態様によると、高抵抗値の断線検出用抵抗を介して断線検出用電源を接続しているので、電力消費を抑制することができる。
【００２４】
本発明の他の実施態様においては、前記可変抵抗器がコントロールモータのフィードバック用可変抵抗器である。
【００２５】
ここで、コントロールモータとは、各種の装置を制御するための電動操作機をいう。このコントロールモータは、バーナコントロール用、冷温水コントロール用、蒸気圧コントロール用等があり、自動制御の操作部に用いられる回転角度調整機能を内蔵したものが好ましい。
【００２６】
この実施態様によると、可変抵抗器からのフィードバック入力に基いて、コントロールモータを制御することができ、例えば、バーナ、冷温水、蒸気圧等の制御に好適である。
【００２７】
本発明の制御装置は、本発明の可変抵抗器の断線検出装置を備え、前記フィードバック用可変抵抗器からのフィードバック入力に基いて、前記コントロールモータを制御するものである。
【００２８】
本発明によれば、可変抵抗器の断線を検出できるとともに、コントロールモータを制御することにより、例えば、バーナ、冷温水、蒸気圧等の制御を行うことができる。
【００２９】
本発明の好ましい実施態様においては、前記コントロールモータは、制御対象に対する配管に設置された弁の開度を調整するものであり、前記フィードバック用可変抵抗器は、前記弁の開度位置に応じたフィードバック入力を与えるものであり、前記制御対象の温度を検出する温度センサの出力および前記フィードバック入力に基いて、前記コントロールモータに制御出力を与えて前記制御対象の温度を制御するものである。
【００３０】
前記制御対象は、前記配管を介して燃料ガス等が供給される加熱炉などであるのが好ましい。
【００３１】
この実施態様によると、加熱炉等の制御対象の温度制御に好適に実施できる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明では、断線時には断線検出用電源の電圧を出力させるだけであるので、従来のように、可変抵抗器の両端側に断線検出用の抵抗を設ける必要がなく、その分電圧降下がなく、可変抵抗器に供給する電圧を小さくして低消費電力化を図ることができるとともに、高精度な断線検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る断線検出装置を詳細に説明する。
【００３４】
図１は、本発明に係る制御装置としての温度調節器を備える温度制御システムの概略構成図である。
【００３５】
この実施の形態は、ガス炉１の温度制御を行なうシステムであり、このガス炉１は、ガスバーナ等の加熱装置２を備えており、この加熱装置２には、燃料ガス供給用の配管３を介して燃料ガスが供給される。配管３には、コントロールモータであるバルブモータ４によってその開度が調節される供給弁５が配設されている。このバルブモータ４は、供給弁５の開度位置に応じて摺動する可動端子(摺動端子)を有する可変抵抗器(ポテンショメータ)を内蔵している。
【００３６】
制御対象としてのガス炉１の温度を制御する温度調節器６は、ガス炉１に設置された温度センサ７から入力される検出温度が、設定温度に一致するように制御出力(リレー出力)を、バルブモータ４に与えて供給弁５の開度を調節する一方、バルブモータ４からの供給弁５の開度位置に応じた可変抵抗器のフィードバック入力に基いて、供給弁５の開度を調節する位置比例制御型の温度調節器である。
【００３７】
図２は、図１のバルブモータ４に内蔵された可変抵抗器８および温度調節器６に内蔵された断線検出装置１１の回路構成を示す図である。
【００３８】
この可変抵抗器８は、３個の端子を用いるので、断線検出箇所は３箇所となる。
可変抵抗器８は、可動端子９を備え、この可動端子９は、上述の供給弁５に連動して抵抗体１０上を摺動可能になっている。可動端子９が抵抗体１０の一端側１０ａ（高電位側）に移動すると供給弁５の開度は１００％（全開：ｏｐｅｎ）、他端側１０ｂ（低電位側）に移動すると供給弁５の開度は０％（全閉：ｃｌｏｓｅ）となる。
【００３９】
断線検出装置１１において、可変抵抗器８の高電位側は第１スイッチ手段としての第１アナログスイッチ１２を介して定電圧Ｖｓを供給する可変抵抗器用電源としての定電圧源１３に接続され、低電位側は第２スイッチ手段としての第２アナログスイッチ１４を介して信号グランドＧＮＤ側に接続されている。なお、信号グランドＶＧＮＤは、０Ｖでなくてもよい。
【００４０】
第１，第２アナログスイッチ１２，１４のＯＮ、ＯＦＦは、第１，第２タイミング回路１５，１６によりそれぞれ制御される。両タイミング回路１５，１６はマイクロコンピュータからなる制御部１７により制御される。なお、両タイミング回路１５，１６を省略して制御部１７でタイミング制御することも可能である。
【００４１】
可変抵抗器８の可動端子９は、抵抗体１０の抵抗値よりも高抵抗値の抵抗１８を介して断線検出用電圧（定電圧）Ｖｄｅｔ（＞定電圧Ｖｓ）供給用の断線検出用定電圧源１９に接続されると共に差動増幅器２０に与えられ、この差動増幅器２０の出力が、制御部１７に与えられる。
【００４２】
この制御部１７は、差動増幅器２０の出力に基いて、供給弁５の開度を監視するとともに、後述のようにして断線を検出する。また、この制御部１７には、上述の温度センサ７からの温度入力も与えられ、設定温度になるように制御出力をバルブモータ４に対して出力する。
【００４３】
図３は、図２の動作説明に供するタイミングチャートであり、同図(ａ)，(ｂ)は、第１，第２アナログスイッチ１２のＯＮＯＦＦのタイミングを、同図(ｃ)は、制御部１７のデータ取り込みのタイミングをそれぞれ示している。
【００４４】
第１アナログスイッチ１２がＯＮ(ハイレベル)すると、定電圧源１３と可変抵抗器８とが電気的に接続され、第２アナログスイッチ１４がＯＮ(ハイレベル)すると、可変抵抗器８と信号グランドＧＮＤとが電気的に接続される。
【００４５】
以下において、実施の形態の動作を断線検出を中心にして説明することとする。
制御部１７が可変抵抗器８からのフィードバック入力を取り込むタイミングは、第１，第２アナログスイッチ１２，１４が共にＯＮのときである。
【００４６】
このとき、例えば、図３のｔ１のタイミングにおいて、断線無しでは、定電圧源１３の電圧Ｖｓは、可変抵抗器８の可動端子９の位置に対応する比率で分圧され、その分圧電圧Ｖｉが差動増幅器２０を介して制御部１７に入力される。
【００４７】
可変抵抗器８において可動端子９側のラインＣに断線が生じると、断線検出用定電圧源１９の電圧Ｖｄｅｔが差動増幅器２０を介して制御部１７に出力される。これにより制御部１７は、可動端子９の検出ラインＣに断線有りと検出することができる。
【００４８】
次に、第１アナログスイッチ１２がＯＮで、第２アナログスイッチ１４がＯＦＦのとき、例えば、図３のｔ２のタイミングは、可変抵抗器８の高電位側の断線を検出するタイミングである。高電位側のラインＡに断線が生じていないときは、定電圧源１３の電圧Ｖｓが差動増幅器２０を介して制御部１７に入力され、断線が生じているときは、断線検出用定電圧源１９の電圧Ｖｄｅｔが差動増幅器２０を介して制御部１７に入力される。これによって、制御部１７は、高電位側のラインＡでの断線を検出することができる。
【００４９】
次に、第１アナログスイッチ１２がＯＦＦで、第２アナログスイッチ１４がＯＮのとき、例えば、図３のｔ４のタイミングは、可変抵抗器８の低電位側の断線を検出するタイミングである。低電位側のラインＢに断線が生じていないときは、信号グランド側の電位ＶＧＮＤが差動増幅器２０を介して制御部１７に入力され、断線が生じているときは、断線検出用定電圧源１９の電圧Ｖｄｅｔが差動増幅器２０を介して制御部１７に入力される。これによって、制御部１７は低電位側のラインＢでの断線を検出することができる。
【００５０】
図４は、以上の動作説明に供するフローチャートである。
【００５１】
先ず、第１，第２アナログスイッチ１２，１４が共にＯＮであるステップＳＴ１では、可変抵抗器８の可動端子９の位置に対応したデータを取り込むとともに、可動端子９側のラインＣに断線の有無を確認する。
【００５２】
次に、第１アナログスイッチ１２がＯＮで、第２アナログスイッチ１４がＯＦＦであるステップＳＴ２では、可変抵抗器８の高電位側のラインＡでの断線の有無を確認する。
【００５３】
次に、第１，第２アナログスイッチ１２，１４が共にＯＮであるステップＳＴ３では、上述のステップＳＴ１と同様に、可変抵抗器８の可動端子９の位置に対応したデータを取り込むとともに、可動端子９側のラインＣに断線の有無を確認する。
【００５４】
次に、第１アナログスイッチ１２がＯＦＦで、第２アナログスイッチ１４がＯＮのステップＳＴ４では、可変抵抗器８の低電位側のラインＢでの断線の有無を確認する。
【００５５】
図５は、弁開度と入力電圧値Ｖｉｎとの関係を示す図である。この図５に示すように、弁開度、すなわち、可動端子９の可変抵抗体１０上での摺動位置（０％から１００％の範囲）により入力電圧Ｖｉｎが特性線Ｌ１で示すように信号グランド電位ＶＧＮＤから定電圧源１３の電圧Ｖｓまでの範囲で比例して変化する。
【００５６】
また、図６には、上述の各ステップＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ４に於ける第１，第２アナログスイッチ１２(ＳＷ１)，１４(ＳＷ２)のスイッチ状態および入力電圧値Ｖｉｎの状態の対応関係を示している。
【００５７】
以上説明したように本実施の形態では、可変抵抗器８の高電位側、低電位側、可動端子側の各ラインＡ，Ｂ，Ｃのいずれかに断線が生じたときは、それぞれの断線箇所を特定することができる。
【００５８】
この断線検出においては、図７の従来のごとく可変抵抗器の両端に断線検出用の抵抗ｒ１，ｒ２を接続する必要がないので、その分電圧降下がなく、可変抵抗器８に供給する電圧を小さくして低消費電力化を図ることができる。しかも、断線が生じたときには、異なる電圧レベルの断線検出用定電圧源１９から電圧を供給するので、従来例のように、測定電圧と断線検出電圧との電位差を大きくするために、抵抗ｒ１，ｒ２を大きくするといった必要もなく、高精度な断線検出が可能となる。
【００５９】
次に、この実施の形態と図７の従来例とを比較して、本発明の効果を更に詳細に説明する。
(１)低消費電力化について
表１に、下記のような条件で図７の従来例と本実施形態とを比較した結果を示す。
【００６０】
【表１】
2006242699.tif 000003
【００６１】
消費電力の低減効果が最大となるのは、抵抗値の小さな可変抵抗器を接続した場合であり、表１に示すように、１００Ωの可変抵抗器(ポテンショメータ)を接続したときを考える。
【００６２】
図７の従来例では、誤検出をなくすために、抵抗ｒ１，ｒ２の抵抗値が、可変抵抗器の抵抗値の許容値よりも十分に大きくなければならない。抵抗ｒ１，ｒ２の抵抗値が、可変抵抗器の抵抗値の許容値よりも十分大きくなければ、抵抗ｒ１，ｒ２による電圧降下が小さくなって、図８の断線検出電圧Ｖｓと最大の測定電圧Ｖｉｍａｘとの電位差が小さくなるとともに、断線検出電圧ＶＧＮＤと最小の測定電圧Ｖｉｍｉｎとの電位差が小さくなって誤検出の原因となる。
【００６３】
さらに、可変抵抗器の抵抗値の許容値が、抵抗ｒ１，ｒ２の抵抗値よりも大きくなると、可動端子９のラインＣの断線検出電圧Ｖｄｅｔが、最小の測定電圧Ｖｉｍｉｎよりも大きくなって、ラインＣの断線を検出できない場合が生じる。
【００６４】
そこで、最も許容値が大きくなる可変抵抗器、すなわち、抵抗値が大きな可変抵抗器、例えば、２．５ｋΩの可変抵抗器のときを考えると、一般的な可変抵抗器の抵抗値の許容値は、±５％であるから、２．５ｋΩの許容値は、１２５Ωとなる。そこで、抵抗ｒ１，ｒ２の抵抗値を、表１に示すように、１２５Ωよりも十分大きな抵抗値である２５０Ωとする。なお、本実施形態では、抵抗ｒ１，ｒ２は不要であるから抵抗値は０Ωである。
【００６５】
可変抵抗器に対する供給電圧Ｖｓを、従来例と本実施形態とが同等となるように、すなわち、可変抵抗器にかかる電圧が等しくなるように、従来例は６Ｖ、本実施形態は１Ｖとし、これによって、従来例では、抵抗ｒ１，ｒ２によるロスを除いた１Ｖが可変抵抗器にかかるようにし、抵抗ｒ１，ｒ２を有していない本実施の形態でも１Ｖが可変抵抗器にかかるようにした。
【００６６】
その結果、表１に示すように、従来例では、消費電力が０．０６Ｗになるのに対して、本実施形態では、０．０１Ｗとなり、以上の条件では、本実施の形態は、消費電力が、従来例の１／６となる。
(２)供給電圧を小さくした場合の効果
表２に、下記のような条件で図７の従来例と本実施形態とを比較した結果を示す。
【００６７】
【表２】
2006242699.tif 000004
【００６８】
ここでは、可変抵抗器への供給電圧を、いずれも０．２５Ｖと小さくした場合を考える。その他の条件は、上述の(１)と同様である。
【００６９】
供給電圧を小さくした場合、従来例では、抵抗ｒ１，ｒ２の電圧降下のために、可変抵抗器にかかる電圧は、さらに小さくなって、０．０４１６６７Ｖとなり、信号成分が低下して、弁の開度位置の精度や耐ノイズ性が悪化して実現は困難であるのに対して、本実施形態では、可変抵抗器に０．２５Ｖかけることができるので、供給電圧を小さくしても実現できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、フィードバック用の可変抵抗器の断線検出および制御装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態の温度制御システム全体の回路図である。
【図２】図１のバルブモータの可変抵抗器と温度調節器の断線検出装置の回路構成を示す図である。
【図３】動作説明に供するタイミングチャートである。
【図４】動作説明に供するフローチャートである。
【図５】弁開度と入力電圧値との関係を示す図である。
【図６】動作説明に関連するデータを一覧で示す図である。
【図７】従来例の回路構成を示す図である。
【図８】図７の弁開度と入力電圧値との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    ガス炉            ２  加熱装置
４    バルブモータ      ５  供給弁
６    温度調節器        ８  可変抵抗器
１１  断線検出装置    
１２，１４  第１，第２アナログスイッチ
１５，１６  第１，第２タイミング回路
１９  断線検出用定電圧源
【図１】
2006242699.tif 000005
【図２】
2006242699.tif 000006
【図３】
2006242699.tif 000007
【図４】
2006242699.tif 000008
【図５】
2006242699.tif 000009
【図６】
2006242699.tif 000010
【図７】
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【図８】
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