(57)【要約】【課題】１つの熱電対に２以上のバーンアウト検出回路を接続して温度検出システムを構成した場合でも、バーンアウト検出時間を短くすること。【解決手段】熱電対の温度センサ１１の温度検出時に発生する起電力をもとに温度計測を行うと共に、その温度センサ１１に、供給／無供給の制御が可能なバイアス電流を供給し、この供給時に第１の抵抗器２６を介して第１のコンデンサ２７に充電される電圧が、予め定められた閾値を超えた際に当該温度センサの断線と検出するバーンアウト検出回路において、前記バイアス電流の供給点とアースとの間に、第２の抵抗器６１を介して接続され、前記第１のコンデンサ２６よりも充分に小さい静電容量の第２のコンデンサ６２と、前記バイアス電流による前記第２のコンデンサ６２への充電による電圧が、電圧比較端に印加され、この印加電圧が基準電圧を越えた際に、バーンアウト検出信号を出力する比較手段６４とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対の温度センサの温度検出時に発生する起電力をもとに温度計測を行うと共に、その温度センサに、供給／無供給の制御が可能なバイアス電流を供給し、この供給時に第１の抵抗器を介して第１のコンデンサに充電される電圧が、予め定められた閾値を超えた際に当該温度センサの断線と検出するバーンアウト検出回路において、
前記バイアス電流の供給点とアースとの間に、第２の抵抗器を介して接続され、前記第１のコンデンサよりも充分に小さい静電容量の第２のコンデンサと、
前記バイアス電流による前記第２のコンデンサへの充電による電圧が、電圧比較端に印加され、この印加電圧が基準電圧を越えた際に、バーンアウト検出信号を出力する比較手段と
を備えたことを特徴とするバーンアウト検出回路。
【請求項２】
前記温度センサの起電力の積分をリセットする第１の期間と、前記起電力の積分を行う第２の期間との少なくとも２つの期間を有するサイクルが連続する際に、前記第２の期間の開始時に前記バイアス電流を供給して前記第２のコンデンサへの充電によるバーンアウト検出可能な時間が経過した後に、前記バイアス電流の供給を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載のバーンアウト検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変換器、記録計及び温度調節計等の工業用プロセス計測機器に用いられる熱電対温度計測回路に利用されるバーンアウト検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーンアウト検出回路は、温度センサである熱電対のセンサ断線検出回路である。熱電対の温度センサで断線（バーンアウト）が発生すると、受信計の指示や記録が不定の値になることがある。例えば、調節計を燃焼プラントの一部として使用している場合にセンサ断線で正常値より低い温度を出力すると、燃料を過供給して異常燃焼を起こし重大な事故となる恐れがある。また、実験に使用した場合でも誤ったデータとなる。この様なことを防ぐため、センサが正常な状態で測定したデータと、断線したときに測定したデータとを区別するために使用される。以下、温度センサとして熱電対を代表して説明する。
【０００３】
図２に、従来のバーンアウト検出回路の回路構成を示し、その説明を行う。
図２に示すバーンアウト検出回路１０は、熱電対１１に接続端子１１ａ，１１ｂを介して接続され、熱電対１１の断線を検出するものであり、半導体スイッチ１３、高インピーダンス抵抗器１４及び内部電圧源１５を有するバイアス回路１６と、半導体マルチプレクサ１８と、増幅器２０と、Ａ／Ｄ(Analog/Digital)コンバータ２２と、マイクロプロセッサ２４とを備え、熱電対１１の接地端との対向端が、抵抗器２６及びコンデンサ２７で構成されるＬＰＦ(LowPass Filter)２８を介して半導体マルチプレクサ１８の入力側に接続されている。この半導体マルチプレクサ１８の入力側には、冷接点補償入力部２９が更に接続されている。
【０００４】
バイアス回路１６は、バイアス電流を熱電対１１に供給することによって、熱電対１１が断線したことを検出するために用いられる回路である。そのバイアス電流の供給は、半導体スイッチ１３のＯＮ／ＯＦＦ動作によって制御されるようになっており、半導体スイッチ１３のＯＮ／ＯＦＦ制御は、マイクロプロセッサ２４から出力されるＯＮ／ＯＦＦ制御信号３０によって時分割で制御される。
【０００５】
熱電対１１から出力される熱電対起電力信号３１は、ＬＰＦ２８によって商用ノイズ等の低周波ノイズが除去された後、半導体マルチプレクサ１８に入力される。
冷接点補償入力部２９からは、熱電対１１の温度補償を行うための熱電対温度補償信号３２が半導体マルチプレクサ１８へ入力される。更に、半導体マルチプレクサ１８には、熱電対起電力信号３１及び熱電対温度補償信号３２を適正な信号にソフト的に補正するために用いられる基準信号３３，３４が入力される。
【０００６】
半導体マルチプレクサ１８は、熱電対起電力信号３１、熱電対温度補償信号３２及び基準信号３３，３４の各信号を、マイクロプロセッサ２４から出力される時分割制御信号３５に応じた時分割によって選択する。
この選択された信号は、増幅器２０で増幅され、このアナログの増幅信号３６がＡ／Ｄコンバータ２２でディジタル信号３７に変換されてマイクロプロセッサ２４へ出力される。マイクロプロセッサ２４は、そのディジタル信号３７から温度物理量を演算によって求める。
この際、Ａ／Ｄコンバータ２２に、積分方式を採用すればディジタル信号３７は、パルス幅信号で得られるので、マイクロプロセッサ２４は、そのパルス幅信号のパルス幅の時間を計測することによって熱電対１１の両端に発生している温度起電力を計測することができる。
【０００７】
図３は、バーンアウト検出回路１０の動作シーケンス図である。
図３の横軸は時間ｔを示し、１，２，３，…は、Ａ／Ｄコンバータ２２のＡ／Ｄ変換サイクルを示す。各Ａ／Ｄ変換サイクル１，２，３，…において、熱電対起電力信号３１、熱電対温度補償信号３２及び基準信号３３，３４の各信号が、マイクロプロセッサ２４で処理されて温度物理量が得られている。
また、各Ａ／Ｄ変換サイクル１，２，３，…において、Ａ／Ｄ変換サイクル１に代表して示すａ，ｂ，ｃ，ｄは、マイクロプロセッサ２４からのＯＮ／ＯＦＦ制御信号３０に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御される半導体スイッチ１３及び、時分割制御信号３５に応じて時分割制御を行う半導体マルチプレクサ１８によって、熱電対起電力信号３１、熱電対温度補償信号３２及び基準信号３３，３４の何れかの信号が、増幅器２０へ出力されるタイミングを示す。
【０００８】
このようなａ，ｂ，ｃ，ｄのシーケンスを１つのＡ／Ｄ変換サイクルとし、このサイクルを１，２，３，…と継続することで熱電対１１による温度計測を継続することが可能となる。
例えば、Ａ／Ｄ変換サイクル１において、バイアス回路１６の半導体スイッチ１３をＯＮとしてバーンアウト検出を行い、Ａ／Ｄ変換サイクル２，３において、半導体スイッチ１３をＯＦＦとして、熱電対１１の両端に発生している温度起電力を計測するようなシーケンスとして設計される。
【０００９】
このようなＯＮ／ＯＦＦ動作によって、バーンアウト検出及び温度計測を正確に行うことが可能となる。つまり、このバーンアウト検出回路１０は、温度計測回路の機能も備えており、言い換えれば、バーンアウト検出機能を備えた温度計測回路ともいえる。
上記では、半導体スイッチ１３のＯＮ／ＯＦＦ動作のタイミングに応じて、バーンアウト検出及び温度計測を行うバーンアウト検出回路１０について説明したが、この他に、図２に示した半導体スイッチ１３が無く、常時、熱電対１１へバイアス電流を供給する構成の他のバーンアウト検出回路もある。この回路では、熱電対１１の断線時に、図２に示したコンデンサ２７へのバイアス電流のみのチャージによる電圧が、予め定められた閾値を越えるようにすることで、バーンアウト検出が行えるように構成されている。
【００１０】
更に、温度検出システム的には、プロセス計測では熱電対起電力信号３１は、工業温度制御などに使用されるため、熱電対１１の異常時には、システムを安全方向（フェールセーフ）へ制御しなければならない。しかし、上記のように熱電対１１に微小なバイアス電流を流すことは、このバイアス電流に熱電対１１自体の抵抗値を乗算した電圧降下分に相当する誤差信号が、熱電対起電力信号３１に加算され、これがマイクロプロセッサ２４で計測されることになるので、温度計測結果に誤差が生じていた。
このような不具合を、図２に示したバーンアウト検出回路１０では、バイアス電流の供給を制御するための半導体スイッチ１３がＯＮの場合にバーンアウト検出を行い、ＯＦＦの場合に温度計測を行うことによって解決している。
この種の従来のバーンアウト検出回路として、例えば特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特許第２５６９８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、従来のバーンアウト検出回路においては、１つの熱電対１１に接続端子１１ａ，１１ｂを介して１つのバーンアウト検出回路１０が接続されている場合であっても、熱電対１１の断線時に、コンデンサ２７へのバイアス電流のみのチャージによる電圧が、予め定められた閾値を越えるようにすることでバーンアウト検出が行えるように構成されているので、コンデンサ２７に閾値を超える電圧がチャージされるまでは、熱電対１１の断線、即ちバーンアウトを検出することができない。つまり、バーンアウト状態となってから、当該バーンアウトを検出するまでのバーンアウト検出時間が長いという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、１つの熱電対に２以上のバーンアウト検出回路を接続して温度検出システムを構成した場合でも、各バーンアウト検出回路において正確な温度計測を行うことができ、また、バーンアウト検出時間を短くすることができるバーンアウト検出回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によるバーンアウト検出回路は、熱電対の温度センサの温度検出時に発生する起電力をもとに温度計測を行うと共に、その温度センサに、供給／無供給の制御が可能なバイアス電流を供給し、この供給時に第１の抵抗器を介して第１のコンデンサに充電される電圧が、予め定められた閾値を超えた際に当該温度センサの断線と検出するバーンアウト検出回路において、前記バイアス電流の供給点とアースとの間に、第２の抵抗器を介して接続され、前記第１のコンデンサよりも充分に小さい静電容量の第２のコンデンサと、前記バイアス電流による前記第２のコンデンサへの充電による電圧が、電圧比較端に印加され、この印加電圧が基準電圧を越えた際に、バーンアウト検出信号を出力する比較手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
この構成によれば、バイアス電流の供給時に、温度センサが断線すると、バイアス電流が第１及び第２の双方のコンデンサへ充電されるが、第２のコンデンサの静電容量が第１のコンデンサよりも充分に小さいので、第２のコンデンサへの充電によって比較手段に印加される電圧が極短時間で基準電圧を越え、これによってバーンアウト検出信号が出力される。これによって、温度センサの断線が短時間で検出される。
【００１４】
また、本発明の請求項２によるバーンアウト検出回路は、請求項１において、前記温度センサの起電力の積分をリセットする第１の期間と、前記起電力の積分を行う第２の期間との少なくとも２つの期間を有するサイクルが連続する際に、前記第２の期間の開始時に前記バイアス電流を供給して前記第２のコンデンサへの充電によるバーンアウト検出可能な時間が経過した後に、前記バイアス電流の供給を停止することを特徴としている。
【００１５】
この構成によれば、第２の期間でのバイアス電流供給の開始後の停止時に温度センサが正常な状態であれば、バーンアウト検出回路を、次のサイクルの第１の期間開始までに、元の温度計測電圧に戻すことが可能となるので、１つのサイクルで通常の温度計測を行いながらバーンアウト検出も行うことができる。つまり、効率良く、温度計測とバーンアウト検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明は、バイアス電流の供給時に、温度センサが断線すると、バイアス電流が第１及び第２の双方のコンデンサへ充電される際に、第２のコンデンサの静電容量が第１のコンデンサよりも充分に小さく、第２のコンデンサへの充電によって比較手段に印加される電圧が極短時間で基準電圧を越え、比較手段からバーンアウト検出信号が出力されるようにした。これによって、温度センサの断線が短時間で検出される。
【００１７】
従って、バーンアウト検出時間を短くすることができるという効果がある。
また、温度センサの起電力の積分をリセットする期間と、起電力の積分を行う期間との少なくとも２つの期間を有するサイクルが連続する際に、起電力積分期間の開始時にバイアス電流を供給して第２のコンデンサへの充電によるバーンアウト検出可能な時間が経過した後に、バイアス電流の供給を停止する。これによって、起電力積分期間でのバイアス電流供給の開始後の停止時に温度センサが正常な状態であれば、バーンアウト検出回路を、次のサイクルの起電力積分リセット期間開始までに、元の温度計測電圧に戻すことが可能となるので、１つのサイクルで通常の温度計測を行いながらバーンアウト検出も行うことができる。従って、効率良く、温度計測とバーンアウト検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るバーンアウト検出回路の回路構成図である。但し、図１に示す本実施の形態において、図２に示した従来例の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００１９】
図１に示すバーンアウト検出回路６０が、図２に示した従来のバーンアウト検出回路１０と異なる点は、バイアス回路１６から熱電対１１に供給されるバイアス電流の供給線とアースとの間に、抵抗器６１を介してコンデンサ６２を接続し、更に、熱電対１１の切断時のバイアス電流によるコンデンサ６２への電荷チャージによる電圧が電圧比較端に印加され、この印加電圧が基準電圧を越えた際に、バーンアウト検出信号をマイクロプロセッサ２４へ出力するコンパレータ６４を備えたことにある。
【００２０】
但し、コンデンサ６２の静電容量は、コンデンサ２７に比べ充分に小さく設定されている。また、コンデンサ６２は、外来のインパルスノイズを除去する役割も果たす。
このような構成において、半導体スイッチ１３のＯＮによってバイアス電流が熱電対１１に供給されている際に、熱電対１１が断線すると、バイアス電流が双方のコンデンサ２７，６２へチャージされる動作が行われる。
【００２１】
しかし、コンデンサ６２の静電容量が他方のコンデンサ２７よりも充分に小さいので、コンデンサ６２へのチャージによってコンパレータ６４に印加される電圧が極短時間で基準電圧を越え、これによってバーンアウト検出信号がマイクロプロセッサ２４へ出力される。これによってマイクロプロセッサ２４で熱電対１１の断線が短時間で検出される。
具体的に数値を当てはめると、例えば抵抗器２６及びコンデンサ２７は、商用ノイズを１／１０に制限するために、各々が１０ＫΩ及び３．３μＦの値に設定されていたとする。この際に、内部検出レベルが１００ｍＶ、バイアス電流が５０ｎＡの場合は、バーンアウト検出時間は６．６秒となる。更に、この際に、コンデンサ６２が３．３ｎＦの値に設定されているとすると、バーンアウト検出時間は、１／１０００の６．６ｍ秒となる。
【００２２】
また、半導体スイッチ１３をＯＮからＯＦＦとすると、バーンアウト検出回路６０を極短時間で元の温度計測電圧に戻すことが可能となる。
ここで、図３に示したＡ／Ｄ変換サイクル１に代表して示すａ，ｂ，ｃ，ｄは、更に説明すると、ａが積分リセット期間、ｂが入力積分期間、ｃ及びｄが基準電圧積分期間となる。これらａ〜ｄの各期間において、ｃの期間が開始すると同時に半導体スイッチ１３をＯＮとしてバイアス電流を熱電対１１へ供給し、上記のコンデンサ６２によるバーンアウト検出可能な時間が経過した後、半導体スイッチ１３をＯＦＦとすれば、バーンアウト検出をｃとｄとの境界で実施可能となる。
【００２３】
更に、上記の半導体スイッチ１３のＯＦＦ時に、熱電対１１が正常な状態であれば、バーンアウト検出回路６０を、次のＡ／Ｄ変換サイクル２のａ期間開始までに、元の温度計測電圧に戻すことが可能となる。
つまり、このようなシーケンス動作によって、１つのＡ／Ｄ変換サイクルで通常の温度計測を行いながらバーンアウト検出も行うことができる。
【００２４】
このように、第１の実施の形態のバーンアウト検出回路６０によれば、バイアス電流の供給時に、熱電対１１が断線すると、バイアス電流が双方のコンデンサ２７，６２へ充電されるが、コンデンサ６２の静電容量がコンデンサ２７よりも充分に小さいので、コンデンサ６２への充電によってコンパレータ６４に印加される電圧が、極短時間で基準電圧を越え、これによってバーンアウト検出信号がマイクロプロセッサ２４へ出力される。従って、熱電対１１の断線が短時間で検出されるので、バーンアウト検出時間を短くすることができる。
【００２５】
また、ｃ期間でのバイアス電流供給の開始後の停止時に熱電対１１が正常な状態であれば、バーンアウト検出回路６０を、次のＡ／Ｄ変換サイクルの先頭のａ期間開始までに、元の温度計測電圧に戻すことが可能となるので、１つのＡ／Ｄ変換サイクルにおいて、通常の温度計測を行いながらバーンアウト検出も行うことができる。つまり、効率良く、温度計測とバーンアウト検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るバーンアウト検出回路の回路構成図である。
【図２】従来のバーンアウト検出回路の回路構成図である。
【図３】バーンアウト検出回路の動作シーケンス図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０ バーンアウト検出回路
１１ 熱電対
１１ａ，１１ｂ 接続端子
１３ 半導体スイッチ
１３ａ 第１の半導体スイッチ
１３ｂ 第２の半導体スイッチ
１４ 高インピーダンス抵抗器
１４ａ 第１の高インピーダンス抵抗器
１４ｂ 第２の高インピーダンス抵抗器
１５ 内部電圧源
１６，４１ バイアス回路
１８ 半導体マルチプレクサ
２０ 増幅器
２２ Ａ／Ｄコンバータ
２４，４２ マイクロプロセッサ
２６，６１ 抵抗器
２７，６２ コンデンサ
２８ ＬＰＦ
２９ 冷接点補償入力部
３０ ＯＮ／ＯＦＦ制御信号
３１ 熱電対起電力信号
３２ 熱電対温度補償信号
３３，３４ 基準信号
３５ 時分割制御信号
３６ 増幅信号
３７ ディジタル信号
６４ コンパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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