(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
演算増幅器よりなる電流電圧変換回路と、変換係数が設定可能で前記電流電圧変換回路の出力に変換係数を乗算して変換出力するＤ−Ａ変換器と、２系統の入力端子を有しこれら２入力の比率演算結果を変換出力するＡ−Ｄ変換器と、基準電圧源と、抵抗測定用の定電流源と、信号発生モードと信号測定モードとを切り換える第１の切換スイッチ群と、抵抗モードと電圧モードとを切り換える第２の切換スイッチ群とで構成され、
前記第１の切換スイッチ群は、信号発生モードでは前記電流電圧変換回路の出力をＤ−Ａ変換器に加え、該Ｄ−Ａ変換器の変換係数を設定することで信号を発生し、信号測定モードではＡ−Ｄ変換器の一方の入力端子に前記電流電圧変換回路の出力を加えるとともに他方の入力端子に被測定信号を加え、前記Ａ−Ｄ変換器の変換出力で信号を測定するように切り換え、
前記第２の切換スイッチ群は、抵抗モードでは前記電流電圧変換回路を構成する演算増幅器の非反転入力端子を共通電位点に接続するとともに反転入力端子には前記定電流源の出力電流又は被校正対象の抵抗測定装置の抵抗測定電流を加え、電圧モードでは前記電流電圧変換回路を構成する演算増幅器の非反転入力端子に前記基準電圧源の出力を加えるように切り換えることを特徴とする電圧・抵抗発生測定装置。
【請求項２】
請求項１の電圧・抵抗発生測定装置において、
抵抗信号発生モードではＤ−Ａ変換器の変換係数に応じて測温抵抗体の等価抵抗を発生し、
抵抗信号測定モードでは測温抵抗体を温度センサとして温度測定することを特徴とする電圧・抵抗発生測定装置。
【請求項３】
請求項１の電圧・抵抗発生測定装置において、
電圧信号発生モードではＤ−Ａ変換器の変換係数に応じて熱電対の等価熱起電力を発生し、
電圧信号測定モードでは熱電対を温度センサとして温度測定することを特徴とする電圧・抵抗発生測定装置。
【請求項４】
請求項１の電圧・抵抗発生測定装置において、
信号測定モードの測定結果をＤ−Ａ変換器からアナログ信号として取り出すことを特徴とする電圧・抵抗発生測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は電圧・抵抗発生測定装置に関し、特に測温抵抗体温度計を校正するための電子的な等価抵抗発生機能、測温抵抗体による温度測定機能、熱電対温度計を校正するための等価電圧発生機能、熱電対による温度測定機能などを組み込んだ装置を簡単な回路構成で実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油精製や化学プラントなどに代表される工業計測分野における温度測定手段として、測温抵抗体や熱電対が広く使われている。ここで、測温抵抗体は測定対象である温度を測温抵抗体の抵抗値の変化として測定するものであり、熱電対は測定対象である温度を熱電対が出力する熱起電力の値から求めるものである。
【０００３】
一般にこれら測温抵抗体や熱電対は温度センサとして単体で取り扱われるものであり、温度測定にあたっては測温抵抗体は抵抗値測定機能を有する測温抵抗体温度測定装置の入力端子に着脱可能に接続され、熱電対は電圧測定機能を有する熱電対温度測定装置の入力端子に着脱可能に接続される。
【０００４】
ところで、これらの温度センサおよび温度測定装置は長期安定性に対する品質管理や回路設計上の配慮がなされてはいるものの、長期間にわたって使用している過程では測定場所の環境雰囲気ガスによる特性変化や断線、回路部品の経時変化に起因する測定値の変化などを生じることがあり、定期的にそれらの機能を点検校正して変化の動向を把握することが望ましい。
【０００５】
従来、これらの温度センサおよび温度測定装置の点検校正にあたっては、それぞれの対象に適合した点検校正用の複数の装置を用いている。例えば点検校正の対象である抵抗値がＲｘの測温抵抗体に値が既知の定電流Ｉｓを供給して測温抵抗体に生じる電圧降下Ｖ（＝Ｉｓ・Ｒｘ）をデジタルボルトメータで測定してＲｘの値を求めたり、測温抵抗体と直列に基準抵抗を接続して測温抵抗体および基準抵抗の電圧降下をそれぞれ測定しその比演算から測温抵抗体の抵抗値を求めることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の方法によれば抵抗測定用に値の正確な独立した定電流源が必要であり、後者の方法によれば値の正確な定電流源は不要になるものの測温抵抗体が接続される温度測定装置の校正には別途測温抵抗体に相当する抵抗発生装置を準備しなければならない。
【０００７】
一方、熱電対の点検校正にあたっては、熱電対の熱起電力に相当するｍＶの電圧を発生する装置と熱電対が発生するｍＶの熱起電力を精度よく測定できる装置が必要になる。
【０００８】
測定現場にはこれら測温抵抗体と熱電対が混在することも多く、従来は複数の点検校正用装置を準備して測定現場に出向かなければならないことから機動性に欠けるという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、測温抵抗体と熱電対の校正機能およびこれら測温抵抗体または熱電対が接続される温度測定装置の校正機能を１台の装置に組み込み、かつそれぞれの機能に必要な回路素子を簡単な回路構成と切換回路とで共通に使用するようにした電圧・抵抗発生測定装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、演算増幅器よりなる電流電圧変換回路と、変換係数が設定可能で前記電流電圧変換回路の出力に変換係数を乗算して変換出力するＤ−Ａ変換器と、２系統の入力端子を有しこれら２入力の比率演算結果を変換出力するＡ−Ｄ変換器と、基準電圧源と、抵抗測定用の定電流源と、信号発生モードと信号測定モードとを切り換える第１の切換スイッチ群と、抵抗モードと電圧モードとを切り換える第２の切換スイッチ群とで構成され、前記第１の切換スイッチ群は、信号発生モードでは前記電流電圧変換回路の出力をＤ−Ａ変換器に加え、該Ｄ−Ａ変換器の変換係数を設定することで信号を発生し、信号測定モードではＡ−Ｄ変換器の一方の入力端子に前記電流電圧変換回路の出力を加えるとともに他方の入力端子に被測定信号を加え、前記Ａ−Ｄ変換器の変換出力で信号を測定するように切り換え、前記第２の切換スイッチ群は、抵抗モードでは前記電流電圧変換回路を構成する演算増幅器の非反転入力端子を共通電位点に接続するとともに反転入力端子には前記定電流源の出力電流又は被校正対象の抵抗測定装置の抵抗測定電流を加え、電圧モードでは前記電流電圧変換回路を構成する演算増幅器の非反転入力端子に前記基準電圧源の出力を加えるように切り換えることを特徴とする電圧・抵抗発生測定装置。
【００１１】
これにより、１台の装置に抵抗信号発生、抵抗信号測定、電圧信号発生および電圧信号測定の機能を少ない回路素子で組み込むことができ、簡単な切り換え回路でこれらの機能の中から任意の機能を選択できる。
【００１２】
本発明のうちで請求項２記載の発明は、請求項１の電圧・抵抗発生測定装置において、抵抗信号発生モードではＤ−Ａ変換器の変換係数に応じて測温抵抗体の等価抵抗を発生し、抵抗信号測定モードでは測温抵抗体を温度センサとして温度測定することを特徴とする。
【００１３】
これにより、測温抵抗体が接続される温度測定装置の保守調整などを実際の測温抵抗体を用いることなく高精度に行うことができ、測温抵抗体があれば直ちに温度を測定でき、また測温抵抗体が接続される温度測定装置の故障の有無を測温抵抗体で温度を実測して測定結果を比較することにより確認できる。
【００１４】
本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項１の電圧・抵抗発生測定装置において、電圧信号発生モードではＤ−Ａ変換器の変換係数に応じて熱電対の等価熱起電力を発生し、電圧信号測定モードでは熱電対を温度センサとして温度測定することを特徴とする。
【００１５】
これにより、熱電対が接続される温度測定装置の保守調整などを実際の熱電対を用いることなく高精度に行うことができ、熱電対があれば直ちに温度を測定でき、また熱電対が接続される温度測定装置の故障の有無を熱電対で温度を実測して測定結果を比較することにより確認できる。
【００１６】
本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項１の電圧・抵抗発生測定装置において、信号測定モードの測定結果をＤ−Ａ変換器からアナログ信号として取り出すことを特徴とする。
【００１７】
これにより、抵抗や電圧や温度等の測定結果を必要に応じてレコーダ等で記録できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図により説明する。
図１は本発明に係わる電圧・抵抗発生測定装置の一実施例を示す回路構成図である。図において、Ｔ１，Ｔ２は装置の入出力端子である。Ｓ1a，Ｓ1bは電圧レンジｍＶまたは抵抗レンジΩを選択する切換スイッチであり、２個の切換スイッチは連動して切り換えられる。Ｓ2a〜Ｓ2dは信号発生モードＳと測定モードＭとを選択する切換スイッチであり、４個の切換スイッチは連動して切り換えられる。端子Ｔ１には切換スイッチＳ1bの可動接点が接続され、端子Ｔ２には切換スイッチＳ2c，Ｓ2dの可動接点が接続されている。
【００２０】
１は電流電圧変換回路であり、増幅器Ａ１と抵抗Ｒとで構成されていて、端子Ｔ１に印加される抵抗測定電流ｉを電圧Ｖ１に変換する。増幅器Ａ１の非反転入力端子は切換スイッチＳ1aの可動接点に接続され、反転入力端子は切換スイッチＳ１ｂの一方の固定接点Ωに接続されるとともに抵抗Ｒの一端に接続されている。該抵抗Ｒの他端は増幅器Ａ１の出力端子に接続されている。
【００２１】
切換スイッチＳ1aの固定接点Ωと切換スイッチＳ1bの固定接点ｍＶは共通電位点に接続されている。切換スイッチＳ1aの固定接点ｍＶには基準電圧源Ｖｒｅｆのプラス端子が接続されている。該電流電圧変換回路１の出力端子はＤ−Ａ変換器２に接続されるとともに、Ａ−Ｄ変換器３の基準電圧ＶREFの入力端子に接続されている。Ｄ−Ａ変換器２としては、パルス幅（ＰＷＭ）で入出力関係が設定できる乗算型のものを用いる。Ｄ−Ａ変換器２の出力端子は切換スイッチＳ2aの固定接点Ｓに接続されるとともに演算増幅器で構成されるバッファアンプ４を介して出力端子Ｔ３に接続されている。該出力端子Ｔ３には例えばアナログ信号を記録するためのレコーダを接続する。
【００２２】
５も演算増幅器で構成されるバッファアンプである。該バッファアンプ５を構成する演算増幅器の非反転入力端子は切換スイッチＳ2bの固定接点Ｓに接続されるとともに切換スイッチＳ2dの固定接点Ｍに接続され、反転入力端子は切換スイッチＳ2bの固定接点Ｍに接続されるとともに切換スイッチＳ2dの固定接点Ｓに接続され、さらに出力端子は切換スイッチＳ2aの固定接点Ｍと切換スイッチＳ2cの固定接点ＳおよびＡ−Ｄ変換器３の電圧ＶINの入力端子に接続されている。ここでＡ−Ｄ変換器３は入力される電圧ＶINと基準電圧ＶREFとのレシオ演算を行ってその演算結果をマイクロプロセッサ６に出力する。
【００２３】
マイクロプロセッサ６は表示部７に表示データを出力するとともにＤ−Ａ変換器２にパルス幅制御信号ＰＷＭを出力する。
８は抵抗測定用の内蔵定電流源であり、スイッチＳＷを介して切換スイッチＳ2cの固定接点Ｍに接続されている。
【００２４】
このような構成において、切換スイッチＳ1a，Ｓ1bの可動接点を固定接点Ωに切り換えることにより抵抗モードになり、固定接点ｍＶに切り換えることにより電圧モードになる。そして、抵抗モードにおいて切換スイッチＳ2a〜Ｓ2dの可動接点を固定接点Ｓに切り換えることにより図２に示すような抵抗発生モードになって固定接点Ｍに切り換えることにより図３に示すような抵抗測定モードになり、電圧モードにおいて切換スイッチＳ2a〜Ｓ2dの可動接点を固定接点Ｓに切り換えることにより図４に示すような電圧発生モードになって固定接点Ｍに切り換えることにより図５に示すような電圧測定モードになる。
【００２５】
次に本発明の電圧・抵抗発生測定装置の各モードの動作を説明する。
図２に示す抵抗発生モードにおいて、被校正対象の抵抗測定装置から加えられる抵抗測定電流Ｉは電流電圧変換回路１により電圧Ｖ1に変換されてＤ−Ａ変換器２に入力される。ここで、Ｄ−Ａ変換器２に設定される変換係数をｋとすると、端子Ｔ１，Ｔ２間の出力電圧Ｖ0は、
Ｖ0＝ｋ・Ｉ・Ｒ
になる。そして、Ｒeq＝Ｖ0、Ｉ＝ｋ・Ｒにより、任意の等価抵抗Ｒeqを端子Ｔ１，Ｔ２間に得ることができる。
【００２６】
このような抵抗発生モードにおいて、Ｄ−Ａ変換器２の変換係数ｋを測温抵抗体の等価抵抗を発生できるようにマイクロプロセッサで設定することにより、測温抵抗体シミュレータとしての機能を持たせることができる。
【００２７】
これにより、測温抵抗体が接続される温度測定装置の保守調整などを実際の測温抵抗体を用いることなく高精度に行うことができる。
図３に示す抵抗測定モードでは、定電流源８の出力電流ｉは端子Ｔ１，Ｔ２間に接続される被測定抵抗Ｒｘに印加され、該被測定抵抗Ｒｘを流れる電流ｉは電流電圧変換回路１により電圧に変換されて端子Ｔ１側の電圧としてＡ−Ｄ変換器３の基準電圧端子ＶREFに入力される。端子Ｔ２側の電圧はバッファアンプ５を介してＡ−Ｄ変換器３の電圧端子ＶINに入力される。Ａ−Ｄ変換器３は以下のようにこれら入力電圧ＶINと基準電圧ＶREFの比率演算を行って変換出力する。
【００２８】
0003937364.tif 000002
すなわち、Ａ−Ｄ変換器３から変換出力される被測定抵抗Ｒｘの抵抗測定値は基準抵抗Ｒとの比として定電流源８の出力電流ｉの値とは無関係に求めることができる。
【００２９】
このような抵抗測定モードにおいて、マイクロプロセッサ内部にリニアライズ機能を持たせることにより、測温抵抗体を温度センサとする温度測定機能を持たせることができる。
【００３０】
これにより、測温抵抗体があれば直ちに温度を測定でき、また測温抵抗体が接続される温度測定装置の故障の有無を測温抵抗体で温度を実測して測定結果を比較することにより確認できる。
【００３１】
図４に示す電圧発生モードにおいて、Ｄ−Ａ変換器２には電流電圧変換回路１を介して基準電圧源Ｖrefの出力電圧がＶ1＝Ｖrefとして入力される。これにより、Ｄ−Ａ変換器２の変換係数ｋの設定に応じて任意の電圧を発生させることができる。
【００３２】
このような電圧発生モードにおいて、熱電対の熱起電力に相当するｍＶを発生できるように設定することにより、熱電対シミュレータとしての機能を持たせることができる。
【００３３】
これにより、熱電対が接続される温度測定装置の保守調整などをダイヤル抵抗器等を用いることなく高精度に行うことができる。
図５に示す電圧測定モードにおいて、Ａ−Ｄ変換器３の基準電圧端子ＶREFには電流電圧変換回路１を介して基準電圧源Ｖｒｅｆの出力電圧が入力され、Ａ−Ｄ変換器３の電圧端子ＶINにはバッファアンプ５を介して端子Ｔ２側の電圧Ｖｘが入力される。これにより、Ａ−Ｄ変換器３はＶｘ／Ｖｒｅｆの比率演算を行って変換出力する。
【００３４】
このような電圧測定モードにおいて、ｍＶ測定として基準接点補償とマイクロプロセッサ内部にリニアライズ機能を持たせることにり、熱電対を温度センサとする温度測定機能を持たせることができる。
【００３５】
これにより、熱電対があれば直ちに温度を測定でき、また熱電対が接続される温度測定装置の故障の有無を熱電対で温度を実測して測定結果を比較することにより確認できる。
【００３６】
ところで、測温抵抗体を２線式、３線式、４線式のいずれで測定するかの抵抗測定切り換えは一般には切り換え回路で行われているが、本発明のように簡単な操作を意図した装置では被測定対象を接続することにより自動的に識別して測定できることが望ましい。
【００３７】
図６は本発明に係わる装置でこのような点に着目した測温抵抗体測定回路の具体例図であり、図１と共通部分には同一符号を付けている。
図において、Ｒｘは被測定対象の測温抵抗体であり、３本のリード線はそれぞれ端子Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃに接続されている。ｒ１〜ｒ３はリード線抵抗、ｒ４は抵抗であり、ｒ１＝ｒ２＝ｒ，ｒ４＞＞ｒ３とする。Ｓ１〜Ｓ３はアナログスイッチであり、Ｓ１は端子Ｔａとバッファアンプ５(演算増幅器Ａ２)の非反転入力端子の間に接続され、Ｓ２は端子Ｔｃとバッファアンプ５の非反転入力端子の間に接続され、Ｓ３は端子Ｔｂとバッファアンプ５の非反転入力端子の間に接続されている。演算増幅器Ａ１の反転入力端子には端子Ｔｂが直接接続されるとともに抵抗ｒ４を介して端子Ｔｃが接続されている。端子Ｔａには定電流源８が接続されている。Ｖos1は演算増幅器Ａ１のオフセット電圧、Ｖos2は演算増幅器Ａ２のオフセット電圧である。
【００３８】
このような構成において、アナログスイッチＳ１〜Ｓ３を順次選択的にオンにし、各検出電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３をバッファアンプ５を介してＡ−Ｄ変換器３にＶINとして加える。Ａ−Ｄ変換器３の基準電圧ＶREFとしてｉ・Ｒが印加される。マイクロプロセッサ６は、次式の演算を行う。
【００３９】
Ｖ１−２・Ｖ２−Ｖ３
これにより、３線式接続の場合にはリード線抵抗とオフセットの補償が行われて２線式接続の場合にはオフセット補償のみが行われる。実際の使用にあたってはこれら３線式接続と２線式接続を意識しなくてもよく、装置が測温抵抗体の接続状態を自動識別して演算処理を実行する。
【００４０】
２線式接続の場合端子Ｔｃはオープンになって各検出電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は以下のようになる。
Ｖ1＝Ｖos1＋（Ｒｘ＋２ｒ）ｉ＋Ｖos2
Ｖ2＝Ｖos1                  ＋Ｖos2
Ｖ3＝Ｖos1                  ＋Ｖos2
そして演算結果は（Ｒｘ＋２ｒ）ｉになる。
【００４１】
３線式接続の場合の各検出電圧Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は以下のようになる。
Ｖ1＝Ｖos1＋（Ｒｘ＋２ｒ）ｉ＋Ｖos2
Ｖ2＝Ｖos1          ＋ｒ・ｉ＋Ｖos2
Ｖ3＝Ｖos1                  ＋Ｖos2
そして演算結果はＲｘ・ｉになる。
【００４２】
Ａ−Ｄ変換器３では前述のようにＶREFに対するＶINの比が変換される。すなわち３線式の場合のＡ−Ｄ変換結果は、
0003937364.tif 000003
になる。
【００４３】
なお抵抗ｒ４の効果と影響は以下のようになる。
まず２線式接続の場合には端子Ｔｃがオープンになっても抵抗ｒ４を通してＶ2が測定される。
【００４４】
３線式接続におけるＶ２は厳密に次のようになる。
0003937364.tif 000004
ここでｒ４＞＞ｒ３であることから、
Ｖ2＝ｉ・ｒ＋（Ｖos1＋Ｖos2）
になる。
【００４５】
このように構成することにより、２線式接続の場合には２線測定が行われて３線式接続の場合にはリード線抵抗の影響を補償した３線測定が行われ、これらは特別なスイッチ切り換え操作なしに入力接続を自動識別することによって実行される。
【００４６】
そして抵抗測定結果はＲｘとＲの比率演算で得ることができ、定電流源の出力電流ｉの値に影響されることなく高精度の測定が可能になる。
さらに入力回路の増幅器のオフセット成分Ｖos1，Ｖos2は理論的に補正されることになり、誤差要因にはならない。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明によれば、１台の装置に抵抗信号発生、抵抗信号測定、電圧信号発生および電圧信号測定の機能を少ない回路素子で組み込むことができ、簡単な切り換え回路でこれらの機能の中から任意の機能を選択できる。
【００４８】
本発明のうちで請求項２記載の発明によれば、測温抵抗体が接続される温度測定装置の保守調整などを実際の測温抵抗体を用いることなく高精度に行うことができ、測温抵抗体があれば直ちに温度を測定でき、また測温抵抗体が接続される温度測定装置の故障の有無を測温抵抗体で温度を実測して測定結果を比較することにより確認できる。
【００４９】
本発明のうちで請求項３記載の発明によれば、熱電対が接続される温度測定装置の保守調整などを実際の熱電対を用いることなく高精度に行うことができ、熱電対があれば直ちに温度を測定でき、また熱電対が接続される温度測定装置の故障の有無を熱電対で温度を実測して測定結果を比較することにより確認できる。
【００５０】
本発明のうちで請求項４記載の発明によれば、抵抗や電圧や温度等の測定結果を必要に応じてレコーダ等で記録できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電圧・抵抗発生測定装置の一実施例を示す回路構成図である。
【図２】本発明の抵抗発生モードの動作説明図である。
【図３】本発明の抵抗測定モードの動作説明図である。
【図４】本発明の電圧発生モードの動作説明図である。
【図５】本発明の電圧測定モードの動作説明図である。
【図６】本発明の他の実施例の回路構成図である。
【符号の説明】
１  電流電圧変換回路
２  Ｄ−Ａ変換器
３  Ａ−Ｄ変換器
４，５  バッファアンプ
６  マイクロプロセッサ
７  表示部
８  内蔵定電流源
Ｓ1a，Ｓ1b，Ｓ2a〜Ｓ2d  切換スイッチ
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  端子
Ｖref  基準電圧源
【図１】
0003937364.tif 000005
【図２】
0003937364.tif 000006
【図３】
0003937364.tif 000007
【図４】
0003937364.tif 000008
【図５】
0003937364.tif 000009
【図６】
0003937364.tif 000010