(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対の温度センサの断線を検出すると共に、そ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バーンアウト検出回路において、
前記温度センサに、各々電流値の異なる少なくとも２つ以上のバイアス電流を供給するバイアス手段と、
前記バイアス手段から前記温度センサに、前記少なくとも２つ以上のバイアス電流を個別に供給する第１の制御、及び全てのバイアス電流を無供給とする第２の制御の何れか一方を行うバイアス制御手段と、
前記温度センサに他のバーンアウト検出回路が接続されているか否かを検出する接続有無検出手段と、
前記接続有無検出手段により他のバーンアウト検出回路の接続が検出された際に、前記第１の制御による前記少なくとも２つ以上のバイアス電流の個別の供給時に各々温度計測された複数の温度計測値同士の差と、前記少なくとも２つ以上のバイアス電流同士の差との除算を行って前記温度センサの抵抗値を求め、この抵抗値に前記他のバーンアウト検出回路のバイアス電流を乗算した電圧降下分に相当する誤差を補正値として記憶し、前記第２の制御時に温度計測された第３の温度計測値から前記記憶された補正値を減算して補正を行う補正演算手段と
を備えたことを特徴とするバーンアウト検出回路。
【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。
【０００７】
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。
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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】
【００１３】
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２以上のバーンアウト検出回路１０を接続して温度検出システムを構成するケースがある。この場合、各々のバーンアウト検出回路１０からバーンアウト検出を行うためのバイアス電流が１つの熱電対１１に対して供給されるが、各々のバイアス電流の電流量及び方向が異なるので、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の影響が、各バーンアウト検出回路１０相互に及んで温度計測に誤差が生じ、各々のバーンアウト検出回路において正確な温度計測が行えないという問題がある。
【００１４】
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】
【００１５】
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断線を検出すると共に、そ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バーンアウト検出回路において、前記温度センサに、各々電流値の異なる少なくとも２つ以上のバイアス電流を供給するバイアス手段と、前記バイアス手段から前記温度センサに、前記少なくとも２つ以上のバイアス電流を個別に供給する第１の制御、及び全てのバイアス電流を無供給とする第２の制御の何れか一方を行うバイアス制御手段と、前記温度センサに他のバーンアウト検出回路が接続されているか否かを検出する接続有無検出手段と、前記接続有無検出手段により他のバーンアウト検出回路の接続が検出された際に、前記第１の制御による前記少なくとも２つ以上のバイアス電流の個別の供給時に各々温度計測された複数の温度計測値同士の差と、前記少なくとも２つ以上のバイアス電流同士の差との除算を行って前記温度センサの抵抗値を求め、この抵抗値に前記他のバーンアウト検出回路のバイアス電流を乗算した電圧降下分に相当する誤差を補正値として記憶し、前記第２の制御時に温度計測された第３の温度計測値から前記記憶された補正値を減算して補正を行う補正演算手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
この構成によれば、温度センサに自バーンアウト検出回路以外に１つ以上の他バーンアウト検出回路が接続された際に、温度センサの抵抗値に当該他バーンアウト検出回路のバイアス電流を乗算した電圧降下分に相当する誤差を求め、これを補正値として記憶しておく。そして、自バーンアウト検出回路の少なくとも２つ以上のバイアス電流を無供給として温度計測を行った際に、この温度計測値から先に記憶した補正値を減算すれば、その温度計測値に含まれる他バーンアウト検出回路の上記の誤差が無くなるので、適正な温度計測値を求めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明は、温度センサに自バーンアウト検出回路以外に１つ以上の他バーンアウト検出回路が接続された際に、温度センサの抵抗値に当該他バーンアウト検出回路のバイアス電流を乗算した電圧降下分に相当する誤差を求め、これを補正値として記憶しておく。そして、自バーンアウト検出回路の第１及び第２のバイアス電流を無供給として温度計測を行った際に、この温度計測値から先に記憶した補正値を減算すれば、その温度計測値に含まれる他バーンアウト検出回路の上記の誤差が無くなるので、適正な温度計測値を求めることができる。
【００１８】
従って、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るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
図１に示すバーンアウト検出回路４０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４１とマイクロプロセッサ４２にある。
【００２０】
バイアス回路４１は、内部電圧源１５に並列に、各々の抵抗値が異なる第１及び第２の高インピーダンス抵抗器１４ａ，１４ｂを介して第１及び第２の半導体スイッチ１３ａ，１３ｂを接続することによって、熱電対１１に、各々電流値が異なる第１及び第２のバイアス電流を供給するように構成されている。
マイクロプロセッサ４２は、全体の制御を司る主制御部４４に、バイアス電流切替制御部４６と、外部回路接続有無検出部４７と、補正演算部４８と、補正値記憶部４９とを接続して構成されている。
【００２１】
バイアス電流切替制御部４６は、バイアス電流切替制御信号５１によって各半導体スイッチ１３ａ，１３ｂを時分割によって個別にＯＮ／ＯＦＦする制御を行う。通常の温度計測では、従来例で図３を参照して説明したと同様に各バイアス電流は供給しないので、双方の半導体スイッチ１３ａ，１３ｂともＯＦＦとする。また、バーンアウト検出時には、何れか一方の半導体スイッチ１３ａ，１３ｂをＯＮとするものである。
【００２２】
外部回路接続有無検出部４７は、熱電対１１の接続端子１１ａ，１１ｂに、本来接続されるべき自バーンアウト検出回路４０以外の図示せぬバーンアウト検出回路（以降、他バーンアウト検出回路という）が接続されているか否かを検出するものである。
補正値記憶部４９は、後述のように補正演算部４８によって求められる補正値を記憶するものである。
【００２３】
補正演算部４８は、外部回路接続有無検出部４７で他バーンアウト検出回路が接続されていると検出された際に、当該他バーンアウト検出回路における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を、後述するように計算して求める。この求められた誤差を補正値として補正値記憶部４９に記憶しておき、自バーンアウト検出回路４０における熱電対起電力信号３１による温度計測時に、その記憶された補正値を用いて温度計測値の補正を行うものである。
【００２４】
次に、その補正が行われるまでの補正演算部４８による各種の計算を説明する。
まず、図１に示すように、熱電対１１に自バーンアウト検出回路４０のみが接続されている状態を想定する。この場合に、２種類のバイアス電流を別々のタイミングで供給すると、第１のバイアス電流ｉＢ１及び第２のバイアス電流ｉＢ２の各々に、熱電対１１自体の抵抗値ｒ（ｔｃ）を乗算した電圧降下分に相当する各々の誤差ｒ（ｔｃ）×ｉＢ１とｒ（ｔｃ）×ｉＢ２が、熱電対起電力信号３１による起電力ｍＶ（ｔｃ）に加算され、これらの結果がマイクロプロセッサ４２で計測される。この場合の温度計測値は、下式（１）及び（２）のように求められる。
【００２５】
第１の温度計測値＝ｍＶ（ｔｃ）＋ｒ（ｔｃ）×ｉＢ１ …（１）
第２の温度計測値＝ｍＶ（ｔｃ）＋ｒ（ｔｃ）×ｉＢ２ …（２）
また、通常の温度計測では、従来例で図３を参照して説明したと同様に各バイアス電流は供給しないので、マイクロプロセッサ４２で計測される温度計測値は、下式（３）のように求められる。
第３の温度計測値＝ｍＶ（ｔｃ） …（３）
【００２６】
また、各バイアス電流ｉＢ１，ｉＢ２は、設計段階で予め定まる値なので、温度計測時の環境温度が一定とみなせる条件では、下式（４）のように熱電対１１自体の抵抗値ｒ（ｔｃ）が求められる。
ｒ（ｔｃ）＝（第１の温度計測値−第２の温度計測値）÷（ｉＢ１−ｉＢ２） …（４）
次に、熱電対１１に自バーンアウト検出回路４０以外に他バーンアウト検出回路が接続されている状態を想定する。この場合、他バーンアウト検出回路のバイアス電流ｉＢに、熱電対１１自体の抵抗値ｒ（ｔｃ）を乗算した電圧降下分に相当する誤差ｒ（ｔｃ）×ｉＢが、上式（１）及び（２）の結果に加算され、この結果がマイクロプロセッサ４２で計測される。この場合の温度計測値は、下式（５）及び（６）のように求められる。
【００２７】
第４の温度計測値＝ｍＶ（ｔｃ）＋ｒ（ｔｃ）×ｉＢ１＋ｒ（ｔｃ）×ｉＢ …（５）
第５の温度計測値＝ｍＶ（ｔｃ）＋ｒ（ｔｃ）×ｉＢ２＋ｒ（ｔｃ）×ｉＢ …（６）
ここで、計算を簡単とするため、他バーンアウト検出回路のバイアス電流を一定とすると、通常の温度計測では、自バーンアウト検出回路４０における各バイアス電流は供給しないので、マイクロプロセッサ４２で計測される温度計測値は、下式（７）のように求められる。
第６の温度計測値＝ｍＶ（ｔｃ）＋ｒ（ｔｃ）×ｉＢ …（７）
【００２８】
また、他バーンアウト検出回路が接続された状態においても、各バイアス電流ｉＢ１，ｉＢ２は、設計段階で予め定まる値なので、温度計測時の環境温度が一定とみなせる条件では、下式（８）のように熱電対１１自体の抵抗値ｒ（ｔｃ）が求められる。
ｒ（ｔｃ）＝（第４の温度計測値−第５の温度計測値）÷（ｉＢ１−ｉＢ２） …（８）
【００２９】
このことから、他バーンアウト検出回路のバイアス電流ｉＢに、熱電対１１自体の抵抗値ｒ（ｔｃ）を乗算した電圧降下分に相当する誤差ｒ（ｔｃ）×ｉＢを、補正値として補正値記憶部４９に記憶しておけば、他バーンアウト検出回路が接続された際の温度計測において、上式（７）の結果から補正値を減算すれば、適正な温度計測値を求めることが可能となる。
但し、上記の説明では、他バーンアウト検出回路が１つであることを前提としたが、２つ以上の場合でも同様に補正を行って適正な温度計測値を求めることができる。
このように、第１の実施の形態のバーンアウト検出回路４０によれば、外部回路接続有無検出部４７で、熱電対１１に自バーンアウト検出回路４０以外に１つ以上の他バーンアウト検出回路が接続された際に、補正演算部４８で、熱電対１１の抵抗値に当該他バーンアウト検出回路のバイアス電流を乗算した電圧降下分に相当する誤差を求め、これを補正値として補正値記憶部４９に記憶しておく。
【００３０】
そして、バイアス電流切替制御部４６で、自バーンアウト検出回路４０の第１及び第２のバイアス電流を無供給として温度計測を行った際に、補正演算部４８で、その温度計測値から先に記憶した補正値を減算する。これによって、その温度計測値に含まれる他バーンアウト検出回路の上記の誤差が無くなるので、適正な温度計測値を求めることができる。
従って、１つの熱電対１１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る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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】
【００３２】
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  抵抗器
２７  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
４４  主制御部
４６  バイアス電流切替制御部
４８  補正演算部
４９  補正値記憶部
５１  バイアス電流切替制御信号
【図１】
0004321167.tif 000002
【図２】
0004321167.tif 000003
【図３】
0004321167.tif 000004