JP3740839B2 - センサ回路 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3線式RTDセンサを有するセンサ回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のセンサ回路として図2に示すものが存在する。このものは、RTDセンサS 、第1乃至第3の差動アンプA1,A2,A3を備えている。RTDセンサS は、温度変化に応じて抵抗値が変化するセンサであって、所定の抵抗値を有する接続線L1によって、一端が第1の差動アンプA1の非反転入力端子に接続されるとともに、上記した接続線L1と同様の接続線L2によって、他端が第2の差動アンプA2の反転入力端子に接続され、さらに、上記した接続線L1と同様の抵抗値を有する接地線L3を介して接地されている。
【0003】
また、RTDセンサS の一端と第1の差動アンプA1の非反転入力端子とを接続する接続線L1は、定電流源C が接続されて、RTDセンサS の一端から他端へと定電流が流れるようになっている。
【0004】
次に、本センサ回路の動作を説明する。定電流源 Cから定電流を流すと、この定電流がRTDセンサSの一端から他端に流れることによって、RTDセンサSの一端に接続された接続線L1の所定の抵抗値と温度変化に応じたRTDセンサSの抵抗値とに基づく第1の電圧降下が生じるので、第1の差動アンプA1の非反転入力端子には、第2の差動アンプA2の非反転入力端子に入力される電圧値よりも、前述した第1の電圧降下分だけ高い電圧値が入力され、その入力された電圧値が出力端子から出力される。
【0005】
つまり、定電流値をI、RTDセンサS の抵抗値をRx、所定の抵抗値をRとすると、第1の差動アンプの出力値V1 は、V1 =(Rx+R)×Iにより示される。
【0006】
一方、RTDセンサS の他端と第2の差動アンプA2の非反転入力端子との間の接続線L2の所定の抵抗値に基づく第2の電圧降下が生じるので、第2の差動アンプA2の非反転入力端子には、前述した第2の電圧降下分だけ接地電圧よりも高い電圧値が入力され、その入力された電圧値が出力端子から出力され、第2の差動アンプの出力値V2 は、V2 =R×Iにより示される。
【0007】
従って、第3の差動アンプA3によって、第1の差動アンプA1の出力値V1 と第2の差動アンプA2の出力値V2 の差を求めることによって、所定の抵抗値Rの影響を排除した状態で、RTDセンサS に定電流が流れたことによる電圧降下V0 を求めることができる。
【0008】
すなわち、V0 =V1 −V2 =Rx×Iで示され、ここで、第1の差動アンプA1の出力値V1 及び第2の差動アンプA2の出力値V2 が実測値であり、定電流値Iが既知であるから、RTDセンサS の抵抗値Rxを求めることができ、このRTDセンサS の抵抗値Rxを温度換算することにより、温度を計測することができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記したセンサ回路にあっては、所定の抵抗値Rの影響を排除した状態で、RTDセンサS に定電流が流れたことによる電圧降下V0 を求めることができるものの、第1乃至第3の差動アンプA1,A2,A3及びそれらの差動アンプA1,A2,A3に接続された抵抗からなるために、構成が複雑になってしまうという問題点があった。
【0010】
本発明は、上記の点に着目してなされたもので、その目的とするところは、構成の簡単なセンサ回路を提供することにある。
【0011】
上記した課題を解決するために、請求項1記載の発明は、定電流が一端から他端へと流れるとともに温度変化に応じて抵抗値が変化するセンサと、所定の抵抗値を有し、少なくとも第1の接続線と第2の接続線と第3の接続線とからなる複数の接続線と、一対の入力端子への入力値に応じて出力端子から出力する差動アンプと、前記接続線に流れる電流を開閉する開閉部と、を備え、第1の接続線によって、センサの一端と差動アンプの一方の入力端子とが接続されるとともに、センサに定電流が給電され、第2の接続線の一端と第3の接続線の一端は、センサの他端と共通接続され、第2の接続線の他端は、差動アンプの他方の入力端子と接続されるとともに、開閉部を介して接地され、第3の接続線の他端は、抵抗を介して接地された構成にしている。
【0012】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記開閉部は、光結合式リレーである構成にしている。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態のセンサ回路を図1に基づいて以下に説明する。1 はRTDセンサであって、温度変化に応じて抵抗値が変化する。このRTDセンサ1 は、所定の抵抗値を有する接続線L1によって、一端が差動アンプ2 の非反転入力端子に接続されるとともに、上記した接続線L1と同様の接続線L2によって、他端が差動アンプ2 の反転入力端子に接続され、さらに、上記した接続線L1,L2 と同様の抵抗値を有する接地線L3及び抵抗3 を介して接地されている。
【0014】
また、RTDセンサ1 の一端と差動アンプ2 の非反転入力端子とを接続する接続線L1は、定電流源4 が接続されて、RTDセンサ1 の一端から他端へと定電流が流れるようになっている。一方、RTDセンサ1 の他端と差動アンプ2 の反転入力端子とを接続する接続線L2は、光結合式リレーからなる開閉部5 を介して接地され、この開閉部5 の動作によって、その接続線L2に流れる電流が開閉される。
【0015】
次に、本センサ回路の動作を説明する。初めに、開閉部5 をOFFにして、RTDセンサ1 の他端と差動アンプ2 の反転入力端子とを接続する接続線L2に電流が流れない状態にし、定電流源4 から定電流を流す。そうすると、この定電流がRTDセンサ1 の一端から他端に流れることによって、RTDセンサ1 の一端に接続された接続線L1の所定の抵抗値と温度変化に応じたRTDセンサ1 の抵抗値とに基づく電圧降下が生じるので、差動アンプ2 の非反転入力端子に入力される入力値と反転入力端子に入力される入力値との間の電位差は、前述した電圧降下分と等しくなり、その電圧降下分が出力値Vout1として出力端子から出力される。
【0016】
このときの出力値Vout1は、定電流の定電流値をI、接続線の所定の抵抗値をR、RTDセンサの抵抗値をRxとすると、(1) 式により示される。
【0017】
Vout1=(Rx+R)×I (1)
次に、開閉部5 をONにして、RTDセンサ1 の他端と差動アンプ2 の反転入力端子とを接続する接続線L2に電流が流れる状態にし、定電流源4 から定電流を流す。そうすると、この定電流がRTDセンサ1 の一端から他端に流れることによって、RTDセンサ1 の一端に接続された接続線L1の所定の抵抗値と温度変化に応じたRTDセンサ1 の抵抗値とに基づく電圧降下が生じるとともに、定電流の分流が、RTDセンサの他端と差動アンプの反転入力端子との間に接続された接続線L2に流れることによって、その接続線L2の抵抗値に基づく電圧降下が生じるので、差動アンプ2 の非反転入力端子に入力される入力値と反転入力端子に入力される入力値との間の電位差は、前述した両電圧降下の和と等しくなり、その電圧降下の和が出力値Vout2として出力端子から出力される。
【0018】
このときの出力値V out2は、定電流の定電流値をI、接続線の所定の抵抗値をR、RTDセンサの抵抗値をRx、抵抗3の既知の抵抗値をr1 、開閉部5 の既知の内部抵抗値をr2とすると、(2) 式により示される。
【0019】
【数1】
Figure 0003740839
【0020】
これらの(1) 式及び(2) 式は、定電流値Iが既知であり、出力値Vout1及び出力値Vout2が実測値であるから、接続線L1,L2 の所定の抵抗値R及びRTDセンサ1 の抵抗値Rxという2つの未知数を有する連立2元方程式となっている。
【0021】
これらの連立2元方程式は、次の手順で解くことができる。まず、未知数Rxを消去するために、(2) 式−(1) 式を計算すると、(3) 式が得られる。
【0022】
【数2】
Figure 0003740839
【0023】
さらに、(3) 式から(4) 式が導かれる。
【0024】
【数3】
Figure 0003740839
【0025】
この(4) 式は、未知数Rを1つだけ有する2次方程式であるから、解の公式により、未知数R、すなわち接続線L1,L2 の所定の抵抗値Rを求めることができ、さらに、この抵抗値Rを(1) 式に代入することによって、未知数Rx、すなわちRTDセンサの抵抗値Rxも求めることができる。
【0026】
そして、このRTDセンサ1 の抵抗値Rxを温度換算することにより、温度を計測することができる。
【0027】
かかるセンサ回路にあっては、差動アンプ2 からの出力値は、RTDセンサ1 の抵抗値Rx、所定の抵抗値R及び定電流値Iを含む計算式により計算可能であるから、開閉部5 が開いた状態及び閉じた状態で、差動アンプ2 からの出力値Vout1, 出力値Vout2をそれぞれ実測し、その2つの実測した出力値Vout1, 出力値Vout2及び既知の定電流値Iを前述した差動アンプ2 の出力値の計算式である(1) 式及び(2) 式に代入すると、RTDセンサ1 の抵抗値Rx及び所定の抵抗値Rという2つの未知数を有する連立2元方程式を得ることができるので、この連立2元方程式を解くことによって、従来例のように複雑な構成にすることなく、所定の抵抗値Rを求めることができる。
【0028】
また、光結合式リレーである開閉部は、遠隔制御できるとともに、絶縁性が高いので、ノイズを無くすることができる。
【0029】
【発明の効果】
請求項1記載の発明は、差動アンプからの出力値は、センサの抵抗値、所定の抵抗値及び定電流値を含む計算式により計算可能であるから、開閉部が開いた状態及び閉じた状態で、差動アンプからの出力値をそれぞれ実測し、その2つの実測値及び既知の定電流値を前述した差動アンプの出力値の計算式に代入すると、センサの抵抗値及び所定の抵抗値という2つの未知数を有する連立2元方程式を得ることができるので、この連立2元方程式を解くことによって、従来例のように複雑な構成にすることなく、所定の抵抗値を求めることができる。
【0030】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明の効果に加えて、光結合式リレーである開閉部は、遠隔制御できるとともに、絶縁性が高いので、ノイズを無くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の回路図である。
【図2】従来例の回路図である。
【符号の説明】
1 RTDセンサ
2 差動アンプ
5 開閉部
L1,L2 接続線
L3 接地線

Claims (2)

  1. 定電流が一端から他端へと流れるとともに温度変化に応じて抵抗値が変化するセンサと、所定の抵抗値を有し、少なくとも第1の接続線と第2の接続線と第3の接続線とからなる複数の接続線と、一対の入力端子への入力値に応じて出力端子から出力する差動アンプと、前記接続線に流れる電流を開閉する開閉部と、を備え、前記第1の接続線によって、センサの一端と差動アンプの一方の入力端子とが接続されるとともに、前記センサに定電流が給電され、第2の接続線の一端と第3の接続線の一端は、センサの他端と共通接続され、第2の接続線の他端は、差動アンプの他方の入力端子と接続されるとともに、開閉部を介して接地され、第3の接続線の他端は、抵抗を介して接地されていることを特徴とするセンサ回路。
  2. 前記開閉部は、光結合式リレーであることを特徴とする請求項1記載のセンサ回路。
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