JPH0119065Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の技術分野 この考案は直線化回路、特に抵抗温度計デバイ
スまたは熱電対と組み合せて使用され、該温度計
デバイスまたは熱電対の出力を直線化する直線化
回路に関する。

従来技術の説明 温度信号発信器においては、該温度信号発信器
が浸漬される媒体の温度を測定する手段として典
型的には抵抗温度計デバイスかまたは熱電対が用
いられている。抵抗温度計デバイスを用いる場合
には、温度信号発信器は温度変動に伴なうデバイ
スの抵抗値変動を電圧に変換しなければならな
い。しかしながら熱電対が用いられる場合には熱
電対自体が直接電圧を発生するのでその出力を変
える必要はない。いずれの場合にも得られる電圧
は非直線形である。そしてこの非直線形であるが
ために最大目盛（フルスケール）の数％もの誤差
が現在用いられている温度信号発信器では生じて
いる。

多くの場合、上記のような非直線性によつて生
ぜしめられる誤差は、特に関連の装置が非常な高
精度を要求しない場合には補正されない。そうで
ない事例では、非常に高価につく比較的複雑な電
子技術を用いて制御装置の後続の部分で誤差を補
正しなければならない。従つて、抵抗温度計デバ
イスおよび熱電対の非直線的な電圧応答を補正す
るのに使用することができる単純で廉価な電子装
置を開発することが望まれていた。

考案の目的および概要 本考案は抵抗温度計デバイスおよび熱電対の非
直線形応答という上述の問題を解決しようとする
ものである。非直線形の入力電圧の二乗値に比例
する電圧を発生し、この電圧またはその大きさを
減少した電圧を元の非直線形入力電圧と結合する
ことにより得られる電圧応答曲線は直線に非常に
近似することが判つた。本考案によれば、この直
線化動作は演算増幅器、それぞれが帰還手段を介
して演算増幅器に接続されている１対の整合され
た電界効果トランジスタおよび各トランジスタと
分圧器を形成する抵抗器を用いて達成される。電
界効果トランジスタは整合されており、そのゲー
トが相互接続されているので２つの分圧器は相互
依存して第２の演算増幅器の出力端に入力電圧の
二乗値に比例する電圧を発生せしめる。しかる後
にこの電圧またはその大きさを減少した電圧を元
の入力電圧と結合することにより非常に直線に近
似した出力電圧が得られる。

実施例の説明 次に図面を参照して本考案の好ましい実施例を
説明する。

図面を参照するに、第１図には抵抗温度計デバ
イスまたは熱電対のいずれとも共に使用すること
ができる直線化回路が示されている。第１図にお
いて温度信号発信器（図示せず）は入力端子２０
および２２に接続されている。温度信号発信器は
通常特定の温度範囲に対してDC信号を送信しそ
して温度感知器としては抵抗温度計デバイスかま
たは熱電対を用いる。抵抗温度計デバイスの場合
には発信器は温度計デバイスの抵抗値変化を電圧
信号に変換する。しかしながら熱電対の場合には
熱電対の出力自体が既に電圧信号であるので、発
信器においては熱電対出力信号の形態の変更は必
要とされない。一般には温度信号発信器はそれ自
身の電源を必要とせず、DC24Vを給電される二
線のプロセス制御ループに接続されており、給電
ならびに信号伝送は共に同じ導体対を介して達成
される。

入力端子２０は回路の共通電位点であり、導体
２４を介して抵抗器R₁の１端に接続され、該抵
抗器R₁の反対端は第１の演算増幅器２６の正の
入力端ならびに抵抗器R₂に接続されている。抵
抗器R₂の反対端は−Vrefとして示す一定の基準
電圧に結合されている。演算増幅器２６の出力端
は第１の電界効果トランジスタ２８のゲートに接
続されており、この電界効果トランジスタ２８は
整合された１対の電界効果トランジスタの一方を
構成している。電界効果トランジスタ２８のドレ
インは導体２４を介して入力端子２０に接続され
ている。トランジスタ２８のソースは帰還ループ
３０を介して演算増幅器２６の負の入力端に接続
されると共に抵抗器R₃の１端に接続され、該抵
抗器R₃の反対端は導体３２を介して入力端子２
２に接続されている。

整合された１対の電界効果トランジスタの他方
を構成する第２の電界効果トランジスタ３４のド
レインにも導体２４が接続されている。トランジ
スタ３４のゲートは電界効果トランジスタ２８の
ゲート、従つてまた演算増幅器２６の出力端に接
続されている。トランジスタ３４のソースは第２
の演算増幅器３６の負の入力端に接続されてお
り、該演算増幅器３６の出力端は帰還ループ３８
を介して抵抗器R₄を経て、その負の入力端に接
続されている。演算増幅器３６の正の入力端は抵
抗器R₅およびR₆に接続され、これら抵抗器の反
対端は導体２４および３２に接続され、さらに入
力端子２０および２２にそれぞれ接続されてい
る。

演算増幅器３６の出力端は帰還ループ３８に接
続されと共に、それに加えて可変抵抗器R₇の１
端に接続されている。この可変抵抗器R₇はポテ
ンシヨメータとすることができ、その反対端は参
照数字４２で全体的に示した二位置スイツチの入
力端子４０に接続されている。該二位置スイツチ
４２はそれぞれ加算増幅器４８の負および正の入
力端に接続された出力端子４４および４６を有し
ている。加算増幅器４８の負の入力端はまた、抵
抗器R₈およびR₉を介して導体２４に接続され、
従つて共通電位点である入力端子２０に接続され
ている。一方、加算増幅器４８の正の入力端は抵
抗器R₁₀を介して導体３２に接続され、従つて入
力端子２２に接続されている。加算増幅器４８の
出力端はトランジスタ５０のベースに接続され、
該トランジスタ５０のエミツタは抵抗器R₈およ
びR₉の接続点に接続されており、その結果抵抗
器R₈はトランジスタ５０のエミツタから加算増
幅器４８の負の入力端に至る帰還ループに挿入さ
れることになる。直線化回路の出力はトランジス
タ５０のコレクタから取り出されて温度制御プロ
セスの次の段に供給される。

次に第２図を参照するに、この図には抵抗温度
計デバイスの電圧−温度応答特性曲線が示されて
いる。図示のように実線で示した測定値曲線は非
直線形であり、下向きに凹状を呈している。この
応答曲線を二次に変換すると、その結果得られる
曲線は破線で示すように上向きに凹状を呈する。
そしてこの曲線で表わされる測定電圧またはその
大きさが減少された測定電圧を元の電圧応答曲線
に加算するとそれから得られる曲線は直線に極く
近似し、このようにして元の非直線形電圧曲線を
その二乗値と結合することにより直線形出力を得
ることができる。

第３図に示すように、熱電対の電圧応答曲線に
関しても類似の結果を得ることができる。第３図
には熱電対の電圧−温度応答曲線が示されてい
る。この場合には実線で示すように、得られる曲
線は上向きに凹状となつている。この曲線を二次
に変換するとその結果得られる曲線も点線で示す
ようにやはり上向きに凹状である。従つてこの曲
線で表わされる電圧またはそれよりも減少した大
きさを有する電圧を元の電圧応答曲線から減算す
ると、やはり直線に極く近似した結果が得られ、
このことから明らかなように温度感知手段として
抵抗温度計デバイスを用いてもあるいは熱電対を
用いても元の非直線形電圧曲線をその二乗曲線と
適当に結合することによつて直線形出力を得るこ
とができる。

次に回路動作について説明する。

第１図を再び参照するに、温度感知手段として
抵抗温度計デバイスかまたは熱電対のいずれかを
用いた温度信号発信器の非直線形出力電圧eiは入
力端子２０，２２に印加される。回路の共通電位
点である入力端子２０に接続された導体２４と基
準電圧−Vrefとの間に接続された直列の抵抗器
R₁およびR₂は第１の抵抗分圧器を構成し、抵抗
器R₁の両端には基準電圧−Vrefによつて一定の
分圧電圧e₁が発生する。第１の演算増幅器２６は
この一定の分圧電圧e₁と等しい電圧が第１の電界
効果トランジスタ２８のソースにも発生し、かつ
一定に保持されるように回路を調整する。この電
圧e₁は帰還ループ３０を介して演算増幅器２６の
負の入力に印加されるから、この第１の演算増幅
器２６はその両入力電圧が等しくなるように回路
を制御することになる。この回路構成は次式で表
わされる分圧動作を行う分圧器を構成する。

e₁＝R_q1／R_q1＋R₃ei ……(1) 上式中R_q1は電界効果トランジスタ２８のドレ
イン−ソース抵抗である。

同様にして、第２の演算増幅器３６の場合には
入力端子２０および２２間に直列に接続された抵
抗器R₅およびR₆より構成された第２の抵抗分圧
器によつて抵抗器R₅の両端間に発生した電圧e₂
がこの演算増幅器３６の正の入力端に印加され
る。演算増幅器３６はその出力電圧e₀₂を次のよ
うに調整する。即ちe₂に等しい電圧が帰還ループ
３８を介して演算増幅器３６の負の入力端ならび
に電界効果トランジスタ３４のソースに印加され
るように調節する。これら条件下における演算増
幅器３６の出力電圧e₀₂は次式で表わすことがで
きる。

e₀₂＝R₄＋R_q2／R_q2e₂ ……(2) 上式中R_q2は電界効果トランジスタ３６のドレ
イン−ソース抵抗である。電圧e₂が抵抗器R₅お
よびR₆から形成される分圧回路によつて得られ
るものである限り、式(2)は次のよように書き変え
ることができる。

e₀₂＝R₄＋R_q2／R_q2eiR₅／R₅＋R₆ ……(3) 先に述べたように電界効果トランジスタ２８，
３４は整合された対接続形態にあるので、ドレイ
ン−ソース抵抗R_q1はドレイン−ソース抵抗R_q2
に等しい。さらに、抵抗器R₃およびR₄は互いに
等しくなるよう選択されている。従つて式(1)にお
いてR_q1の代りにR_q2をまたR₃の代りにR₄を代入
すると次式が得られる。

e₁＝R_q2／R_q2＋R₄ei ……(4) 上式は次のように書き変えることができる。

R_q2＋R₄／R_q2＝ei／e₁ ……(5) 上式を式(3)の（R_q2＋R₄）／R_q2の代りに代入
すると次式が得られる。

e₀₂＝ei／e₁eiR₅／R₅＋R₆ 上式は次のように簡略化することができる。

e₀₂＝ei2k 上式中ｋは定数である。

かくして、演算増幅器３６の出力電圧e₀₂は入
力電圧eiの二乗に比例する。

第１図を再び参照するに、演算増幅器３６の出
力電圧e₀₂は次いで可変抵抗器R₇によつて相当に
減少されてスイツチ４２の入力端子４０に印加さ
れる。抵抗温度計デバイスが用いられているかあ
るいは熱電対が用いられているかに依存して出力
電圧e₀₂は元の入力電圧eiに加算されるか、ある
いは該電圧eiから減算される。抵抗温度計デバイ
スが用いられている場合にはスイツチ４２は図示
の下側の位置に作動され、スイツチ入力端４０は
スイツチ出力端４６に接続されて出力電圧e₀₂は
加算増幅器４８により入力電圧eiに加えられる。
逆に熱電対が用いられている場合にはスイツチ４
２は図示の上側の位置に作動され、それによりス
イツチ入力端４０がスイツチ出力端４４に接続さ
れ、出力電圧e₀₂は加算増幅器４８によつて入力
電圧eiから減算される。いずれの場合にも演算増
幅器４８からは直線に極く近似した出力が得られ
る。このように元の入力電圧が非直線形であるに
も拘らず、最終的に得られる結果はトランジスタ
５０を流れる直線形に極く近い出力電流であり、
この電流は制御装置の後続の部分に供給される。

以上本考案の好ましい具体例について説明した
が当業者には明らかなように、本考案の精神およ
び範囲から逸脱することなく、数多の変形および
変更を想到することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による直線化回路の回路図、第
２図は抵抗温度計デバイスの場合の典型的な電圧
応答曲線、抵抗温度計デバイスの二次電圧応答曲
線および上記２つの曲線を結合した場合に得られ
る電圧応答曲線を示す特性図、第３図は熱電対の
場合の典型的な電圧応答曲線、熱電対の二次電圧
応答曲線および上記２つの曲線を結合した場合に
得ることができる電圧応答曲線を示す特性図であ
る。 ２６，３６……演算増幅器、２８，３４，３６
……電界効果トランジスタ、３８……帰還ルー
プ、４８……加算増幅器、５０……トランジス
タ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 温度感知器として抵抗温度計デバイス又は熱
   電対を使用する温度信号発信器から供給される
   非直線形の入力電圧eiが印加される第１及び第
   の入力端子２０，２２と、 第１の演算増幅器２６と、該演算増幅器の出
   力にゲートが接続され、ドレインが回路の共通
   電位点である前記入力端子の一方２０に接続さ
   れ、かつソースが第１の抵抗器R₃を介して他
   方の入力端子２２に接続された第１の電界効果
   トランジスタ２８と、基準電圧源−Vrefと、
   前記入力端子の一方２０との間に接続され、一
   定の分圧電圧e₁を前記演算増幅器の一方の入力
   に供給する第１の抵抗分圧器R₁，R₂とを含み、
   前記演算増幅器の他方の入力が前記電界効果ト
   ランジスタのソースに接続され、この演算増幅
   器の他方の入力に供給される電圧が前記一定の
   分圧電圧e₁に等しくなるように回路を調整する
   第１の分圧手段と、 第２の演算増幅器３６と、前記第１の電界効
   果トランジスタ２８のドレイン−ソース抵抗と
   ほぼ等しいドレイン−ソース抵抗を有し、ゲー
   トが前記第１の演算増幅器２６の出力に接続さ
   れ、ドレインが回路の共通電位点である前記入
   力端子の一方２０に接続され、かつソースが前
   記第２の演算増幅器３６の一方の入力に接続さ
   れた第２の電界効果トランジスタ３４と、前記
   入力端子間に接続され、分圧電圧e₂を前記第２
   の演算増幅器の他方の入力に供給する第２の抵
   抗分圧器R₅，R₆とを含み、前記第２の演算増
   幅器の出力が前記第１の抵抗器R₃とほぼ等し
   い抵抗値を有する第２の抵抗器R₄を介してこ
   の演算増幅器の前記一方の入力に接続され、前
   記非直線形の入力電圧eiの二乗に比例する出力
   電圧e₀₂を発生する第２の分圧手段と、 前記非直線形の入力電圧eiの二乗に比例する
   出力電圧e₀₂を、温度感知器として抵抗温度計
   デバイスが使用されているときには前記非直線
   形の入力電圧eiに加算し、温度感知器として熱
   電対が使用されているときには前記非直線形の
   入力電圧eiから減算して近似的に直線形の出力
   信号を発生する結合手段４２，４８，５０，
   R₈，R₉ とを具備することを特徴とする電圧直線化回
   路。 (2) 前記結合手段が、スイツチング手段４２とそ
   れに電気的に接続された増幅手段４８とから構
   成されている実用新案登録請求の範囲第１項記
   載の電圧直線化回路。 (3) 前記入力電圧eiの二乗に比例する出力電圧
   e₀₂の大きさを変えるための手段R₇を備えてい
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の電圧直
   線化回路。