JPH0216846B2 - - Google Patents
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- JPH0216846B2 JPH0216846B2 JP57102247A JP10224782A JPH0216846B2 JP H0216846 B2 JPH0216846 B2 JP H0216846B2 JP 57102247 A JP57102247 A JP 57102247A JP 10224782 A JP10224782 A JP 10224782A JP H0216846 B2 JPH0216846 B2 JP H0216846B2
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- JP
- Japan
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- signal
- quadratic function
- input signal
- nonlinear
- circuit
- Prior art date
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
- G01D3/021—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation using purely analogue techniques
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- Technology Law (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、熱電対などの非直線誤差の補正を行
うのに好適な入力信号と出力信号との間に非直線
関係をもたらす非直線演算回路に関する。
うのに好適な入力信号と出力信号との間に非直線
関係をもたらす非直線演算回路に関する。
一般に、プロセス計測制御においては、非直線
信号を直線化したり、逆に直線信号を非直線化す
る必要がしばしばある。このような場合、非直線
演算回路が用いられる。
信号を直線化したり、逆に直線信号を非直線化す
る必要がしばしばある。このような場合、非直線
演算回路が用いられる。
従来、入力信号の二次関数信号を得るには、対
数増幅器あるいは差動増幅器を使つた乗算器が用
いられていたが、回路が複雑で特性のよくそろつ
たトランジスタペアが必要とされ、安定な動作を
保証するのが困難であつた。そこで現在では、モ
ノリシツクIC化された乗算器が市販されており、
乗算器というとほとんどこのIC乗算器に頼つて
いる。しかし、このIC乗算器は高価であるとい
う欠点があつた。
数増幅器あるいは差動増幅器を使つた乗算器が用
いられていたが、回路が複雑で特性のよくそろつ
たトランジスタペアが必要とされ、安定な動作を
保証するのが困難であつた。そこで現在では、モ
ノリシツクIC化された乗算器が市販されており、
乗算器というとほとんどこのIC乗算器に頼つて
いる。しかし、このIC乗算器は高価であるとい
う欠点があつた。
一方、さらに高次関数信号を発生可能な非直線
演算回路を実現する方法としては、複数の折線近
似による方法と、高次の関数近似による方法があ
る。
演算回路を実現する方法としては、複数の折線近
似による方法と、高次の関数近似による方法があ
る。
前者の方法で高精度を得るためには、折線の数
が増やし、折点とその勾配の調整を各折線ごとに
必要とし、はなはだ面倒である。また後者の方法
としては、乗算器を複数個用いた三次関数近似の
ものが提案されているが、回路構成が複雑かつ高
価となる欠点があつた。
が増やし、折点とその勾配の調整を各折線ごとに
必要とし、はなはだ面倒である。また後者の方法
としては、乗算器を複数個用いた三次関数近似の
ものが提案されているが、回路構成が複雑かつ高
価となる欠点があつた。
本発明の目的は、高価なIC乗算器を用いずに、
簡単な回路構成でもつて特性に優れた熱電対の高
次関数を得ることができる非直線演算回路を提供
するにある。
簡単な回路構成でもつて特性に優れた熱電対の高
次関数を得ることができる非直線演算回路を提供
するにある。
本発明は入力信号と三角波の差信号の直流分が
入力信号の二次関数信号になつていることを利用
し、その特徴とするところは、熱電対からの入力
信号と三角波の差信号を得る演算増幅器、及び当
該差信号の直流分をとり出す平滑回路とを共通に
して一組備え、かつ、前記共通の平滑回路の出力
および前記入力信号と定電圧とを加減算する演算
増幅器を３個有し、それぞれ前記入力信号の０％
時と100％時にゼロとなる第１の二次関数信号と、
前記入力信号の０％時と50％にゼロとなる第２の
二次関数信号と、前記入力信号の50％時と100％
時にゼロとなる第３の二次関数信号の３つの二次
関数信号を発生させ、第４の演算増幅器で前記第
１、第２、第３の３つの二次関数信号と前記入力
信号とを合成することにより、高次関数に近似し
た出力信号を得るようにしたところにある。
入力信号の二次関数信号になつていることを利用
し、その特徴とするところは、熱電対からの入力
信号と三角波の差信号を得る演算増幅器、及び当
該差信号の直流分をとり出す平滑回路とを共通に
して一組備え、かつ、前記共通の平滑回路の出力
および前記入力信号と定電圧とを加減算する演算
増幅器を３個有し、それぞれ前記入力信号の０％
時と100％時にゼロとなる第１の二次関数信号と、
前記入力信号の０％時と50％にゼロとなる第２の
二次関数信号と、前記入力信号の50％時と100％
時にゼロとなる第３の二次関数信号の３つの二次
関数信号を発生させ、第４の演算増幅器で前記第
１、第２、第３の３つの二次関数信号と前記入力
信号とを合成することにより、高次関数に近似し
た出力信号を得るようにしたところにある。
以下、本発明を図面に基づき詳細に説明する。
第１図は、２次関数信号を発生する本発明の一
実施例を示す回路接続図、第２図は本発明で用い
る三角波及び動作を示す図である。第１図におい
て１は入力端子、２は三角波発生器、３は出力端
子、４は演算増幅器である。R1〜R7は抵抗、Ｃ
はコンデンサ、D1，D2は整流器でたとえばダイ
オードである。三角波発生器２の出力である三角
波は第２図の実線に示すように、周期Ｔ、波高値
E0のものとする。
実施例を示す回路接続図、第２図は本発明で用い
る三角波及び動作を示す図である。第１図におい
て１は入力端子、２は三角波発生器、３は出力端
子、４は演算増幅器である。R1〜R7は抵抗、Ｃ
はコンデンサ、D1，D2は整流器でたとえばダイ
オードである。三角波発生器２の出力である三角
波は第２図の実線に示すように、周期Ｔ、波高値
E0のものとする。
このような構成において、入力信号Vioが印加
されると、抵抗R1〜R5に例えば、簡単のためす
べて値の等しいものを使つたとすると、演算増幅
器４で構成された理想ダイオードの出力E1は、
第２図の斜線を施した部分となる。次にR7およ
びコンデンサＣは平滑回路を構成しており、時定
数Ｃ・R7は三角波の周期Ｔにくらべ十分大きく
選んである。よつて、出力VputはE1の直流分すな
わち平均値となり、以下に示す値になる。
されると、抵抗R1〜R5に例えば、簡単のためす
べて値の等しいものを使つたとすると、演算増幅
器４で構成された理想ダイオードの出力E1は、
第２図の斜線を施した部分となる。次にR7およ
びコンデンサＣは平滑回路を構成しており、時定
数Ｃ・R7は三角波の周期Ｔにくらべ十分大きく
選んである。よつて、出力VputはE1の直流分すな
わち平均値となり、以下に示す値になる。
Vput＝∫1／0 E1 dt／Ｔ
＝１／２×Ｔ／E0×（E0−Vio）×（E0−Vio）／
Ｔ ＝１／2E0（E0−Vio）2 ＝１／2E0V2 io−Vio＋E0／２ …(1) このように出力Vputは入力信号Vioの二次関数
信号となつている。
Ｔ ＝１／2E0（E0−Vio）2 ＝１／2E0V2 io−Vio＋E0／２ …(1) このように出力Vputは入力信号Vioの二次関数
信号となつている。
また、さらにVputに演算を施し、一次項、ゼロ
次項を操作すればさまざまな二次関数信号が得ら
れる。この一例を第３図に示す。
次項を操作すればさまざまな二次関数信号が得ら
れる。この一例を第３図に示す。
第３図において、１は入力端子、２は三角波発
生器、３は出力端子、４，５は演算増幅器、６は
定電圧源で電圧はVbである。R1〜R3は抵抗、
VR1は可変抵抗、Ｃはコンデンサ、D1，D2は整
流器でたとえばダイオードである。ここでE2は
第１図におけるVputと同じ電圧であり、 E2＝１／2E0Vio 2−Vio＋E0／２ …(2) となつている。また、演算増幅器５の入力端子か
ら見たインピーダンスのバランスをとり、演算を
１対１にするため、可変抵抗VR1は抵抗R1にく
らべ十分小さく選び、信号E2の出力抵抗がR3で
あるためR3＝R1／２とする。
生器、３は出力端子、４，５は演算増幅器、６は
定電圧源で電圧はVbである。R1〜R3は抵抗、
VR1は可変抵抗、Ｃはコンデンサ、D1，D2は整
流器でたとえばダイオードである。ここでE2は
第１図におけるVputと同じ電圧であり、 E2＝１／2E0Vio 2−Vio＋E0／２ …(2) となつている。また、演算増幅器５の入力端子か
ら見たインピーダンスのバランスをとり、演算を
１対１にするため、可変抵抗VR1は抵抗R1にく
らべ十分小さく選び、信号E2の出力抵抗がR3で
あるためR3＝R1／２とする。
ここでVa及びVbを印加することにより、信号
E2の一次項、ゼロ次項を操作することができ、
さまざまな二次関数信号を得ることができる。
E2の一次項、ゼロ次項を操作することができ、
さまざまな二次関数信号を得ることができる。
例えばVputに
Vput＝１／2E0・Vio 2
という信号が得たいときには
Va＝Vio，Vb＝E0／２
とすれば
Vput＝E2＋Va−E0／２
＝１／2E0Vio 2−Vi＋E0／２＋Vio−E0／２
＝１／2E0Vio 2 …(3)
のように得ることができる。
本実施例の回路の特徴は、精度が三角波の波高
値E0と理想ダイオードの特性のみで決定される
ことである。三角波は、波高値E0のみ安定であ
れば、平滑回路の時定数を大きくしておけば周期
Ｔが狂つても問題にならない。理想ダイオード
は、三角波の周期Ｔより応答の速い演算増幅器
と、逆漏れ電流の少ないダイオードを用意すれば
よい。このようにすることにより、精度が高く安
定な二次関数発生回路が得られる。
値E0と理想ダイオードの特性のみで決定される
ことである。三角波は、波高値E0のみ安定であ
れば、平滑回路の時定数を大きくしておけば周期
Ｔが狂つても問題にならない。理想ダイオード
は、三角波の周期Ｔより応答の速い演算増幅器
と、逆漏れ電流の少ないダイオードを用意すれば
よい。このようにすることにより、精度が高く安
定な二次関数発生回路が得られる。
次に本発明に係る非直線演算器を熱電対の非直
線誤差を補正する場合を例にして第４図〜第１３
図を用いて説明する。非直線誤差の補正は非直線
誤差の逆の非直線性をもつた回路を通すことによ
り行われる。この回路がすなわち、非直線演算回
路である。
線誤差を補正する場合を例にして第４図〜第１３
図を用いて説明する。非直線誤差の補正は非直線
誤差の逆の非直線性をもつた回路を通すことによ
り行われる。この回路がすなわち、非直線演算回
路である。
熱電対の温度に対する起電力は、その補間式を
みると、７〜８次の関数となつている。ここでは
最も非直線誤差が大きく補正が困難とされていた
Ｒ型熱電対を例にして説明する。
みると、７〜８次の関数となつている。ここでは
最も非直線誤差が大きく補正が困難とされていた
Ｒ型熱電対を例にして説明する。
第４図にＲ型熱電対０℃〜600℃における温度
に対する熱起電力の非直線誤差を実線で示す。
に対する熱起電力の非直線誤差を実線で示す。
この非直線誤差を入力信号の０％時と100％時
にゼロとなる第１の二次関数信号で、入力信号の
50％時に非直線誤差がゼロとなるように近似（第
１図の破線）すると、残りの誤差は第５図に示す
ようになる。
にゼロとなる第１の二次関数信号で、入力信号の
50％時に非直線誤差がゼロとなるように近似（第
１図の破線）すると、残りの誤差は第５図に示す
ようになる。
次に第５図の非直線誤差を、入力信号の０％時
および50％時にゼロとなる第２の二次関数信号と
入力信号の50％時と100％時にゼロとなる第３の
二次関数信号でそれぞれ入力信号の25％時及び75
％時に誤差がゼロとなるように近似（第２図の破
線）すると残りの誤差は第３図に示すように±
0.3％以下になる。
および50％時にゼロとなる第２の二次関数信号と
入力信号の50％時と100％時にゼロとなる第３の
二次関数信号でそれぞれ入力信号の25％時及び75
％時に誤差がゼロとなるように近似（第２図の破
線）すると残りの誤差は第３図に示すように±
0.3％以下になる。
これらの二次関数信号は非直線誤差分のみを近
似するものであり、これらの二次関数信号と入力
信号とを合成し、フイードバツクすることにより
非直線誤差の逆の非直線性が得られ、Ｒ型熱電対
０℃〜600℃における非直線誤差補正回路となり、
非直線誤差を±0.3％以下にまで補正できる。
似するものであり、これらの二次関数信号と入力
信号とを合成し、フイードバツクすることにより
非直線誤差の逆の非直線性が得られ、Ｒ型熱電対
０℃〜600℃における非直線誤差補正回路となり、
非直線誤差を±0.3％以下にまで補正できる。
以上のように、最も非直線誤差の大きいＲ型熱
電対において良好な非直線誤差補正が行えるので
他のすべての熱電対においても充分な非直線誤差
補正が行える。この例を第７図〜第９図に示す。
電対において良好な非直線誤差補正が行えるので
他のすべての熱電対においても充分な非直線誤差
補正が行える。この例を第７図〜第９図に示す。
第１０図に本発明の非直線演算器を用いる３つ
の二次関数信号の一例を示す。本発明ではこの３
つの二次関数信号の大きさ、極性を限定するもの
ではなく、非直線演算を施す対象によつて設定、
選択するものである。
の二次関数信号の一例を示す。本発明ではこの３
つの二次関数信号の大きさ、極性を限定するもの
ではなく、非直線演算を施す対象によつて設定、
選択するものである。
また上記の熱電対の非直線誤差補正の例では、
本発明の非直線演算回路をフイードバツク回路に
入れたが、本発明ではそれを限定するものではな
く、フイードフオワードとして使つてもよい。た
だし、熱電対の非直線誤差補正の場合、フイード
フオワードとして使うより、フイードバツク回路
に入れた方が全体として補正精度が高く誤差計算
もしやすい。一般に入力信号が小のとき誤差が大
きい場合はフイードバツク型、その逆の場合はフ
イードフオワード型が良い結果が得られる。
本発明の非直線演算回路をフイードバツク回路に
入れたが、本発明ではそれを限定するものではな
く、フイードフオワードとして使つてもよい。た
だし、熱電対の非直線誤差補正の場合、フイード
フオワードとして使うより、フイードバツク回路
に入れた方が全体として補正精度が高く誤差計算
もしやすい。一般に入力信号が小のとき誤差が大
きい場合はフイードバツク型、その逆の場合はフ
イードフオワード型が良い結果が得られる。
第８図は、このような関数信号を得る本発明の
一実施例を示す回路接続図である。第８図におい
て、７は入力端子、８は出力DTの三角波発生回
路、９は出力がV3の定電圧源、１０は出力端子、
１１〜１３は加算か減算かを選択するスイツチ、
１４〜１９は演算増幅器、R1〜R15は抵抗、VR1
〜VR3は可変抵抗器、C1，C2はコンデンサ、D1
〜D6は整流器例えばダイオードである。第１２
図は、本実施例の動作を説明するための図であ
り、ここで使用する三角波VTは周期Ｔ、波高値
印のものとする。第１３図は、第１１図で示した
非直線演算器の使い方を示したものである。以下
動作を説明する。
一実施例を示す回路接続図である。第８図におい
て、７は入力端子、８は出力DTの三角波発生回
路、９は出力がV3の定電圧源、１０は出力端子、
１１〜１３は加算か減算かを選択するスイツチ、
１４〜１９は演算増幅器、R1〜R15は抵抗、VR1
〜VR3は可変抵抗器、C1，C2はコンデンサ、D1
〜D6は整流器例えばダイオードである。第１２
図は、本実施例の動作を説明するための図であ
り、ここで使用する三角波VTは周期Ｔ、波高値
印のものとする。第１３図は、第１１図で示した
非直線演算器の使い方を示したものである。以下
動作を説明する。
まず入力端子７に入力信号Vioが印加されると、
演算増幅器１４の出力ETは、第１２図において
斜線を施した部分となる。R3，C1は平滑回路を
構成しており、時定数C1R3は三角波ETの周期Ｔ
にくらべ十分大きく選んである。演算増幅器１４
はインピーダンス変換のためのバツフアである。
したがつて演算増幅器の出力E0は、ETの直流分
すなわち平均値であり、E0は以下のように表わ
される。
演算増幅器１４の出力ETは、第１２図において
斜線を施した部分となる。R3，C1は平滑回路を
構成しており、時定数C1R3は三角波ETの周期Ｔ
にくらべ十分大きく選んである。演算増幅器１４
はインピーダンス変換のためのバツフアである。
したがつて演算増幅器の出力E0は、ETの直流分
すなわち平均値であり、E0は以下のように表わ
される。
E0＝∫T／0ETdt／Ｔ
＝１／2EP（Vio−EP）2
＝１／2EP（Vio 2−2VioEP＋EP 2） …(4)
このようにE0は入力信号Vioの二次関数信号と
なる。次に、演算増幅器１６，１７，１８によつ
て信号E0の一次項及びゼロ次項を操作すること
により、必要とする二次関数信号を得ることがで
きる。今、熱電対の非直線誤差の補正を０〜４
（Ｖ）の信号レベルで行うものとする。三角波ET
の波高値EPは入力信号より大きくなくてはなら
ないので、 EP＝６ （Ｖ） とする。すると E0＝１／12（Vio 2−12Vio＋36） …(5) となる。また、入力信号の０％時と100％時にゼ
ロとなる第１の二次関数信号E1、入力信号の０
％と50％時にゼロとなる第２の二次関数信号E2、
入力信号の50％時と100％時にゼロとなる第３の
二次関数信号E3は以下のように表わされる。
なる。次に、演算増幅器１６，１７，１８によつ
て信号E0の一次項及びゼロ次項を操作すること
により、必要とする二次関数信号を得ることがで
きる。今、熱電対の非直線誤差の補正を０〜４
（Ｖ）の信号レベルで行うものとする。三角波ET
の波高値EPは入力信号より大きくなくてはなら
ないので、 EP＝６ （Ｖ） とする。すると E0＝１／12（Vio 2−12Vio＋36） …(5) となる。また、入力信号の０％時と100％時にゼ
ロとなる第１の二次関数信号E1、入力信号の０
％と50％時にゼロとなる第２の二次関数信号E2、
入力信号の50％時と100％時にゼロとなる第３の
二次関数信号E3は以下のように表わされる。
E1＝１／12Vio（Vio−４） …(6)
E2＝１／12Vio（Vio−２） …(7)
E3＝１／12（Vio−２）（Vio−４） …(8)
信号E1を得るには、演算増幅器１０でE0から
36／12（Ｖ）を減算し８／12Vioを加算すればよい。す なわち、 E1＝E0−３＋８／12Vio ＝１／12（Vio 2−12Vio＋36）−36／12＋８／12Vio ＝１／12（Vio 2−4Vio） ＝１／12Vio（Vio−４） …(9) 次に信号E2を得るには、演算増幅器１１でE0
から36／12（Ｖ）を減算し、10／12Vioを加算すればよ い。また、この二次関数信号の不要な部分を除去
するため、ダイオードD1，D2と抵抗R1を入れ周
知の通り理想ダイオードを構成している。同様に
して、信号E3を得るには、演算増幅器１２で信
号E0から28／12（Ｖ）を減算し、６／12Vioを加算すれ ばよい。これも不要な部分を除去するために理想
ダイオードを構成している。ここで抵抗R4〜R15
を抵抗R1にくらべ十分に小さく選べば、 D1＝２／３Vio，V2＝５／６Vio，V3＝１／２Vio D4＝３（Ｖ），V5＝３（Ｖ），V6＝７／３（Ｖ） と設定することにより、二次関数信号E1，E2，
E3を得ることができる。
36／12（Ｖ）を減算し８／12Vioを加算すればよい。す なわち、 E1＝E0−３＋８／12Vio ＝１／12（Vio 2−12Vio＋36）−36／12＋８／12Vio ＝１／12（Vio 2−4Vio） ＝１／12Vio（Vio−４） …(9) 次に信号E2を得るには、演算増幅器１１でE0
から36／12（Ｖ）を減算し、10／12Vioを加算すればよ い。また、この二次関数信号の不要な部分を除去
するため、ダイオードD1，D2と抵抗R1を入れ周
知の通り理想ダイオードを構成している。同様に
して、信号E3を得るには、演算増幅器１２で信
号E0から28／12（Ｖ）を減算し、６／12Vioを加算すれ ばよい。これも不要な部分を除去するために理想
ダイオードを構成している。ここで抵抗R4〜R15
を抵抗R1にくらべ十分に小さく選べば、 D1＝２／３Vio，V2＝５／６Vio，V3＝１／２Vio D4＝３（Ｖ），V5＝３（Ｖ），V6＝７／３（Ｖ） と設定することにより、二次関数信号E1，E2，
E3を得ることができる。
ところで、以上のように数値を設定した場合、
二次関数信号E1，E2，E3の極値の絶対値はそれ
ぞれ、0.33（Ｖ），0.083（Ｖ），0.083（Ｖ）である。
また、熱電対の非直線誤差はたかだか８％である
ので、４（Ｖ）スパンに対しては、0.32（Ｖ）、ま
たE2，E3による補正は一度E1で補正した残りの
誤差の補正であるのでたかだか２％であり、４
（Ｖ）スパンに対して0.08（Ｖ）であることから、
以上の数値設定で必要かつ十分であることがわか
る。
二次関数信号E1，E2，E3の極値の絶対値はそれ
ぞれ、0.33（Ｖ），0.083（Ｖ），0.083（Ｖ）である。
また、熱電対の非直線誤差はたかだか８％である
ので、４（Ｖ）スパンに対しては、0.32（Ｖ）、ま
たE2，E3による補正は一度E1で補正した残りの
誤差の補正であるのでたかだか２％であり、４
（Ｖ）スパンに対して0.08（Ｖ）であることから、
以上の数値設定で必要かつ十分であることがわか
る。
次に可変抵抗VR1，VR2，VR3で二次関数信号
E1，E2，E3に係数を掛けスイツチ１１，１２，
１３で加算か減算かの選択をし、入力信号Vioと
共に合成することにより、本発明の非直線演算器
が構成される。可変抵抗VR1，VR2，VR3はR1
にくらべ充分小さく選ばれている。また理想ダイ
オードの負荷となることからも小さくするべきで
ある。ここで、コンデンサC2はこの非直線演算
器をフイードバツク回路に入れた時の発振防止用
コンデンサであり100PF程度入れればよい。
E1，E2，E3に係数を掛けスイツチ１１，１２，
１３で加算か減算かの選択をし、入力信号Vioと
共に合成することにより、本発明の非直線演算器
が構成される。可変抵抗VR1，VR2，VR3はR1
にくらべ充分小さく選ばれている。また理想ダイ
オードの負荷となることからも小さくするべきで
ある。ここで、コンデンサC2はこの非直線演算
器をフイードバツク回路に入れた時の発振防止用
コンデンサであり100PF程度入れればよい。
本非直線演算器の調整は、まずスイツチ１１に
より極性を選び、入力信号が50％のとき可変抵抗
VR1で所定の出力となるようにし、次にスイツチ
１２，１３で極性を選びそれぞれ入力信号が25
％，75％のとき可変抵抗VR2，VR3で所定の出力
となるようにすることにより行われる。
より極性を選び、入力信号が50％のとき可変抵抗
VR1で所定の出力となるようにし、次にスイツチ
１２，１３で極性を選びそれぞれ入力信号が25
％，75％のとき可変抵抗VR2，VR3で所定の出力
となるようにすることにより行われる。
第１３図は、本非直線演算器と他の回路との接
続法を熱電対の非直線誤差補正を例にして示した
ものである。符号は第１１図と同一であり、Ｔは
温度、Ｅは熱起電力を示し、ｋは比例定数であ
る。第１３図ａはフイードフオワード型を示した
ものである。まず熱電対は温度Ｔから熱起電力Ｅ
への変換器である。これをＴ→Ｅと表わす。この
場合、温度Ｔに比例した出力信号KTが得たい場
合、本非直線演算器でＥ→kTの演算をすればよ
い。しかし、熱電対の補間式はＴ→Ｅ（Ｅ＝ｆ
（Ｔ））の形で与えられているので、誤差計算が非
常に面倒である。第１３図ｂは前記の欠点を除
く、フイードバツク形を示したものである。この
場合、本非直線演算回路ではkT→Ｅの演算を行
うことになるので誤差計算は容易となる。
続法を熱電対の非直線誤差補正を例にして示した
ものである。符号は第１１図と同一であり、Ｔは
温度、Ｅは熱起電力を示し、ｋは比例定数であ
る。第１３図ａはフイードフオワード型を示した
ものである。まず熱電対は温度Ｔから熱起電力Ｅ
への変換器である。これをＴ→Ｅと表わす。この
場合、温度Ｔに比例した出力信号KTが得たい場
合、本非直線演算器でＥ→kTの演算をすればよ
い。しかし、熱電対の補間式はＴ→Ｅ（Ｅ＝ｆ
（Ｔ））の形で与えられているので、誤差計算が非
常に面倒である。第１３図ｂは前記の欠点を除
く、フイードバツク形を示したものである。この
場合、本非直線演算回路ではkT→Ｅの演算を行
うことになるので誤差計算は容易となる。
ただし、本実施例ではフイードバツク型を限定
するものではなく、用途によりフイードフオワー
ド型と使い分けるものである。また、本実施例は
非直線誤差補正だけでなく、積極的に非直線化す
る場合にも当然のことながら使用可能であり、二
次関数信号を使つていることから、開平演算器も
容易に構成することができる。さらに三角波ET
を用いて、パルス幅変調することが可能であるの
で、フオトカプラなどを用いて容易に絶縁するこ
とができ、低入力増幅器を初段にもつてくること
により温度変換器を構成することができる。
するものではなく、用途によりフイードフオワー
ド型と使い分けるものである。また、本実施例は
非直線誤差補正だけでなく、積極的に非直線化す
る場合にも当然のことながら使用可能であり、二
次関数信号を使つていることから、開平演算器も
容易に構成することができる。さらに三角波ET
を用いて、パルス幅変調することが可能であるの
で、フオトカプラなどを用いて容易に絶縁するこ
とができ、低入力増幅器を初段にもつてくること
により温度変換器を構成することができる。
本実施例によれば以下に示す効果がある。すな
わち、一度二次関数信号を設定してしまえば、３
つのスイツチと、３つの可変抵抗器の調整で多種
の非直線演算が可能であるため、調整が容易であ
る。
わち、一度二次関数信号を設定してしまえば、３
つのスイツチと、３つの可変抵抗器の調整で多種
の非直線演算が可能であるため、調整が容易であ
る。
また、熱電対の非直線誤差補正を行つた場合、
すべての熱電対のあらゆる温度範囲において±
0.3％以下の補正精度が得られるため、精度が高
い。
すべての熱電対のあらゆる温度範囲において±
0.3％以下の補正精度が得られるため、精度が高
い。
さらに、乗算器を複数個使う三次関数近似の非
直線演算器に対し、本発明では乗算器は使用して
いないので比較的安価である。
直線演算器に対し、本発明では乗算器は使用して
いないので比較的安価である。
次に、例えばＫ熱電対200℃〜1000℃において
は、上記の方法で第１４図〜第１６図に示すよう
に非直線誤差を±0.1％以下にまで補正可能であ
る。
は、上記の方法で第１４図〜第１６図に示すよう
に非直線誤差を±0.1％以下にまで補正可能であ
る。
なお、第１４図は第４図に、第１５図は第５図
に、第１６図は第６図にそれぞれ対応している。
かくの如く、本発明に係る非直線演算回路の基本
原理は、たとえば第４図〜第６図において、入力
信号からそれぞれ重みの異なる３つの二次関数信
号を作ることにより達成できる。
に、第１６図は第６図にそれぞれ対応している。
かくの如く、本発明に係る非直線演算回路の基本
原理は、たとえば第４図〜第６図において、入力
信号からそれぞれ重みの異なる３つの二次関数信
号を作ることにより達成できる。
次に、第７図に上記基本原理に基づいた本発明
に係る非直線演算回路の構成図を示す。第１７図
において、２０は入力端子、２１は出力端子、２
２は基準電圧源、２３は乗算器、２４〜ｎは加減
演算器で必要に応じて整流作用を有するものであ
る。
に係る非直線演算回路の構成図を示す。第１７図
において、２０は入力端子、２１は出力端子、２
２は基準電圧源、２３は乗算器、２４〜ｎは加減
演算器で必要に応じて整流作用を有するものであ
る。
動作は、まず入力端子２０に入力信号Viが印加
されると、乗算器２３の出力信号はk0Vi 2となる。
ここにk0は比例定数である。この信号k0Vi 2と入
力信号Viと基準電圧Vsとの間に加減演算器２５
によつて、それぞれ重みkx，ky，kzをもたせた加
減演算を行い、加減演算器２５の出力信号V5と
して V5＝kx・k0・Vi 2＋kyVi＋kzVs …(10) となる二次関数信号を作る。上記式をグラフで示
すと第１８図または第９図のようになるが、必要
に応じて加減演算器２５に整流作用をもたせて、
第１８図、第９図の破線部分を除去し、実線部分
のみを出力するように成す。次に加減演算器２４
で、加減演算器２５〜ｎのそれぞれの出力信号
V6，V7，V8，…Voを入力信号Viと共に加減演算
することにより本実施例の非直線演算回路を構成
することができる。第２０図は本発明に係る非直
線演算回路を熱電対の非直線誤差補正に使つた場
合の具体的回路構成図である。第２１図は、第２
０図を説明するために用いる二次関数信号を示し
たものである。
されると、乗算器２３の出力信号はk0Vi 2となる。
ここにk0は比例定数である。この信号k0Vi 2と入
力信号Viと基準電圧Vsとの間に加減演算器２５
によつて、それぞれ重みkx，ky，kzをもたせた加
減演算を行い、加減演算器２５の出力信号V5と
して V5＝kx・k0・Vi 2＋kyVi＋kzVs …(10) となる二次関数信号を作る。上記式をグラフで示
すと第１８図または第９図のようになるが、必要
に応じて加減演算器２５に整流作用をもたせて、
第１８図、第９図の破線部分を除去し、実線部分
のみを出力するように成す。次に加減演算器２４
で、加減演算器２５〜ｎのそれぞれの出力信号
V6，V7，V8，…Voを入力信号Viと共に加減演算
することにより本実施例の非直線演算回路を構成
することができる。第２０図は本発明に係る非直
線演算回路を熱電対の非直線誤差補正に使つた場
合の具体的回路構成図である。第２１図は、第２
０図を説明するために用いる二次関数信号を示し
たものである。
第２０図において、第１７図と同一部分は同一
記号をもつています。３１〜３４は演算増幅器、
D1，D2は整流器たとえばダイオードで加減演算
器２６，２７に整流作用をもたせるためのもので
ある。SW1〜SW3は加算か減算かを選択するスイ
ツチ、抵抗R1〜R7は抵抗でR2〜R7はR1にくらべ
十分小さく選んである。VR1〜VR3は可変抵抗器
であつて、二次関数信号V6，V7，V8に重みをつ
けるためのもので、これも抵抗R1にくらべ十分
に小さく選んである。
記号をもつています。３１〜３４は演算増幅器、
D1，D2は整流器たとえばダイオードで加減演算
器２６，２７に整流作用をもたせるためのもので
ある。SW1〜SW3は加算か減算かを選択するスイ
ツチ、抵抗R1〜R7は抵抗でR2〜R7はR1にくらべ
十分小さく選んである。VR1〜VR3は可変抵抗器
であつて、二次関数信号V6，V7，V8に重みをつ
けるためのもので、これも抵抗R1にくらべ十分
に小さく選んである。
プロセス計測制御において扱う信号は1V〜5V
の電圧信号または4mA〜20mAの電流信号であ
る。これらの信号に変換しやすいよう、この場合
は０〜4Vの信号範囲において非直線演算するも
のとする。二次関数信号は３つとし、第１の二次
関数信号を入力信号の０％と100％時にゼロとな
る二次関数信号、第２の二次関数信号を入力信号
の０％と50％時にゼロとなる二次関数信号、第３
の二次関数信号を入力信号の50％と100％時にゼ
ロとなる二次関数信号とする。また熱電対の非直
線誤差はたかだか８％であるので、第１の二次関
数信号の極値の絶対値は0.32Vあればよく、この
場合は0.4Vとする。そして、第１の二次関数信
号で近似した残りの非直線誤差はたかだか1.5％
であるので、第２、第３の二次関数信号の極値の
絶対値は0.06Vあればよく、この場合は0.1Vとす
る。ここで、第１の二次関数信号をV6、第２の
二次関数信号をV7、第３の二次関数信号をV8と
すれば、V6，V7，V8は第１１図のようになる。
また式で表わせば以下のようになる。
の電圧信号または4mA〜20mAの電流信号であ
る。これらの信号に変換しやすいよう、この場合
は０〜4Vの信号範囲において非直線演算するも
のとする。二次関数信号は３つとし、第１の二次
関数信号を入力信号の０％と100％時にゼロとな
る二次関数信号、第２の二次関数信号を入力信号
の０％と50％時にゼロとなる二次関数信号、第３
の二次関数信号を入力信号の50％と100％時にゼ
ロとなる二次関数信号とする。また熱電対の非直
線誤差はたかだか８％であるので、第１の二次関
数信号の極値の絶対値は0.32Vあればよく、この
場合は0.4Vとする。そして、第１の二次関数信
号で近似した残りの非直線誤差はたかだか1.5％
であるので、第２、第３の二次関数信号の極値の
絶対値は0.06Vあればよく、この場合は0.1Vとす
る。ここで、第１の二次関数信号をV6、第２の
二次関数信号をV7、第３の二次関数信号をV8と
すれば、V6，V7，V8は第１１図のようになる。
また式で表わせば以下のようになる。
V6＝１／10Vi（Vi−４） …(11)
V7＝１／10Vi（Vi−２）（V7≦０） …(12)
V8＝１／10（Vi−２）（Vi−４）（V8≦０） …(13)
次に、入力信号Viから上記の二次関数信号を得
て非直線演算をする動作を説明する。
て非直線演算をする動作を説明する。
入力端子１に入力信号Viが印加されると乗算器
２３の出力はk0V0 2となる。次に加減演算器２５
でVi 2からV1を引く演算を行い、出力としてV6 V6＝k0Vi 2−V1 を得ている。ここでk0＝1 10，V1 4 10Viとすれば、 V6＝１／10Vi 2−４／10V1 i ＝１／10Vi（Vi−４） …(14) となつて、(11)式に等しい信号が得られる。
２３の出力はk0V0 2となる。次に加減演算器２５
でVi 2からV1を引く演算を行い、出力としてV6 V6＝k0Vi 2−V1 を得ている。ここでk0＝1 10，V1 4 10Viとすれば、 V6＝１／10Vi 2−４／10V1 i ＝１／10Vi（Vi−４） …(14) となつて、(11)式に等しい信号が得られる。
次に、加減演算器２６でk0Vi 2からV2を引く演
算を行い、演算増幅器３２の出力端子と帰還抵抗
R1との間に整流器D1を入れ周知のごとく理想ダ
イオードを構成し、正の部分を除去し負の部分の
み出力としてV7 V7＝k0Vi 2−V2 （V7≦０） …(15) を得ている。ここでk0＝１／10であり、V2＝２／10Vi とすれば V7＝１／10Vi 2−２／10Vi ＝１／10Vi（Vi−２） （V7≦０）…(16) となつて(12)式に等しい信号が得られる。加減演算
器２７ではk0Vi 2からV3を引きVsを加える演算を
し、加減演算器２６と同様に理想ダイオードを構
成し、負の部分のみを出力として V8＝k0Vi 2−V3＋Vs （V8≦０） 信号V8を得ている。ここでk0＝１／10であり、V3 ＝６／10Vi、Vs＝８／10（Ｖ）とすれば V8＝１／10Vi 2−６／10Vi＋８／10 ＝１／10（Vi 2−6Vi＋８） ＝１／10（Vi−２）（Vi−４） …(17) となつて(13)式に等しい信号が得られる。このよ
うにして所望の二次関数信号を得ることができ
る。
算を行い、演算増幅器３２の出力端子と帰還抵抗
R1との間に整流器D1を入れ周知のごとく理想ダ
イオードを構成し、正の部分を除去し負の部分の
み出力としてV7 V7＝k0Vi 2−V2 （V7≦０） …(15) を得ている。ここでk0＝１／10であり、V2＝２／10Vi とすれば V7＝１／10Vi 2−２／10Vi ＝１／10Vi（Vi−２） （V7≦０）…(16) となつて(12)式に等しい信号が得られる。加減演算
器２７ではk0Vi 2からV3を引きVsを加える演算を
し、加減演算器２６と同様に理想ダイオードを構
成し、負の部分のみを出力として V8＝k0Vi 2−V3＋Vs （V8≦０） 信号V8を得ている。ここでk0＝１／10であり、V3 ＝６／10Vi、Vs＝８／10（Ｖ）とすれば V8＝１／10Vi 2−６／10Vi＋８／10 ＝１／10（Vi 2−6Vi＋８） ＝１／10（Vi−２）（Vi−４） …(17) となつて(13)式に等しい信号が得られる。このよ
うにして所望の二次関数信号を得ることができ
る。
次に、二次関数信号V6，V7，V8にVR1，
VR2，VR3で重みをつけ、SW1，SW2，SW3で加
算か減算かの選択をし、加減演算器５で入力信号
Viと合成して出力信号V0を得る動作をしている。
VR2，VR3で重みをつけ、SW1，SW2，SW3で加
算か減算かの選択をし、加減演算器５で入力信号
Viと合成して出力信号V0を得る動作をしている。
本実施例の回路の調整は、まず、SW1で極性を
選択し、入力信号が50％のときVR1で所定の出力
となるように調整し、次に、SW2，SW3で極性を
選択しそれぞれ入力信号が25％、75％のとき
VR2，VR3で所定の出力となるように調整するだ
けでよい。
選択し、入力信号が50％のときVR1で所定の出力
となるように調整し、次に、SW2，SW3で極性を
選択しそれぞれ入力信号が25％、75％のとき
VR2，VR3で所定の出力となるように調整するだ
けでよい。
上記実施例では、用いる二次関数信号を３つと
したが、本発明ではこれを限定するものではな
く、非直線性および精度により異なる。また、非
直線誤差の補正だけでなく、積極的に非直線化す
ることも当然のことながら可能である。
したが、本発明ではこれを限定するものではな
く、非直線性および精度により異なる。また、非
直線誤差の補正だけでなく、積極的に非直線化す
ることも当然のことながら可能である。
本実施例によれば、乗算器は一つで、しかも比
較的簡単な回路で高精度の非直線演算回路を構成
することができる。本実施例において二次関数信
号を３つとしたときの非直線演算回路と、従来の
折縁近似、三次関数近似による非直線演算回路と
を比較すると以下のようになる。
較的簡単な回路で高精度の非直線演算回路を構成
することができる。本実施例において二次関数信
号を３つとしたときの非直線演算回路と、従来の
折縁近似、三次関数近似による非直線演算回路と
を比較すると以下のようになる。
一度二次関数信号を設定してしまえば、３つの
スイツチと３つの可変抵抗器の調整で多種の非直
線演算を行うことができるため、調整が簡単であ
る。
スイツチと３つの可変抵抗器の調整で多種の非直
線演算を行うことができるため、調整が簡単であ
る。
また、Ｒ型熱電対０℃〜600℃の非直線誤差補
正を行つた場合、本発明の非直線演算回路では、
非直線誤差は±0.3％以下になり、精度が高い。
乗算器を複数個使う三次関数近似の非直線演算回
路に対し本発明では乗算器は一つでよいため、安
価である。
正を行つた場合、本発明の非直線演算回路では、
非直線誤差は±0.3％以下になり、精度が高い。
乗算器を複数個使う三次関数近似の非直線演算回
路に対し本発明では乗算器は一つでよいため、安
価である。
以上説明したように、本発明によれば、熱電対
からの入力信号と三角波の差信号を得る演算増幅
器、及びその差信号の直流分をとり出す平滑回路
とを共通にしているので、これらの素子及び時定
数の不一致による影響を受けることがなく、全体
として簡単な回路構成でもつて高精度の非直線演
算回路を実現することができる。
からの入力信号と三角波の差信号を得る演算増幅
器、及びその差信号の直流分をとり出す平滑回路
とを共通にしているので、これらの素子及び時定
数の不一致による影響を受けることがなく、全体
として簡単な回路構成でもつて高精度の非直線演
算回路を実現することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図は第１図の実施例を示す波形図、第３図は第１
図の応用例を示す回路図、第４図〜第１０図は本
発明の非直線演算回路の一応用例の原理を説明す
るための波形図、第１１図は本発明の他の実施例
を示す回路図、第１２図〜第１３図は第１１図を
説明するための図、第１４図〜第１６図は、Ｒ型
熱電対、Ｋ型熱電対の非直線誤差及び本発明によ
る非直線演算回路で補正した後の非直線誤差を示
す図、第１７図は本発明のさらに他の実施例を示
す基本的回路構成図、第１８図〜第１９図は二次
関数信号を説明する図、第２０図は本発明の他の
実施例に係る具体的回路図、第２１図は本発明で
用いる二次関数信号を示した図である。 １……入力端子、２……三角波発生回路、３…
…出力端子、４……演算増幅器、D1，D2……整
流器、R1〜R7……抵抗、Ｃ……コンデンサ。
図は第１図の実施例を示す波形図、第３図は第１
図の応用例を示す回路図、第４図〜第１０図は本
発明の非直線演算回路の一応用例の原理を説明す
るための波形図、第１１図は本発明の他の実施例
を示す回路図、第１２図〜第１３図は第１１図を
説明するための図、第１４図〜第１６図は、Ｒ型
熱電対、Ｋ型熱電対の非直線誤差及び本発明によ
る非直線演算回路で補正した後の非直線誤差を示
す図、第１７図は本発明のさらに他の実施例を示
す基本的回路構成図、第１８図〜第１９図は二次
関数信号を説明する図、第２０図は本発明の他の
実施例に係る具体的回路図、第２１図は本発明で
用いる二次関数信号を示した図である。 １……入力端子、２……三角波発生回路、３…
…出力端子、４……演算増幅器、D1，D2……整
流器、R1〜R7……抵抗、Ｃ……コンデンサ。
Claims (1)
- １ 熱電対からの入力信号と三角波の差信号を得
る演算増幅器、及び当該差信号の直流分をとり出
す平滑回路とを共通にして一組備え、かつ、前記
共通の平滑回路の出力および前記入力信号と定電
圧とを加減算する演算増幅器を３個有し、それぞ
れ前記入力信号の０％時と100％時にゼロとなる
第１の二次関数信号と、前記入力信号の０％時と
50％時にゼロとなる第２の二次関数信号と、前記
入力信号の50％時と100％時にゼロとなる第３の
二次関数信号の３つの二次関数信号を発生させ、
第４の演算増幅器で前記第１、第２、第３の３つ
の二次関数信号と前記入力信号とを合成すること
により、高次関数に近似した出力信号を得ること
を特徴とする非直線演算回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57102247A JPS58219408A (ja) | 1982-06-16 | 1982-06-16 | 非直線演算回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57102247A JPS58219408A (ja) | 1982-06-16 | 1982-06-16 | 非直線演算回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58219408A JPS58219408A (ja) | 1983-12-20 |
| JPH0216846B2 true JPH0216846B2 (ja) | 1990-04-18 |
Family
ID=14322274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57102247A Granted JPS58219408A (ja) | 1982-06-16 | 1982-06-16 | 非直線演算回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58219408A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2530606Y2 (ja) * | 1989-07-01 | 1997-03-26 | 株式会社 堀場製作所 | リニアライザー |
| CN114112093B (zh) * | 2021-11-22 | 2022-07-01 | 海安市综合检验检测中心 | 一种采样信号线性化的热电阻测温电路 |
| CN117589323B (zh) * | 2024-01-19 | 2024-03-26 | 常州通宝光电股份有限公司 | 一种高压隔离区温度采集电路 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57106983A (en) * | 1980-12-23 | 1982-07-03 | Ohkura Electric Co Ltd | Function voltage generator |
-
1982
- 1982-06-16 JP JP57102247A patent/JPS58219408A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58219408A (ja) | 1983-12-20 |
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