JPH04500856A - 線形化回路および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 線形化回路および方法 技術分野 本発明は遠隔センサーの信号調節器の線形化回路および方法に関するものである 。特に１本発明に係る線形化回路および方法は、温度感応抵抗のような状態感応 素子に適用することができる。

背景技術 大部分の形式のインピーダンス変換器の場合におけるように、温度感応抵抗変換 器のような状態感応素子は温度に依存する抵抗を有し、また、非線形の電気的特 性を有する。すなわち、状態感応素子の温度の変化に状態感応素子の抵抗が正比 例して変化しない。

このような変換器がしばしば用いられる回路においては、温度のような特定の被 感応状態に線形的に関連し、変換器が応答し得る出力信号を得ることが極めて望 ましい、これは、状態感応素子に固有の非線形性が状態感応素子を用いる回路全 体の非線形性を増幅する傾向があるという事実による。

このような問題を解決するため種々の試みが従来なされており、他の方法に比べ てより一般的な方法の一つとして電気的信号の値の範囲の予定の時間隔内での直 線近似値を用いる方法が提案されている。しかし、このような方法は費用がかか るばかりでなく、近似誤差を生じ、この近似誤差が使用される近似間隔の大きさ および電気的特性の曲率の度合によって増大するという問題がある。

非線形性の問題を解決するための他の試みが、米国特許、ブレーキイの４０００ ４５４号およびレグチェンの４５５６３３０号に開示されている。しかしながら 、これらの米国特許に開示の構成は効率が悪く、種々の欠点があって依然として 問題があり、このような効率の悪さおよび欠点を打勝ち、またはなくすことが本 発明の目的である。

発明の開示 本発明は遠隔センサーの信号調節器のための線形化回路および方法に関するもの で、特に、温度感応抵抗のような状態感応素子に適用するための線形化回路およ び方法に関するものである。

本発明によりば、励起電流を一定電流源によって状態感応素子に一定電流源と状 態感応素子間の共通接合点を経て加える。共通接合点における電圧を電圧−電流 コンバータによって電流に変換し、この電流を遠隔位置にある信号調節器を電力 源に接続する２本線ラインに流す。コンバータの出力をフィードバック抵抗を経 て共通接合点に接続して状態感応素子の電気的特性における変化の結果としてコ ンバータ出力を変化させ、この結果、共通接合点における電圧の調節を状態感応 素子に加えられる励起電流の対応する調節によって生ぜしめる。このようにして 、状態感応素子によって感知される状態に線形関数関係を有する電圧を状態感応 素子の両端間に維持する。上述した構成による第１の利点は、一定電流源によっ て励起される状態感応素子を簡単に、絶えず線形化でき、線形電圧−電流コンバ ータによって電流に変換される電圧信号を発生する。

上述した本発明の第１実施例においては、一定電流源、状態感応素子および電圧 源を電力源の正負端子間に直列に接続し、コンバータを電力源の正端子に接続す る。この方法では、一定電流源とコンバータとが共通にバイアスされる。さらに 、コンバータの出力とフィードバック抵抗との間の接合点を他の抵抗を経て電力 源の負端子に接続する。

本発明の第２の実施例においては、附加的一定電流源と直列接続した抵抗とを一 定電流源および直列接続した状態感応素子と並列に接続し、附加的一定電流源と 抵抗との間の接合点を電圧−電流コンバータの附加的入力に接続する。

本発明の第３の実施例においては、他の電圧源を電圧−電流コンバータの附加的 入力と状態感応素子およびその直列接続した電圧源間の接合点との間に接続する 。

本発明の第４の実施例では、上述した第１実施例の電圧源の代りに固定値抵抗を 設ける。後にさらに詳述するように、この実施例は、補正電流またはフィードバ ック電流の量が励起を流の極く僅かな部分に起ぎない場合に特に好適である。

したがって、本発明の主目的は、遠隔センサーの信号調節器のための線形化回路 および方法を提供しようとするものである。

本発明の他の目的は、温度感応抵抗のような状態感応素子のための線形化回路お よび方法を提供しようとするものである。

本発明の他の目的は、一定電流源が励起電流を状態感応素子にこれらの一定電流 源と状態感応素子間の接合点を経て加えるよう構成した線形化回路および方法を 提供しようとするものである。

本発明の他の目的は、一定電流源と状態感応素子との間の接合点における電圧を 電流に変換するよう構成した線形化回路および方法を提供しようとするものであ る。

本発明の他の目的は、電圧を電流に変換するコンバータの電流出力を用いて一定 電流源と状態感応素子との間の接合点にフィードバック電流を与えるよう構成し た線形化回路および方法を提供しようとするものである。

本発明の他の目的は、附加的一定電流源および直列接続抵抗を一定電流源および 状態感応素子と並列に接続した線形化回路および方法を提供しようとするもので ある。

本発明の他の目的は、他の電圧源を電圧−電流コンバータの附加的入力と状態感 応素子およびその直列接続電圧源間の接合点との間に接続する線形化回路および 方法を提供しようとするものである。

本発明の他の目的は、電圧源または固定値抵抗を状態感応素子と直列に接続して いる線形化回路および方法を提供しようとするものである。

上述の目的その他の目的は、以下の詳細な説明、請求の範囲の記載ならびに添附 図面によってさらに一層十分に理解されるであろう。

凰皿立Ｉ亙食１里 第１図は本発明の線形化回路の第１実施例の回路図、第２図は本発明の線形化回 路の第２実施例の回路図、第３図は本発明の線形化回路の第３実施例の回路図、 第４図は本発明の線形化回路の第４実施例の回路図である。

丑遭口≦（息工擾１≦〜Δ量」Ｊυ医腹次に、本発明を添附図面を参照してさら に詳細に説明する。

第１図は本発明の線形化回路の第１実施例の回路図である０図面に示すように、 線形化回路１０は電源１２と、電圧を電流に変換するコンバータ１４と、一定電 流源１６と、温度感応抵抗１８と、フィードバック抵抗１９と、戻り通路抵抗２ ｏと電圧源２２とを有する。

一般に、上述した回路素子は電源１２にその正および負端子を経て接続される回 路を形成している６回路１０は温度感応抵抗１８を具えるリモートセンサーの信 号調節器として働き、２本の線の回路構成によって温度感応抵抗１８により経験 される温度に線形的に比例する電流出力信号を出力する。

一定電流源１６は電流Ｉｘを温度感応抵抗に加える励起電源または電流シンクと して作用する。電流源１６と抵抗１８との間の接合点２１はコンバータ１４の入 力およびフィードバック抵抗１９に接続されている。コンバータ１４および電流 源１６は、好ましくは、電源１２によりその正端子を経て共にバイアスされる。

コンバータ１４は、その出力において、コンバータ１４の入力に生じる電圧Ｅに 対して線形関数関係を有する電流信号を与え、この線形関数を次式で表わすこと ができる。

１１＝ＩＱ＋に−Ｅ　−（１） 上式において、ＩＯはオフセット電流、には電圧から電流への変換係数アンペア ／ボルト「・」は倍を示す。

コンバータ１４の出力電流ＩＬは２つの部分に分割され、その一方は抵抗２０に 流れ、他方はフィードバック抵抗１９に流れる。コンバータ１４の入力における 電圧Ｅは電圧源２２からの電圧と温度感応抵抗１８自身（励起電流工ｘ自身によ る）の両端間に発生した電圧とを合計した結果である。励起電流は次式で与えら れる。

□８＝１、−■、　・・・（２） 上式において、ＩＲは一定電流源１６からの一定電流であり、他方、ＩＦは抵抗 １８の電流抵抗値Ｒ丁にしたがって変化する。電流ＩＦの値は次式で与えられる 。

上式において、Ｅ＝Ｖ２＋Ｒ７・Ｉｘ 温度感応抵抗１８の抵抗は次式で温度に比例する。

ＲＴ＝Ｒ丁。　（１＋ｃｅ−ｔ　＋β・　ｔｚ）　・・・　（４）上式において 、ＲＴｏは０℃における抵抗値であり、ｃｃ＝３．９ｘｌｏ−’に一層およびβ ＝　−５，８Ｘ　１０−’に−”である。

したがって、コンバータ１４の入力における電圧に次式の関係が成立する。

上式においてＥＲ＝ＲＴｏ・ＩＲ・・・（６）式（５）は多項式の比であり、次 式のように書き換えることができる。

上式において、 ｒ１＝ｃｃ０（ｂ−ａ゛ｃ）　・−（１２）ｒ、＝（ｂ−ａ−ｃ）・［β−（ａ 　＋　１　）・ａ　・ａ”）　−（１３）コンバータ１４の電流は入力電圧Ｅに 線形的に比例するから、このパラメータの線形化を達成するために（ｌＯ）式に おける２次項を消去することが必要である。

式（７）を式（１４）に代入することによって、フィードバック抵抗ＲＦを一次 で表わすことができる。

上式において、 Ｂ＝２・Ｒ＾・Ａ−Ｒｒ、・（１−に−Ｒ＾）　・・・（１７）Ｃ＝Ａ−Ｒ＾” 　−ＲＴｏ・Ｒ＾・（１−に−Ｒ＾）−ＲＴｌｌ”・（１−に−Ｒ＾）２・・・ （１８）したがって、電圧から電流への変換係数Ｋ、抵抗値Ｒ＾、およびＲＴの ０℃の値を与えれば、フィードバック抵抗ＲＦを式（１５）から計算して装置の 出力電流を線形化することができる。例えば、Ｋ＝０．１７５アンペア／ボルト とする場合。

ＲＴ。；１００オーム、Ｒ＾；５０オームとすれば、ＲＦ冨１９．５キロオーム となる。

第２図は本発明の線形化回路の第２実施例の回路図である。この第２図において 第１図に用いたと同じ符号を同じ部分に用いている。

第２図の線形化回路１０’においては、他の一定電流源３２を抵抗３４と直列に 接続して附加し、この抵抗と直列に接続した回路素子を一定電流源１６および温 度感応抵抗１８と並列に接続し、抵抗１８および３４と電圧源３２を接合点２７ で互いに接続している。

一定電流源３２と抵抗３４との間の接合点３３をコンバータ１４の附加的入力に 接続している。これがため、コンバータ１４は差動入力を有し、すなわち、コン バータ１４は電流源１６と抵抗１８との間の電圧Ｅ１を検出し、また、電流源３ ２と抵抗３４との間の電圧Ｅ２をも検出する。

第３図は本発明の線形化回路の第３実施例の回路図である。第３図においても第 １図において用いたと同じ符号を同じ部分に用いている。

第３図の線形化回路１０’においては、電圧源４２をコンバータ１４の附加的入 力と温度感応抵抗１８および電圧源２２間の接合点２７との間に接続している。

本例でも、コンバータ１４が電流源１６と抵抗１８との間の電圧Ｅ１を検出する とともに電圧源４２の正端子における電圧Ｅ２をも検出するよう　コンバータ１ ４を差動構成としている。

第４図は本発明の線形化回路の第４実施例の回路図である。この第４図において も第１図において用いたと同じ符号を同様の部分に用いている。

第４図の線形化回路１０″においては、第１図の実施例において用いた電圧源２ ２の代りに固定値抵抗５０を設けている。その他の部分では、第４図の実施例は 第１図の実施例と同じである。第４図の実施例は。

補正電流またはフィードバック電流ＩＦの量が励起電流１ｘの極く一部分にすぎ ない場合に特に好適である。

さらに第４図に示す実施例では、留意されるように、第１図の電圧源２２の代り の固定値抵抗５０が第２および第３図の実施においても等しく有効である。すな わち、第２および第３図において、特に、補正電流またはフィードバック電流Ｉ Ｆの量が励起電流Ｉｘの極く一部分であるに過ぎない場合に、電圧源２２の代り に固定値抵抗５０を用いることができる。

留意すべきように、上述した第１〜４図に示す回路における電源１２を任意の便 宜的電源とすることができる。同様に、電圧を電流に変換するコンバータ１４を 任意の便宜的電圧−電流コンバータとすることができ、また、一定電流源１６お よび３２を当業者において既知の任意の便宜的一定電流源とすることができる。

本発明を好適実施例の構成配置につき記載したが、本発明の範囲内において種々 の変更を加えて実施し得ることは勿論である。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. １．励起電流手段を具え、この励起電流手段が状態感応素子に励起電流を加える 共通接合点で状態感応素子に接続されて励起電流手段に応答して状態感応素子が 電気特性を表わすよう構成され、 コンバータ手段を具え、このコンバータ手段の入力が前記共通接合点において前 記励起電流手段および前記状態感応素子に接続され、前記状態感応素子の電気特 性が変化する際に前記共通接合点における電圧が変化し、コンバータ手段が前記 共通接合点における電圧を電流に変換してコンバータ手段から電流を出力するよ う構成され、 フィードバック手段を具え、このフィードバック手段が前記コンバータ手段の前 記出力を前記共通接合点に接続してフィードバック電流を送リ、前記コンバータ 手段の出力における前記電流に応答して前記フィードバック電流を調節し、前記 共通接合点における電圧および前記状態感応素子に加えられる前記励起電流を調 節し、これにより前記状態感応素子によって感知された状態の線形関数である電 圧を前記状態感応素子を横切って維持するよう構成した状態感応素子用線形化回 路。
2. ２．前記状態感応素子が温度感応素子を具える請求項１記載の回路。
3. ３．前記温度感応素子が温度感応抵抗を具える請求項２記載の回路。
4. ４．前記励起電流手段が一定電流源を具える請求項３記載の回路。
5. ５．前記フィードバック手段がフィードバック抵抗を具える請求項４記載の回路 。
6. ６．前記励起電流手段に接続された第１端子と前記状態感応素子に電力を供給す るよう接続された第２端子とを有する電源手段をさらに具える請求項１に記載の 回路。
7. ７．前記状態感応素子が電圧源を経て前記電源手段の前記第２端子に接続されて いる請求項６記載の回路。
8. ８．前記状態感応素子が固定値抵抗を経て前記電源手段の第２端子に接続されて いる請求項６記載の回路。
9. ９．前記フィードバック手段が他の接合点において前記コンバータ手段の前記出 力に接続され、前記他の接合点が抵抗を経て前記電源手段の前記第２端子に接続 されている請求項８記載の回路。
10. １０．前記フィードバック手段が他の接合点において前記コンバータ手段の前記 出力に接続され、前記他の接合点が抵抗を経て前記電源手段の前記第２端子に接 続されている請求項７記載の回路。
11. １１．前記電源手段の前記第１端子が前記コンバータ手段に電力を供給するよう 接続されている請求項６記載の回路。
12. １２．前記励起電流手段と前記コンバータ手段とが前記電源手段によって共通に 電圧バイアスされる請求項１１記載の回路。
13. １３．前記励起電流手段と前記状態感応素子と並列に電気的に接続された回路を さらに具え、この回路が抵抗と、この抵抗に附加的励起電流を加えるよう附加的 共通接合点において接続された附加的励起電流手段とを具え、前記附加的共通接 合点が前記コンバータ手段の附加的入力に接続されている請求項１記載の回路。
14. １４．前記状態感応素子が温度感応素子を具える請求項１３記載の回路。
15. １５．前記温度感応素子が温度感応抵抗を具える請求項１４記載の回路。
16. １６．前記励起制御手段および前記附加的励起制御手段の少なくとも一方が一定 電流源を具える請求項１５記載の回路。
17. １７．前記フィードバック手段がフィードバック抵抗を具える請求項１６記載の 回路。
18. １８．前記励起電流手段および前記附加的励起電流手段に共通に接続される第１ 端子と前記状態感応素子および前記抵抗に共通に接続される第２端子とを有する 電源手段をさらに具える請求項１３記載の回路。
19. １９．前記状態感応素子および前記抵抗が電圧源を経て前記電源手段の前記第２ 端子に接続されている請求項１８記載の回路。
20. ２０．前記状態感応素子および前記抵抗が固定値抵抗を経て前記電源手段の前記 第２端子に接続されている請求項１８記載の回路。
21. ２１．前記フィードバック手段が他の接合点において前記コンバータ手段の前記 出力に接続され、前記他の接合点が他の抵抗を経て前記電源手段の前記第２端子 に接続されている請求項２０記載の回路。
22. ２２．前記フィードバック手段が他の接合点において前記コンバータ手段の前記 出力に接続され、前記他の接合点が他の抵抗を経て前記電源手段の前記第２端子 に接続されている請求項１９記載の回路。
23. ２３．前記電源手段の前記第１端子が前記コンバータ手段に電力を供給するよう 接続されている請求項１８記載の回路。
24. ２４．前記励起電流手段、前記附加的励起電流手段および前記コンバータ手段が 前記電源手段によって共通に電圧バイアスされる請求項２３記載の回路。
25. ２５．前記コンバータ手段の附加的入力と前記状態感応素子との間に接続された 電圧源をさらに具える請求項１記載の回路。
26. ２６．前記状態感応素子が温度感応素子を具える請求項２５記載の回路。
27. ２７．前記温度感応素子が温度感応抵抗を具える請求項２６記載の回路。
28. ２８．前記励起電流手段が一定電流源を具える請求項２７記載の回路。
29. ２９．前記フィードバック手段がフィードバック抵抗を具える請求項２８記載の 回路。
30. ３０．前記励起電流手段に接続された第１端子と前記状態感応素子に電力を供給 するよう接続された第２端子とを有する電源手段をさらに具える請求項２５記載 の回路。
31. ３１．前記電圧源が前記コンバータ手段の前記附加的入力に接続された第１端子 と前記状態感応素子に接続された第２端子とを有し、前記電圧源の前記第２端子 が前記電源手段の前記第２端子にも接続されている請求項３０記載の回路。
32. ３２．前記状態感応素子および前記抵抗が電圧源を経て前記電源手段の前記第２ 端子に接続されている請求項３１記載の回路。
33. ３３．前記状態感応素子および抵抗が固定値抵抗を経て前記電源手段の前記第２ 端子に接続されている請求項３１記載の回路。
34. ３４．前記フィードバック手段が他の接合点において前記コンバータ手段の前記 出力に接続され、前記他の接合点が他の抵抗を経て前記電源手段の前記第２端子 に接続されている請求項３３記載の回路。
35. ３５．前記フィードバック手段が他の接合点において前記コンバータ手段の前記 出力に接続され、前記他の接合点が他の抵抗を経て前記電源手段の前記第２端子 に接続されている請求項３２記載の回路。
36. ３６．前記電源手段の前記第１端子が前記コンバータ手段に電力を供給するよう 接続されている請求項３０記載の回路。
37. ３７．前記励起電流手段および前記コンバータ手段が前記電源手段によって共通 に電圧バイアスされている請求項３６記載の回路。
38. ３８．第１端子および第２端子を有する状態感応素子の第１端に励起電流を供給 し、これに応答する電気的特性を前記状態感応素子が現わし、 前記状態感応素子の電気的特性が変化するにしたがって変化する前記状態感応素 子の前記第１端子における電圧を検出し、 前記状態感応素子の前記第１端子における前記電圧を電流に変換し、 この変換により生じる前記電流の少なくとも一部分を前記状態感応素子の前記第 １端子にフィードバックする工程を具える状態感応素子の線形化方法。
39. ３９．前記フィードバック工程中にフィードバックされる前記電流における変化 にしたがって前記状態感応素子の前記第１端子における電圧を調節する工程をさ らに具える請求項３８記載の方法。
40. ４０．前記状態感応素子の前記第１端子における電圧の調節にしたがって前記状 態感応素子の前記第１端子に加わる前記励起電流を調節する工程をさらに具え、 これにより前記状態感応素子によって感知される状態の線形関数である電圧を前 記状態感応素子を横切って維持する請求項３９記載の方法。