JPS5819998A - デイジタル式測定装置 - 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】 この発明は測定装置１さ′らに評しくはゼロ点およびス
パンの調整が可能なディジタル式測定装置に関するもの
である。

従来１Ｗ定機響の大部分のものがアナリグ式であって１
ゼロ点およびスパンの調整のためのゴリ二一ムを備えて
おり、調整時には測定機器を見ながらボリュームを操作
するという方法がとられているｏしか°しながら１この
ような方法は例えば、入力が零のときのゼロ点の調整は
比較的容易に行なうことができるが、ゼロ点１ｍ１１１
１した後スパン調整を行なうと一般にゼロ点が変動する
（積重干渉が生じる）ため１調整がｉｕｔであるという
欠点があった＠ この発明はこの点に鑑みなされたもので、ゼロ点および
スパンの調整を容易に行なうことができ、かつ測定精度
の高い測定装置を提供することを目的とするものである
。

上記の目的は１この発明によれば、測定装置をディジタ
ル演算回路内態形の測定装置とするとともに、ゼロ点お
よびスルの一定演算指令を発する操作手段と１該操作に
もとづく測定演算緒果を記憶する記憶手段とを設け１＃
記憶内容にもとづいて測定値のゼロ点およびスパン補正
を行なうことにより速成される。

以下、この発明の実施例を図面の簡単な説明する〇 第１８はこのＩＩ＠の夷ｍ例を摂略的に示すプリッタｆ
ｉＬ館２８ｇはこの発明の実施例を詳細に示す回路構成
１ｍ、１１３１１は蛮位量を容量値に変換して検出する
検出原理を説明するＪｌ［ｌＩｗｉ１第４図は第２１！
ｌの漏電装置の動作を説明するタイムチャーｈ館！ｓ［
は容量検出部の他の実施例を示す回路図である。

第１ＷＩにおいてｌは検出部、２は一部遍択阿路％３は
周波数変換回路１４はカウンタ、５はタイ″ｆ−１６は
１準タ讐ツタ発生回路、７はマイクロブ胃セツｆ（以下
、Ｐ−ＣＯＭ演算回路ともいう）１８は光伝ｌｌａｍ１
．　＊はバッテリを用いた電ｌＩＨ路、１Ｇは測定入力
がＯのときまたは１００−のときに１それぞれ押下され
る押釦を備えたキーｌ−ドである。

ノ これらの各部は第２ＷＩに示されるように１検出部ｌは
コンデンサＣ１＊　ｃ、によって構成され、検出部選択
回路２はコンデンサｃｌ　、　ｃ２および測温用のコン
デンｆＣ−、ナー電スタＲｍの選択を行なうＣ−ＭＯＳ
（＠＠彫ＭＯ８）タイプのアナログスイッチ８Ｗ２（８
Ｗ２１．８Ｗ２２）より構成され、肩、波歇蛮換回路３
はコンデンサｃ１ｅ　Ｃ！の充放電の切替えおよび７リ
ツプ７ｗツブＱｌのタリア會たはす七ツシを行なうアナ
ログスイッチ８Ｗｘ（ｌＷｔｔ、８Ｗｘｚ）と、コンデ
ンｔｅｌまたはへの充電電圧が所定の電圧レベルな超え
たときセットされ、所定の時定数（抵抗Ｒｆ、コンデン
ｔｃｆ）によって決まる一定時闘後にリセットされる７
リツプ７ＥｉツブＱｌ（Ｄｌ［）とから構成されている
。

なお、従来の一般的なりＩＬ７リツプ７０ツブを使用す
る場合は、その前段にスレツシエホールドレベルを判別
するための待肩な回路（伺えば、シュミツ）ｌｉ路）が
必要となるが、Ｃ−ＭＯ８ｆｌｉの７リツプ７０ツブ腎
路を使用する場合はこのような回路を必要とせず、その
切り替わり電圧をその１重スレッシュホールド電圧とし
て使用することができる。同様に、タイマー５は２段の
カウンタ０丁２．ＣＴ３から構成され、μｍＣ０Ｍ演算
回路７からのリセット偏量ＰＯｓの解除によって基準タ
ロツク発生關路６から与えられるクリック信号の計数を
一始し、カウンタ（ＣＴＩ）４からのカラン）アップ信
号によって計数を停止する。μｍＣ０Ｍ波算ｍａｙは基
準タシツク発ａｇｉＩＩｇからのりｐツク信置によって
厘ＷＩ１１！れ種々の演算、制御動作を行なう０例えば
、検ｍ５１ｍ訳Ｗ！Ｉ鰭２のアナ四グスイッチｓＷ２に
モード選択１１ｔＰＯ１゜ＰＯ冨を１＆出してコンデン
ｔｃｓｌｌ定モード、コンデンｔｃＪ１１Ｍモード、會
たは温度側型モード（抵抗Ｒ１，コンデンｆＣ，による
測定）の選択を行ない、非灘定時にはカウンタ４および
タイマー５に翅してりセット信号ＰＯ３を与えてこれら
のり七ツシを行なうとともに、１ＩＩＪ１時には蒙りセ
ット信号ＰＯｓを解除して計数動作を行わせ、カウンタ
４からのカラン）アップ信号を割込信号ＩＲＱとして受
け、タイマー５からの計数出力を層子Ｐ■０−ＰＩＩＩ
Ｓを介して貌取り、所定の演算処理を行なう。μｍＣ０
Ｍ演算回路７には、管理室側の上位計算機との聞で光に
よる情報の授受を行なうための光伝ａｍｉｓｓおよび験
ｉｉ＊ｓにおける発光ダイオードＬＩＤの異常（点灯し
きり）検出回路１１、さら°には省電力化を閣るぺ（基
準り田ツタ発生−ＩＩ６會たは、−ＣＯＭ演算藺路７を
間欠的に駆１／ＩｋＩＩせるためのスタンバイモード１
１１１１２４がＩ／Ｉ！鋪されているが、この発明は特
に、　ｌ１ｍＩＩ差を闘避すべくゼロ点倉たはスパンの
調整を行なうための指示を与える押ブタンＰＢ１（ゼ讐
点調整用）およびＰＨ１（スパン調整用）を備えたキー
ボード１Ｇを設けた点に特徴を有するものであ・る。

なお％９はｊｌｌｌｔ亥たは８２図に示される所要の各
部へ電源を供給するためのバッテリ電ＩＩ！回路である
〇 この実施例に示される測定装置は圧力等の機械的な変位
置を容量値に変換して検出し、該検出結果をさらにディ
ジタル量に変換して測定するものであるから、ここでそ
の検出原理について第３ＷＩを参照して説明する。

同Ｉｆ（Ａ）には２つの固定電極ＢＬ１ｐ＠に可動電極
ＩＬマが配置され、該可動電極ＩＬｖは圧力等の機械的
な変位に応じて図の左右（矢印ｌ参ＩＫ）方向に移動す
る。この場合１各電極岡の容量ＣＡ１゜ＣＡ、は一方が
増大すれば他方は減少する１つ重り差動的に変化する・
ここで、各電極のＷＷを８、電極間の誘電率を＃１可動
電極ＩＬｖと一定電極ＭＬνとの閤■をｄとし１例えば
同１１（Ａ）の点線で示される細く可動電極ＩＬｖ＃１
ｊｓ１だけ変位したと會の容量ＣＡ１　＊　ＣＡｌは ＣＡ１■Ｃム／ｄ−Δ− ＣＪ４　ｍ　ｇム／ｓｌ＋ノ４ として求められる。ここで、これら容量の和および差を
考えると、 ＣＡ１　＋　ＣＡｍ　ｓ−を人−３４１，／ｌ”−Δｄ
ｌＣＡＩ　　　ＣＡ４ｗｍ＃　Ａ　・２　ｊ　ｄ／ｄ”
−１４”となり１．シたがってその比をとると、ＣＡ＞
　　ＣＡｍ　、／　Ｃ４＋　ＣＡｍ　−ｊ櫨／−が得ら
れ、変位量ノ櫨を容量値ＣＡ１−ＣＡ、／ＣＡ１＋Ｃム
意によって求めることができる。

同様にして、・１１１３１１（１ｍ）では２つの同定電
極ＭＬ、に対して１１１／Ｉｋ電極ＭＬ、が図の如（配
置され、外部圧力等の変位によって閣の点線位置にｊｄ
だけ変位した場合は次のようになる。この場合、容量Ｃ
Ａ１は“固定、Ｃ４は可変であって、それｆれの値は上
記と同様にして ＣＡ１−＃人／ｄ、Ｃ人１０εＡ／ｄ＋ｊｄと表わすこ
とができる０そこで、これらの差を考えると、 ＣＡｔ−ＣＡ、５１人−ｊｄ／ｄ（ｄ＋〕ｄ）であり、
したがってＣＡ１−ＣＡ２とＣＡ、との比をとると、 ＣＡ、−ＣＡＩ／ＣＡ怠　冨＝ノ　ｄ／ｄとなり、変位
量ｊｄを静電容量値の変化として検出することができる
。これらの式からも明らかなように、変位量は静電容量
のみの関数となるから、電極間の誘電率や滓遊容量の影
響を受けず、このため容量によって機械的な変位量を正
確に検出することが可能となる・ 次に、このような検出原理にもとづく測定動作について
、主に第２１１および館４Ｂ！！Ｉを参履して説明する
。

初期状態においては、″μ−Ｃ−ＯＭ演算１１１８７か
らはモード還択偏量ＰＯ１，ＰＯ２は与えられず、リセ
ット信号Ｐ０３によってカウンタ（ＣＴＩ）４およびタ
イマー５はリセット状態にある。ここで、第４１１（イ
）の如きコンデン−ｔｅｌのｌｉ！モード儒号偏量えら
れ、第４１１（Ｗ）の如くリセット信号７０ｍが解除さ
れると、コンデンすＣ１、スイツ＋８Ｗ２１　、　ＪＩ
ＷＩ　ｔ、抵ｔｌｔｌ　電１［Ｖｎｎす！径路が廖職さ
れるので、］］ンデンーｆＣがＩＩ４閣（ハ）で示され
るように充電される。ｔ１時ＩＩＩＩＩにこの充電電圧
が７９ツブ７リツプＱｌのスレツシエホールド電圧％Ｉ
を超えると％１ｌＩ７リツプ７０ツブＱｌがセツシされ
、その出力端子Ｑより出力が得られる。この出力は抵抗
ｎｆおよびコンデンサＣｆに与えられるとともに、アナ
ーダスイツナＢＷ１にも与えられる・その結果、スイッ
チａＷ１２がｍ皺されて抵抗ＲｆとコンデンサＣｆによ
る充電回路が１ＩＩＩＩ＆される。なお、このときスイ
ッチ５Ｗ１１が点線の位置へ切替えられ、コンデンサＣ
１の放電が行われる。コンデンサＣｆの充電電圧が１１
１４１１（本）で示されるように、所定時間１ｏ＊に所
定の値になると、アリツブ７０ツブＱ１はクリアされ、
士の結果、７リツプ７０ツブＱ１からは第４ｍ（工）の
如き一定１１１（１゜）の出力パルスが得られる。なお
、フリップ７！ツブＱ１のリセットによってアナ費グス
イッチ８Ｗ１もオフとなるので、スイッチＳＷＩ　２は
＊２Ｅの如き状態に復帰し、コンデンサＣｆの放電１回
路を廖威する◇上記の時ｆｌｌｈはコンデンサＣ１およ
び抵抗孔の大きさに比例するから、７リツプ７０ツブＱ
１の出力力らはコンデンサＣｉの容量に比例した肩波数
のパを入信号が得られることになる。このづルス信号は
カウンタ４によってＷｔＷｋされ、所定数に逮すると第
４ｍ（へ）に示される如きパルス（カウントＵＰ出力）
を発してタイマー５をｊ１４１ｒ（）　）の如く計数停
止させる。タイマー６は先のリセット信号ＰＯｓの解除
とともにパルス発生１ｉＩＩＩ６カラノタレツタパルス
を計数しており、該計数結果がカウンタ４からのカウン
トＵＰ信号を受けたμ−Ｃ１θＭ演算回路γにより繻子
ＰＩＧ−Ｐ１１５を介して読取られる・ ここで、上記７リツプ７ｐツブＱｌのスレ・ツシュホー
ルド電圧をＶＴＩ［とすれば、 として表わされ１したがってコンデンサｃｌの充電時間
」１（第４１１（Ｌ）を参履）は−の如く表わされる。

會た、上記の時間１．も同様にして として表わされる・なお、Ｒｆ、Ｃｆｖ値は真如であり
、したがって１６は一定の値である。　　　−したがっ
て、コンデンサＣ１の兜、放電動作を１回カウントする
迄の基準タロツク発ａｔｔｉｉ路６からのり胃ツタパル
スを歇えることにより１すなわちタイ！−５からの出力
によってコンデンサｃ１による充放電時間Ｔ１を求める
ことができる。この充放電時１１１Ｔｔは第４１ｆ（−
”−）からも明らかなように、充電（ｔｌ）はｎｉｌで
あるのに対して放電（ｔ、）は（ｎ−１’）ｉｉである
から 〒ｌ諺２１　ｔｌ　＋（ａ−１）　ｔ＠・・・・・・・
・・・・・（Ｉ）として求めることがで會る０なお、こ
のように鰐閏力つンシするのは、時ＲＷ定カウンタ（Ｃ
ｆ２゜Ｃｆ３）の分解能を上げるためであり、そのＷｋ
ｎは基準タ讐ツクＪｌｌ生回路６の出力肩諌歇、抵抗翼
の抵抗値またはコンデンサＣ１の容量値等に応じて適宜
選択される。

このようにして、コンデンサＣ１の充簾電時間〒１を求
めた俵、μｍＣ０Ｍ波算ｉｉ演算は信号Ｐ０１亥たはＰ
Ｏ２によってスイッチ８Ｗ！１を切換えてコンデンサＣ
２の検出モードとし、】ンデンサＣ！の充放電時間Ｔ２
を測定する。この揚台の動作１１１Ｉｓは上記と全く同
様であり、そのタイムチャートは第４図の右半分に示さ
れている。なお、充放電時間Ｔ８は（Ｉ）式と同様にし
て Ｔｏｗｎ　ｔ！＋　（ｎ−１）　ｔｓ”・・四・”・（
Ｉｆ　）となる〇 ｊ−ＣＯＭ演算演算１７では、上記（Ｉ）、（ＩＩ）式
より次の如き演算を行なう。

ＴＩ＋Ｔ！−２（ｙａ−１）　ｔ。

・・・・・・・・・・−（ｍ） との■式は先の原ｍｇにおける説明からも明らかなよう
に、変位に比例するから、μｍＣ０Ｍ演算回路γでは上
記の如き演算を行なうことによってその変位を測定する
ことができる。

なお、上記ではコンデンサｃ１ｓ　Ｃｓの容量を差動的
に変化書曽ることにより物理的な変位量１例えば差圧ノ
ｐｅｔａするようにしたが、館ＩＩＨに示されるように
、コンデンサの一方（Ｃｓ）を一定とし、他方（Ｃ１）
を可変とするものについても同様に適用しりるごとは１
先の原理図の説明からも明らかである。ただし、この揚
台は上記の差圧ｌＰのかわりに圧力Ｐを求めることとか
り、その演算式は上記と同様にして次のように表わされ
る０上記の実施例においては１機械的な蜜位量を静電容
量値に変換して検出するようにしたが、これを抵抗、周
波数または電圧に変換して検出することも可能である０ ｊ１６〜８ｗＪは検出部の他の実施例を示す回路図これ
らの図において１コンデンサＣの容量値および抵抗Ｒｃ
の抵抗値はともに一定であり、ｔたスイッチＩＷＩ　１
．８Ｗ２１および７リツプ７ＷツブＱｌは’１１２図実
施例に示されるものと同様のものである。

１１１ｇ８１（！ｌ　）　〜（Ｃ）　ｋＪ１５１ｔル検
出ｊ［ｌＩハイｆれも容量による検出Ｊ［ｌＩ七会（同
様であって、充放電時間が抵抗とコンデンサとの積に比
例することを利用して、ここでは抵抗値な検出するよう
にしたものであるｅすなわち、同１１（ａ）に示されル
モノハスイッチ８Ｗ２１をＲｘ側に倒してその充放電時
間Ｔ１を測定（なお、測定されるのは厳密には充電時間
だけである）シ、次にＲｃ傭に何して同様にｌｅ款電時
ｒＲＴｚを求め１ なる演算によって−の抵抗値を求める。

同じ＜＊ｌ１（Ｃ）に示されるものは、先の実施例にお
けるコンデンサｃｉ　Ｉ　ｃ、を抵抗Ｒｔ　ａ　Ｒ１に
おきかえたものに榴当するおら、その演算式もの如く全
く同様に表わされることになる會た、１ＩＩＩＩｌ（ｂ
）に示されるものはライン抵抗ＲＩが変動する場合であ
る。したがって、スイン＋８Ｗ２１を順次切替えること
によってＲｘ＋２Ｒ４、２〜および凰・にょるそれｆれ
の充放電時間Ｔｉｅ丁２およびＴｉｔ−求め１ なる演算式より抵抗値Ｒ，を測定する。

第７閣においては１検出部にてすでに周波数に変換され
ているから、ｊ１１２図実施例の如き周波数変換Ｆｉ！
ｉ路は不要となり１検出部からの出力は適宜増幅されて
直接カウンタへ導入される。この場合、カウンタが所定
撒Ｎを計数すゐ迄にどれだけの時間Ｔがかかるかを演算
するこ・とによってその周波数（Ｎ／Ｔ　’）を求める
こ上ができる。

第８１は電圧Ｅ１に変換して検出する場合であって、コ
ンデンサＣに一定の電流（Ｉ）を流して充電を行ない、
該充電による電圧を演算増幅ｌ１ＯＰ２の一方に与え、
もう一方には演算増幅＠ＯＰ１によって増幅された入力
電圧！！１を導入し、皺入カ電圧ＩＡ１：１；充電電産
ｃ’超えたときフリップ７ｐツブＱ１をセットするよう
にしたものである。コンデンサＣによる充電は一定のｍ
ｓで行われるの辷対し入力電圧レベルｇ１．が変動する
ので、電圧値に応じた時間信号を得ることができる。こ
こで、スイッチ８Ｗ２１が図示の状態にあるときの時間
測定出力をＴ’ｓ　Ｍｌ示とは黒画偶の状態に切替えた
ときのそれをＴ１とす墨と１ Ｔ！−〒１−　Ｃ１／　Ｉ　・１１ なる演算によって電圧値ＩＩを求めることがてきる。

コ；−１ｃ　ｓ　１１は筒型電圧ＳＩはコンデンサＣに
与、１られる電流、Ｃ１はコンデンｔＣの容量値である
。

次に、この発明によるゼロ、スパン調整方法について説
明する。

＃２１ＥＩにおいてＰＢｔおよびＰＨ１は前述した如く
、それヤれゼ冒点関葺用およびスパン調整用押ボタンで
あるｅここで、測定入力が零であることをａｊｌＬ、て
操作者がゼ田調整用押ボタンＰＢｔを押すと、瞭操作に
よって一−ＣＯＭ演算１１１１８７に指令が与えられ、
該指令にもとづいて声−ＣＯＭ演算Ｉ回路では上記の如
會漏電動作がｊＩ＃ｈされ１その測定結果が一−ｅＯＭ
演算回路７内の記憶回路（図示なし）に記憶される。次
いで、入力が１００−であることを確譚して上記と同様
の操作を行ない、同じく記憶１ＩＩＩＩにそのときの演
算結果を記憶させる。以後は、これらの値い用いてその
都度の演算結果を補正する。なお、ここで用いられる記
憶回路はパ□ツテリパッタアップタイプのＣ−ＭＯ８（
１１１１１彫ＭＯ８）彫のＲＡＭ（ランダムアクセスメ
モリ）を使用するのが好適である０以上のように、こめ
発明によれば、測定装置にディジタル演算回路と記憶ａ
ｙｓとを般け、押ゴタンの操作によって測定入力がＯお
よび１００％の時点における演算結果をそれでれ記憶さ
せるだけであるから相互干渉がなく、そのためスパン調
整時にもゼロ点が移動する恐れもなく、シたがって操作
が容易であり、しかも正確である。

なお、充放電時間を求めるに当たり放電時間を一定とし
て充電時間を測定するようにしたが、放、電時間を測定
することによっても上記と同様にして求めることができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

第ｉｌｌはこの発明の実施例の概略を示すブロック図、
第２ｍはこの発明の実施例を詳細に示す回路構成図、館
３図は変位量を容量値に変換して検出する原理をｍ明す
るための原理Ｈ，＊４ｍは第２１ｆの動作を＊＠するた
めのタイムチャート、第５図は容量検出部の他の実施例
を示すｉｉ＊厘、第６〜８、閣は検出部の肩の実施例を
示す回路図である◎　、 袴１号説明 １・・・・・・検出ｆｌｂ、２−・・・・・検出部選択
回踏Ｓ３・・・・・・周波数変換１１１１．４・・・・
・・力☆ンタ、Ｓ・・・甲タイマー、６・・曲基準タ田
ツタ発生＊Ｉ１．　ｙ・・・・・・μｍＣ０Ｍ演算闘踏
、８・ｍａｍｍｓ光伝送１１ｊ１．９・・・・・・バッ
テリ電ｉｕｉ路、１．０・・・・・・キーボード、１１
・・−−−−Ｉ、　ｌ　Ｄ異常検出＠ｌａｘ　を訃・・
・・・スタンバイモー）″回路、ＰＢｌ・−−−−−−
ＬＦ　ｗ点調整用押ｌタン、ＰＢｌ・・・・・・スパン
ｓｇｍ層＃ボタン、Ｃ１ａ　ｃｍ　ｅ　Ｃ１”曲”ンデ
ンナ、Ｑｌ・・・・・・７リツプ７ｗツブ、８Ｗ１．８
Ｗ２・・・・・・アｔロダスイッチ、ＣＴ−１〜ＣＴ３
・・・・・・カウンタ代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代瑠人　弁理士　扱　崎　　　清

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 物理量を検出する検出部と１１１１検出部からの出力を
   物理量に応じたディジタル信号に変換する変換部と１線
   変換部からの出力にもとづいて所定の演算を行なうディ
   ジタル演算部とを有゛してなるディジタル式−窓装置で
   あって、該演算部に対して−ｖｗ点およびスパンの演算
   指令を発する操作手段と、該操作にもとづく演算結果を
   記憶する記憶手段とを備え１験記憶内審にもとづいて以
   後の測定値の−ＶＷ点およびスパン補正を行ないうるよ
   うにしてなることを時機とするディジタル式−窓装置。