JPS6052111A

JPS6052111A - 電圧周波数変換器

Info

Publication number: JPS6052111A
Application number: JP16000083A
Authority: JP
Inventors: Koyata Sugimoto; 小弥太杉本
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-08-31
Filing date: 1983-08-31
Publication date: 1985-03-25

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】本発明は供給される電圧を周波数に変挨する電圧周波数
変換器に関する。

温度、圧力等の物理量を温度センサ、圧力センサによシ
ミ気的に検出して例えば流量測定装置において温度補正
信号、圧力補正信号として用いる場合、得られるアナロ
グ電気信号、すなわちアナログ電圧をデジタル信号に変
換するために電圧周波数変換器が用いら、れる場合があ
る。ところでこの電圧周波数変換器にはコンデンサを有
した積分回路が一般に用いられるが、この積分回路と協
働して鋸歯状波電圧を得るため、従来では、積分回路の
コンデンサに並列にオン・オフ素子、例えばトランジス
タを接続し、このトランジスタのオンによシコンデンサ
の両端の電位差を零にして積分電圧を初期値に設定して
いる故、初期値への設定時間がトランジスタのオン状態
での内部抵抗とコンデンサの容量とで規定され、従って
コンデンサの容量が大きくなると又はトランジスタのオ
ン状態での内部抵抗が大きいと初期値への設定時間が大
きくなシ、このように設定時間が大きくなると電圧−周
波数変換特性においてその直線性が得られなくなシ、こ
の傾向は周波数が高くなればなるほど顕著に生じる。

本発明は前記諸点に鑑みなされたものであシ、その目的
とするところは、積分電圧を初期値に設定するに際して
コンデンサの両端の電位差を零にするようなオン・オフ
素子を省き得、これによジオン・オフ素子の内部抵抗に
起因する影響を除き得、電圧−周波数変換特性の直線性
の向上を計り得る電圧周波数変換器を提供することにあ
る。

本発明によれば前記目的は、供給される電圧を時間精分
すべく、コンデンサを有した積分回路と、この積分回路
から出力される積分電圧と基準電圧とを比較する比較回
路と、積分回路のコンデンサの接続を反転する反転回路
と、積分電圧が基準電圧と交差する際に比較回路から出
力される比較結果信号によシ積分回路のコンデンサの接
続を反転する指令信号を反転回路に出力する反転指令回
路とからなる電圧周波数変換回路によって達成される。

以下好ましい一具体例によシ本発明をよシ詳細に説明す
る。

図において、抵抗１及び２は、圧力センサ等の抵抗で、
例えば流量計の管内に配置され、被測流体の圧力Ｐに応
じてその抵抗値が変化する。尚、被測流体の圧力Ｐの変
化で抵抗１と２との抵抗値の変化方向が異なるように、
すなわち例えば抵抗ｌの抵抗値が増大すると抵抗２の抵
抗値が減少するように、抵抗１及び２は配置されている
。抵抗３及び４は抵抗１及び２と共にブリッジ回路を形
成しておｐ、このブリッジ回路には端子５を介して電源
からの電圧ｖ１が供給されている。抵抗１と２との接続
点に生じる電圧■２は抵抗６を介して演算増幅器７の反
転入力に供給されておシ、抵抗３と４との接続点に生じ
る電圧■３は増幅器７の非反転入力に供給されている。

電圧ｖｌを分圧する抵抗８．９．１０及び１１において
、抵抗８と９との接続点に生じる電圧■４は比較器１２
の反転入力に供給されておシ、抵抗１０と１１との接続
点に生じる電圧ｖ５は比較器１３の反転入力端に供給さ
れている。尚、抵抗３と４との接続点は抵抗９と１０と
の接続点にも接続されている。ここで、Ｖｌ　−Ｖ４　
＝Ｖ４−Ｖ３　＝Ｖ３　Ｖｓ　＝Ｖｓとなるように各抵
抗３．４．８〜１１が設定されているものとする。増幅
器７の反転入力端Ｗは更にアナログスイッチ１４及び１
５に接続されておシ、スイッチ１４及び１５は夫々コン
デンサ１６の夫々の一端１９及び２０とアナログスイッ
チ１７及び１８とに接続されておシ、スイッチ１７及び
１８は増幅器７の出力端と比較器１２及び１３の非反転
入力端に接続されている。スイッチ１４と１８とが導通
状態、すなわちオンとなり、スイッチ１５と１７とが非
導通状態、すなわちオフとなると、コンデンサ１６の一
方の端子１９が増幅器７の反転入力端に、他方の端子２
０が増幅器７の出力端に夫々接続され、スイッチ１４と
１８とがオフとなシ、スイッチ１５と１７とがオンとな
ると、前記とは逆に端子１９が増幅器７の出力端に、端
子２０が増幅器７の反転入力端に夫々接続される。

このように抵抗６、コンデンサ１６及び増幅器７により
積分回路が構成され、スイッチ１４．１５．１７及び１
８によシ反転回路が構成されている。比較器１２及び１
３の出力はエクスクルシブノアゲート２１に供給されテ
オリ、ゲート２１の出力は再トリガ可能のワンショット
マルチバイブレータ２２のトリが端子に供給されている
。マルチパイプレーク２２はゲート２１からの信号の立
上シでトリガされると抵抗２３とコンデンサ２４との値
で決定される時間巾Ｔ、を有するパルス２５をＱ端子か
ら出力する。尚、マルチバイブレータ２２は再トリガ可
能であるため、パルス２５を発生している間にゲート２
１からの信号において再び立上シが生じると、その立上
シの時点から時間ＴＩまでパルス２５を発生する。（Ｊ
ｌに／Ｑルス２５をマルチバイブレータ２２から受信す
るＤタイプフリップフロップ２６は）Ｑシス２５の立上
シでＤ端子に供給されている論理状態をＱ端子に出力す
る。フリップフロップ２６のＤ端子とｑ端子とが接続さ
れているので７リツプフロツプ２６はパルス２５に対し
て２進カウンタとして機能する。フリップフロップ２６
のＱ端子はスイッチ１５及び１７のオン・オフ制御端子
に接続されておシ、７リツプフロツプ２６のＱ端子はス
イッチ１４及び１Ｂのオン・オフ制御端子に接続されて
いる。スイッチ１４．１５．１７及び１８はフリップフ
ロップ２６から指令信号としての論理ｌ（Ｄ／Ｑルスが
オン・オフ制御端子に供給される場合にはオンとなる一
方、逆に指令信号としての論理０のパルスがフリップ７
０ツブ２６からオン・オフ制御端子に供給される場合に
はオフとなる。このようにゲート２１、マルチバイブレ
ーク２２及びフリップフロップ２６は反転指令回路を構
成している。端子２７には電圧■２が、よシ詳しくいえ
ば電圧ΔＶ　（＝　ｌ　Ｖａ　Ｖｓ　Ｉ　）に比例した
周波数をもったパルス信号３５が７リツプフロツプ２６
のＱ端子から供給される。端子２８にはデー）２１等の
論理回路に対する電源電圧と同じ電圧が供給されている
。

このように構成された電圧周波数変換器３０では、被測
流体の圧力Ｐによシ抵抗１及び２がそれに相当した値と
なると抵抗ｌと２との接続点には電圧Ｖ２が生じ、電１
圧△Ｖ　（＝　Ｖａ　Ｖａ、以下特にことわらない場合
には△Ｖ〈０とする）が抵抗６を介して増幅器７の反転
及び非反転入力端間に供給される。フリップフロップ２
６のＱ端子が論理０．６端子が論理１の信号を出力し、
スイッチ１４及び１８がオン、スイッチ１５及び１７が
オフに夫々設定されていると、端子１９は増幅器７の反
転入力端、端子２０は増幅器７の出力端に夫々接続され
ており、従ってコンデンサ１６、抵抗６及びＪ曽幅器７
からなる積分回路は電圧△Ｖを時間積分して増幅器７の
出力端にランプ電圧信号３１を出力する。時間の経過と
共に信号３１の電圧が増大して電圧■４を越えると、す
なわち信号３１の電圧が電圧ｖ４と交差すると、比較器
１２は論理１の信号３２を出力する。信号３１の電圧は
電圧■５よシも常に大であるため、比較器１３の出力は
論理１である結果、比較器１２の出力端がら論理１の信
号３２が出力されると、デー）２１０出刃端には論理Ｏ
から論理１に変化する信号３３が生じ、（ｉ号３３でも
ってマルチバイブレータ２２は／ξルス２５盆フリップ
フロップ２６に供給する。パルス２５を受信するとフリ
ップ７０ツブ２６はＱ出力端を論理１に６出力端を論理
０に設定する結果、スイッチ１５及び１７がオン、スイ
ッチ１４及び１８がオフに夫々なるため、前記と逆に端
子１９は増゛幅器７の出力端に端子２ｏは増幅器７の反
転入力端に夫々接続される。このようにコンデンサ１６
が逆に接続されると、増幅器７の出力端ではコンデンサ
１６に印加されていた電圧分だけ電圧が降下して、増幅
器７の出力端の積分電圧は初期値、すなわちはに電圧ｖ
ｌ、に近い値に設定される。

以後再び積分回路は電圧△Ｖを時間積分して増幅器７の
出力端にランプ信号３４を出方し、以上の動！作が繰シ返され、増幅器７の出力には鋸歯状波信号３６
が発生し、端子２７には電圧△Ｖに比例した周波数のパ
ルス信号３５が得られる。すなわち。

圧力Ｐが大となると電圧Δ■の絶対値が大きくなるよう
にしておくと、ランプ信号３１及び３４の傾斜は被測流
体の圧力Ｐの大きさに比例して大きくな虱従って鋸歯状
波信号３６の周波数１／Ｔ。

は圧力Ｐの大きさに比１＆＋１する結果、信号３５の周
波数は圧力Ｐに比例することとなる。尚、前記では′１
１１圧△Ｖが負の場合について説明したが１１−５圧△
Ｖが正の場合には、比較器１２から常に論理Ｏの信号が
出力され、増幅器７からは負の傾斜をもったランプ信号
が出力され、増幅器７からの負の傾斜のランプ信号の電
圧が電圧■５よりも低くなった時開に比較器１３の出力
がｈ「理１から論理０に変化する信号を出力し、この時
マルチバイブレータ２２がノ（ルス２５を出力する。結
果、前記と同様にコンデンサ１６の接続が逆転され積分
電圧が初期値す圧力Ｐが大となるとこれに比例して電圧
ΔＶの絶対値が大きくなるようにしておくと、を圧△Ｖ
が負の場合にも、端子２７には被測流体の圧力Ｐの大き
さを示す周波数を有する信号３５が得られることになる
。

ところで前記のように構成された電圧周波数変換器３０
では、コンデンサ１６の増幅器７に対する接続状態を交
互に逆にして積分電圧の初期設定を行うため、換言すれ
ばコンデンサ１６に並列にオンオフ素子を接続してコン
デンサの放電を行いこれによシ積分電圧の初期設定を行
うものでないため、初期設定に要する時間Ｔｓｆ：極め
て短くし得、従って電圧△Ｖが大きくなっても電圧−周
波数変換特性の比例性は劣化しない。

尚、積分電圧の初期設定時、例えば電圧ΔＶが正の場合
、コンデンサ１６の逆転接続により信号３６の電圧が電
圧Ｖ、よシも低くなシゲート２１の出力が論理０から論
理ｌに変化する可能性があるが、これは時間Ｔ８に比較
して／（’ルス２５の時間ｒｉｌ　’ｉ’ｌを大きくし
ておけば無視し得、これによる誤動作をなくし得る。

前記具体例では、電圧Δ■が正の場合でも負の場合でも
動作する電圧周波数変換＠？ｒ３０について説明したが
、本発明はこれに限定されず、正の場合又は負の場合の
いずれか一方で動作するようにしてもよい。また流量側
に流れる被測流体の圧力Ｐに代えて被測流体の温度を電
気的に検出してこれを周波数に変換するようにしてもよ
く、力１１えて不発ＩＪＪはＤｉｒ、　Ｌｔｉｌにおけ
る物理量を検出して周波数イａ−′８として得るものに
限らず、一般の物理ｍ、を検出してこれを周波数に変換
するものにも適用し得る。

前記の如く、本発明によればコンデンサを急激に放電又
は充電させて積分電圧の初期設定を行う必要がないので
、オンオフ素子の内部抵抗に起因する悪影響を排除し得
、初期設定時間を可及的に短くし得る結果、優れた直線
性を有する電圧−周波数変換特性を得られ得、加えてコ
ンデンサの容量を大きくし得るため、積分回路を雑音に
強いものとし得る。

【図面の簡単な説明】

４３１図は本発明による好ましい一具体例の回路図、第２図は第１図に示す具体例の動作を説明するタイムチ
ャートである。６・・・抵　抗、　７・・・演算増幅器、１２・・・比
較器、　１４．１５．１７．１８・・・アナログスイッ
チ、１６・・・コンデンサ、２６・・・Ｄタイプフリツゾフロツプ。代１１人弁理士今　村　元

Claims

【特許請求の範囲】

（１）供給される電圧を時間禎分すべく、コンデンサを
有した積分回路と、この積分回路から出力される積分電
圧と基準電圧とを比較する比較回路と、積分回路のコン
デンサの接続を反転する反転回路と、積分電圧が基準電
圧と交差する際に比較回路から出力される比較結果信号
によシ積分回路のコンデンサの接続を反転する指令信号
を反転回路に出力する反転指令回路とからなる電圧周波
数変換器。
（２）積分回路は、演算増幅器とコンデンサとからなシ
、反転回路は、演算増幅器の、一方の入力端子とコンデ
ンサの一方の端子に接続された第１のアナログスイッチ
と、演算増幅器の一方の入力端子とコンデンサの他方の
端子とに接続された第２のアナログスイッチと、演算増
幅器の出力端子とコンデンサの一方の端子とに接続され
た第３のアナログスイッチと、演算増幅器の出力端子と
コンデンサの他方の端子と、に接続された第４のアナロ
グスイッチとからなる特許請求の範囲第１項に記載の電
圧周波数変換器。
（３）反転指令回路は、第１及び第４のアナログスイッ
チと第２及び第３のアナログスイッチとに交互にオン・
オフ信号をコンデンサの接続を反転する指令信号として
出力するように構成されている特許請求の範囲第２項に
記載の電圧周波数変換器。