JPS6231397B2

JPS6231397B2 -

Info

Publication number: JPS6231397B2
Application number: JP6046679A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Chiba
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-05-18
Filing date: 1979-05-18
Publication date: 1987-07-08
Also published as: JPS55153098A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は抵抗体の電気抵抗値をその抵抗値に対
応した電圧あるいは電流信号に変換して出力する
抵抗・電気信号変換器に係り、特に、抵抗体と変
換回路とを結ぶ配線を２線とした場合の配線抵抗
の影響を自動的に補償することを図つた抵抗・電
気信号変換器に関するものである。

プロセス計測制御分野においては、温度、変位
などのプロセス物理量を検出測定する手段とし
て、測温抵抗体やストレンゲージなどの被測定抵
抗体に電流を流してその抵抗体両端に発生した電
圧を検出することが行なわれる。そして、一般に
被測定抵抗体が配置されるプロセス量測定点から
遠隔の場所に設置される電気信号変換部と被測定
抵抗体との間は数本の配線によつて結ばれる。

この被測定抵抗体と電気信号変換部との間の結
線を、電流の供給と電圧の検出とを供用した２線
式の配線で行なつた場合、配線の抵抗が被測定抵
抗体と直列になるとから、配線抵抗が被測定抵抗
体の抵抗値に対して無視できないほどの大きさに
なると測定結果に誤差を生じ、これを自動的に補
償することは困難とされていた。これに対処し
て、従来から、配線の抵抗を検出する線を１本別
に設ける３線式の配線が広く実用化、普及してい
る。この３線式の配線では、被測定抵抗体を一辺
とするブリツジ回路を用いる方法や、抵抗体及び
配線抵抗に比例した電圧をそれぞれ検出しこれを
演算増幅器を用いて加減算する方法などにより、
配線抵抗による影響を補償している。しかし、い
ずれにしても３線式による場合は、被測定抵抗体
と電気信号変換部とを結ぶ３本の配線のうち、抵
抗体に電流を供給する２本の配線抵抗の抵抗値が
等しいことが必要条件である。このため、配線に
は同一線種、同一線径、同一線長のものが用いら
れる。しかしながら、線径（線断面積）には数％
の許容誤差があり、配線距離が数百メートル以上
に及ぶ時や、地形またはプラントなどの障害物に
より配線経路が複雑になつている場合など、２本
の配線の抵抗を等しく維持できない場合が多く、
抵抗・電気信号変換に高い精度が要求される場合
には適用できない不都合があつた。

このような場合には従来、電流供給線路と電圧
検出線路とを４本の配線を用いて完全に分離する
４線式の配線が採用されていた。この４線式は、
２本の電圧検出線路には全く流さないで抵抗測定
が可能であることから、４本の配線抵抗の値が
各々異なつていても配線抵抗の影響を受けない抵
抗・電気信号変換器を得ることができる。しかし
ながら、４線式による場合は、変換回路の構成が
複雑になるばかりでなく、配線本数が多いことか
ら特に測定点数が多点の場合に配線処理が繁雑を
極め、しかも配線工事費が割高になるなどの不都
合があつた。

本発明の目的は、上記した従来技術での不都合
を除き、従来困難とされていた２線式配線での配
線抵抗の影響補償を簡単な回路構成で行なうこと
のできる抵抗・電気信号変換器を提供するにあ
る。

本発明の特徴は、上記目的を達成するために、
被測定抵抗体の両端に並列にその抵抗値に比較し
て小さいインピーダンス値を持つコンデンサを接
続した並列接続回路を抵抗測定個所に配置し、こ
の並列接続回路の両端にそれぞれ１本の配線を介
して、直流定電流源及び方形波定電流源からそれ
ぞれ一定電流を供給し、前記配線を介して得られ
る前記並列接続回路の発生電圧を、前記方形波定
電流源の周波数と同期してオン・オフ動作するス
イツチング回路に入力することにより、このスイ
ツチング回路から抵抗体の抵抗値に対応した電気
信号を得る構成とするにある。

以下図面により本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例回路図、第２図及び
第３図はその動作説明用の各部信号タイムチヤー
トである。実施例は抵抗体として、抵抗値Rtが
温度に応じて変化する測温抵抗体を用いる場合で
ある。第１図において、１は２線式の測温抵抗体
で、その両端にコンデンサＣが並列に接続され、
この並列接続回路が測定点Ａ部に設置され、電気
信号変換部Ｂ部は測定点Ａ部から遠隔の位置に置
かれる。電気信号変換部Ｂ部の直流定電流源２と
方形波定電流源３との並列回路からは、測温抵抗
体１とコンデンサＣの並列接続回路の両端に配線
Ｌ１，Ｌ２を介してそれぞれ一定電流が供給され
る。ｒ１，ｒ２は配線Ｌ１，Ｌ２の各々の等価抵
抗である。電流を流すことによつて配線Ｌ１，Ｌ
２を介して得られた測温抵抗体１とコンデンサＣ
の並列接続回路両端の発生電圧ｅ_Rは方形波定電
流源３の周波数と同期してオン・オフ動作するス
イツチング回路４に入力される。スイツチング回
路４は、例えば図示のように交互にオン・オフ動
作する半導体スイツチ５，６の直並列回路で構成
される。

このような構成をもつ実施例回路の動作を、第
２図のタイムチヤートを用いながら説明する。ま
ず、直流定電流源２のみに着眼すれば、第２図イ
に示すような一定電流ｉ１が第１図実線矢印のよ
うに測温抵抗体１に流れ、ａ点に発生する電圧ｅ
_R1はｂ点を基準にしてｅ_R1＝（r1＋Rt＋r2）・r1 …(1) となる。ここで、Rtは測温抵抗体１の抵抗値で
ある。第２図ハはこの発生電圧ｅ_R1のタイムチヤ
ートを示す。また、方形波定電流源３のみに着眼
すれば、第２図ロに示すように、周期Ｔのうちの
区間Ｔ１では電流（−ｉ２）を発生し、区間Ｔ２
では零となる間欠的な方形波定電流を出力してい
る。ここで、測温抵抗体１の抵抗値Rtと方形波
定電流源３の周波数とコンデンサＣの容量（同
じ符号で表わす）との関係を Rt≫１／（２πＣ） …(2) なるように選定すれば、第２図ロに示すような方
形波定電流源３からの電流（−ｉ２）は、第１図
破線矢印のように、測温抵抗体１には流れずにコ
ンデンサＣのみに流れる。即ち、測温抵抗体１の
抵抗値Rtに比較してコンデンサＣのインピーダ
ンス値を極めて小さくすることにより、方形波定
電流源３おらの方形波電流（−ｉ２）はコンデン
サＣのみに流れる。従つてｂ点を基準にしたａ点
での発生電圧ｅ_R2は第２図ニに示すように区間Ｔ１ではｅ_R2(T1)＝−（r1＋r2）・r2 区間Ｔ２ではｅ_R2(T2)＝０ …(3) となる。かくして、実際にａ点に発生する電圧ｅ
_Rは、電流ｉ１と電流ｉ２によつてそれぞれ発生
する電圧の合成値であるからｅ_R＝ｅ_R1＋ｅ_R2 …(4) となる。(1)式及び(3)式と(4)式とから区間Ｔ１ではｅ_R(T1)＝（r1＋Rt＋r2）・i1 −（r1＋r2）・i2 …(5) 区間Ｔ２ではｅ_R(T2)＝（r1＋Rt＋r2）・i1 (6) となる。このときのタイムチヤートを第２図ホに
示す。

(5)式及び(6)式で示されるａ点に発生した電圧ｅ
_Rはスイツチング回路４に入力される。スイツチ
ング回路４は、方形波定電流源３の周波数と同期
して、区間Ｔ１ではスイツチ５がオン、スイツチ
６がオフ、また区間Ｔ２ではスイツチ５がオフ、
スイツチ６がオンとなるように交互にオン・オフ
動作している。従つて、スイツチング回路４の出
力ｅ_O、つまりスイツチ６の両端電圧ｅ_O、は第２
図ヘに示すように、区間Ｔ１では(5)式で表わされ
る電圧がそのまま出力される。区間Ｔ２では(6)式
に表わされる電圧がスイツチング回路４に入力さ
れるが、スイツチ６が短絡状態となるので、出力
ｅ_Oは零である。即ち、区間Ｔ１ではｅ_O(T1)＝（r1＋Rt＋r2）・i1 −（r1＋r2）・i2 …(7) 区間Ｔ２ではｅ_O(T2)＝０ …(8) となる。ここで、直流定電流源２の出力電流ｉ１
と、方形波定電流源３の出力電流ｉ２とを等し
く、ｉ１＝ｉ２＝ｉに選定すれば(7)式は次の(9)式
のようになる。

ｅ_O(T1)＝Rt・ｉ …(9) 即ち、スイツチング回路４の出力として、(9)式
で示されるように配線抵抗ｒ１，ｒ２の影響の補
償された、測温抵抗体１の抵抗値Rtのみに比例
した間欠的な方形波電圧を得ることができる。

第３図は本発明の他の実施例に対するタイムチ
ヤートで、これは、第２図では方形波定電流源３
の出力として第２図ロに示すような間欠的な方形
波電流を出力する場合について述べたのに対し、
第３図では第３図ロに示すような交番方形波電流
（±ｉ２）を用いる場合である。この場合、交番
方形波電流（±ｉ２）を流すことによつてａ点に
発生する電圧はｅ_R2は区間Ｔ１ではｅ_R2(T1)＝−（r1＋r2）・i2 区間Ｔ２ではｅ_R2(T2)＝（r1＋r2）・i2…(10) となる。このときのタイムチヤートは第３図ニに
示すようになる。従つて、電流ｉ１と電流（±ｉ
２）によつて発生するａ点の合成電圧ｅ_Rは第３
図ホに示すような波形となる。即ち、(1)式及び(10)
式を用いて区間Ｔ１ではｅ_R(T1)＝（r1＋Rt＋r2）・i1 −（r1＋r2）・i2 …(11) 区間Ｔ２ではｅ_R(T2)＝（r1＋Rt＋r2）・i1 ＋（r1＋r2）・i2 …(12) となる。この電圧ｅ_Rは、スイツチング回路４に
よつて(11)式で示すＴ１の電圧ｅ_R(T1)のみ出力さ
れるから、スイツチング回路４の出力ｅ_Oは、第
３図ヘで示すタイムチヤートのようになる。即ち
(11)式は前述の(5)式と同一であり、出力ｅ_Oは前述
の(7)式、(8)式と同一となる。ここで、電流ｉ１と
電流（±ｉ２）の関係をｉ１＝ｉ２＝ｉに選定す
れば、出力ｅ_Oは(9)式と同一となる。

なお、上述の実施例では、スイツチング回路４
として半導体スイツチ５，６の直並列回路で構成
されるとして説明したが、これに限るものではな
く、スイツチング回路４の出力側に接続される図
示しない増幅器または平滑回路の構成によつては
スイツチ６は必ずしも必要とするものではない。

また、測温抵抗体１には寄生容量が存在し、特
にパラフインなどの充填材入りの場合は、寄生容
量の値が非常に大きく、この寄生容量を利用し、
(2)式を満足するような方形波定電流源３の周波数
を選定することにより、場合によつては第１図の
コンデンサＣを省略することも可能である。

さらに、実施例は測温抵抗体の場合について述
べたが、ストレンゲージなどその他の抵抗体の場
合にも適用できることはもちろんである。

以上述べたように、本発明によれば、２線式の
配線を採用して配線抵抗の影響を自動的に補償す
ることができ、しかも２本の配線の抵抗値を等し
くする必要がないので、配線工事費を大幅に低減
でき、かつ配線処理が容易となり、測定精度が向
上し、また回路構成も、直流定電流源、方形波定
電流源、スイツチング回路、コンデンサのみの簡
単な構成であり、安価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例回路図、第２図及び
第３図は本発明の動作説明用の各部信号のタイム
チヤートである。１…測温抵抗体、２…直流定電流源、３…方形
波定電流源、４…スイツチング回路、５，６…ス
イツチ、Ｌ１，Ｌ２…配線、Ｃ…コンデンサ。

Claims

【特許請求の範囲】

１抵抗体の抵抗値を抵抗値に対応した電気信号
に変換して出力する抵抗・電気信号変換器におい
て、抵抗体の抵抗値に比較して小さいインピーダ
ンス値を持つコンデンサを抵抗体の両端に並列に
接続して形成されて抵抗測定個所に配置される抵
抗、コンデンサの並列接続回路と、上前並列接続
回路の両端にそれぞれ１本の配線を介して一定電
流をそれぞれ供給する直流定電源及び方形波定電
流源と、前記配線を介して得られる前記並列接続
回路の発生電圧を入力に受けてこれを前記方形波
定電流源の周波数と同期してオン・オフ動作して
抵抗体の抵抗値に対応した電気信号を出力するス
イツチング回路とを備えたことを特徴とする抵
抗・電気信号変換器。