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JPS6356953B2 - - Google Patents
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JPS6356953B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6356953B2
JPS6356953B2 JP54091526A JP9152679A JPS6356953B2 JP S6356953 B2 JPS6356953 B2 JP S6356953B2 JP 54091526 A JP54091526 A JP 54091526A JP 9152679 A JP9152679 A JP 9152679A JP S6356953 B2 JPS6356953 B2 JP S6356953B2
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JP
Japan
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resistor
voltage
lead wire
differential amplifier
resistance
Prior art date
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Application number
JP54091526A
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Japanese (ja)
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JPS5616830A (en
Inventor
Hiromi Chiba
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS5616830A publication Critical patent/JPS5616830A/en
Publication of JPS6356953B2 publication Critical patent/JPS6356953B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、4線式被測定抵抗体を使用した抵
抗・電気信号変換器のバーンアウト回路に係り、
特に被測定抵抗体が断線したとき、出力をバーン
アウト・アツプスケールになるようにしたバーン
アウト回路に関する。 一般のプロセス自動制御系においては、被測定
抵抗体が疲労または損傷などにより断線した場
合、それを検出して何等かの処置をこうじて制御
系が安全側に動作するようにしなければならな
い。このため、変換器には被測定抵抗体の断線を
検出するために、出力信号を上限または下限のい
ずれかの標準信号範囲外に振切らせる動作をする
回路を備えることが望ましい。これを一般に、バ
ーンアウト回路と称している。 第1図は、被測定抵抗体として4線式測温抵抗
体と差動増巾器で構成された温度変換器の実施例
である。第1図において、1は一端に第1の電流
供給用リード線A1と第1の電圧検出用リード線
B1とを分岐して有し、他端に第2の電流供給用
リード線A2と第2の電圧検出用リード線B2と
を分岐して有する4線式の測温抵抗体で、抵抗r
1〜r4は遠隔の測定点に設置された測温抵抗体
1から変換器までの各々の前記リード線A1,B
1およびB2,A2の等価導線抵抗である。定電
流源2とバイアス抵抗Rbの直列回路からは電流
供給用リード線A1,A2を介して測温抵抗体1
に図示矢印で示す如く一定電流iが供給されてい
る。そして定電流源2とバイアス抵抗Rbの交点
を基準電位COMとして、電圧検出用リード線B
1を介して得られる測温抵抗体1の抵抗変化に応
じて変化する発生電圧e1は差動増巾器3の正相
入力端に接続されている。また、電圧検出用リー
ド線B2を介して得られた電流供給用リード線A
2の等価導線抵抗r4の値に対応した発生電圧は
抵抗R1と抵抗R2から成る分圧回路で分圧さ
れ、この電圧とバイアス抵抗Rbの両端に発生し
た電圧との加算電圧e2は差動増巾器3の逆相入
力端に接続されている。ここに、差動増巾器3の
出力電圧e0は(1)式の演算式に示す如く、逆相入力
端の入力電圧e2に対する入出力変換利得は、正
相入力端の入力電圧e1に対する入出力変換利得
の2倍の変換利得を有するように構成されてい
る。 e0=K|e1−2e2| ……(1) (1)式において、Kは差動増巾器3の変換利得で
ある。また、ZDは定電流源2の両端に接続され
たゼナーダイオードで、測温抵抗体1が断線した
場合に定電流源2の負荷が開放になり、差動増巾
器3の入力端に過大電圧が印加されるのを防止す
ると共に定電流源2自身の保護を行なうためのも
のである。なお、ゼナーダイオードZDのゼナー
電圧Vzは定常時に測定回路に影響を与えないよ
うにVz≫(r1+Rt+r4+Rb)iに選定され
ている。ここに、Rtは測温抵抗体1の抵抗値で
ある。 なお、測温抵抗体1の抵抗値Rtは(2)式の如く
示される。 Rt=Rtb+ΔRt ……(2) ここに、Rtbは測温抵抗体の種類と測定温度範
囲の下限値によつて定まる一定バイアス抵抗値、
ΔRtは測温抵抗体の種類と測定温度範囲によつて
定まる測定温度範囲の下限値からの温度変化に対
応した抵抗変化分である。 また、差動増巾器3の正相入力端の入力インピ
ーダンスZ1、逆相入力端の入力インピーダンス
をZ2としたとき (r2+Rt+r4+Rb)≪Z1 (r3+r4)≪(R1+R2) 〔R1・R2/(R1+R2)+Rb〕≪Z2 の条件を満足するように差動増巾器3の入力イン
ピーダンスZ1,Z2は十分大きく選定されてい
る。 このように構成された第1図の温度変換器にお
いて、まず定常状態においてはゼナーダイオード
ZDは遮断状態にあるから定電流源2からの一定
電流iは図示矢印の如く、r1→Rt→r4→Rb
と流れて一巡し、差動増巾器3の入力端に加わる
それぞれの電圧e1,e2は次式で与えられる。 e1=(Rt+r4+Rb)i =(Rtb+ΔRt+r4+Rb)i ……(3) e2=r4・i・R2/(R1+R2) +Rb・i ……(4) ここで、分圧回路の抵抗R1,R2の値を共に
等しくR1=R2に選定すれば、発生電圧r4・
iは1/2に分圧されるから(4)式は(5)式で示される。 e2=(1/2・r4+Rb)i ……(5) (3),(5)式で示される発生電圧e1,e2は差動
増巾器3によつて(1)式の如き演算が行なわれるか
ら、 e0=K(Rtb+ΔRt−Rb)i ……(6) (6)式において、バイアス抵抗Rbの値を測温抵
抗体1に含まれる一定バイアス抵抗分Rtbの値と
等しく、 Rtb=Rb ……(7) にバイアス抵抗Rbの値を調整すれば e0=K・ΔRt・i ……(8) となる。すなわち、定常時においては(8)式で表わ
される如く差動増巾器3の出力として、リード線
抵抗の影響を受けない測温抵抗体の任意の範囲の
抵抗変化ΔRtを所望の範囲の電気信号に変換した
出力e0を得ることができる。 次に、第1図の実施例において、測温抵抗体1
の各種の異常状態における動作について第2図a
〜eを用いて説明する。なお、第1図に示した各
各のリード線の等価導線抵抗r1〜r4の値は回
路抵抗R1,R2,Rbの値および差動増巾器3
の入力インピーダンスZ1,Z2の値に比べて十
分小さい値であり、異常状態における動作を説明
するに当つて支障が無いので、第2図においては
リード線の抵抗r1〜r4は省略して示した。 まず、測温抵抗体1の第1の電流供給用リード
線A1が断線した場合には、第1図に示した回路
は第2図aのように表わされる。このときの定電
流源2からの一定電流iはゼナーダイオードZD
のみに流れ、定常時に差動増巾器3の入力端に印
加さていた(3)式および(5)式で示される電圧e1,
e2は共に零となる。このため、差動増巾器3の
出力e0も零となる。 次に、測温抵抗体1の第1の電圧検出用リード
線B1が断線した場合には、第1図に示した回路
は第2図bのように表わされる。このときの定電
流源2からの一定電流iは図示矢印の如く定常状
態のときと同様の経路で流れ、差動増巾器3の逆
相入力端には(5)式で示される定常時と同様の発生
電圧e2が印加される。しかしながら、高入力イ
ンピーダンスを有する差動増巾器3の正相入力端
は開放状態となり、線路のノイズ等により、差動
増巾器3の出力e0は不定となる。 また、測温抵抗体1の第2の電圧検出用リード
線B2が断線した場合には、第1図に示した回路
は第2図cのように表わされる。この場合もリー
ド線B1が断線したときと同様に、定電流源2か
らの一定電流iは図示矢印の如く定常状態のとき
と同じ経路で一巡し、差動増巾器3の正相入力端
には(3)式で示される定常時と同様の発生電圧e1
が印加されている。一方、差動増巾器3の逆相入
力端には、e2=Rb・i・Z2/(R2+Z2)
の電圧が印加される。これにより、差動増巾器3
の出力e0はこれらe1,e2の値を(1)式に代入し
て e0=K〔Rtb+ΔRt+r4+Rb−2Rb ・Z2/(R2+Z2)〕i ……(9) となる。ここに、抵抗R2の値に比べて逆相入力
端の入力インピーダンスZ2は十分大きい値であ
り、R2の値は無視できる。また、Rtb=Rbに選
定されているから(9)式は(10)式で表わされる。 e0=K(ΔRt+r4)i ……(10) (10)式において、リード線抵抗r4による発生電
圧r4・iは測温抵抗体の抵抗変化ΔRtに対応し
て発生する電圧ΔRt・iに比べて小さい値である
から差動増巾器3の出力e0は、(8)式で示した定常
状態における出力電圧とほぼ等しい値となる。 また、測温抵抗体1の第2の電流検出用リード
線A2が断線した場合には、第1図に示した回路
は第2図dのように表わされる。差動増巾器3の
入力インピーダンスZ1,Z2は十分大きい値で
あり、また(Rt+R1+R2+Rb)i≫Vzなる
ようにゼナーダイオードZDのゼナー電圧Vzが選
定されているから、このときの定電流源2からの
一定電流iは図示矢印の如くゼナーダイオード
ZDのみに流れ、ゼナー電圧Vzを発生する。この
ゼナー電圧Vzはリード線A1およびB1を介し
て差動増巾器3の正相入力端に直接印加されると
共に、測温抵抗体1と抵抗R1,R2から成る分
圧回路を介して差動増巾器3の逆相入力端に印加
される。すなわち、差動増巾器3の入力端に印加
されるそれぞれの電圧は(11),(12)式で表わされる。 e1=Vz ……(11) e2=Vz・(R2+Rb) /Rt+R1+R2+Rb) ……(12) (12)式において、測温抵抗体の抵抗Rtの値およ
びバイアス抵抗Rbの値は分圧抵抗R1,R2の
値に比べて十分小さい値であり、Rt,Rbを無視
する。また、抵抗R1,R2の値はR1=R2に
選定されているから、(12)式は(13)式で表わすこ
とができる。 e2≒1/2・Vz ……(13) (11)式および(13)式の関係を(1)式に代入するこ
とにより明らかな如く、このときの差動増巾器3
の出力電圧e0はほぼ零となる。 最後に、測温抵抗体1の抵抗素線Rtが断線し
た場合には、第1図に示した回路は第2図eのよ
うに表わされる。この場合もリード線A2が断線
した場合と同様、定電流源2からの一定電流iは
図示矢印の如くゼナーダイオードZDのみに流れ
ゼナー電圧Vzを発生する。このゼナー電圧Vz
リード線A1およびB1を介して差動増巾器3の
正相入力端に印加され、e1=Vzとなる。一方、
差動増巾器3の逆相入力端の電圧e2は零にな
る。ここに、ゼナー電圧Vzは(3)式で示した定常
状態の発生電圧e1に比べて十分大きく選定され
ているから、これらe1,e2の値を(1)式に代入
することにより明らかな如く、差動増巾器3の出
力e0はプラス側(上限側)に振切れる。以後これ
をバーンアウト・アツプスケールという。 このように従来の4線式測温抵抗体を用いた温
度変換器においては、測温抵抗体断線による各種
の異常状態が発生したとき、その出力の方向が定
まらず、異常時に制御系を安全側に動作させる方
向を選択できない欠点があつた。特に、前述の如
く電圧検出用リード線B2が断線した場合には定
常時の出力の値とほぼ等しい値を出力するため、
異常状態であることに気が付かない可能性があつ
た。また、電流供給用リード線A1またはA2が
断線した場合は、いずれも出力は零となり、定常
時の入力抵抗ΔRt=0(温度測定範囲の下限値)
のときの出力との判別ができないなど、はなはだ
不都合であつた。 本発明の目的は、上記のような従来回路の欠点
を無くし、4線式被測定抵抗体による各種の異常
状態が発生した場合に、変換器の出力を確実に標
準信号範囲外の上限(プラス側)に振切らせる動
作をするいわゆるバーンアウト・アツプスケール
になるようにしたバーンアウト回路を簡単な構成
で実現することである。 本発明の要点は、4線式被測定抵抗体と変換器
とを結ぶ測定回路間に複数の抵抗と複数の一方向
性半導体素子を直並列に接続し、前記被測定抵抗
体断線による各種の異常状態が発生したときに、
前記被測定抵抗体に一定電流を供給するための定
電流源からの電流を前記一方向性半導体素子を介
して前記抵抗に流すことによつて発生した電圧
を、前記変換器を構成する差動増巾器の入力端に
加え、よつて出力を強制的にバーンアウト・アツ
プスケールになるようにした点にある。 以下、本発明によるバーンアウト回路について
第3図に示す実施例を用いて詳しく説明する。な
お、第3図において第1図と同一部分は同一符号
を用いて示す。 第3図において、第1図と異なる点は次の通り
である。第1の電圧検出用リード線B1と差動増
巾器3の正相入力端との間に抵抗R3が、また第
2の電圧検出用リード線B2と分圧抵抗R1との
間に抵抗R4がそれぞれ新に接続されている。ま
た、第1の電圧検出用リード線B1と抵抗R3の
交点と、共通電位COM間に高インピーダンスの
抵抗R5と電圧値Vaなる電圧源4の直列回路が
図示極性で接続され、第2の電圧検出用リード線
B2と抵抗R4の交点と、共通電位COM間に高
インピーダンスの抵抗R6と電圧値(−Vb)な
る電圧源5の直列回路が接続されている。また、
第1の電流供給用リード線A1と定電流源2の交
点と、抵抗R3と差動増巾器3の正相入力端との
交点との間に第1の一方向性の半導体素子として
たとえばダイオードD1が図示極性で接続され、
抵抗R1と抵抗R4の交点と、第2の電流供給用
リード線A2とバイアス抵抗Rbの交点との間に
第2の一方向性半導体素子としてたとえばダイオ
ードD2が図示極性で接続されていることであ
る。そして、第1図の実施例では抵抗R1とR2
で分圧回路を構成し、抵抗R1とR2の値を共に
等しくして、リード線A2の等価導線抵抗r4に
対応した発生電圧r4・iを1/2に分圧するよう
にしたが、第3図においては抵抗R2を抵抗R
2′に置換え、抵抗R4、抵抗R1および抵抗R
2′によつて分圧回路を構成し、それぞれの抵抗
値の関係をR2′=R1+R4に選定して発生電
圧r4・iを1/2に分圧するように成している。
その他は第1図の実施例と同一である。ここに、
ダイオードD1の順方向降伏電圧VD1はVD1>r
1・iに選ばれ、ダイオードD2の順方向降伏電
圧VD2はVD2>r4・iに選ばれている。また、
抵抗R5の値はR5≫(r2+Rt+r4+Rb
に選ばれると共に、定常時にVa/R5の電流が
r2→Rt→r4→Rbに流れて測定誤差を生じな
いようにVa/R5≪iなるように抵抗R5、電
圧Vaの値を選定している。また、抵抗R6の値
は(r3+r4+Rb)≪(R4+R1+R2′)
≪R6に選ばれると共に、定常時に−Vb/R6
の電流がr3→r4→Rbに流れて測定誤差を生
じないように|−Vb/R6|≪iなるように抵
抗R6、電圧(−Vb)の値を選定している。 このように構成された第3図の実施例におい
て、定常状態においてはダイオードD1,D2は
いずれも遮断状態であり、抵抗R5,R6の値も
高インピーダンスでVa/R5,−Vb/R6の電流
も無視できる。したがつて、定常時にはダイオー
ドD1,D2、抵抗R5,R6および電圧源4,
5はいずれも回路から取外した状態と等価であり
測定回路には影響を与えない。すなわち、第1図
の実施例と同様に定電流源2からの一定電流iは
図示矢印の如くr1→Rt→r4→Rbと流れて一
巡し、その動作、作用も第1図の実施例で詳しく
述べたことと同一である。すなわち、定常状態に
おいては差動増巾器3の正相入力端および逆相入
力端にそれぞれ加わる発生電圧e1,e2は前述
(3)式、(5)式で示した値と同一であり、その出力e0
も(8)式で与えられ、リード線の抵抗による影響を
受けない正確な測定変換が行なわれる。 次に、第3図の実施例において測温抵抗体の各
種の異常状態における動作について、第4図a〜
eを用いて説明する。ここに、第3図に示した各
各のリード線の等価導線抵抗r1〜r4の値は、
回路抵抗R1,R2′,R3〜R6,Rbの値に比
較して小さい値であり、異常状態における動作を
説明するに当つて支障が無いので、第4図におい
てはリード線抵抗r1〜r4は省略して示した。 なお、差動増巾器3の出力e0を確実にバーンア
ウト・アツプスケールにするための条件は、(1)式
および(8)式の関係から明らかなように、異常時に
(14)式を満足すればよい。 e1−2・e2>ΔRts・i ……(14) ここに、ΔRtsは測定温度範囲の下限値から上
限値までの温度変化スパンに対応した測温抵抗体
1の抵抗値変化スパンである。 まず、測温抵抗体1の第1の電流供給用リード
線A1が断線した場合には、第3図に示した回路
は第4図aのように表わされる。ここに、測温抵
抗体1の抵抗値Rtに比べて差動増巾器3の正相
入力端の入力インピーダンスZ1、および抵抗R
5の値は非常に大きく、またバイアス抵抗Rb
値に比べて抵抗R6の値も非常に大きいため、定
電流源2からの一定電流iは図示矢印の如くD1
→R3→Rt→Rbと流れて一巡する。なおゼナー
ダイオードZDのゼナー電圧VzはVz>VD1+(R3
+Rt+Rb)iに選定され、ゼナーダイオードZD
は遮断状態になつている。このため、差動増巾器
3の正相入力端に加わる電圧e1は、リード線抵
抗を無視すれば e1=(R3+Rt+Rb)i ……(15) となる。また、バイアス抵抗Rbの両端に発生し
た電圧Rb・iは分圧回路の抵抗R2′と(R1+
R4)の並列合成抵抗を介して差動増巾器3の逆
相入力端に加わるが、並列合成抵抗の値に対して
逆相入力端の入力インピーダンスZ2は非常に大
きいのでリード線抵抗を無視すれば、 e2=Rb・i ……(16) となる。(15)式、(16)式と(2)式、(7)式の関係を
バーンアウト・アツプスケールの条件式である
(14)式に代入して(17)式を得る。 (R3+ΔRt)i>ΔRts・i ……(17) (17)式から明らかなように、バーンアウト動
作の最悪条件である入力が測定範囲の下限値、す
なわちΔRt=0の場合でも、抵抗R3の値を測定
入力スパン抵抗ΔRtsの値よりも大きく選ぶこと
によつて、(17)式を満足し、差動増巾器3の出
力e0をプラス側に振切らせることができ、瞬時に
バーンアウト・アツプスケールにすることができ
る。 たとえば、測温抵抗体1として白金測温抵抗体
JIS Pt100Ωを使用し、測定温度範囲0〜500℃と
すれば、その抵抗変化は100Ω〜284.02Ωである
から抵抗変化スパンはΔRts=184.02Ωとなる。し
たがつて、抵抗R3の値を184.02Ω以上、たとえ
ば220Ωにすればよい。 次に、測温抵抗体1の第1の電圧検出用リード
線B1が断線した場合は、第3図に示した回路は
第4図bのように表わされる。このときの定電流
源2からの一定電流iは、定常時のときと同様に
図示矢印の如く流れ、差動増巾器3の逆相入力端
に加わる電圧e2は、リード線抵抗を無視すれ
ば、前記リード線A1断線の場合と同様(16)式
で示した電圧である。一方、差動増巾器3の正相
入力端には電圧源4の電圧Vaが抵抗R5、抵抗
R3を介して加わるが、抵抗R3の値に対して抵
抗R5の値および正相入力端の入力インピーダン
スZ1は非常に大きいので、抵抗R3を無視すれ
ば、e1=Va・Z1/(R5+Z1)となる。
これらe1,e2の関係式と(7)式の関係を(14)
式に代入して(18)式を得る。 Va・Z1/(R5+Z1) >(ΔRts+2Rtb)i ……(18) すなわち、(18)式を満足するように抵抗R5、
電圧Vaの値を選定することにより、差動増巾器
3の出力を速たかにバーンアウト・アツプスケー
ルにすることができる。 たとえば、前述具体例と同様に測温抵抗体1と
して白金測温抵抗体JIS Pt100Ω、温度測定範囲
0〜500℃とすれば、ΔRts=184.02Ω、=100Ωと
なる。また、定電流源2の一定電流i=2mA、
差動増巾器3の正相入力端の入力インピーダンス
をZ1=10MΩとすれば、(18)式の右辺は (ΔRts+2Rtb)i=(184.02Ω +2×100Ω)×2mA≒0.77V となる。したがつて、たとえば抵抗R5の値を
1MΩ、電圧源4の電圧Vaを1Vにすれば(18)
式の左辺はVa・Z1/(R5+Z1)=1V×
10MΩ/(1MΩ+10MΩ)≒0.91Vとなり、
(18)式を満足し、差動増巾器3の出力e0はプラ
ス側に振切れて、バーンアウト・アツプスケール
となる。 また、測温抵抗体1の第2の電圧検出用リード
線B2が断線した場合には、第3図に示した回路
は第4図cのように表わされる。この場合も定電
流源2からの一定電流iは定常時のときと同様に
図示矢印の如く流れて、差動増巾器3の正相入力
端に加わる電圧e1は、リード線抵抗を無視すれ
ば、e1(Rt+Rb)iとなる。一方、逆相入力
端に加わる電圧e2は、抵抗R1,R2′,R6
の値に比べて抵抗Rbの値は小さいのでこれを無
視すれば、e2=(−Vb)R2′/(R6+R4
+R1+R2′)+Rb・iとなる。これらe1,
e2の関係と(2)式、(7)式の関係を(14)式に代入
して整理すれば(19)式を得る。 −2(−Vb)R2′ /(R6+R4+R1+R2′) >(ΔRts−ΔRt)i ……(19) (19)式において、バーンアウト動作の最悪条
件を考えれば、入力が測定範囲の下限値、すなわ
ち、ΔRt=0のときであるから(19)式は(20)
式の如くなる。 −2(−Vb)R2′ /(R6+R4+R1+R2′) >ΔRts・i ……(20) すなわち、(20)式を満足するように抵抗R6、
電圧源5の電圧(−Vb)の値を選定することに
よつて、速やかにバーンアウト・アツプスケール
にすることができる。 たとえば、前述具体例と同様にΔRts=184.02
Ω、i=2mAとすれば、(20)式右辺は約0.37V
となる。ここで、分圧回路の抵抗の値を(R4+
R1)=R2′=50kΩに選定し、抵抗R6の値を
2.2MΩ、電圧(−Vb)の値を10Vにすれば(20)
式の左辺は、−2(−Vb)R2′/(R6+R4+
R1+R2′)=−2(−10V)50kΩ/(2.2MΩ
+50kΩ+50kΩ)≒0.43Vとなり、(20)式の条
件を満足し、差動増巾器3の出力はプラス側に振
切れて、バーンアウト・アツプスケールとなる。 また、測温抵抗体1の第2の電流供給用リード
線A2が断線した場合には、第3図に示した回路
は第4図dのように表わされる。測温抵抗体の抵
抗値Rtに比べて抵抗R5の値および差動増巾器
3の正相入力端の入力インピーダンスZ1は非常
に大きく、また抵抗R6の値に比べて抵抗R4の
値は非常に小さいから、このときの定電流源2か
らの一定電流iは図示矢印の如く、Rt→R4→
D2→Rbと流れて一巡する。このため、差動増
巾器3の正相入力端に加わる電圧e1は、リード
線抵抗を無視すれば、e1=(Rt+R4+Rb)i
+VD2となる。ここに、ゼナーダイオードZDのゼ
ナー電圧VzはVz>(Rt+R4+Rb)i+VD2に選
定されており、ゼナーダイオードZDは遮断状態
になつている。一方、分圧回路の抵抗R4はR1
の値に比べて小さい値でありR1≒R2′である。
したがつてダイオードD2の降伏電圧VD2は、R
2′/(R1+R2′)≒1/2に分圧される。こ
のため差動増巾器3の逆相入力端に加わる電圧e
2は、e2≒VD2/2+Rb・iとなる。これら電
圧e1,e2と(2)式,(7)式の関係を(14)式に代
入して整理すれば(21)式を得る。 (R4+ΔRb)i>ΔRts・i ……(21) (21)式において、バーンアウト動作の最悪条
件は前述の如くΔRt=0のときであるから、(21)
式は(22)式で示される。 R4・i>ΔRts・i ……(22) すなわち、(22)式から明らかなように測定入
力スパン抵抗ΔRtsの値よりも抵抗R4の値を大
きく選定することによつて、バーンアウト・アツ
プスケールにすることができる。 たとえば、前述具体例と同様ΔRts=184.02Ωと
すれば、抵抗R4の値をそれ以上の値、たとえば
R4=220Ωにすることにより、差動増巾器3の
出力を瞬時にプラス側に振切らせることができ、
バーンアウト・アツプスケールにすることができ
る。 最後に、測温抵抗体1の抵抗素線Rtが断線し
た場合には、第3図に示す回路は第4図eのよう
に表わされる。抵抗R5の値および差動増巾器3
の正相入力端の入力インピーダンスZ1は非常に
大きから、このときの定電流源2からの一定電流
iは図示矢印の如くゼナーダイオードZDのみに
流れ、その両端にゼナー電圧Vzを発生する。そ
して、このゼナー電圧Vzはリード線A1,B1
および抵抗R3を介して差動増巾器3の正相入力
端に加わるが、抵抗R3の値に比べて入力インピ
ーダンスZ1は非常に大きいから、e1=Vz
なる。一方、電圧源5によつて−Vb/R6の電
流がリード線B2,A2を介してバイアス抵抗
Rbに流れ、この両端の電圧が差動増巾器3の逆
相入力端に加わるが、この電圧は極少であり、無
視できe2≒0である。したがつて、差動増巾器
3には正相入力端に加わる過大なゼナー電圧Vz
のみであり、出力は瞬時にプラス側に振切れ、バ
ーンアウト・アツプスケールとなる。 なお、第3図の実施例では、ゼナーダイオード
ZDがある場合について述べたが、このゼナーダ
イオードは測温抵抗体1が断線したときに定電流
源2の負荷が開放になり、差動増巾器3の入力端
に過大電圧が印加されるのを防止すると共に定電
流源自身の保護を行なうために設けたものであ
り、定電流源2および差動増巾器3の回路構成に
よつては必ずしも必要とするものではない。ゼナ
ーダイオードZDの有無が関係するのは第4図a
〜eを参照することにより明らかな如く、第4図
eの場合、すなわち抵抗素線Rtが断線した場合
だけである。したがつて、ゼナーダイオードZD
を取り除いた場合に抵抗素線Rtが断線したとき
について述べれば、第4図eにおいて、差動増巾
器3の正相入力端の入力インピーダンスZ1およ
び抵抗R5の値は非常に大きいから、定電流源2
の負荷は実質的に開放と等価になつて定電流iは
流れない。このため、図示しない定電流源2駆動
用の電源電圧が、定電流源2の両端に現われ、こ
の過大電圧がリード線A1,B1および抵抗R3
を介して差動増巾器3の正相入力端に加わる。し
たがつて、出力はやはり、バーンアウト・アツプ
スケールとなる。 また、第3図の実施例では測温抵抗体1に一定
のバイアス抵抗分Rtbを有し、このバイアス抵抗
分を差引くために、測定回路にバイアス抵抗Rb
を設けた場合について説明したが、このバイアス
抵抗Rbの存在は、本発明のバーンアウト回路の
動作には必ずしも必要とするものではない。便宜
上、測温抵抗体入力の場合について本発明を説明
したが、すべり抵抗入力など抵抗変化を測定する
場合であれば適用できるものであり、たとえば、
すべり抵抗入力で測定入力範囲が0〜100Ωのよ
うな場合は被測定抵抗体に一定バイアス抵抗を含
まないRtb=0なので、このときは必然的にバイ
アス抵抗Rbも不要(Rb=0)となる。この場合
も本発明のバーンアウト動作は、何ら拘束される
ものではない。なお、第3図の実施例ではリード
線A2の抵抗r4の値に対応した発生電圧r4・
iは、分圧回路によつて1/2に分圧した後、バイ
アス抵抗Rbの両端に発生した電圧Rb・iと加算
し、この加算電圧e2=r4・i/2+Rb・i
が差動増巾器3の逆相入力端に加えられて(1)式に
示す如くK・2e2倍されてK(r4・i+2Rb
i)となる。すなわち、(r4・i)項だけ着目
すれば結果として利得K倍されているだけであ
る。したがつて前述すべり抵抗入力などのように
Rtb=Rb=0の場合には1/2の分圧回路(第3図
の実施例では抵抗R1,R2′)を取り除き差動
増巾器3の演算式をe0=K|e1−e2|にすれ
ば同等の結果が得られる。この場合も本発明のバ
ーンアウト回路が適用できることはもちろんであ
る。 また、第3図の実施例では、差動増巾器3の入
力端の極性として、第1の電圧検出用リード線B
1を介して得られた発生電圧e1が加わる側を正
相入力端(+)、第2の電圧検出用リード線B2
を介して得られた発生電圧e2が加わる側を逆相
入力端(−)としたが、第3図( )内に示す如
く、まつたく逆極性にした場合も適用できるもの
である。この場合の差動増巾器3の演算式は、e0
=K(2e2−e1)で表わされる。このため、定常時
に測温抵抗体の抵抗入力ΔRtが増加すれば出力e0
はマイナス側に増加する。同様に断線による各種
の異常状態のときのバーンアウト動作もすべて出
力はマイナス側に振切れるが、入力ΔRtが増加し
たときの出力の方向と一致するので、やはりバー
ンアウト・アツプスケールである。 また、第3図の実施例では定電流源2の極性と
して、マイナス側を基準電位COMに接続したが、
図示と逆極性に接続した場合も適用できるもので
ある。ただし、このときはダイオードD1,D
2、電圧源4,5およびゼナーダイオードZDの
極性もすべて図示と逆極性に接続すればよい。 また、第3図の実施例では電圧源4,5の一端
を基準電位COMに接続したが、いずれもバイア
ス抵抗Rbと第2の電流供給用リード線A2との
交点に接続するようにした方がより好適である。
ただし、第3図実施例の如く基準電位COMに接
続すれば、電圧源4,5として図示しない差動増
巾器3を駆動するための電源電圧を共用できるの
で便利である。 なお、第3図の実施例において、注意を要する
ことは、本発明によるバーンアウト回路を付加し
たことにより、定常時に測定誤差を生じないよう
に、かつバーンアウト動作をより確実にするため
には、差動増巾器3の入力インピーダンスは数M
Ω以上の高インピーダンスを有する必要がある。
それには、たとえば第5図に示す如き差動増巾器
3の具体的回路例が好適である。第5図の回路構
成によれば2つの演算増巾器6,7の非反転入力
端子をいずれも入力電圧e1,e2の入力端とし
ているから、非常に大きな入力インピーダンスが
得られる。なお、第5図において抵抗R7〜R1
0の値をそれぞれ、R8=R9,R7=R9・R
10/(2R9/R10)に選定すれば、演算増
巾器6の出力e0は、e0=(1+R10/R9)(e1
−2e2)となり、(1)式と一致し、差動増巾器3と
して、第5図の具体的回路例をそのまま適用でき
る。 かくの如く、本発明によるバーンアウト回路に
よれば、被測定抵抗体断線による各種の異常状態
が発生したとき、出力を常にバーンアウト・アツ
プスケールにすることができ、制御系を安全側に
動作させる方向を決めることができる。しかも定
電圧源4,5は差動増巾器3駆動用の電源電圧と
共用できるから、高精度の要求されない一般の抵
抗数ケとダイオード2ケ付加するのみであり、回
路構成が簡単かつ安価に実現でき、工業計測上有
益である。
The present invention relates to a burnout circuit for a resistance/electrical signal converter using a 4-wire resistor to be measured.
In particular, the present invention relates to a burnout circuit that outputs a burnout upscale when a resistor to be measured is disconnected. In a typical automatic process control system, if a resistor to be measured breaks due to fatigue or damage, it must be detected and some measure taken to ensure safe operation of the control system. Therefore, it is desirable that the converter include a circuit that operates to swing the output signal outside the standard signal range, either the upper limit or the lower limit, in order to detect a disconnection in the resistor to be measured. This is generally called a burnout circuit. FIG. 1 shows an embodiment of a temperature converter composed of a four-wire resistance temperature detector and a differential amplifier as the resistor to be measured. In FIG. 1, 1 has a branched first current supply lead wire A1 and a first voltage detection lead wire B1 at one end, and a second current supply lead wire A2 and a first voltage detection lead wire at the other end. It is a 4-wire type resistance temperature detector having two voltage detection lead wires B2 branched from each other.
1 to r4 are the respective lead wires A1 and B from the resistance temperature detector 1 installed at a remote measurement point to the converter.
1, B2, and A2. A series circuit of constant current source 2 and bias resistor R b is connected to resistance temperature detector 1 via current supply lead wires A1 and A2.
A constant current i is supplied to as indicated by the arrow in the figure. Then, with the intersection of the constant current source 2 and the bias resistor R b as the reference potential COM, the voltage detection lead wire B
A generated voltage e1 that changes in response to a change in resistance of the temperature sensing resistor 1 obtained through the temperature sensing resistor 1 is connected to the positive phase input terminal of the differential amplifier 3. In addition, the current supply lead A obtained via the voltage detection lead wire B2
The generated voltage corresponding to the value of the equivalent conductor resistance r4 of 2 is divided by a voltage divider circuit consisting of a resistor R1 and a resistor R2 , and the added voltage e2 of this voltage and the voltage generated across the bias resistor Rb is a differential voltage. It is connected to the negative phase input terminal of the amplifier 3. Here, as shown in the calculation formula (1), the output voltage e 0 of the differential amplifier 3 is the input/output conversion gain for the input voltage e2 at the negative phase input terminal, and the input/output conversion gain for the input voltage e1 at the positive phase input terminal. It is configured to have a conversion gain twice the input/output conversion gain. e 0 =K|e 1 −2e 2 | (1) In equation (1), K is the conversion gain of the differential amplifier 3. In addition, ZD is a Zener diode connected to both ends of the constant current source 2, and when the resistance temperature detector 1 is disconnected, the load of the constant current source 2 is opened, and the input terminal of the differential amplifier 3 is connected to the zener diode. This is to prevent excessive voltage from being applied and to protect the constant current source 2 itself. Note that the zener voltage V z of the zener diode ZD is selected to be V z >>(r1+R t +r4+R b )i so as not to affect the measurement circuit during steady state. Here, R t is the resistance value of the resistance temperature detector 1. Note that the resistance value R t of the resistance temperature detector 1 is expressed as in equation (2). R t = R tb + ΔR t ...(2) Here, R tb is a constant bias resistance value determined by the type of resistance temperature detector and the lower limit of the measurement temperature range,
ΔR t is the resistance change corresponding to the temperature change from the lower limit of the measurement temperature range determined by the type of resistance temperature detector and the measurement temperature range. Furthermore, when the input impedance of the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 is Z1 and the input impedance of the negative phase input terminal is Z2, (r2+R t +r4+R b )<<Z1 (r3+r4)<<(R1+R2) [R1・R2/ The input impedances Z1 and Z2 of the differential amplifier 3 are selected to be sufficiently large so as to satisfy the condition (R1+R2)+R b ] <<Z2. In the temperature converter shown in FIG. 1 constructed in this way, first, in a steady state,
Since ZD is in the cut-off state, the constant current i from the constant current source 2 is as shown by the arrow in the figure, r1 → R t → r4 → R b
The voltages e1 and e2 applied to the input terminal of the differential amplifier 3 are given by the following equations. e1=( Rt +r4+ Rb )i=( Rtb + ΔRt +r4+ Rb )i...(3) e2=r4・i・R2/(R1+R2)+ Rb・i...(4) Here, the voltage divider circuit If the values of the resistors R1 and R2 are both set equal to R1=R2, the generated voltage r4・
Since i is divided into 1/2, equation (4) is expressed as equation (5). e2=(1/2・r4+R b )i...(5) The generated voltages e1 and e2 shown by equations (3) and (5) are calculated by the differential amplifier 3 as shown in equation (1). Therefore, e 0 =K(R tb +ΔR t −R b )i...(6) In equation (6), the value of the bias resistance R b is calculated as the constant bias resistance R tb included in the resistance temperature detector 1. If the value of the bias resistor R b is adjusted to R tb = R b (7), then e 0 =K・ΔR t・i (8). That is, in steady state, as the output of the differential amplifier 3, as expressed by equation (8), the resistance change ΔR t in an arbitrary range of the resistance temperature detector, which is not affected by the lead wire resistance, is converted into a desired range. It is possible to obtain the output e 0 converted into an electrical signal. Next, in the embodiment shown in FIG.
Regarding the operation in various abnormal states of
This will be explained using ~e. Note that the values of the equivalent conductor resistances r1 to r4 of each lead wire shown in FIG.
The resistances r1 to r4 of the lead wires are omitted in Fig. 2 because they are sufficiently small values compared to the values of the input impedances Z1 and Z2, and there is no problem in explaining the operation in abnormal conditions. . First, when the first current supply lead wire A1 of the resistance temperature detector 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 1 is represented as shown in FIG. 2a. At this time, the constant current i from the constant current source 2 is the zener diode ZD
The voltage e1, expressed by equations (3) and (5), which was applied to the input terminal of the differential amplifier 3 during steady state,
Both e2 becomes zero. Therefore, the output e 0 of the differential amplifier 3 also becomes zero. Next, when the first voltage detection lead wire B1 of the temperature sensing resistor 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 1 is represented as shown in FIG. 2b. At this time, the constant current i from the constant current source 2 flows in the same path as in the steady state as shown by the arrow in the figure, and the negative phase input terminal of the differential amplifier 3 is A generated voltage e2 similar to that is applied. However, the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 having a high input impedance is in an open state, and the output e 0 of the differential amplifier 3 becomes unstable due to line noise and the like. Further, when the second voltage detection lead wire B2 of the temperature sensing resistor 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 1 is represented as shown in FIG. 2c. In this case, as in the case where the lead wire B1 is disconnected, the constant current i from the constant current source 2 goes around the same path as in the steady state as shown by the arrow in the figure, and the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 The generated voltage e1 is the same as in the steady state as shown in equation (3).
is applied. On the other hand, at the negative phase input terminal of the differential amplifier 3, e2=R b・i・Z2/(R2+Z2)
voltage is applied. As a result, the differential amplifier 3
The output e 0 of is obtained by substituting the values of e1 and e2 into equation (1) as follows: e 0 =K[R tb +ΔR t +r4+R b −2R b ·Z2/(R2+Z2)]i (9). Here, the input impedance Z2 at the negative phase input terminal is a sufficiently large value compared to the value of the resistor R2, and the value of R2 can be ignored. Furthermore, since R tb =R b is selected, equation (9) can be expressed as equation (10). e 0 = K(ΔR t +r4)i ...(10) In equation (10), the voltage r4・i generated by the lead wire resistance r4 is the voltage ΔR t generated in response to the resistance change ΔR t of the resistance temperature sensor. - Since it is a smaller value than i, the output e 0 of the differential amplifier 3 has a value almost equal to the output voltage in the steady state shown by equation (8). Further, when the second current detection lead wire A2 of the temperature sensing resistor 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 1 is represented as shown in FIG. 2d. The input impedances Z1 and Z2 of the differential amplifier 3 are sufficiently large values, and the zener voltage V z of the zener diode ZD is selected so that (R t +R1+R2+R b )i≫V z . The constant current i from the constant current source 2 is connected to a zener diode as shown by the arrow in the figure.
It flows only through ZD and generates Zener voltage Vz . This zener voltage V z is applied directly to the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 via lead wires A1 and B1, and is also applied via a voltage dividing circuit consisting of a resistance temperature detector 1 and resistors R1 and R2. It is applied to the negative phase input terminal of the differential amplifier 3. That is, the respective voltages applied to the input terminal of the differential amplifier 3 are expressed by equations (11) and (12). e1= Vz ...(11) e2= Vz・(R2+ Rb )/ Rt +R1+R2+ Rb )...(12) In equation (12), the value of the resistance Rt of the resistance temperature detector and the bias resistance Rb The value is sufficiently smaller than the values of the voltage dividing resistors R1 and R2, and R t and R b are ignored. Furthermore, since the values of the resistors R1 and R2 are selected to be R1=R2, equation (12) can be expressed as equation (13). e2≒1/2・V z ...(13) As is clear by substituting the relationship between equations (11) and (13) into equation (1), the differential amplifier 3 in this case
The output voltage e 0 of is almost zero. Finally, when the resistance wire R t of the resistance temperature detector 1 is broken, the circuit shown in FIG. 1 is represented as shown in FIG. 2e. In this case, as in the case where the lead wire A2 is disconnected, the constant current i from the constant current source 2 flows only through the zener diode ZD as shown by the arrow in the figure, generating the zener voltage Vz . This zener voltage V z is applied to the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 via the lead wires A1 and B1, so that e1=V z . on the other hand,
The voltage e2 at the negative phase input terminal of the differential amplifier 3 becomes zero. Here, since the Zener voltage V z is selected to be sufficiently large compared to the steady state generated voltage e1 shown in equation (3), by substituting the values of e1 and e2 into equation (1), it becomes clear that As shown, the output e 0 of the differential amplifier 3 swings to the plus side (upper limit side). Hereafter, this will be referred to as the burnout scale. In this way, in a temperature converter using a conventional 4-wire RTD, when various abnormal conditions occur due to disconnection of the RTD, the direction of the output cannot be determined, and the control system cannot be operated safely in the event of an abnormality. There was a drawback that the direction of movement could not be selected. In particular, as mentioned above, when the voltage detection lead wire B2 is disconnected, it outputs a value that is almost the same as the steady state output value.
There was a possibility that the user would not notice that there was an abnormal condition. In addition, if the current supply lead wire A1 or A2 is disconnected, the output will be zero, and the steady state input resistance ΔR t = 0 (lower limit value of the temperature measurement range)
This was a serious inconvenience, as it was not possible to distinguish between the output and the output when . The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional circuit as described above, and to ensure that the output of the converter is adjusted to the upper limit (plus The object of the present invention is to realize a burnout circuit with a simple configuration, which performs a so-called burnout upscale operation in which the output voltage is swung out to the side (side). The main point of the present invention is to connect a plurality of resistors and a plurality of unidirectional semiconductor elements in series and parallel between a measurement circuit connecting a four-wire resistor to be measured and a converter, and to prevent various types of damage caused by disconnection of the resistor to be measured. When an abnormal condition occurs,
A voltage generated by passing a current from a constant current source to the resistor through the unidirectional semiconductor element for supplying a constant current to the resistor to be measured is applied to the differential converter constituting the converter. In addition to the input terminal of the amplifier, the output is forced to burnout upscale. Hereinafter, the burnout circuit according to the present invention will be explained in detail using the embodiment shown in FIG. Note that in FIG. 3, the same parts as in FIG. 1 are indicated using the same symbols. The differences between FIG. 3 and FIG. 1 are as follows. A resistor R3 is provided between the first voltage detection lead wire B1 and the positive phase input terminal of the differential amplifier 3, and a resistor R4 is provided between the second voltage detection lead wire B2 and the voltage dividing resistor R1. are newly connected. Further, a series circuit of a high impedance resistor R5 and a voltage source 4 having a voltage value V a is connected between the intersection of the first voltage detection lead wire B1 and the resistor R3 and the common potential COM with the polarity shown, and a second A series circuit of a high impedance resistor R6 and a voltage source 5 having a voltage value (-V b ) is connected between the intersection of the voltage detection lead wire B2 and the resistor R4 and the common potential COM. Also,
For example, a first unidirectional semiconductor element is connected between the intersection of the first current supply lead A1 and the constant current source 2 and the intersection of the resistor R3 and the positive phase input terminal of the differential amplifier 3. Diode D1 is connected with the polarity shown,
For example, a diode D2 is connected as a second unidirectional semiconductor element between the intersection of the resistor R1 and the resistor R4 and the intersection of the second current supply lead wire A2 and the bias resistor Rb with the polarity shown. It is. In the embodiment of FIG. 1, the resistors R1 and R2
A voltage divider circuit was constructed, and the values of the resistors R1 and R2 were made equal to divide the generated voltage r4·i corresponding to the equivalent conductor resistance r4 of the lead wire A2 to 1/2. In the figure, resistor R2 is replaced by resistor R
2', resistor R4, resistor R1 and resistor R
2' constitutes a voltage dividing circuit, and the relationship between the respective resistance values is selected to be R2'=R1+R4, so that the generated voltage r4·i is divided into 1/2.
The rest is the same as the embodiment shown in FIG. Here,
The forward breakdown voltage V D1 of diode D1 is V D1 > r
1.i, and the forward breakdown voltage V D2 of the diode D2 is selected to be V D2 >r4.i. Also,
The value of resistor R5 is R5≫(r2+R t +r4+R b )
At the same time, the values of resistor R5 and voltage V a are set so that V a /R5≪i so that the current of V a /R5 does not flow from r2 → R t → r4 → R b during steady state and cause a measurement error. are selected. Also, the value of resistor R6 is (r3+r4+R b )≪(R4+R1+R2')
≪Selected as R6, −V b /R6 at steady state
The values of the resistor R6 and the voltage (-V b ) are selected so that |-V b /R6|<<i, so that the current does not flow from r3→r4→R b and cause a measurement error. In the embodiment of FIG. 3 configured in this way, in a steady state, both diodes D1 and D2 are in a cut-off state, and the values of resistors R5 and R6 are also high impedance, V a /R5, -V b /R6. The current can also be ignored. Therefore, in steady state, the diodes D1 and D2, the resistors R5 and R6, and the voltage source 4,
5 is equivalent to being removed from the circuit and does not affect the measurement circuit. That is, as in the embodiment shown in FIG. 1, the constant current i from the constant current source 2 flows in the direction of r1 → R t → r4 → R b as shown by the arrows in the figure, and its operation and effect are also the same as in the embodiment shown in FIG. 1. This is the same as detailed in the example. That is, in a steady state, the generated voltages e1 and e2 applied to the positive phase input terminal and the negative phase input terminal of the differential amplifier 3, respectively, are as described above.
The values shown in equations (3) and (5) are the same, and the output e 0
is also given by equation (8), and accurate measurement conversion is performed without being affected by the resistance of the lead wire. Next, we will explain the operation of the resistance temperature detector in various abnormal states in the embodiment shown in FIG.
This will be explained using e. Here, the values of the equivalent conductor resistances r1 to r4 of each lead wire shown in FIG. 3 are as follows:
This is a small value compared to the values of circuit resistances R1, R2', R3 to R6, and Rb , and there is no problem in explaining the operation in an abnormal state, so the lead wire resistances r1 to r4 are are omitted. Note that, as is clear from the relationship between equations (1) and (8), the conditions for ensuring that the output e 0 of the differential amplifier 3 reaches burnout upscale are as shown in equation (14) when an abnormality occurs. All you have to do is satisfy. e1-2・e 2 >ΔR ts・i (14) Here, ΔR ts is the resistance value change span of the resistance temperature detector 1 corresponding to the temperature change span from the lower limit value to the upper limit value of the measurement temperature range. be. First, when the first current supply lead wire A1 of the resistance temperature detector 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 3 is represented as shown in FIG. 4a. Here, compared to the resistance value R t of the resistance temperature detector 1, the input impedance Z1 of the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 and the resistance R
5 is very large, and the value of the resistor R6 is also very large compared to the value of the bias resistor Rb , so the constant current i from the constant current source 2 is D1 as shown by the arrow in the figure.
→ R3 → R t → R b and completes a cycle. The zener voltage V z of the zener diode ZD is V z > V D1 + (R3
+R t +R b ) i is selected, Zener diode ZD
is in a blocked state. Therefore, the voltage e1 applied to the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 becomes e1=(R3+R t +R b )i (15) if the lead wire resistance is ignored. In addition, the voltage R b・i generated across the bias resistor R b is the voltage R2′ of the voltage divider circuit and (R1+
It is applied to the negative phase input terminal of the differential amplifier 3 through the parallel combined resistance of R4), but the input impedance Z2 of the negative phase input terminal is very large compared to the value of the parallel combined resistance, so the lead wire resistance is ignored. Then, e2=R b・i (16). By substituting the relationships between equations (15) and (16), equations (2), and equations (7) into equation (14), which is the burnout/upscale conditional equation, equation (17) is obtained. (R3+ΔR t )i>ΔR ts・i (17) As is clear from equation (17), even when the input, which is the worst condition for burnout operation, is the lower limit of the measurement range, that is, ΔR t = 0, By selecting the value of the resistor R3 to be larger than the value of the measurement input span resistance ΔR ts , it is possible to satisfy equation (17) and swing the output e0 of the differential amplifier 3 to the positive side. , can instantly cause burnout and upscaling. For example, a platinum resistance temperature detector is used as the resistance temperature detector 1.
If JIS P t 100Ω is used and the measurement temperature range is 0 to 500°C, the resistance change is 100Ω to 284.02Ω, so the resistance change span is ΔR ts =184.02Ω. Therefore, the value of the resistor R3 may be set to 184.02Ω or more, for example, 220Ω. Next, when the first voltage detection lead wire B1 of the temperature sensing resistor 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 3 is represented as shown in FIG. 4b. At this time, the constant current i from the constant current source 2 flows as shown by the arrow in the figure, as in the steady state, and the voltage e2 applied to the negative phase input terminal of the differential amplifier 3, ignoring the lead wire resistance. For example, as in the case of the breakage of the lead wire A1, the voltage is expressed by equation (16). On the other hand, the voltage V a of the voltage source 4 is applied to the positive-phase input terminal of the differential amplifier 3 via the resistor R5 and the resistor R3, but the value of the resistor R5 and the positive-phase input terminal Since the input impedance Z1 of is very large, if the resistance R3 is ignored, e1=V a ·Z1/(R5+Z1).
The relationship between the relational expressions of these e1 and e2 and equation (7) is expressed as (14)
Substituting into equation (18) is obtained. V a・Z1/(R5+Z1) > (ΔR ts +2R tb )i...(18) In other words, the resistor R5,
By selecting the value of the voltage V a , the output of the differential amplifier 3 can be rapidly brought to burnout and upscale. For example, if the resistance temperature detector 1 is a platinum resistance temperature detector JIS P t 100Ω and the temperature measurement range is 0 to 500°C, ΔR ts =184.02Ω, =100Ω, as in the above-described specific example. Also, constant current i of constant current source 2 = 2mA,
If the input impedance of the positive phase input terminal of differential amplifier 3 is Z1 = 10MΩ, the right side of equation (18) is (ΔR ts + 2R tb )i = (184.02Ω + 2 × 100Ω) × 2mA≒0.77V. Become. Therefore, for example, if the value of resistor R5 is
1MΩ, and if the voltage V a of voltage source 4 is set to 1V (18)
The left side of the equation is V a・Z1/(R5+Z1)=1V×
10MΩ/(1MΩ+10MΩ)≒0.91V,
Equation (18) is satisfied, and the output e0 of the differential amplifier 3 swings to the positive side, resulting in burnout upscale. Further, when the second voltage detection lead wire B2 of the temperature sensing resistor 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 3 is represented as shown in FIG. 4c. In this case as well, the constant current i from the constant current source 2 flows as shown by the arrow in the figure as in the steady state, and the voltage e1 applied to the positive input terminal of the differential amplifier 3 is the same as in the steady state. For example, e1(R t +R b )i. On the other hand, the voltage e2 applied to the negative phase input terminal is applied to the resistors R1, R2', R6
Since the value of resistance R b is small compared to the value of
+R1+R2')+R b・i. These e1,
By substituting the relationship of e2 and the relationships of equations (2) and (7) into equation (14) and rearranging, equation (19) is obtained. -2(-V b )R2' / (R6+R4+R1+R2') > (ΔR ts -ΔR t ) i ...(19) In equation (19), if we consider the worst condition for burnout operation, the input is at the lower limit of the measurement range. When the value, that is, ΔR t = 0, equation (19) becomes (20)
It looks like the formula. -2 (-V b ) R2' / (R6 + R4 + R1 + R2') > ΔR ts・i ... (20) In other words, the resistor R6,
By selecting the value of the voltage (-V b ) of the voltage source 5, burnout and upscaling can be achieved quickly. For example, as in the previous example, ΔR ts = 184.02
If Ω, i = 2mA, the right side of equation (20) is approximately 0.37V
becomes. Here, the value of the resistance of the voltage dividing circuit is (R4+
R1) = R2' = 50kΩ, and the value of resistor R6 is
2.2MΩ, if the voltage (−V b ) value is 10V (20)
The left side of the equation is -2(-V b )R2'/(R6+R4+
R1+R2')=-2(-10V)50kΩ/(2.2MΩ
+50kΩ+50kΩ)≒0.43V, satisfying the condition of equation (20), and the output of differential amplifier 3 swings to the positive side, resulting in burnout upscale. Furthermore, when the second current supply lead wire A2 of the temperature sensing resistor 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 3 is represented as shown in FIG. 4d. The value of the resistor R5 and the input impedance Z1 at the positive input terminal of the differential amplifier 3 are very large compared to the resistance value R t of the resistance temperature detector, and the value of the resistor R4 is very large compared to the value of the resistor R6. Since it is very small, the constant current i from the constant current source 2 at this time is as shown by the arrow in the figure, R t →R4→
It flows from D2 to R b and completes a cycle. Therefore, the voltage e1 applied to the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 is e1=(R t +R4+R b )i, if the lead wire resistance is ignored.
+V D2 . Here, the zener voltage V z of the zener diode ZD is selected to satisfy V z >(R t +R4+R b )i+V D2 , and the zener diode ZD is in a cutoff state. On the other hand, the resistor R4 of the voltage dividing circuit is R1
This value is smaller than the value of R1≈R2'.
Therefore, the breakdown voltage V D2 of diode D2 is R
The pressure is divided into 2'/(R1+R2')≒1/2. Therefore, the voltage e applied to the negative phase input terminal of the differential amplifier 3
2 becomes e2≈V D2 /2+R b ·i. By substituting the relationships between these voltages e1 and e2 and equations (2) and (7) into equation (14) and rearranging, equation (21) is obtained. (R4+ΔR b )i>ΔR ts・i ...(21) In equation (21), the worst condition for burnout operation is when ΔR t = 0 as mentioned above, so (21)
The equation is shown by equation (22). R4・i>ΔR ts・i (22) In other words, as is clear from equation (22), by selecting the value of resistor R4 larger than the value of measurement input span resistance ΔR ts , burnout can be prevented. Can be scaled up. For example, if ΔR ts = 184.02Ω as in the previous example, by setting the value of the resistor R4 to a higher value, for example, R4 = 220Ω, the output of the differential amplifier 3 can be instantly swung to the positive side. can be cut,
Burnout can be scaled up. Finally, when the resistance wire R t of the resistance temperature detector 1 is disconnected, the circuit shown in FIG. 3 is represented as shown in FIG. 4e. Value of resistor R5 and differential amplifier 3
Since the input impedance Z1 at the positive phase input terminal of is very large, the constant current i from the constant current source 2 at this time flows only through the zener diode ZD as shown by the arrow in the figure, generating a zener voltage Vz across it. . And this zener voltage Vz is the lead wire A1, B1
and is applied to the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 via the resistor R3, but since the input impedance Z1 is very large compared to the value of the resistor R3, e1= Vz . On the other hand, the voltage source 5 causes a current of -V b /R6 to flow through the bias resistor through lead wires B2 and A2.
R b , and the voltage at both ends is applied to the negative phase input terminal of the differential amplifier 3, but this voltage is extremely small and can be ignored, e2≈0. Therefore, the differential amplifier 3 has an excessive zener voltage V z applied to the positive phase input terminal.
The output immediately swings to the positive side, resulting in burnout and upscaling. In the embodiment shown in FIG. 3, the zener diode
As mentioned above, when there is a ZD, when the resistance temperature detector 1 is disconnected, the load of the constant current source 2 is opened, and an excessive voltage is applied to the input terminal of the differential amplifier 3. This is provided to prevent the constant current source from being damaged and to protect the constant current source itself, and is not necessarily necessary depending on the circuit configuration of the constant current source 2 and the differential amplifier 3. The presence or absence of the zener diode ZD is related to Figure 4a.
As is clear from reference to .about.e, this only applies to the case of FIG. 4e, that is, when the resistance wire R t is broken. Therefore, the zener diode ZD
Regarding the case where the resistor wire R t is disconnected when is removed, in FIG. Constant current source 2
The load is substantially equivalent to an open circuit, and no constant current i flows. Therefore, a power supply voltage for driving the constant current source 2 (not shown) appears across the constant current source 2, and this excessive voltage is applied to the lead wires A1, B1 and the resistor R3.
It is added to the positive phase input terminal of the differential amplifier 3 via. Therefore, the output is still burnout upscale. In addition, in the embodiment shown in FIG. 3, the resistance temperature detector 1 has a constant bias resistance R tb , and in order to subtract this bias resistance, a bias resistance R b is added to the measurement circuit.
Although the case has been described in which the bias resistor R b is provided, the presence of this bias resistor R b is not necessarily required for the operation of the burnout circuit of the present invention. For convenience, the present invention has been described with respect to the case of inputting a resistance temperature detector, but it can be applied to any case where resistance changes such as slip resistance input are measured. For example,
When the measurement input range is 0 to 100Ω with a slip resistance input, the resistor under test does not include a constant bias resistance, R tb = 0, so in this case, the bias resistance R b is naturally unnecessary (R b = 0 ). In this case as well, the burnout operation of the present invention is not restricted in any way. In the embodiment shown in FIG. 3, the generated voltage r4·corresponding to the value of the resistance r4 of the lead wire A2 is
After i is divided into 1/2 by a voltage dividing circuit, it is added to the voltage R b・i generated across the bias resistor R b , and this added voltage e2=r4・i/2+R b・i
is added to the negative phase input terminal of the differential amplifier 3 and multiplied by K・2e by 2 as shown in equation (1), resulting in K(r4・i+2R b
i). That is, if we focus on only the (r4·i) term, the result is only that the gain is multiplied by K. Therefore, like the slip resistance input mentioned above,
When R tb = R b = 0, remove the 1/2 voltage divider circuit (resistors R1 and R2' in the embodiment shown in Fig. 3) and change the calculation formula for the differential amplifier 3 to e 0 = K | e1 An equivalent result can be obtained by setting −e2|. Of course, the burnout circuit of the present invention can also be applied to this case. In the embodiment shown in FIG. 3, the polarity of the input terminal of the differential amplifier 3 is determined by the first voltage detection lead wire B.
The side to which the generated voltage e1 obtained through 1 is applied is connected to the positive phase input terminal (+), and the second voltage detection lead wire B2
Although the side to which the generated voltage e2 obtained through is applied is the negative phase input terminal (-), it is also applicable to a case where the polarity is completely reversed as shown in parentheses in FIG. 3. The calculation formula for the differential amplifier 3 in this case is e 0
=K(2e 2 −e 1 ). Therefore, if the resistance input ΔR t of the RTD increases during steady state, the output e 0
increases on the negative side. Similarly, in all burnout operations during various abnormal states due to disconnection, the output swings to the negative side, but since the direction of the output matches the direction of the output when the input ΔR t increases, it is still a burnout upscale. In addition, in the embodiment shown in FIG. 3, the negative side of the constant current source 2 is connected to the reference potential COM.
This can also be applied when the polarity is reversed to that shown in the figure. However, in this case, the diodes D1, D
2. The polarities of the voltage sources 4 and 5 and the Zener diode ZD may all be connected in opposite polarities to those shown in the figure. Furthermore, in the embodiment shown in FIG. 3, one ends of the voltage sources 4 and 5 are connected to the reference potential COM, but both are connected to the intersection of the bias resistor R b and the second current supply lead wire A2. is more suitable.
However, if it is connected to the reference potential COM as in the embodiment of FIG. 3, it is convenient because the power supply voltage for driving the differential amplifier 3 (not shown) can be shared as the voltage sources 4 and 5. In the embodiment shown in FIG. 3, it should be noted that since the burnout circuit according to the present invention is added, in order to prevent measurement errors in steady state and to ensure burnout operation, , the input impedance of the differential amplifier 3 is several M
It is necessary to have a high impedance of Ω or more.
For this purpose, for example, a specific circuit example of the differential amplifier 3 as shown in FIG. 5 is suitable. According to the circuit configuration shown in FIG. 5, the non-inverting input terminals of the two operational amplifiers 6 and 7 are both input terminals for the input voltages e1 and e2, so that a very large input impedance can be obtained. In addition, in FIG. 5, the resistors R7 to R1
The value of 0 is R8=R9, R7=R9・R, respectively.
10/(2R9/R10), the output e 0 of the operational amplifier 6 is e 0 =(1+R10/R9)(e 1
-2e 2 ), which agrees with equation (1), and the specific circuit example shown in FIG. 5 can be applied as is to the differential amplifier 3. As described above, according to the burnout circuit according to the present invention, when various abnormal conditions occur due to disconnection of the resistor to be measured, the output can always be set to burnout/upscale, and the control system can be operated safely. You can decide the direction. Moreover, since the constant voltage sources 4 and 5 can be shared with the power supply voltage for driving the differential amplifier 3, only a few general resistors and two diodes that do not require high precision are added, making the circuit configuration simple and inexpensive. This is useful for industrial measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はバーンアウト回路を有しない従来の測
温抵抗体式温度変換器の一実施例図、第2図a〜
eは第1図に示す実施例の異常時における等価回
路図、第3図は本発明に係るバーンアウト回路を
備えた測温抵抗体式温度変換器の一実施例図、第
4図a〜eは第3図に示す実施例の異常時におけ
る等価回路図、第5図は差動増巾器の具体的回路
図である。 1…測温抵抗体、2…定電流源、3…差動増巾
器、4,5…電圧源、6,7…演算増巾器。
Figure 1 is an example of a conventional resistance thermometer type temperature converter that does not have a burnout circuit, and Figure 2 a~
e is an equivalent circuit diagram at the time of abnormality of the embodiment shown in FIG. 1, FIG. 3 is a diagram of an embodiment of a resistance temperature detector type temperature converter equipped with a burnout circuit according to the present invention, and FIGS. 4 a to e is an equivalent circuit diagram of the embodiment shown in FIG. 3 at the time of abnormality, and FIG. 5 is a specific circuit diagram of the differential amplifier. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Resistance temperature sensor, 2... Constant current source, 3... Differential amplifier, 4, 5... Voltage source, 6, 7... Arithmetic amplifier.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一端に第1の電流供給用リード線と第1の電
圧検出用リード線とを分岐して有し、他端に第2
の電流供給用リード線と第2の電圧検出用リード
線とを分岐して有する4線式の被測定抵抗体に、
定電流源から前記第1、第2の電流供給用リード
線を介して電流を流し、前記第2の電流供給用リ
ード線を介した側を基準電位として、前記第1の
電圧検出用リード線を介して得られた前記被測定
抵抗体の抵抗変化に応じて変化する発生電圧と、
前記第2の電圧検出用リード線を介して得られた
前記第2の電流供給用リード線の抵抗の値に対応
した発生電圧とをそれぞれ入力とする高入力イン
ピーダンスを有する差動増巾器から成る抵抗・電
気信号変換器において、前記被測定抵抗体の前記
第1の電流供給用リード線が断線した場合に前記
定電流源からの電流を第1の一方向性半導体素子
を介して第1の抵抗に流すことによつて発生した
電圧を、また前記被測定抵抗体の前記第2の電流
供給用リード線が断線した場合には前記定電流源
からの電流を第2の一方向性半導体素子を介して
第2の抵抗に流すことによつて発生した電圧をそ
れぞれ前記差動増巾器の入力に加え、前記差動増
巾器の出力信号を上限に振切らせるように前記被
測定抵抗体と前記差動増巾器とを結ぶ測定回路間
に前記第1、第2の抵抗および前記第1、第2の
一方向性半導体素子を直列および並列に接続した
ことを特徴とする4線式被測定抵抗体のバーンア
ウト回路。 2 特許請求範囲第1項記載において、前記第1
の電圧検出用リード線と前記差動増巾器の第1の
入力端間に前記第1の抵抗を、また前記第2の電
圧検出用リード線と前記差動増巾器の第2の入力
端間に前記第2の抵抗をそれぞれ挿入し、前記第
1の電流供給用リード線と前記定電流源の交点
と、前記第1の抵抗と前記差動増巾器の第1の入
力端との交点との間に前記第1の一方向性半導体
素子を、また前記第2の抵抗と前記差動増巾器の
第2の入力端との交点と、前記共通電位間に前記
第1の一方向性半導体素子と同一方向に前記第2
の一方向性半導体素子をそれぞれ接続すると共
に、前記第1の電圧検出用リード線と前記第1の
抵抗の交点と前記基準電位間に高インピーダンス
を有する第3の抵抗と第1の電圧源との直列回路
を、また前記第2の電圧検出用リード線と前記第
2の抵抗との交点と前記基準電位間に高インピー
ダンスを有する第4の抵抗6と前記第1の電圧源
とは逆極性の第2の電圧源との直列回路をそれぞ
れ接続するように成し、前記被測定抵抗体の断線
による各種の異常状態が発生したとき、前記差動
増巾器の出力信号が常に上限に振切れるようにし
たことを特徴とする4線式被測定抵抗体のバーン
アウト回路。 3 特許請求範囲第2項記載において、前記第2
の抵抗と前記第2の一方向性半導体素子の交点
と、前記差動増巾器の第2の入力端との間に分圧
回路を挿入すると共に、前記差動増巾器として前
記第2の入力端側の入出力変換利得は前記第1の
入力端側の入出力変換利得の2倍の変換利得を有
するように成すと共に、前記分圧回路は前記第2
の抵抗も含めて1/2に分圧するように構成したこ
とを特徴とする4線式被測定抵抗体のバーンアウ
ト回路。
[Claims] 1. A first current supply lead wire and a first voltage detection lead wire are branched at one end, and a second lead wire is provided at the other end.
A four-wire resistor to be measured has a branched current supply lead wire and a second voltage detection lead wire,
A current is caused to flow from a constant current source through the first and second current supply lead wires, and the side through the second current supply lead wire is set as a reference potential, and the first voltage detection lead wire a generated voltage that changes in accordance with the resistance change of the resistor to be measured obtained through the
from a differential amplifier having a high input impedance that receives as input a generated voltage corresponding to the resistance value of the second current supply lead obtained through the second voltage detection lead; In the resistance/electrical signal converter, when the first current supply lead wire of the resistor to be measured is disconnected, the current from the constant current source is passed through the first unidirectional semiconductor element to the first current supply lead wire. When the second current supply lead wire of the resistor to be measured is disconnected, the current from the constant current source is passed through the second unidirectional semiconductor. The voltages generated by passing the voltages through the second resistors through the elements are applied to the inputs of the differential amplifiers, and the voltages to be measured are applied so as to swing the output signals of the differential amplifiers to the upper limit. 4, characterized in that the first and second resistors and the first and second unidirectional semiconductor elements are connected in series and in parallel between the measurement circuit connecting the resistor and the differential amplifier. Burnout circuit for wire-type resistor under test. 2. In claim 1, the first
the first resistor between the voltage detection lead wire and the first input terminal of the differential amplifier; and the second voltage detection lead wire and the second input terminal of the differential amplifier. The second resistor is inserted between the ends, and the first current supply lead wire and the constant current source intersect, and the first resistor and the first input end of the differential amplifier. and between the intersection of the second resistor and the second input terminal of the differential amplifier and the common potential. the second direction in the same direction as the unidirectional semiconductor element;
a third resistor that connects the unidirectional semiconductor elements, and has a high impedance between the intersection of the first voltage detection lead wire and the first resistor and the reference potential, and a first voltage source; and a fourth resistor 6 having a high impedance between the intersection of the second voltage detection lead wire and the second resistor and the reference potential and the first voltage source have opposite polarity. are connected in series with a second voltage source, so that when various abnormal conditions occur due to disconnection of the resistor to be measured, the output signal of the differential amplifier always oscillates to the upper limit. A burnout circuit for a 4-wire resistor to be measured, which is characterized in that it can be disconnected. 3 In claim 2, the second claim
A voltage dividing circuit is inserted between the intersection of the resistor and the second unidirectional semiconductor element and the second input terminal of the differential amplifier, and The input/output conversion gain on the input end side of is configured to have a conversion gain twice that of the input/output conversion gain on the first input end side, and the voltage dividing circuit
A burnout circuit for a four-wire resistor to be measured, characterized in that it is configured to divide the voltage by 1/2 including the resistance of the resistor.
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