JPS6356953B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

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R_b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R_b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R_b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V_zは定常時に測定回路に影響を与えないよ
うにV_z≫（ｒ１＋R_t＋ｒ４＋R_b）ｉに選定され
ている。ここに、R_t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R_tは(2)式の如く
示される。 R_t＝R_tb＋ΔR_t ……(2) ここに、R_tb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、
ΔR_t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＋R_t＋ｒ４＋R_b）≪Ｚ１ （ｒ３＋ｒ４）≪（Ｒ１＋Ｒ２） 〔Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＋R_b〕≪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→R_t→ｒ４→R_b
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＝（R_t＋ｒ４＋R_b）ｉ ＝（R_tb＋ΔR_t＋ｒ４＋R_b）ｉ ……(3) ｅ２＝ｒ４・ｉ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） ＋R_b・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＋R_b）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（R_tb＋ΔR_t−R_b）ｉ ……(6) (6)式において、バイアス抵抗R_bの値を測温抵
抗体１に含まれる一定バイアス抵抗分R_tbの値と
等しく、 R_tb＝R_b ……(7) にバイアス抵抗R_bの値を調整すれば e₀＝Ｋ・ΔR_t・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ΔR_t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，R_b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＝R_b・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〔R_tb＋ΔR_t＋ｒ４＋R_b−2R_b ・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、R_tb＝R_bに選
定されているから(9)式は(10)式で表わされる。 e₀＝Ｋ（ΔR_t＋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ΔR_tに対応し
て発生する電圧ΔR_t・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（R_t＋Ｒ１＋Ｒ２＋R_b）ｉ≫V_zなる
ようにゼナーダイオードZDのゼナー電圧V_z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V_zを発生する。この
ゼナー電圧V_z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＝V_z ……(11) ｅ２＝V_z・（Ｒ２＋R_b） ／R_t＋Ｒ１＋Ｒ２＋R_b） ……(12) (12)式において、測温抵抗体の抵抗R_tの値およ
びバイアス抵抗R_bの値は分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の
値に比べて十分小さい値であり、R_t，R_b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・V_z ……（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R_t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V_zを発生する。このゼナー電圧V_zは
リード線Ａ１およびＢ１を介して差動増巾器３の
正相入力端に印加され、ｅ１＝V_z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V_z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ΔR_t＝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V_a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（−V_b）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R_b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V_D1はV_D1＞ｒ
１・ｉに選ばれ、ダイオードＤ２の順方向降伏電
圧V_D2はV_D2＞ｒ４・ｉに選ばれている。また、
抵抗Ｒ５の値はＲ５≫（ｒ２＋R_t＋ｒ４＋R_b）
に選ばれると共に、定常時にV_a／Ｒ５の電流が
ｒ２→R_t→ｒ４→R_bに流れて測定誤差を生じな
いようにV_a／Ｒ５≪ｉなるように抵抗Ｒ５、電
圧V_aの値を選定している。また、抵抗Ｒ６の値
は（ｒ３＋ｒ４＋R_b）≪（Ｒ４＋Ｒ１＋Ｒ２′）
≪Ｒ６に選ばれると共に、定常時に−V_b／Ｒ６
の電流がｒ３→ｒ４→R_bに流れて測定誤差を生
じないように｜−V_b／Ｒ６｜≪ｉなるように抵
抗Ｒ６、電圧（−V_b）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V_a／Ｒ５，−V_b／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→R_t→ｒ４→R_b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，R_b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＞ΔR_ts・ｉ ……（14） ここに、ΔR_ts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R_t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R_bの
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→R_t→R_b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V_zはV_z＞V_D1＋（Ｒ３
＋R_t＋R_b）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＋R_t＋R_b）ｉ ……（15） となる。また、バイアス抵抗R_bの両端に発生し
た電圧R_b・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＝R_b・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＋ΔR_t）ｉ＞ΔR_ts・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ΔR_t＝０の場合でも、抵抗Ｒ３の値を測定
入力スパン抵抗ΔR_ts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 P_t100Ω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ΔR_ts＝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V_a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＝V_a・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。 V_a・Ｚ１／（Ｒ５＋Ｚ１） ＞（ΔR_ts＋２R_tb）ｉ ……（18） すなわち、（18）式を満足するように抵抗Ｒ５、
電圧V_a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 P_t100Ω、温度測定範囲
０〜500℃とすれば、ΔR_ts＝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 （ΔR_ts＋2R_tb）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V_aを1Vにすれば（18）
式の左辺はV_a・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（R_t＋R_b）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R_bの値は小さいのでこれを無
視すれば、ｅ２＝（−V_b）Ｒ２′／（Ｒ６＋Ｒ４
＋Ｒ１＋Ｒ２′）＋R_b・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（−V_b）Ｒ２′ ／（Ｒ６＋Ｒ４＋Ｒ１＋Ｒ２′） ＞（ΔR_ts−ΔR_t）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、ΔR_t＝０のときであるから（19）式は（20）
式の如くなる。 −２（−V_b）Ｒ２′ ／（Ｒ６＋Ｒ４＋Ｒ１＋Ｒ２′） ＞ΔR_ts・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（−V_b）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ΔR_ts＝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（−V_b）の値を10Vにすれば（20）
式の左辺は、−２（−V_b）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R_t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、R_t→Ｒ４→
Ｄ２→R_b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＝（R_t＋Ｒ４＋R_b）ｉ
＋V_D2となる。ここに、ゼナーダイオードZDのゼ
ナー電圧V_zはV_z＞（R_t＋Ｒ４＋R_b）ｉ＋V_D2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V_D2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≒V_D2／２＋R_b・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＋ΔR_b）ｉ＞ΔR_ts・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ΔR_t＝０のときであるから、（21）
式は（22）式で示される。 Ｒ４・ｉ＞ΔR_ts・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ΔR_ts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ΔR_ts＝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R_t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V_zを発生する。そ
して、このゼナー電圧V_z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＝V_zと
なる。一方、電圧源５によつて−V_b／Ｒ６の電
流がリード線Ｂ２，Ａ２を介してバイアス抵抗
R_b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V_z
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R_t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R_t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R_tb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R_b
を設けた場合について説明したが、このバイアス
抵抗R_b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R_tb＝０なので、このときは必然的にバイ
アス抵抗R_bも不要（R_b＝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R_bの両端に発生した電圧R_b・ｉと加算
し、この加算電圧ｅ２＝ｒ４・ｉ／２＋R_b・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＋2R_b・
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
R_tb＝R_b＝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ΔR_t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ΔR_t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R_b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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。