(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記調整器はダイヤル可変抵抗器であり、前記第1端子、前記抵抗部、及び前記第2端子は、前記ダイヤル可変抵抗器より小型の筐体に配置されている請求項1に記載の校正治具。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本実施の形態に係る校正方法の対象となる温度計測システムについて説明する。
【0010】
温度計測システムは、
図1に示すように、プラントの機側などの工場現場に設置される検出器1と、工場現場から離れたところに位置する工場管理室に設置され、検出器1に3本の導線L1、L2、L3を介して接続される温度計測装置3と、温度計測装置3に電力を供給する電源4と、を備える。
【0011】
電源4は、商用電源の交流電圧を整流平滑化して得られた直流電圧を、温度計測装置3の動作電圧にまで降圧して出力する。
【0012】
検出器1は、測温抵抗体(Resistance Temperature Detector)RTDと、測温抵抗体RTDを収容するシース部1bと、計器端子箱1aとを有している。
【0013】
測温抵抗体RTDは、検出器1を構成するシース部1bの先端部に内蔵されている。測温抵抗体RTDは、測温抵抗体RTDの周囲温度に応じた抵抗値を示す。測温抵抗体RTDの材料としては、白金、ニッケル、銅等の金属やゲルマニウム等の半導体が挙げられる。測温抵抗体RTDの一端には導線L11が接続され、測温抵抗体RTDの他端には導線L12,L13が接続されている。
【0014】
計器端子箱1aは、シース部1bと一体的に設けられており、内部に3つの端子台2a,2b,2cが設けられている。端子台2a,2b,2cには、測温抵抗体RTDからの導線L11,L12,L13が接続されるとともに、温度計測装置3からの導線L1,L2,L3が接続される。
【0015】
上述のように構成される検出器1は、例えば配管P1などに設けられたサーモウェル102に、シース部1bが挿入された状態で、当該サーモウェル102に固定される。
【0016】
温度計測装置3は、いわゆる3線式の温度計測装置である。温度計測装置3は、3本の導線L1、L2、L3がそれぞれ接続される3つの入力端子RC1、RC2、RC3を備える。入力端子RC1には、コネクタC1を介して導線L1が接続される。同様に、入力端子RC2には、コネクタC2を介して導線L2が接続され、入力端子RC3には、コネクタC3を介して導線L3が接続される。温度計測装置3は、導線L1〜L3及び導線L11〜L13を介して、測温抵抗体RTDに電気的に接続される。
【0017】
図2は、温度計測装置3のブロック図である。温度計測装置3は、
図2に示すように、処理部30と、ADC(Analog to digital converter)36と、変換器(測定部)37とを備える。
【0018】
処理部30は、演算処理部31、主記憶部32、補助記憶部33、インタフェース34およびこれらを接続するシステムバス35を有する。
【0019】
演算処理部31は、CPU(Central Processing Unit)を有し、補助記憶部33に記憶されたプログラムを読み出して実行する。そして、プログラムに基づいて、検出器1を構成する測温抵抗体RTDの抵抗値を用いて温度を演算する。
【0020】
主記憶部32は、RAM(Random Access Memory)等の揮発性メモリを有している。主記憶部32は、演算処理部31の作業領域として用いられる。
【0021】
補助記憶部33は、半導体メモリ等の不揮発性メモリを有している。補助記憶部33は、演算処理部31が実行するプログラムおよび各種パラメータなどを記憶している。また、補助記憶部33は、温度と、変換器37から出力される測定電圧との相関関係を示すルックアップテーブル33aを記憶している。
【0022】
図3に示すように、ルックアップテーブル33aは、例えば0.1℃間隔の温度と、各温度に対応する測定電圧から構成される。演算処理部31は、補助記憶部33が記憶するルックアップテーブル33aを参照して、上記測定電圧に基づいて温度を算出する。
【0023】
図2に示されるように、変換器37は、3つの入力端子RC1、RC2、RC3の電位に応じた電圧(測定電圧)を出力する。変換器37は、ADC36を介して処理部30のインタフェース34に接続されている。変換器37は、電圧源HEと増幅器HQと3つの抵抗HR1、HR2、HR3とを有する。
【0024】
抵抗HR1、HR2は、入力端子RC1と増幅器HQの一方の入力端との間に、相互に直列接続された状態で配置されている。抵抗HR3は、入力端子RC2と増幅器HQの上記一方の入力端との間に配置されている。電圧源HEは、一端が入力端子RC3に接続され、他端が抵抗HR1、HR2に接続されている。増幅器HQの出力端は、ADC36に接続されている。
【0025】
増幅器HQは、オペアンプ等の差動増幅回路から構成されている。電圧源HEは、例えば整流平滑回路とツェナーダイオードとを利用した定電圧回路等から構成されている。
【0026】
本実施の形態に係る温度計測システムの等価回路は、
図4に示すように、検出器1の測温抵抗体RTDに対応する抵抗Rと、導線L1、L2、L3に対応する抵抗r1、r2、r3とで表される。抵抗r1は、測温抵抗体RTDの一端と温度計測装置3の入力端子RC1との間の導線L1の線路抵抗を示す。抵抗r2、r3は、測温抵抗体RTDの他端と温度計測装置3の入力端子RC2、RC3との間の導線L2,L3の線路抵抗を示す。
【0027】
次に、この温度計測装置3の温度校正に用いられる校正治具10およびダイヤル可変抵抗器50の構成について説明する。
【0028】
温度計測装置3の温度校正は、
図5に示すように、温度計測装置3に校正治具10を接続するとともに、校正治具10にダイヤル可変抵抗器50を接続した状態で行われる。校正治具10の端子te11、te12、te13は、導線L41、L42、L43を介して入力端子RC1、RC2、RC3に電気的に接続されている。また、校正治具10の端子te21、te22は、導線L51、L52を介してダイヤル可変抵抗器50の入力端子te51、te52に電気的に接続されている。
【0029】
導線L41、L42、L43、L51、L52は、導線L1、L2、L3に比べて十分短くそれらの抵抗は無視できるものである。導線L41、L42、L43それぞれの両端部には、接続手段例えばバナナプラグC11、C41、C12、C42、C13、C43が設けられている。また、導線L51、L52それぞれの両端部にも、接続手段例えばバナナプラグC51、C52、C53、C54が設けられている。
【0030】
校正治具10は、
図6Aおよび
図6Bに示すように、略矩形箱状の筐体11と、3つの第1端子te11、te12、te13と、第2端子te22と、第3端子te21と、3つの抵抗部12A、12B、12Cと、を備える。
【0031】
抵抗部12Aは、3つの抵抗R11、R12、R13と、3つの第1ジャンパ用端子te111、te112、te113と、1つの第2ジャンパ用端子te211と、1つの可変抵抗例えばポテンショメータVR1と、を有する。
【0032】
抵抗部12Bは、3つの抵抗R21、R22、R23と、3つの第1ジャンパ用端子te121、te122、te123と、1つの第2ジャンパ用端子te221と、1つのポテンショメータVR2と、を有する。
【0033】
抵抗部12Cは、3つの抵抗R31、R32、R33と、3つの第1ジャンパ用端子te131、te132、te133と、1つの第2ジャンパ用端子te231と、1つのポテンショメータVR3と、を有する。この校正治具10は、
図7に示すような回路図で表される。
【0034】
筐体11は、金属または樹脂材料から形成され、
図6Aおよび
図6Bに示すように、内側に抵抗R11、R12、R13、R21、R22、R23、R31、R32、R33とポテンショメータVR1、VR2、VR3の一部とが配置されている。筐体11の長さLE1は例えば100mm、LE2は例えば80mmである。また、筐体11の厚さLE3は、例えば50mmである。
【0035】
筐体11の一面からは、第1端子te11、te12、te13、第3端子te21および第2端子te22の一部と、第1ジャンパ用端子te111、te112、te113、te121、te122、te123、te131、te132、te133の一部と、第2ジャンパ用端子te211、te221、te231の一部と、ポテンショメータVR1、VR2、VR3のつまみ部と、が突出している。
【0036】
第1端子te11、te12、te13は、導線L41、L42、L43の一端部に設けられたバナナプラグC11、C12、C13が着脱可能な端子から構成される。第3端子te21、第2端子te22は、導線L51、L52の一端部に設けられたバナナプラグC52、C54が着脱可能な端子から構成される。
【0037】
第1ジャンパ用端子te111、te112、te113は、それぞれ抵抗R11、R12、R13を介して第1端子te11と電気的に接続されている。ジャンパ用端子te121、te122、te123は、それぞれ抵抗R21、R22、R23を介して第1端子te12と接続されている。ジャンパ用端子te131、te132、te133は、それぞれ抵抗R31、R32、R33を介して第1端子te13と電気的に接続されている。
【0038】
抵抗R11、R21、R31は、例えば20Ωに設定される。抵抗R12、R22、R32は、例えば10Ωに設定される。抵抗R13、R23、R33は、例えば5Ωに設定される。
【0039】
第2ジャンパ用端子te221、te231は、それぞれポテンショメータVR2、VR3を介して第2端子te22と電気的に接続されている。第2ジャンパ用端子te211は、ポテンショメータVR1を介して第3端子te21と電気的に接続されている。
【0040】
ポテンショメータVR1、VR2、VR3は、例えば抵抗値を0Ωから10Ωの間で変化させることができる。ポテンショメータVR1、VR2、VR3は、ロック機能付きのポテンショメータである。温度校正作業においては、ポテンショメータVR1、VR2、VR3の抵抗値を設定した後ロック機能を有効にすれば、作業中に校正治具10に衝撃が加わった場合でもポテンショメータVR1、VR2、VR3の抵抗値は変動せず一定に維持される。
【0041】
第2ジャンパ用端子te211は、ジャンパ線111を介して第1ジャンパ用端子te111、te112、te113のいずれかと電気的に接続される。第2ジャンパ用端子te221は、ジャンパ線112を介して第1ジャンパ用端子te121、te122、te123のいずれかと電気的に接続される。第2ジャンパ用端子te231は、ジャンパ線113を介して第1ジャンパ用端子te131、te132、te133のいずれかと電気的に接続される。
【0042】
ジャンパ線111の両端部には、鰐口クリップ111a、111bが設けられている。このジャンパ線111は、鰐口クリップ111aが第1ジャンパ用端子te111、te112、te113のいずれかを挟持し鰐口クリップ111bが第2ジャンパ用端子te211を挟持した状態で使用される。ジャンパ線112、113の両端部にも、それぞれ鰐口クリップ112a、112b、113a、113bが設けられている。
【0043】
ダイヤル可変抵抗器50は、例えば横川電気社製279301を使用できる。
図5に示されるように、このダイヤル可変抵抗器50は、6つのダイヤルスイッチ511、512、513、514、515、516と、これらに対応する表示部521、522、523、524、525、526と、を備える。このダイヤル可変抵抗器50は、抵抗値0.1〜1111.210Ωの範囲内において、分解能0.001Ωで抵抗値を設定することができる。このダイヤル可変抵抗器50の外形寸法は、500mm×120mm×140mm程度である。
【0044】
次に、校正治具10を使った温度計測装置3の校正方法について説明する。
【0045】
まず、
図1に示される導線L1、L2、L3のコネクタC1、C2、C3を、温度計測装置3の入力端子RC1、RC2、RC3から取り外す。
【0046】
次に、3本の導線L1、L2、L3それぞれのコネクタC1、C2、C3のうちの2つのコネクタC2,C3の間の抵抗値R23を測定する。導線L1,L2,L3の抵抗はほぼ等しいと考えられる。そこで、抵抗値R23を2で除することにより得られる値RL(=R23/2)を、導線L1,L2,L3それぞれの抵抗値r1,r2,r3とする。例えば、抵抗値R23が24Ωである場合には、導線L1,L2,L3それぞれの抵抗値は12Ωとなる。なお、導線L1〜L3それぞれの抵抗値r1〜r3を、検出器1の導線L13,L12の抵抗値を考量して、適宜補正してもよい。
【0047】
次に、
図5に示されるように、温度計測装置3の入力端子RC1、RC2、RC3に校正治具10を介してダイヤル可変抵抗器50を電気的に接続する。抵抗部12A、12B、12Cの抵抗値は、3つの導線L1、L2、L3それぞれの抵抗値と等しい抵抗値に設定する。
【0048】
例えば、導線L1の抵抗が12Ωである場合には、ジャンパ線111で、第1ジャンパ用端子te112と第2ジャンパ用端子te211とをジャンパするとともに、ポテンショメータVR1の値を2Ωにすることで、抵抗部12Aでの抵抗値を12Ωにする。同様に、導線L2,L3の値に応じて、抵抗部12B,12Cの抵抗値を設定する。
【0049】
次に、ダイヤル可変抵抗器50の抵抗値を順次変更しながら、変換器37から出力される測定電圧を取得する。
【0050】
続いて、ダイヤル可変抵抗器50の抵抗値に対応する測温抵抗体RTDの検出温度と、取得した測定電圧との関係から、検出温度と測定電圧との相関関係を示す相関関数を算出する。相関関数は、例えば最小二乗法を利用して算出する。
【0051】
例えば、検出温度T1〜T5における測温抵抗体RTDの抵抗がR1〜R5である場合に、ダイヤル可変抵抗器50の抵抗値を順次R1からR5まで変えたときに、測定電圧e1〜e5が取得されたとする。この場合には、
図8に示される5つの点(R1,e1)〜(R5,e5)の座標から直線S1で示される相関関数を求める。
【0052】
相関関数を算出すると、当該相関関数に基づいて、温度と測定電圧との関係を示すルックアップテーブルを作成する。そして、温度計測装置3の補助記憶部33に記憶されたルックアップテーブル33aを更新する。以上のように温度計測装置3の校正作業が行われる。
【0053】
以上説明したように、本実施形態に係る校正治具10を用いることで、校正作業において、導線L1〜L3を模擬するための3つのダイヤル可変抵抗器を準備する必要がなく、ダイヤル可変抵抗器50より小型の校正治具10を1台用意するだけですむ。したがって、校正作業の負担を軽減することができる。
【0054】
具体的には、校正治具10を用いる前の校正作業では
図9に示すように、温度計測装置3の入力端子RC1、RC2、RC3それぞれにダイヤル可変抵抗器950A、950B、950Cを接続し、これらのダイヤル可変抵抗器950A〜950Cにダイヤル可変抵抗器50を接続する必要がある。ダイヤル可変抵抗器950A、950B、950Cは、それぞれ3つの導線L1、L2、L3の抵抗値と等しい抵抗値に設定される。
【0055】
図9に示されるように、従来の校正作業では、4台のダイヤル可変抵抗器950A、950B、950C、50を搬入して使用する必要がある。このため、校正用機器を搬入するための負担やコストが大きくなる。
【0056】
これに対して、本実施の形態に係る校正治具10を用いることで、校正に必要なダイヤル可変抵抗器を、
図5に示されるように、1台に削減することができる。したがって、校正作業の負担が軽減される。
【0057】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態によって限定されるものではない。例えば、校正対象の温度計測装置がいわゆる4線式である場合には、
図10に示すように、校正治具210が、4つの第1端子te2011、te11、te12、te13と、それらに対応する4つの抵抗部2012A、12A、12B、12Cと、2つの第2端子te21、te22とを、更に備えるものであってもよい。
【0058】
この校正治具210は、実施の形態で説明した校正治具10に抵抗部2012Aを追加した構成を有する。抵抗部2012Aでは、第1ジャンパ用端子te2111、te2112、te2113がそれぞれ抵抗R2011、R2012、R2013を介して第1端子te2011と電気的に接続され、第2ジャンパ用端子te2211がポテンショメータVR21を介して第2端子te21と電気的に接続される。第2ジャンパ用端子te2211は、ジャンパ線2111を介して第1ジャンパ用端子te2111、te2112、te2113のいずれかと電気的に接続される。
【0059】
校正対象の温度計測装置がいわゆる2線式である場合、
図11に示すように、校正治具310が、2つの第1端子te11、te12と、それらに対応する2つの抵抗部12A、12Bと、第2端子te22と、第3端子te21とを備えるものであってもよい。
【0060】
本構成によれば、いわゆる2線式または4線式の温度計測装置の校正作業においても、校正現場に搬入すべき校正用機器の点数を低減することができるので、校正作業者の負担を軽減できる。
【0061】
実施の形態では、第1ジャンパ用端子te111、te112、te113、te121、te122、te123、te131、te132、te133と、第2ジャンパ用端子te211、te221、te231とを備える校正治具10について説明したが、例えば
図12に示すように、第1ジャンパ用端子と第2ジャンパ用端子との代わりにセレクタスイッチ411、412、413を設けた校正治具410であってもよい。
【0062】
本構成によれば、ジャンパ線111、112、113を挿脱する作業が不要なため、校正治具410の操作性が向上する。したがって、校正作業の負担を軽減することができる。
【0063】
実施の形態では、測温抵抗体RTDを利用して温度を計測する温度計測装置3の校正に用いる校正治具10の例について説明したが、抵抗体を利用した計測装置であれば計測対象の物理量が温度である装置に限定されるものではない。例えば歪ゲージを利用した応力計測装置の校正に用いるものであってもよい。また、抵抗体の抵抗値の変化を利用するものであれば、校正対象が計測装置に限定されるものではない。
【0064】
また、実施の形態では、校正治具10が、導線L1〜L3を模擬する抵抗部12A、12B、12Cを備える場合について説明した。これに限らず、校正治具10は、導線L1〜L3のいずれか1つを模擬する抵抗部のみを有していてもよい。この場合は、導線の数に応じた校正治具を使用して校正を行えばよい。
【0065】
実施の形態では、導線L1〜L3が、コネクタC1〜C3を介して、入力端子RC1〜RC3に接続されている場合について説明した。コネクタC1〜C3については、任意にものを使用することができる。また、コネクタC1〜C3に代えて、導線L1〜L3の一端に圧着端子を取り付けて、圧着端子をネジによって、入力端子RC1、RC2、RC3に接続することとしてもよい。
【0066】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【解決手段】本実施形態に係る校正治具は、センサが接続される計測機器の校正に用いられる校正治具であって、前記計測機器に電気的に接続される第1端子と、前記第1端子と可変抵抗を介して電気的に接続されるとともに、前記計測機器の校正時に、前記センサに代わり前記計測機器に接続される調整器が電気的に接続される第2端子と、を備える。