JP2009168531A - 外部制御手段の動作状態診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、外部制御手段である被駆動体の駆動状態や、配線の断線、短絡といった障害発生の信号の伝達と電力の伝達を同一の手段で行えるようにし、部品点数の増加や回路構成の複雑化などによる製造コストの増加を防ぐと共に、精度良く信号の伝達、回路の健全性診断を行うことができる、外部制御手段の動作状態診断装置を提供することが課題である。
【解決手段】交流発生手段出力を外部制御手段の駆動信号でＯＮ／ＯＦＦし、絶縁トランス１次側に印加させる第２のスイッチ回路と、絶縁トランス２次側に接続され、第２のスイッチ回路でＯＮ／ＯＦＦされる外部制御手段たる第１のスイッチ回路と、絶縁トランス２次側に接続されて前記第１のスイッチ回路のＯＮ状態で電流が流れる外部制御手段動作状態検出回路と、前記第２のスイッチ回路に接続され、絶縁トランス１次側に流れる電流の測定手段とで外部制御手段の動作状態診断装置を構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部制御手段の動作状態診断装置に関し、特に、プラントや機器類の制御のために用いる外部制御手段たる接点をＯＮ／ＯＦＦさせる信号が外部制御手段に正確に伝達されているかの確認と、回路の配線に断線や短絡が生じていないか、などの回路の健全性診断とを行うことができるようにした、外部制御手段の動作状態診断装置に関するものである。

プラントや機器類の制御に用いられる制御手段として、ＯＮ／ＯＦＦの２値信号により動作する外部制御手段たる接点がある。このような外部制御手段は、用途に応じて人体に対する影響を防止したりノイズなどの影響を避けるため、プラントや機器類に指示を与える側（以下指示側と称する）と、プラントや機器類で測定や駆動または制御を行う側（以下プラント側と称する）とを絶縁できるよう、一般的に、指示側からプラント側に送る信号、プラント側から指示側に送る測定結果の信号などを、フォトカップラや信号絶縁リレー、絶縁アンプ、絶縁トランスなどを用いたり、電力を供給する電源トランスとして絶縁トランスを用いることが行われている。

また計装の世界では、近年、出力信号や回路配線の健全性、すなわち測定や制御などの手段が指示通り動作しているか、配線に断線や短絡が生じていないか、などを確認してシステムの信頼性を高めるため、回路の健全性診断を求める要求も増大している。

こういった要請に対応し、前記した、ＯＮ／ＯＦＦの２値信号により動作する接点などの外部制御手段の従来の駆動回路例を示したのが、図８、図９のブロック図である。この図８、図９において、外部制御手段たる接点１５１、１５２をＯＮ／ＯＦＦさせる２値信号１５３、１５４は、指示側とプラント側を絶縁するために用いられる例えばフォトＭＯＳリレー１５５、１５６などに入力され、接点１５１、１５２が駆動される。なお、１５７の破線はフォトＭＯＳリレー１５５、１５６によりプラント側と指示側とを絶縁する絶縁バリアを表し、この絶縁バリアは接点１５１、１５２に送られる信号間も絶縁している。

この図８の回路では、接点１５１、１５２をＯＮ／ＯＦＦさせる２値信号１５３、１５４は、単にフォトＭＯＳリレー１５５、１５６に送られているだけで、フォトＭＯＳリレー１５５、１５６、接点１５１、１５２などが正常に動作しているか、回路が断線したり短絡していないか、などはわからない。

すなわち、フォトＭＯＳリレー１５５、１５６、接点１５１、１５２などが正常に動作しているか、回路が断線したり短絡していないか、などの回路の健全性診断を行うためには専用の回路が必要となる。その場合の一例が図９のブロック図である。前記図８の回路では、電源回路１０１ａ、１０１ｂは用いられていなかったが、互いの接点を絶縁しながら健全性診断するためには、接点の状態を診断するマイコンなどで構成した診断回路が接点毎に必要であり、その診断回路を駆動するため、電源回路１０１ａ、１０１ｂが接点毎に必要となる。この電源回路は電源１０２ａ、１０２ｂ、パルス発生回路１０３ａ、１０３ｂ、絶縁トランス１０４ａ、１０４ｂ、整流回路１０５ａ、１０５ｂ、定電圧回路１０６ａ、１０６ｂなどで構成される。

接点１５１、１５２をＯＮ／ＯＦＦさせる２値信号１５３、１５４は、図８の場合と同様プラント側と指示側を絶縁するために用いられるフォトカップラ１５５、１５６に入力され、健全性診断のために設けられて電源回路１０１ａ、１０１ｂから電力を供給される、接点信号及び読み返し用の接点状態の監視回路１５８ａ、１５８ｂにより接点をＯＮ／ＯＦＦする信号にされ、接点１５１、１５２が駆動される。そしてこの監視回路１５８ａ、１５８ｂで接点が指示通り動作しているか、配線に断線や短絡がないかなどの動作状態が診断され、プラント側から指示側へ送る読み返し信号としてフォトカップラ１５９ａ、１５９ｂから出力される。

しかしながら図９の回路は、接点１５１、１５２のそれぞれに対応して絶縁電源１０１ａ、１０１ｂ、接点信号及び読み返し用の接点状態の監視回路１５８ａ、１５８ｂがプラント側に設けられ、非常に高価な回路となるため、実際に使っている例は非常に特殊な用途に限られる。

以上がプラントや機器類の制御のために用いる接点などの外部制御手段を、ＯＮ／ＯＦＦさせる信号が外部制御手段に正確に伝達されているか、外部制御手段が正常に動作しているか、回路の配線に断線や短絡が生じていないか、などの回路の健全性診断と駆動とを行う従来回路であるが、この従来の外部制御手段の動作状態診断装置の回路構成では、健全性診断を行う場合に下記のような問題があった。

Ａ．接点のＯＮ／ＯＦＦの信号の伝達回路とは別に、健全性診断のために電源や健
全性診断回路を追加する必要があり、部品点数が増えると共に回路構成が複雑
化し、製造コストが増加
Ｂ．図９のように接点が複数あって個別に絶縁する場合、健全性診断回路を接点毎
に設けると共に、接点が離れて設置されている場合は健全性診断回路毎に高価
な絶縁電源を設置せねばならず、さらにコストが増加する
Ｃ．そのため、高価な絶縁電源を複数の接点に対して共用した場合、接点同士が離
れて設置されている場合はポテンシャルに差が生じてシステムに大きな影響を
与えるから、基本的に近くの場所で評価する必要が出る

なお、電線の断線を検出する技術については、例えば特許文献１に電線にパルス信号を印加し、そのとき電線に流れる電流を測定して電流波形を参照用の電流波形と比較し、その波形差から断線を検出するようにした電線の断線検出方法が示され、特許文献２には、断線を検知する信号線にチェック用パルス信号をインピーダンス素子を介して印加し、信号線から得られる信号とチェック用パルス信号とを比較して、信号線の断線を判定するようにした断線検知回路が示されている。

また電気回路の診断については、例えば特許文献３に、測定記録の管理を容易にして回路診断を行う際の作業効率を向上させ、さらに人為的な誤りが介入する余地を小さくするため、診断対象となる電気機器に組み込まれた不揮発性メモリに書き込み保存した電気機器の特性の測定結果、および測定に関連する情報、あるいは電気機器の特性の測定結果または測定に関連する情報を読み出し、電気機器について得られた最新の測定結果や測定に関連する情報と比較することで、電気機器の状態を診断するようにした電気回路診断方法およびその方法に使用する電気回路診断装置が示されている。

特開２００６−０２３１０５号公報 特開２００４−１９８３０２号公報 特開平８−００５７０８号公報

しかしながらこれら特許文献１、特許文献２に示された技術は電線の断線検出に関するものではあるが、パルス信号の印加手段や参照用電流波形の記憶装置などが必要であり、特許文献３に示された、電気回路診断装置は電気機器の特性の測定結果、および測定に関連する情報を記憶したメモリが必要であると共に、回路の特性測定と状態診断のための比較手段などが必要で複雑な構成であり、前記したＡ〜Ｃに示したような問題点の解決方法とはならない。

そのため本発明においては、簡単な構成で、外部制御手段の動作状態や、配線の断線、短絡といった障害発生の信号の伝達と電力の伝達を同一の手段で行えるようにし、部品点数の増加や回路構成の複雑化などによる製造コストの増加を防ぐと共に、精度良く信号の伝達、回路の健全性診断を行うことができる、外部制御手段の動作状態診断装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる外部制御手段の動作状態診断装置は、
絶縁手段を介して伝達されるＯＮ／ＯＦＦ信号により動作する外部制御手段の動作状態診断装置であって、
矩形パルスを含む交流の発生手段と、該交流発生手段出力が１次側に、前記外部制御手段としての接点を構成する第１のスイッチ回路が２次側に接続された前記絶縁手段としての絶縁トランスと、該絶縁トランス１次側に設けた中間タップに接続されて前記ＯＮ／ＯＦＦ信号により動作し、前記交流発生手段出力を、前記第１のスイッチ回路がＯＮ／ＯＦＦする電圧とする第２のスイッチ回路と、前記絶縁トランス２次側に接続されて前記第１のスイッチ回路のＯＮ状態で電流が流れる外部制御手段動作状態検出回路と、前記第２のスイッチ回路に接続され、前記絶縁トランス１次側に流れる電流の測定手段とからなり、
前記電流測定手段が測定した、前記外部制御手段動作状態検出回路に流れる電流により変化する絶縁トランス１次側電流により、前記絶縁トランス２次側に接続された前記外部制御手段の動作状態を診断することを特徴とする。

このようにＯＮ／ＯＦＦ信号により動作する第２のスイッチ回路により、絶縁トランスを介して１次側から送られる電力が２次側に接続された第１のスイッチ回路をＯＮ／ＯＦＦさせると共に、外部制御手段動作状態検出回路によって消費されることで生じる１次側電流の変化を測定し、それによって外部制御手段の動作状態診断を行うことで、第１のスイッチ回路が断線した場合は外部制御手段動作状態検出回路に電流が流れず、短絡した場合は通常より大きな電流が流れて絶縁トランス１次側電流もそれに応じて変化し、外部制御手段としての接点（第１のスイッチ回路）のＯＮ／ＯＦＦ状態、断線、短絡を推定することができる。従って、従来装置のように外部制御手段たる接点毎に電源や絶縁手段、接点信号及び読み返し用の接点状態の監視回路などを設ける必要が無く、非常に簡単な構成で、部品点数の増加や回路構成の複雑化などによる製造コストの増加を防ぐと共に、精度良く外部制御手段の動作状態の健全性診断を行うことができる、外部制御手段の動作状態診断装置とすることができる。

そして、前記第２のスイッチ回路は前記絶縁トランス１次側に印加させる前記交流発生手段出力の振幅を、前記第１のスイッチ回路をＯＮさせる第１の電圧とＯＦＦさせる第２の電圧に切り換える機能を有することで、前記した外部制御手段たる接点（第１のスイッチ回路）をＯＮ／ＯＦＦすると共に、外部制御手段（第１のスイッチ回路）の回路における断線、短絡も検出できるようにすることができる。

また、前記第１のスイッチ回路と外部制御手段動作状態検出回路を２重化して設けることで、例えば切断するのが安全な方向の用途に使うときに、一の第１のスイッチ回路が故障しても他の第１のスイッチ回路を遮断すれば、例えば切断するのが安全な方向の用途に使うときに、安全性をより高めた回路とすることができる。

さらに、前記絶縁トランス２次側の一端を接地し、前記第１のスイッチ回路をＮ型とＰ型トランジスタで構成して前記絶縁トランス２次側に接続した全波整流回路における半波別の位置にそれぞれ設け、前記Ｎ型とＰ型トランジスタにおける互いの駆動信号端を前記接地端に接続したことで、一のトランジスタが故障したときに、＋側と−側のどちらが故障したかを知ることができる。

以上記載のごとく本発明になる外部制御手段の動作状態診断装置は、従来装置のように被駆動体毎に電源や絶縁手段、接点信号及び読み返し用の接点状態の監視回路を設ける必要が無く、非常に簡単な構成で、部品点数の増加や回路構成の複雑化などによる製造コストの増加を防ぐと共に、精度良く外部制御手段状態の健全性診断を行うことができる、外部制御手段の動作状態診断装置とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１、図２は、本発明になる外部制御手段の動作状態診断装置のブロック図（図１）と詳細回路例（図２）である。この図１、図２に示した回路では、前記図８、図９で説明したプラントや機器類の制御のために用いる外部制御手段としての接点をＯＮ／ＯＦＦさせる信号を電力の伝達手段により伝達し、かつ、その信号が外部制御手段に正確に伝達されて接点が動作しているか、回路の配線に断線や短絡が生じていないか、などの回路の健全性診断をも同時に行えるようにしたものである。

この図１、図２において、１は電源、２はパルス発生回路、３ａ、３ｂは絶縁トランス、２１、２２はダイオード、２３、２４はコンデンサ、３０は抵抗、７は指示側とプラント側、及び複数の接点６５、６５を絶縁する絶縁バリア、２５、２６は絶縁トランス３の１次側電流測定用の抵抗とコンデンサ、６５、６６はＯＮ／ＯＦＦの２値信号により動作する外部制御手段たる接点、６７ａ、６７ｂはＦＥＴ（図２における７３、７４）などを用いた第２のスイッチ回路、６８ａ、６８ｂはＦＥＴ（図２における６８）などを用いた第１のスイッチ回路、６９ａ、６９ｂはダイオード、７０ａ、７０ｂは抵抗、７１ａ、７１ｂは接点６５、６６をＯＮ／ＯＦＦさせる駆動信号、７２ａ、７２ｂは絶縁トランス３ａ、３ｂの１次側電流（読み返し信号）、図２の７３、７４は絶縁トランス３の２次側に接点６５、６６をＯＮさせる電圧とＯＦＦさせる微小電圧を印加するためのＦＥＴ、７５は抵抗、７６、７７は絶縁トランス３の１次側巻線の両端に交互にＯＮ／ＯＦＦのパルスを印加するためのＦＥＴである。

この図１における外部制御手段たる接点６５、６６は、ＯＮ／ＯＦＦ２値の駆動信号７１ａ、７１ｂにより切り替えられるわけであるが、その２値の駆動信号７１ａ、７１ｂは、ＦＥＴ７３、７４などを用いた第２のスイッチ回路６７ａ、６７ｂに入力される。そしてこの第２のスイッチ回路６７ａ、６７ｂは、この駆動信号７１ａ、７１ｂによりＯＮ／ＯＦＦされて、ＯＮの場合は絶縁トランス３ａ、３ｂの１次側に印加される電圧を高く、ＯＦＦの場合は低くなるよう構成されており、絶縁トランス３ａ、３ｂからの２次側出力は、それに伴ってＯＮの場合は高い電圧が、ＯＦＦの場合は低い電圧が出力される。

そして、その高い電圧、低い電圧により第１のスイッチ回路６８ａ、６８ｂがＯＮ／ＯＦＦされ、それによって外部制御手段たる接点６５、６６が駆動される。なお、６９ａ、６９ｂのダイオードと７０ａ、７０ｂの抵抗は、この図１の回路で実際に接点６５、６６がＯＮになっているかどうかを確認するための電流を流すための外部制御手段動作状態検出回路で、接点６５、６６がＯＮになっている場合はこのダイオード６９ａ、６９ｂと抵抗７０ａ７０ｂを経由して電流が流れ、ＯＦＦの場合は流れない。

そのため、接点６５、６６がＯＮになってダイオード６９ａ、６９ｂと抵抗７０ａ７０ｂを経由して電流が流れると、絶縁トランス３ａ、３ｂの１次側にその電流に対応した電流が流れるから、それを読み返し信号７２ａ、７２ｂとして図示していない電流測定装置で測定することで２次側に流れる電流が判明し、それによってプラントや機器類の制御のために用いる外部制御手段たる接点をＯＮ／ＯＦＦさせる信号が、外部制御手段に正確に伝達されて接点が動作しているか、回路の配線に断線や短絡が生じていないか、などの回路の健全性診断を行うことができる。

すなわち本発明になる外部制御手段の動作状態診断装置は、接点６５、６６をＯＮさせたとき、ダイオード６９ａ、６９ｂと抵抗７０ａ、７０ｂを流れる電流により電力が消費され、それに対応した電流が絶縁トランス３の１次側に流れるのを測定することで、外部制御手段の接点６５、６６に流れる、または消費される電流を推定するもので、それによって第１のスイッチ回路６８ａ、６８ｂが断線した場合は外部制御手段動作状態検出回路に電流が流れず、短絡した場合は通常より大きな電流が流れて絶縁トランス３の１次側電流もそれに応じて変化し、外部制御手段としての接点６５、６６のＯＮ／ＯＦＦ状態、断線、短絡を推定することができ、他の絶縁手段を用いることなく、接続された対象の健全性診断を含む状態を認識することができる。

次に図２の詳細回路例を説明すると、絶縁トランス３の２次側には、全波整流回路を構成するようダイオード２１、２２、コンデンサ２３、２４が接続され、その出力側に接続された接点を構成する第１のスイッチ回路としてのＦＥＴ６８のゲートに、抵抗３０から電圧が供給されるようにされている。また、絶縁トランス３の１次側は、電源１からの電力で動作するパルス発生回路２からのパルスが、電源Ｖｃｃから電力を供給されているＦＥＴ７６、７７に入力され、それぞれのＦＥＴがＯＮになることで電圧Ｖｃｃが、絶縁トランス３の１次側巻線の両端に交互に印加される。

一方、図１で６７として示した第２のスイッチ回路は、図２においてはＦＥＴ７３、７４で構成され、ＯＮ／ＯＦＦの駆動信号７１がそれぞれのゲートに入力されることでＯＮ／ＯＦＦされる。そして、ＯＮの場合は絶縁トランス３の１次側中間タップからの電流は抵抗２５だけを経由して流れ、ＯＦＦの場合はそれに加えて抵抗７５も経由するため、ＯＮの場合は絶縁トランス３の１次側に高い電圧が、ＯＦＦの場合は低い電圧が印加されることになる。

そして第２のスイッチ回路がＯＮ（すなわち駆動信号７１がＯＮ）の場合、絶縁トランス３の２次側では、パルス発生回路２からの電圧が昇圧されて整流回路を構成するダイオード２１、２２で整流され、コンデンサ２３、２４で平滑化されて抵抗３０の存在で第１のスイッチ回路たるＦＥＴ６８がＯＮになる。この第１のスイッチ回路たるＦＥＴ６８は、図１における接点６５、６６を兼ねており、この第１のスイッチ回路がＯＮになることでダイオード６９ａ、６９ｂと抵抗７０ａ、７０ｂを電流が流れ、その電流に対応した電流が絶縁トランス３の１次側に流れる。そのため、その１次側の電流信号７２を図示していない電流測定装置で測定することで、外部制御手段の接点６５、６６が正常に動作しているかなど、接続された対象の回路の健全性診断を含む状態を認識することができる。

図３、図４は本発明になる外部制御手段の動作状態診断装置の他の実施例である。図中、前記図２と同様な構成要素には同一番号が付してあるが簡単に説明すると、３は絶縁トランス２次側、４は整流回路、２１、２２は整流回路４を構成するダイオード、２３、２４は同じくコンデンサ、３１ａ、３１ｂ、３２は抵抗、３３ａ、３３ｂはダイオード、６８ａ、６８ｂ、６８ｃ、６８ｄはＦＥＴ、６９ｃ、６９ｄ、６９ｅ、６９ｆはダイオード、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆは抵抗である。

まず図３の回路は、絶縁トランス２次側に全波整流回路を構成するよう接続したダイオード２１、２２、コンデンサ２３、２４に、第１のスイッチ回路６８を構成する接点たる２つのＦＥＴ６８ｃ、６８ｄを逆方向の極性に直列接続し、無極性の接点として動作するようにしたものである。すなわち、全波整流回路を構成するダイオード２１、２２、コンデンサ２３、２４の出力側に接続された、接点を構成する第１のスイッチ回路としてのＦＥＴ６８ｃ、６８ｄのゲートに共通に２次側電圧を印加し、それによって第２のスイッチ回路がＯＮ（すなわち駆動信号７１がＯＮ）の場合、両方のＦＥＴ６８ｃ、６８ｄがＯＮとなるから、この接点によって動作する手段は極性を考えずに接続することができる。この場合、一のＦＥＴが導通状態で故障した場合、他のＦＥＴを遮断することで、例えば切断するのが安全な方向の用途に使うときに、安全性をより高めた回路とすることができる。

また図４の回路は、第１のスイッチ回路６８を構成する接点たる２つのＦＥＴ６８ａ、６８ｂをＮ型、Ｐ型で構成し、絶縁トランス３の２次側に接続したダイオード２１、２２、コンデンサ２３、２４で構成される全波整流回路４における半波別の位置に、＋側と−側に対応させてＮ型、Ｐ型のＦＥＴ６８ａ、６８ｂを配し、両者がＯＮして始めて接点として動作するよう２重化して信頼性を高めたものである。この回路においては、絶縁トランス３の２次側の一端を接地し、第１のスイッチ回路を構成するＮ型とＰ型のＦＥＴ６８ａ、６８ｂを全波整流回路における半波別の位置にそれぞれ設け、前記Ｎ型とＰ型のＦＥＴ６８ａ、６８ｂにおける互いのゲートを絶縁トランス３の２次側の接地端に接続してある。

そのためこの図４の回路では、絶縁トランス２次側の接地端を０Ｖとしてコンデンサ２３、２４には逆極性の電荷が蓄えられ、それによって第２のスイッチ回路がＯＮ（すなわち駆動信号７１がＯＮ）の場合、ＦＥＴ６８ａ、６８ｂが＋側と−側でＯＮとなるから、一のトランジスタが故障したとき、＋側と−側、すなわちＮ型、Ｐ型のどちらのＦＥＴが故障したかを知ることができる。

なお、このように定電圧回路を設けない電源を用い、トランスを介して外部制御手段の動作状態診断、すなわち外部制御手段の動作で生じる電力の消費がトランス１次側に発生させる電流の変化を測定し、それによって外部制御手段の状態を推定する場合、外部制御手段たる被駆動体に流れた電流計測のためには精度が問題となる。特にこの回路方式の場合、伝達されるエネルギに対して絶縁トランス３で損失されるロスが誤差として発生する。しかしながらこういった信号の伝達における誤差が、要求された精度に許容される誤差範囲以下であれば問題はないから、例えば０．２％から０．２５％程度の精度で良い場合は通常のトランスを用いることも可能である。

また、それ以上の精度、例えば０．１％以下の精度が要求される場合、最も問題となるのはトランスの温度によるコアロス変化であるが、例えばこのコアロスが温度に対してほぼ一定であれば測定結果をその分加味して判断すればよく、精度を保った測定やアナログ信号の伝達が可能となる。そのため本発明においては、図５に温度におけるコアロスの特性を示したように、例えばＴＤＫ株式会社製のＰＣ４４、ＰＣ４７といった通常１００℃前後にピーク特性を持つコア材料に対し、ピーク特性はこのＰＣ４４、ＰＣ４７より劣るが、広い温度範囲でコアロス変動が比較的少ない、やはりＴＤＫ株式会社製のＰＣ９５と称するコア材料を用いてトランスを構成した。なお、この図５において横軸は温度（℃）、縦軸はＰｃｖ（ｋＷ／ｃｍ^３）である。

さらに本願出願人は、このトランスの１次側巻線における略中間部に中間タップを設け、電流測定手段をこの中間タップに接続して、２次側に供給する電力が消費されることで生じる１次側電流の変化を測定するようにしたが、これら１次側のコイルと２次側のコイルを図６に示した模式図のように、１次側コイルを中間タップを中心に前半１１と後半１３の２つに分け、前記したＰＣ９５で形成したコア１０に前半１１と後半１３のコイルで２次側コイル１２を挟むようにして巻回することで、良好な信号伝達特性が得られることを見いだした。

その場合の実験結果を示したのが図７（Ａ）のグラフである。このグラフは上記したようにＴＤＫ株式会社製のＰＣ９５と称するコア材料を用い、図６に示したように１次側コイルを中間タップを中心に前半１１と後半１３の２つに分けて、前半１１と後半１３のコイルで２次側コイル１２を挟むようにして巻回した絶縁トランスを用い、デイストリビュータアイソレーションアンプを構成して、直線性と温度ドリフトの状態を計測したものである。

なお、この計測に用いた絶縁トランスの諸元は図４（Ｂ）に示した表の通りであり、計測は、１０ｐｐｍ／℃の精密抵抗を用いて実施した。図４（Ａ）のグラフは、横軸がデイストリビュータアイソレーションアンプの出力電流で単位がｍＡ、縦軸がフルスケール誤差％（４〜２０ｍＡを１００％とする）である。

従来用いられていた、例えばＴＤＫ株式会社製のＰＣ４４、ＰＣ４７と称するコア材料を用い、１次側コイルを前半１１と後半１３とも連続して巻回し、その上に２次側コイル１２を巻いた場合は、直線性±０．０５％以下、０〜６０℃の環境で±０．２５％程度であるが、この図７（Ａ）のグラフからわかるとおり、絶縁トランスを上記したように構成することで、直線性±０．０１％以下、０〜８５℃の環境で±０．１％、−４０〜８５℃の環境で＋０．１５％／−０．１％と、直線性、温度ドリフト共に良好な結果が得られることがわかる。なお、絶縁トランスの形状や大きさを工夫し、コイル巻き数を増加させるなどにより、温度特性の向上を始め、さらなる高精度化が可能と考えられる。このようにすることで、簡単な回路構成で、精度良く外部制御手段の動作状態診断を行うことができる。

本発明によれば、従来はコスト増加で見送られていた外部制御手段の動作状態診断を、簡単な構成で、部品点数の増加や回路構成の複雑化などによる製造コストの増加を招くことなく実施でき、信頼性の確保が望まれる回路に容易に適用することができる。

本発明により、ＯＮ／ＯＦＦの２値信号により動作する接点などの外部制御手段を駆動する回路のブロック図である。 本発明により、ＯＮ／ＯＦＦの２値外部制御手段信号により動作する接点などの外部制御手段を駆動する具体的回路構成である。 本発明の他の実施例である。 本発明の他の実施例である。 本発明に用いるトランスのコア材料における温度によるコアロスの特性を示したグラフである。 本発明に用いるトランスのコアへの１次コイルと２次コイルの巻回方法を模式的に示した図である。 本発明に用いるトランスのコアへのコイルの巻回方法による伝達特性の違いの実験結果を示したグラフ（Ａ）とその実験に用いたトランスの諸元を示した表図である。 ＯＮ／ＯＦＦの２値信号を供給されて接点１４２、１４３をＯＮ／ＯＦＦさせる場合の従来回路のブロック図である。 ＯＮ／ＯＦＦの２値信号を供給されて接点１４２、１４３をＯＮ／ＯＦＦさせる場合の従来回路のブロック図である。

符号の説明

１ 電源
２ パルス発生回路
３ 絶縁トランス
７ 絶縁バリア
６５ 接点
６６ 接点
６７ 第２のスイッチ回路
６８ 第１のスイッチ回路
６９ ダイオード
７０ 抵抗
７１ 駆動信号
７２ 読み返し信号

Claims (4)

1. 絶縁手段を介して伝達されるＯＮ／ＯＦＦ信号により動作する外部制御手段の動作状態診断装置であって、
   矩形パルスを含む交流の発生手段と、該交流発生手段出力が１次側に、前記外部制御手段としての接点を構成する第１のスイッチ回路が２次側に接続された前記絶縁手段としての絶縁トランスと、該絶縁トランス１次側に設けた中間タップに接続されて前記ＯＮ／ＯＦＦ信号により動作し、前記交流発生手段出力を、前記第１のスイッチ回路がＯＮ／ＯＦＦする電圧とする第２のスイッチ回路と、前記絶縁トランス２次側に接続されて前記第１のスイッチ回路のＯＮ状態で電流が流れる外部制御手段動作状態検出回路と、前記第２のスイッチ回路に接続され、前記絶縁トランス１次側に流れる電流の測定手段とからなり、
   前記電流測定手段が測定した、前記外部制御手段動作状態検出回路に流れる電流により変化する絶縁トランス１次側電流により、前記絶縁トランス２次側に接続された前記外部制御手段の動作状態を診断することを特徴とする外部制御手段の動作状態診断装置。
2. 前記第２のスイッチ回路は前記絶縁トランス１次側に印加させる前記交流発生手段出力の振幅を、前記第１のスイッチ回路をＯＮさせる第１の電圧とＯＦＦさせる第２の電圧に切り換えることを特徴とする請求項１に記載した外部制御手段の動作状態診断装置。
3. 前記第１のスイッチ回路と外部制御手段動作状態検出回路を２重化して設けたことを特徴とする請求項１または２に記載した外部制御手段の動作状態診断装置。
4. 前記絶縁トランス２次側の一端を接地し、前記第１のスイッチ回路をＮ型とＰ型トランジスタで構成して前記絶縁トランス２次側に接続した全波整流回路における半波別の位置にそれぞれ設け、前記Ｎ型とＰ型トランジスタにおける互いの駆動信号端を前記接地端に接続したことを特徴とする請求項３に記載した外部制御手段の動作状態診断装置。

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