JP6316636B2 - 角度センサの温度補償装置 - Google Patents

Description

この発明は、流量制御弁の弁開度の制御に用いて好適な角度センサの温度補償装置に関するものである。

従来、流量制御弁においてはその弁開度を角度センサで検出し、この検出した弁開度を弁開度制御装置であるポジショナ本体へ送り、このポジショナ本体で外部から与えられた弁開度設定値と検出された弁開度との差に応じた制御量を演算し、この演算した制御量に応じて流量制御弁の弁開度が弁開度設定値に一致するように自動調整するようにしている。

図７は、従来の流量制御弁を制御するシステム（流量制御弁制御システム）の構成図であり、同図において、１は流量制御弁、２は操作器、３は操作器２と流量制御弁１とを固定するヨーク、４は操作器２により駆動される弁駆動軸、５は弁駆動軸４の所定位置に突設されたピンである。６はヨーク３の一部に固定された角度センサ（ＶＴＤ）であり、流量制御弁１のバルブ位置すなわち弁開度に応じた開度信号を出力する。この角度センサ６はブリッジ接続された４つの磁気抵抗素子から構成され、一方の相対する２つの端子に入力電圧が印加され、他方の相対する２つの端子を出力端子とする。

７は流量制御弁１の弁開度に応じた開度情報を角度センサ６へ入力するためのフィードバックレバーであり、角度センサ６の回転軸に一方の端が固定されている。また、このフィードバックレバー７にはスリット７ａが形成されており、そのスリット７ａにピン５が摺動可能に係合しており、弁駆動軸４の往復運動を回転運動に変換する。

図８は角度センサ６の要部を示す斜視図である。角度センサ６は、所定の位置に固定された磁気検出素子６０を備え、この磁気検出素子６０を挾んで磁石６１と６２とが対向して磁路形成体６３に取り付けられている。磁路形成体６３の中央は回転軸６４の一端に固定されている。回転軸６４の他端はフィードバックレバー７に固定されている。フィードバックレバー７の揺動に伴って回転軸６４が回転すると、磁路形成体６３と共に磁石６１，６２が磁気検出素子６０の周囲を回転し、これによって磁気検出素子６０に作用する磁界の方向が変化して磁気検出素子６０の抵抗値が変化する。

図９は磁気検出素子６０の構成を示す平面図である。この磁気検出素子６０は、ジグザグに形成された４つの磁気抵抗素子（ＡＭＲ素子（An-Isotropic Magnetoresistive device））ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４のジグザグ方向が交互に直交するように点対称に基板６０ａ上に形成されている。

この磁気検出素子６０において、例えば図９に示す矢印Ａ方向に磁界が作用すると、これに平行な磁気抵抗素子ｒ１，ｒ４の抵抗値が最大となり、これに垂直な磁気抵抗素子ｒ２，ｒ３の抵抗値が最小となる。また、図９に示す矢印Ｂ方向に磁界が作用すると、磁気抵抗素子ｒ１，ｒ４の抵抗値が最小となり、磁気抵抗素子ｒ２，ｒ３の抵抗値が最大となる。

磁気検出素子６０では、このブリッジ接続された４つの磁気抵抗素子ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４によりブリッジ回路６５を構成すると共に、このブリッジ回路６５の電源端子Ｐ１，Ｐ２間に定電流を流し、出力端子Ｐ３，Ｐ４よりブリッジ中点電位Ｖ１，Ｖ２を得る。

図７において、８は弁開度制御装置であるポジショナ本体である。このポジショナ本体８には、圧縮空気が外部から送り込まれており、また、遠隔位置にあるコントローラ（図示せず）から通信により弁開度設定値θｓｐが送られてくる。また、ポジショナ本体８は、角度センサ６の電源端子Ｐ１，Ｐ２間に電力供給を行うと共に、出力端子Ｐ３，Ｐ４からのブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２との差（ブリッジ中点電位差）Ｖを流量制御弁１の現在の弁開度値θｐｖに応じた開度信号として取り込む。

ポジショナ本体８は、角度センサ６から取り込んだ流量制御弁１の現在の弁開度値θｐｖと外部から与えられた弁開度設定値θｓｐとを比較し、この比較結果に応じて圧縮空気から生成した制御空気を操作器２へ送り込み、操作器２により弁駆動軸４を駆動し、流量制御弁１のバルブ位置（現在の弁開度値θｐｖ）が弁開度設定値θｓｐに一致するように制御する。

この流量制御弁制御システムにおいて、流量制御弁１を流れる流体の温度が常温と大きく異なっているような場合、熱伝導によって流量制御弁１からヨーク３を介して角度センサ６自体の温度が影響を受けて常温と大きく異なることになり、ブリッジ回路６５を構成している磁気抵抗素子ｒ１〜ｒ４の温度特性の変化により角度センサ６の出力（ブリッジ中点電位差Ｖ）が変動する。

このため、特許文献１に示された流量制御弁制御システムでは、角度センサ６のブリッジ回路６５へ定電流を供給したときのブリッジ中点電位Ｖ１，Ｖ２をもとに温度に依存した成分のみを検出し、この検出した温度に依存した成分から角度センサ６の温度（周囲温度）を取得し、この取得した温度に対応した補正情報を利用して、ブリッジ中点電位差Ｖから得られる開度情報（角度情報）を温度補償するようにしている。

具体的には、特許文献１では、ブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２との和（ブリッジ中点電位和）を演算することで角度θに依存しない加算結果Ｖ１＋Ｖ２を求め、この角度θに依存しない加算結果Ｖ１＋Ｖ２をもとに角度センサ６のブリッジ回路６５の温度を求め、この求めた温度に対応する補正値を決定する。この補正値は、流量制御弁１の現在の弁開度値θｐｖを求める際の補正に使用され、角度センサ６の温度に応じて生じる弁開度についての誤差を相殺する。

また、特許文献２には、角度センサ利用のトルクチューブ式計測器が示されている。このトルクチューブ式計測器に利用されている技術を上述した流量制御弁制御システムに適用した場合、角度センサ６のブリッジ回路６５へ定電流を供給したときの電源端子Ｐ１，Ｐ２間の電圧（ブリッジ電源端子間電圧）に基づいて磁気検出素子６０の全抵抗（電源端子Ｐ１，Ｐ２間の全体の抵抗）を検出し、この検出した磁気検出素子６０の全抵抗に基づいて角度センサ６の温度を取得し、この取得した温度に対応した補正情報を利用して、ブリッジ中点電位差Ｖから得られる開度度情報（角度情報）を温度補償する。

具体的には、特許文献２では、実験で求めた磁気検出素子６０の全抵抗Ｒと温度との関係を記憶したデータベースを設け、検出した磁気検出素子６０の全抵抗Ｒに対応する温度データをデータベースから読み出し、この読み出した温度データに対応する補正情報を利用する。

特開２００３−１３９５６１号公報 特開２００３−２１５０３号公報

特許文献１に示された流量制御弁制御システムでは、角度センサからのブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２との和（ブリッジ中点電位和）を利用し、角度センサの温度を検出するようにしているため、また、特許文献２に示された技術を適用した流量制御弁制御システムでは、角度センサのブリッジ電源端子間電圧を利用し、角度センサの温度を検出するようにしているため、すなわちブリッジ回路の全抵抗（ブリッジ全抵抗）を示す値としてブリッジ中点電位和やブリッジ電源端子間電圧を利用して角度センサの温度を検出するようにしているため、温度センサを別途設ける必要がなく、使用部品の削減によって、構成および作業性の簡略化とコストダウンを図ることが可能となるという利点がある。

しかしながら、温度の影響による角度センサの出力変化は、ゼロ点シフトとスパンシフトとを合成したものである。図１０に温度の影響による角度センサの出力変化を例示する。図１０において、横軸は角度θ（゜）、縦軸はブリッジ中点電位差Ｖ（ｍＶ）であり、Ｘは周囲温度が６０℃の場合、Ｙは周囲温度が２０℃の場合、Ｚは周囲温度が−２０℃の場合を示す。

図１０に示すように、ブリッジ中点電位差Ｖは温度によって伸び縮み（スパンが温度で変化）もするし、平行移動（ゼロ点が温度で変化する）もする。ブリッジ構成によるセンサは、皆、このような特性を持ち、例えば、ピエゾ式の圧力センサなどでもそうである。一般的に、ゼロ点シフトとスパンシフトとは異なる温度特性を持つので、一言で「温度補償」と言っても実際にはそれぞれの特性をモデル化し、それぞれ補償計算式を用意しなければならない。

なお、特許文献１，２において、複数の温度における、入力角度、全抵抗、出力のセットを事前に記録（事前記録）して、それらの点を補完するようにすることが考えられる。この場合、モデル化は不要であるが、「事前記録」のための高価な設備と、長いリードタイムが必要となるという製造上の欠点がある。

また、特許文献１，２において、スパンのみをモデル化した計算式を利用することが考えられる。この場合、スパン補償のみでは当然ゼロ点シフトの影響が残ってしまう。このため、元からゼロ点の特性の良いもの（最初からゼロに近ければ温度シフトを気にする必要がない）を納入スペックとしてセンサ業者に要求することが考えられるが、“特性が良いもの”とは結局は“選別したもの”であり、このために生産性（歩留まり）が悪く、角度センサの価格が高くなってしまう。ゼロ点が補償できれば、スペックをゆるめることができ、過度な選別は不要であるので、角度センサの価格は安くなる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、事前記録のための高価な設備や過度な選別を不要とし、低コストで優れた補償結果を得ることができる角度センサの温度補償装置を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、ブリッジ接続された４つの磁気抵抗素子から構成され電源端子間に定電流の供給を受けるブリッジ回路と、このブリッジ回路に作用する磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、ブリッジ回路のブリッジ中点電位差をブリッジ回路と磁界との相対的な角度情報として出力する角度センサからの角度情報を温度補償する温度補償装置において、基準温度におけるブリッジ中点電位差のブリッジ回路と磁界との相対的な角度に対して本来とるべき値との差を基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとし、基準温度におけるブリッジ回路の電源端子間の全体の抵抗を示す値を基準温度でのブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとし、この基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとの比α＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆをゼロ補正係数として記憶するゼロ補正係数記憶手段と、ブリッジ回路に作用する磁界を回転させて得られる基準温度におけるブリッジ回路のブリッジ中点電位差の最大値と最小値との差を基準温度でのスパンＷｒｅｆとし、この基準温度でのスパンＷｒｅｆと基準温度でのブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとから求められる係数ｂおよび固定値として与えられる係数ａをスパン補正係数として記憶するスパン補正係数記憶手段と、ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔにゼロ補正係数記憶手段に記憶されているゼロ補正係数αを乗じることによって現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔをＣｔ＝Ｓｔ・αとして求め、ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔとスパン補正係数記憶手段に記憶されているスパン補正係数ａ，ｂとから、現在の温度補正されたスパンＷｔをＷｔ＝ａ・Ｓｔ＋ｂとして求め、この温度補正された現在のスパンＷｔと温度補正された現在のブリッジ中点電位差オフセットＣｔとに基づいてブリッジ回路の現在のブリッジ中点電位差から得られる角度情報を温度補償する温度補償手段とを備えることを特徴とする。

本発明では、工場出荷時などに事前に、基準温度におけるブリッジ中点電位差のブリッジ回路と磁界との相対的な角度に対して本来とるべき値との差を基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとし、基準温度におけるブリッジ回路の電源端子間の全体の抵抗（ブリッジ全抵抗（Ｒ））を示す値を基準温度でのブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとし、この基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとの比α＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆをゼロ補正係数として記憶させておく。また、ブリッジ回路に作用する磁界を回転させて得られる基準温度におけるブリッジ回路のブリッジ中点電位差の最大値と最小値との差を基準温度でのスパンＷｒｅｆとし、この基準温度でのスパンＷｒｅｆと基準温度でのブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとから求められる係数ｂおよび固定値として与えられる係数ａをスパン補正係数として記憶させておく。そして、実使用時、ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔに記憶されているゼロ補正係数αを乗じることによって現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔをＣｔ＝Ｓｔ・αとして求め、ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔと記憶されているスパン補正係数ａ，ｂとから、現在の温度補正されたスパンＷｔをＷｔ＝ａ・Ｓｔ＋ｂとして求め、この温度補正された現在のスパンＷｔと温度補正された現在のブリッジ中点電位差オフセットＣｔとに基づいて、ブリッジ回路の現在のブリッジ中点電位差（Ｖｔ）から得られる角度情報を温度補償する。

本発明において、ブリッジ中点電位差オフセットＣｔの算出は、ゼロ点シフトの温度特性がブリッジ全抵抗（Ｒ）の温度特性とほゞ同じであると見なせるという知見に基づいており、角度センサ固有のゼロ補正係数αを求めて記憶させておくことにより、ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔから、温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔを算出するようにする。これにより、本発明では、温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔを用いて、温度を経由することなく、ブリッジ回路の現在のブリッジ中点電位差（Ｖｔ）から得られる角度情報を温度補償することが可能となる。

また、本発明において、温度補正されたスパンＷｔの算出は、スパン（Ｗ）とブリッジ全抵抗（Ｒ）とが温度（Ｔ）を媒介としてほゞ直線の関係になるという知見に基づいており、角度センサ固有のスパン補正係数ａ，ｂを求めて記憶させておくことにより、ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔから、温度補正されたスパンＷｔを算出するようにする。これにより、本発明では、温度を経由することなく、ブリッジ回路の現在のブリッジ中点電位差（Ｖｔ）から得られる角度情報を温度補償することが可能となる。

なお、本発明において、角度センサは、ブリッジ回路のブリッジ中点電位差を２つのブリッジ中点電位の組み合わせで出力するものであってもよく、ブリッジ中点電位差そのものを出力するものであってもよい。

また、本発明において、ブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆ，Ｓｔは、ブリッジ回路の電源端子間電圧であってもよく、ブリッジ回路のブリッジ中点電位和であってもよい。また、ブリッジ全抵抗を直接知ることができれば、ブリッジ全抵抗そのものをブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆ，Ｓｔとしてもよい。

また、本発明において、基準温度におけるブリッジ中点電位差のブリッジ回路と磁界との相対的な角度に対して本来とるべき値との差は、ブリッジ回路に作用する磁界を回転させて得られる基準温度におけるブリッジ回路のブリッジ中点電位差の最大値と最小値とを使って得られた値（最大値と最小値との和を２で割った値）としたり、基準温度における無磁界中のブリッジ回路のブリッジ中点電位差とすることが考えられる。

本発明によれば、基準温度におけるブリッジ中点電位差のブリッジ回路と磁界との相対的な角度に対して本来とるべき値との差を基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとし、基準温度におけるブリッジ回路の電源端子間の全体の抵抗（ブリッジ全抵抗）を示す値を基準温度でのブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとし、この基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとの比α＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆをゼロ補正係数として記憶するようにし、また、ブリッジ回路に作用する磁界を回転させて得られる基準温度におけるブリッジ回路のブリッジ中点電位差の最大値と最小値との差を基準温度でのスパンＷｒｅｆとし、この基準温度でのスパンＷｒｅｆと基準温度でのブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとから求められる係数ｂおよび固定値として与えられる係数ａをスパン補正係数として記憶するようにし、ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔに記憶されているゼロ補正係数αを乗じることによって現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔをＣｔ＝Ｓｔ・αとして求め、ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔと記憶されているスパン補正係数ａ，ｂとから、現在の温度補正されたスパンＷｔをＷｔ＝ａ・Ｓｔ＋ｂとして求め、この温度補正された現在のスパンＷｔと温度補正された現在のブリッジ中点電位差オフセットＣｔとに基づいてブリッジ回路の現在のブリッジ中点電位差から得られる角度情報を温度補償するようにしたので、温度を経由することなく、ブリッジ回路の現在のブリッジ中点電位差から得られる角度情報を温度補償（ゼロ点シフトとスパンシフトの両方を温度補償）することが可能となり、事前記録のための高価な設備や過度な選別を不要とし、低コストで優れた補償結果を得ることができるようになる、という優れた効果が得られる。

本発明に係る角度センサの温度補償装置を含む流量制御弁制御システムの構成図である。 ピーク書き込み時の調整手順を示す図である。 ピーク書き込み時に記録されたブリッジ中点電位差Ｖｍａｘ，Ｖｍｉｎと角度θとの関係を例示する図である。 温度補償計算手順を示す図である。 温度を変化させたときの各個体のブリッジ全抵抗ＲとスパンＷとの関係を例示する図である。 ブリッジ回路のブリッジ中点電位和をブリッジ全抵抗指示値とした場合の図１に対応する図である。 従来の流量制御弁制御システムの構成図である。 この流量制御弁制御システムに用いられている角度センサの要部を示す斜視図である。 この流量制御弁制御システムに用いられている角度センサにおける磁気検出素子の構成を示す平面図である。 温度の影響による角度センサの出力変化を例示する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る角度センサの温度補償装置を含む流量制御弁制御システムの構成図である。同図において、図７〜図９と同一符号は図７〜図９を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。

図１において、９は磁気検出素子６０に作用する磁界を発生させる磁界発生手段であり、図８に示した磁石６１，６２と、磁路形成体６３と、回転軸６４とから構成される。角度センサ６は磁界発生手段９と磁気検出素子６０とを主要構成要素とする。磁気検出素子６０において、４つの磁気抵抗素子ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４はブリッジ接続され、ブリッジ回路６５を構成している。

この角度センサ６では、磁界発生手段９が発生する磁界が磁気検出素子６０と交差する角度に応じて、ブリッジ接続された磁気抵抗素子ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４の抵抗値が変化し、このときのブリッジ中点電位Ｖ１，Ｖ２が出力端子Ｐ３，Ｐ４から取り出される。また、電源端子Ｐ１，Ｐ２間には定電流Ｉｃが供給される。

ポジショナ本体８は、４−２０ｍＡ通信線を介して外部から電力供給を受けると共に、外部との通信を行う。ポジショナ本体８は、信号変換部１０と、制御部１１と、定電圧発生源１２と、定電流供給部１３と、Ａ／Ｄ変換器１４，１５と、減算部１６，１７と、開度情報検出部１８と、電空変換部１９とを備えている。

信号変換部１０は、４−２０ｍＡ入力信号からこの入力信号に重畳されている設定値を取り出す。図１においては、４−２０ｍＡ入力信号から設定値として弁開度設定値θｓｐが取り出されて制御部１１に与えられる。また、定電圧発生源１２は４−２０ｍＡ入力信号から定電圧Ｖｃｃの電源を作り出す。図示は省略してあるが、ポジショナ本体８内部にある電気的な構成は、定電圧発生源１２からの電力供給を受けて動作する。

定電流供給部１３は、角度センサ６におけるブリッジ回路６５の電源端子Ｐ１，Ｐ２間に、定電流Ｉｃを供給する。具体的には、差動アンプ１３−１の出力をブリッジ回路６５の電源端子Ｐ１に与え、ブリッジ回路６５の出力ラインに流れる電流を差動アンプ１３−１の反転入力側へフィードバックすると共に、差動アンプ１３−１の非反転側に基準電圧Ｖｒを入力する構成を採る。

定電流供給部１３において、電流Ｉｃはブリッジ回路６５および抵抗器Ｒｃを通って流れるので、ブリッジ回路６５と抵抗器Ｒｃとの接続点Ａ（差動アンプ１３−１の反転入力）の電位はＲｃ・Ｉｃである。差動アンプ１３−１はこの接続点Ａの電圧を基準電圧Ｖｒに保つように出力を調整するので、Ｖｒ＝Ｒｃ・Ｉｃが成り立つ。ＶｒおよびＲｃが一定なのでＩｃも一定となる。

Ａ／Ｄ変換器１４は、ブリッジ回路６５の出力端子Ｐ３，Ｐ４からアナログ信号として出力されたブリッジ中点電位Ｖ１，Ｖ２をディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器１５は、ブリッジ回路６５の電源端子Ｐ１，Ｐ２におけるアナログ信号として生じる電位Ｖ３，Ｖ４をディジタル信号に変換する。減算部１６は、Ａ／Ｄ変換器１４がディジタル信号に変換したブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２との差をブリッジ中点電位差Ｖとして求める。減算部１７は、Ａ／Ｄ変換器１６がディジタル信号に変換した電位Ｖ３とＶ４との差をブリッジ電源端子間電圧Ｓとして求める。

開度情報検出部１８は、減算部１６からのブリッジ中点電位差Ｖと、減算部１７からのブリッジ電源端子間電圧Ｓとを入力とし、流量制御弁１のバルブ位置（現在の弁開度値θｐｖ）を検出する。開度情報検出部１８は、オフセット算出部１８−１と、スパン算出部１８−２と、開度情報補正部１８−３と、メモリ１８−４とを備えている。この開度情報検出部１８に本発明に係る角度センサの温度補償装置が含まれている。

制御部１１は、開度情報検出部１８が検出する流量制御弁１のバルブ位置（現在の弁開度値θｐｖ）と、外部のコントローラから与えられる流量制御弁１のバルブ位置（弁開度設定値θｓｐ）とをもとに、流量制御弁１のバルブ位置についての制御量を演算し制御信号として出力する。電空変換部１９は、制御部１１からの制御信号をもとにノズル・フラッパー機構を制御し、圧縮空気から制御空気を生成し、操作器２へ供給する。

なお、この実施の形態において、制御部１１、減算部１６，１７および開度情報検出部１８は、全てＣＰＵ上で動作するプログラムによって実現されている。

〔ピーク書き込み（基準温度にて事前に実施）〕
この流量制御弁制御システムでは、ポジショナ本体８と角度センサ６との組み合わせを出荷する際、事前に、ピーク書き込みと呼ばれる調整動作を行う。このピーク書き込みは、基準温度（例えば、２５℃）雰囲気中で、角度センサ６の回転軸６４をゆっくり回転させることによって行う。図２にピーク書き込み時の調整手順を示す。

図２において、ＶＴＤ出力はブリッジ中点電位差Ｖを示し、角度センサ６の回転軸６４をゆっくり回転させながら、すなわち回転軸６４の角度θをゆっくり変化させながら、ブリッジ中点電位差Ｖの最大値Ｖｍａｘ（ＶＴＤ出力ＭＡＸ）および最小値Ｖｍｉｎ（ＶＴＤ出力ＭＩＮ）の値を得る（図３参照）。また、このブリッジ中点電位差Ｖの最大値Ｖｍａｘ，最小値Ｖｍｉｎの値と合わせて、ブリッジ電源端子間電圧Ｓの値を得る。

なお、ブリッジ電源端子間電圧Ｓは、ブリッジ回路６５の電源端子Ｐ１，Ｐ２間に定電流Ｉｃを流しているので、ブリッジ回路６５の電源端子Ｐ１，Ｐ２間の全体の抵抗（ブリッジ全抵抗）Ｒを示す値（ブリッジ全抵抗指示値）として得られる。

そして、このピーク書き込みによって得られたブリッジ中点電位差Ｖの最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとの和を２で割ることによって、基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆを求める。また、最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとの差を基準温度でのスパンＷｒｅｆとして求める。また、ブリッジ中点電位差Ｖの最大値Ｖｍａｘ，最小値Ｖｍｉｎの値と合わせて得たブリッジ電源端子間電圧Ｓを基準温度でのブリッジ電源端子間電圧Ｓｒｅｆ（基準温度でのブリッジ全抵抗Ｒｒｅｆを示す値）として求める。なお、ブリッジ電源端子間電圧Ｓは角度θに依存しないので、ピーク書き込み時のどのタイミングのブリッジ電源端子間電圧Ｓでもよい。また、この例では、ブリッジ中点電位差Ｖの最大値Ｖｍａｘと最小値Ｖｍｉｎとの和を使って基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆを求めているが、基準温度における無磁界中のブリッジ中点電位差Ｖをブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとしてもよい。

そして、基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆと基準温度でのブリッジ電源端子間電圧Ｓｒｅｆとの比α（α＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆ）を求め、この比αをゼロ補正係数としてメモリ１８−４に記憶させる。また、基準温度でのスパンＷｒｅｆと基準温度でのブリッジ電源端子間電圧Ｓｒｅｆとから求められる係数をスパン補正係数としてメモリ１８−４に記憶させる。なお、この実施の形態では、スパン補正係数として係数ａ，ｂを記憶させるが、係数ａについては固定値として与えるものとする。係数ａ，ｂについては後述する。

〔実使用時の温度補償（常時実施）〕
この流量制御弁制御システムでは、ポジショナ本体８と角度センサ６とを流量制御弁１に組み付けての実使用時、開度情報検出部１８において、メモリ１８−４に記憶されているゼロ補正係数αとスパン補正係数ａ，ｂとに基づいて、ブリッジ回路６５の現在のブリッジ中点電位差Ｖから得られる開度情報を温度補償する。図４に開度情報検出部１８における温度補償計算手順を示す。この温度補償計算手順は常時実施される。

〔ゼロ補正計算〕
開度情報検出部１８において、オフセット算出部１８−１は、減算部１７からの現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓ（Ｓｔ）を入力し、この入力された現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓｔにメモリ１８−４に記憶されているゼロ補正係数α（α＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆ）を乗じることによって、現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔ（Ｃｔ＝Ｓｔ・α）を求める。

このオフセット算出部１８−１での温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔの算出は、ゼロ点シフトの温度特性がブリッジ全抵抗Ｒの温度特性とほゞ同じであると見なせるという知見に基づいている。すなわち、本願の発明者は、実験などを繰り返すことにより、詳細な過程については省略するが、ゼロ点シフトの温度特性がブリッジ全抵抗Ｒの温度特性とほゞ同じであると見なせることに気がついた。そして、この知見に基づいて、以下のようにして、現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔを、Ｃｔ＝Ｓｔ・αとして求めることができることを導き出した。

ピーク書き込み時のブリッジ電源端子間電圧ＳをＳｒｅｆ、ブリッジ中点電位差オフセットをＣｒｅｆ、周囲温度をｔpeakとする。また、２５℃相当のブリッジ電源端子間電圧をＳ₂₅、ブリッジ中点電位差オセットをＣ₂₅とし、これらの２５℃基準の温度係数（理想的には両者は等しい値をもつ）をｋとする。

現在温度ｔ（測定はできない）のもとで、ブリッジ電源端子間電圧Ｓｔが測定され、温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔを算出するものとする。
Ｓｒｅｆ＝（１＋（ｔpeak−２５）・ｋ）・Ｓ₂₅ ・・・・(１)
Ｃｒｅｆ＝（１＋（ｔpeak−２５）・ｋ）・Ｃ₂₅ ・・・・(２)
Ｓｔ＝（１＋（ｔ−２５）・ｋ）・Ｓ₂₅ ・・・・(３)
Ｃｔ＝（１＋（ｔ−２５）・ｋ）・Ｃ₂₅ ・・・・(４)

(１)，（２）式より、Ｓｒｅｆ／Ｓ₂₅＝Ｃｒｅｆ／Ｃ₂₅＝（１＋（ｔpeak−２５）・ｋ）、Ｃ₂₅／Ｓ₂₅＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆという関係が得られ、(３)，(４)式より、Ｓｔ／Ｓ₂₅＝Ｃｔ／Ｃ₂₅＝（１＋（ｔ−２５）・ｋ）、Ｃｔ／Ｓｔ＝Ｃ₂₅／Ｓ₂₅という関係が得られる。したがって、Ｃｔ／Ｓｔ＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆとなり、Ｃｔ＝Ｓｔ・（Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆ）という関係が得られる。ここで、Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆ＝αとすると、Ｃｔ＝Ｓｔ・αとなる。

これにより、ピーク書き込み時、基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとブリッジ電源端子間電圧Ｓｒｅｆとの比αをα＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆとして求め、この比αを角度センサ６の固有のゼロ補正係数としてメモリ１８−４に記憶させておけば、現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓｔを用いて、現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔをＣｔ＝Ｓｔ・αとして計算することができる（ピーク書き込み時の周囲温度、現在の周囲温度は不要である）。

〔スパン補正計算〕
開度情報検出部１８において、スパン算出部１８−２は、減算部１７からの現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓ（Ｓｔ）を入力し、この入力された現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓｔとメモリ１８−４に記憶されているスパン補正係数ａ，ｂとから、ａおよびｂをブリッジ全抵抗ＲとスパンＷとの関係を定める直線の傾きａおよび切片ｂとして、現在の温度補正されたスパンＷｔ（Ｗｔ＝ａ・Ｓｔ＋ｂ）を求める。

このスパン算出部１８−２での温度補正されたスパンＷｔの算出は、スパンＷとブリッジ全抵抗Ｒとが温度Ｔを媒介としてほゞ直線の関係になるという知見に基づいている。すなわち、本願の発明者は、実験などを繰り返すことにより、詳細な過程については省略するが、スパンＷとブリッジ全抵抗Ｒとが直線の関係にあり、スパンＷとブリッジ全抵抗Ｒとの関係の個体差は、平行移動として現れるだけで、傾きは殆どばらつかないことに気がついた。そして、この知見に基づいて、現在の温度補正されたスパンＷｔを、Ｗｔ＝ａ・Ｓｔ＋ｂとして求めることができることを導き出した。

図５に温度を変化させたときの各個体のブリッジ全抵抗ＲとスパンＷとの関係を例示する。図５に特性II〜VIとして示されるように、各個体のブリッジ全抵抗ＲとスパンＷとは温度Ｔを媒介としてほゞ直線の関係になり、スパンＷとブリッジ全抵抗Ｒとの関係の個体差は、平行移動として現れるだけで、傾きは殆どばらつかない。

スパンＷとブリッジ全抵抗Ｒとの関係の個体差は、平行移動として現れるだけで、傾きは殆どばらつかない。そこで、本実施の形態では、傾きａについては固定値としてメモリ１８−４に記憶させている。また、ピーク書き込み時に、基準温度でのスパンＷｒｅｆとブリッジ電源端子間電圧Ｓｒｅｆと傾きａとから切片ｂを求め、傾きａと合わせて切片ｂを角度センサ６の固有のスパン補正係数としてメモリ１８−４に記憶させている。これにより、現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓｔを用いて、温度補正されたスパンＷｔをＷｔ＝ａ・Ｓｔ＋ｂとして計算することができる（ピーク書き込み時の周囲温度、現在の周囲温度は不要である）。

なお、基準温度でのスパンＷｒｅｆとブリッジ電源端子間電圧Ｓｒｅｆと傾きａをメモリ１８−４に記憶させておき、現在の温度補正されたスパンＷｔの算出に際し、切片ｂを求めるようにしてもよいが、ピーク書き込み時に切片ｂを求めて傾きａと合わせてメモリ１８−４に記憶させておくことにより、常時行われる計算を楽にすることができる。

〔開度情報の補正〕
開度情報補正部１８−３は、オフセット算出部１８−１で算出された現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔと、スパン算出部１８−２で算出された現在の温度補正されたスパンＷｔと、減算部１６からの現在のブリッジ中点電位差Ｖｔとを入力とし、現在のブリッジ中点電位差Ｖｔから得られる開度情報を補正する。

具体的には、温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔでブリッジ中点電位差Ｖｔのゼロ点を補正し、温度補正されたスパンＷｔでブリッジ中点電位差Ｖｔのスパンを補正してブリッジ中点電位差Ｖｔの値を規格化し、規格化されたブリッジ中点電位差Ｖｔの値に応じた角度θを得る。

これにより、温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔと温度補正されたスパンＷｔとでブリッジ中点電位差Ｖｔから得られる開度情報が温度補償され、温度補償された流量制御弁１のバルブ位置（現在の弁開度値θｐｖ）が出力される。

以上のように、この実施の形態によれば、開度情報検出部１８において、ブリッジ回路６５の現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓｔとメモリ１８−４に記憶されているゼロ補正係数αとに基づいて現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔを求め、ブリッジ回路６５の現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓｔとメモリ１８−４に記憶されているスパン補正係数ａ，ｂとに基づいて現在の温度補正されたスパンＷｔを求め、この温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔとスパンＷｔとに基づいてブリッジ回路６５のブリッジ中点電位差Ｖｔから得られる開度情報を温度補償するようにしているので、温度を経由することなく、ブリッジ回路６５の現在のブリッジ中点電位差Ｖｔから得られる開度情報を温度補償することが可能となり、事前記録のための高価な設備や過度な選別を不要として、低コストで優れた補償結果を得ることができるようになる。

なお、上述した実施の形態では、開度情報検出部１８において、オフセットとスパンの両方を補正するようにしているが、少なくともオフセットを温度補正できればよく、スパンの温度補正は必ずしも行わなくてもよい。すなわち、メモリ１８−４にゼロ補正係数αだけを記憶させるものとし、このゼロ補正係数αを現在のブリッジ電源端子間電圧Ｓｔに乗じることによって現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔを求め、この温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔのみでブリッジ回路６５の現在のブリッジ中点電位差Ｖｔから得られる開度情報を温度補償するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、角度センサ６からブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２とをポジショナ本体８に送り、ポジショナ本体８でブリッジ中点電位差Ｖを求めるようにしているが、角度センサ６においてブリッジ中点電位差Ｖを求め、この求めたブリッジ中点電位差Ｖをポジショナ本体８へ送るようにしてもよい。

角度センサ６からブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２との組み合わせをポジショナ本体８送ることは、ブリッジ中点電位差Ｖをポジショナ本体８へ実質的に送っていると言える。すなわち、角度センサ６は、ブリッジ中点電位差Ｖをブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２としてポジショナ本体８へ送っていると言える。また、開度情報検出部１８では、流量調整弁１の現在の弁開度値θｐｖを検出しているが、ブリッジ回路６５と磁界との相対的な角度情報を実質的に検出していると言える。

また、上述した実施の形態では、ブリッジ電源端子間電圧Ｓをブリッジ全抵抗指示値としたが、ブリッジ回路６５のブリッジ中点電位和をブリッジ全抵抗指示値としてもよい。また、直接的に求められるブリッジ全抵抗をブリッジ全抵抗指示値としてもよい。また、ブリッジ全抵抗Ｒを直接知ることができれば、ブリッジ全抵抗Ｒそのもをブリッジ全抵抗指示値としてもよい。

図６にブリッジ回路６５のブリッジ中点電位和をブリッジ全抵抗指示値とした場合の図１に対応する図を示す。この場合、Ａ／Ｄ変換器１４がディジタル信号に変換したブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２を加算部２０へ分岐して与え、加算部２０においてブリッジ中点電位Ｖ１とＶ２との和をブリッジ中点電位和Ｓとして求める。このブリッジ中点電位和Ｓをブリッジ全抵抗指示値として、上述と同様にして、メモリ１８−４に角度センサ６固有のゼロ点補正係数αとスパン補正係数ａ，ｂを記憶させ、オフセット算出部１８−１で温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔを算出し、スパン算出部１８−２で温度補正されたスパンＷｔを求めるようにする。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…流量制御弁、２…操作器、６…角度センサ、７…フィードバックレバー、８…ポジショナ本体、９…磁界発生手段、１８…開度情報検出部、１８−１…オフセット算出部、１８−２…スパン算出部、１８−３…開度情報補正部、１８−４…メモリ、６０…磁気検出素子、６１，６２…磁石、６３…磁路形成体、６４…回転軸、６５…ブリッジ回路、ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ４…磁気抵抗素子、Ｐ１，Ｐ２…電源端子、Ｐ３，Ｐ４…出力端子。

Claims (5)

1. ブリッジ接続された４つの磁気抵抗素子から構成され電源端子間に定電流の供給を受けるブリッジ回路と、このブリッジ回路に作用する磁界を発生させる磁界発生手段とを備え、前記ブリッジ回路のブリッジ中点電位差を前記ブリッジ回路と前記磁界との相対的な角度情報として出力する角度センサからの角度情報を温度補償する温度補償装置において、
   基準温度における前記ブリッジ中点電位差の前記ブリッジ回路と前記磁界との相対的な角度に対して本来とるべき値との差を基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとし、基準温度における前記ブリッジ回路の前記電源端子間の全体の抵抗を示す値を基準温度でのブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとし、この基準温度でのブリッジ中点電位差オフセットＣｒｅｆとブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとの比α＝Ｃｒｅｆ／Ｓｒｅｆをゼロ補正係数として記憶するゼロ補正係数記憶手段と、
   前記ブリッジ回路に作用する磁界を回転させて得られる基準温度における前記ブリッジ回路のブリッジ中点電位差の最大値と最小値との差を基準温度でのスパンＷｒｅｆとし、この基準温度でのスパンＷｒｅｆと前記基準温度でのブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆとから求められる係数ｂおよび固定値として与えられる係数ａをスパン補正係数として記憶するスパン補正係数記憶手段と、
   前記ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔに前記ゼロ補正係数記憶手段に記憶されているゼロ補正係数αを乗じることによって現在の温度補正されたブリッジ中点電位差オフセットＣｔをＣｔ＝Ｓｔ・αとして求め、前記ブリッジ回路の現在のブリッジ全抵抗指示値Ｓｔと前記スパン補正係数記憶手段に記憶されているスパン補正係数ａ，ｂとから、現在の温度補正されたスパンＷｔをＷｔ＝ａ・Ｓｔ＋ｂとして求め、この温度補正された現在のスパンＷｔと前記温度補正された現在のブリッジ中点電位差オフセットＣｔとに基づいて前記ブリッジ回路の現在のブリッジ中点電位差から得られる角度情報を温度補償する温度補償手段と
   を備えることを特徴とする角度センサの温度補償装置。
2. 請求項１に記載された角度センサの温度補償装置において、
   前記ブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆ，Ｓｔは、前記ブリッジ回路の電源端子間電圧である
   ことを特徴とする角度センサの温度補償装置。
3. 請求項１に記載された角度センサの温度補償装置において、
   前記ブリッジ全抵抗指示値Ｓｒｅｆ，Ｓｔは、前記ブリッジ回路のブリッジ中点電位和である
   ことを特徴とする角度センサの温度補償装置。
4. 請求項１に記載された角度センサの温度補償装置において、
   前記基準温度における前記ブリッジ中点電位差の前記ブリッジ回路と前記磁界との相対的な角度に対して本来とるべき値との差は、
   前記ブリッジ回路に作用する磁界を回転させて得られる基準温度における前記ブリッジ回路のブリッジ中点電位差の最大値と最小値とを使って得られた値である
   ことを特徴とする角度センサの温度補償装置。
5. 請求項１に記載された角度センサの温度補償装置において、
   前記基準温度における前記ブリッジ中点電位差の前記ブリッジ回路と前記磁界との相対的な角度に対して本来とるべき値との差は、
   基準温度における無磁界中の前記ブリッジ回路のブリッジ中点電位差である
   ことを特徴とする角度センサの温度補償装置。