JPS62866A

JPS62866A - フエムトアンペア計

Info

Publication number: JPS62866A
Application number: JP61097041A
Authority: JP
Inventors: ウィリアム・デビッド・ヒル; デビッド・ドナルド・アカース
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1985-05-01
Filing date: 1986-04-28
Publication date: 1987-01-06
Anticipated expiration: 2009-09-21
Also published as: FR2581458B1; SE8602030D0; ES554337A0; JPH0675080B2; IT8620277A0; SE459046B; US4628277A; IT1191771B; IT8620277A1; FR2581458A1; DE3614529A1; SE8602030L; DE3614529C2; ES8801039A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】発明の分野この発明はアンペア計、特に１０−１５アンペアの範囲
内の電流を測定するフェムトアンペア計（ｆ’ｅｍｔｏ
ａｍｍｅｔｏｒ）に関する０フエムトアンペア計は信じ
られない程小さな電流を測定する。都合の悪いことに、
こうして測定される小さな電流は、アンペア針内で予想
される雑音の過渡状態よりも一層小さい場合が多い。普
通のアンペア計の回路では、忽ち誤った読みを生ずる惧
れがある。

フェムトアンペア計は、蒸気配管の放射線監視装置、炉
心外広域放射線監視装置、炉心外中域監視装置、及び区
域及びプロセス放射線監視装置の機能の様な、原子力発
電所内の感度の高い計装に用いられる。

こういう場所にアンペア計を配置した場合、長期間の間
それらをオフラインにすることは出来ない。アンペア計
の信頼性が高くなければならないし、計器は過渡状態に
よって働かなくなってはならない。更に、計器が誤った
読みを生じてはならない。誤った読みがあると、原子力
発電所が遊休状態になり、操業収入を失うことになる。

従来技術の説明第１図には典型的なアンペア計回路が示されている。入
力１４が増幅器１６の入力端子１５に接続される。定電
流源１８が増幅器１６の負の入力端子１７に接続された
温度補償対数ダイオード１９に電流を通す。増幅器１６
の帰還ループ２０に接続された対数ダイオード１９が、
ディジタル・アナログ変換器２５を通る増幅器の出力を
制御する。

動作について説明すると、対数ダイオード１９がアンペ
ア計１６の出力を調整して、典型的には０乃至１ボルト
の電圧に対し、約ｔｏ””１３乃至１０−３アンペアの
電流の対数グラフを描くことが出来る様にする。

この様な回路はフェムトアンペア計の場合には難点があ
る。第１に、電流が極めて小さい為、普通に測定される
様な電圧の過渡状態が、増幅器１６を逆バイアスする。

増幅器１６が逆バイアスされると、対数ダイオード１９
を通る漏れによってしか、増幅器１６に正バイアスを回
復することが出来ない。１００００秒（２時し’１４０
分）程度の回復の時定数が予想される。今日の多くの計
器の環境では、この様な回復期間は全く受入れることが
出来ない。

発明の要約アンペア計の増幅器に雑音によって誘起された逆バイア
スに耐えると共に、鼓舞れて高い測定精度を持ちながら
、回復の長い時定数を避けるフェムトアンペア計を提供
する。アンペア計の増幅器が帰還ループを持ち、この帰
還ループと並列に反対向きの１対の対数ダイオードが接
続されている。

これにより、増幅器を逆の極性にバイアスしたり、受入
れることが出来ない程長い回復の時定数にしたすせずに
、負又は正のバイアスの過渡状態に対処することが出来
る。並列逆向きのダイオード形式では出来ない普通の温
度補償が、アンペア計の部品にヒートシンクを付け、ヒ
ートシンクを付けた部品に対して対数ダイオードの温度
センサを設け、熱電冷却器を用いてヒートシンクの動作
温度を制御することによって行なわれる。温度感知用対
数ダイオードが計算機のルックアップテーブルに出力を
供給する。この同じ温度感知用対数ダイオードは熱電冷
却器を作動するブリッジ回路にも出力を供給する。熱電
冷却器の極性によって、ヒートシンクを加熱又は冷却し
、アンペア計を最適の動作温度に熱的に調節する。漂遊
電流を防止する為のリード・スイッチを用いた自動化し
たブートストラップ形較正が提供される。この結果、従
来達成することが出来なかった精度が得られる。

発明の目的及び利点この発明の目的は、過渡的な雑音による増幅器の逆バイ
アスに対する回復の時定数を許容し得るものにしたフェ
ムトアンペア計回路を提供することである。この発明の
こういう面では、増幅器に対する入力は第１の枝路に加
え、参照電圧を第２の枝路に加える。増幅器の出力から
入力枝路に帰還ループを設け、このノ？−プと並列に１
対の互に反対向きの対数ダイオードを接続する。増幅器
を負又は正にバイアスする電圧過渡状態には、この対数
ダイオードを通る速い回復通路が出来る。

この発明のこういう面の利点は、この結果得られるアン
ペア計を感度の高い安全用計装に信頼性をもって使うこ
とが出来ることである。過渡状態からの回復の為の長い
動作停止時間が避けられる。

具合の悪いことに、こ−で説明する互に反対向きの並列
の対数ダイオードは２次効果を持つ。これらが、第１図
の温度補償用対数ダイオード１９の様な温度補償回路を
完全に働かなくする。そういう事情である為、この発明
の別の目的は、フェムトアンペア計に対する温度制御装
置を提供することである。この発明のこういう面では、
フェムトアンペア計の一番感度の高い最初の増幅段をヒ
　゛−トシンクの中に封入する。直列に接続した２つの
対数ダイオードに定電流の入力を加える。これらの対数
ダイオードが、温度に正比例する電圧を、１次の直接的
な効果として出力する。この出力電圧をブリッジ回路で
比較する。ブリッジ回路の出力が熱電冷却器に送られ、
この冷却器をバイアスして、ヒートシンクの温度が低す
ぎる時はヒートシンクを加熱すると共に、ヒートシンク
の温度が高すぎる時は、ヒートシンクを冷却する様に冷
却器をバイアスする。

この発明のこういう１面の利点は、アンペア計の増幅器
の動作温度が正確に制御されることである。

対数ダイオードによって温度を感知することの別の利点
は、ヒートシンクの温度の直接的な出力が得られること
である。ヒートシンクの温度を表わすこの出力により、
実時間で、アンペア計の出力の較正を調節することが出
来る。この較正は、電流及び動作温度に基づいて選ばれ
る３次元のルックアップテーブルを通じて行なうことが
出来る。

この発明のこういう１面の利点は、アンペア計の現在の
動作温度を実時間で読取ることが出来るだけでなく、最
適の動作温度まで、それに向って長期的な熱的な動きが
出来ることである。

この発明の別の１面は、アンペア計を定期的に較正する
為に、計算機によって作動されるブートストラップ較正
装置を提供することである。この発明のこういう１面で
は、大きな抵抗値と並列に接続された基準抵抗が、６桁
の範囲にわたり、大体２析離れた逐次的な動作レベルで
アンペア計を較正する。ブートストラップ抵抗を磁気的
に切換えることにより、アンペア社内の漂遊電流が避け
られると共に、規則的な自動化された較正が保証される
。

ニーで説明するブートストラップ形較正の利点は、較正
の度に、３次元のルックアップ・テーブルが再び作成さ
れることである。この為、計器は毎回の利用と略同時に
較正される。

アンペア計全体に１０−１３アンペアで、±１％以内の
精度レベルで動作する。この結果、計器の信頼性のある
動作が得られる。

この発明のその他の目的、特徴及び利点は、以下図面に
ついて説明する所から明らかになろう。

好ましい実施例の説明第２図にはこの発明の実施例が示されている。

入力２４が加算点２Ｂを介して増幅器３０の入力枝路に
入る。増幅器３０の出力がアナログ・ディジタル変換器
１４に接続される。ディジタル令アナログ変換器１６が
温度補償された入力を加算点１８に供給する。

増幅器３０は帰還ループ３１を持ち、この帰還ループは
互に反対向きに接続された対数ダイオード３４．３６を
持っていて、避けることの出来ない電圧過渡状態からの
回復時間を許容し得るものにしながら、増幅″ＪＳＩａ
ｏが何れの極性でも動作することが出来る様にする。１
０１１オームの抵抗３８及び小さなコンデンサ３２（１
０ピコフアラド）が、増幅器の振動を減衰させる為に、
増幅器３０に対する残りの帰還ループを形成している。

増幅器３０はヒートシンク４２の中に収容されている。

ヒートシンク４２の温度が図式的に４５に示した定電流
対数ダイオードによって測定される。このダイオードが
温度の関数である電圧を出力する。この電圧はブリッジ
回路４７に於ける比較のために用いられ、ブリッジ回路
は熱電冷却器４８に給電を行う。ブリッジ回路４７に於
ける比較によりこの回路の出力がバイアスされる。すな
わち、ヒートシンク４２の温度が高すぎる場合、ヒート
シンクを冷却する様に熱電冷却器４８に対して電流が供
給され、またヒートシンク４２の温度が低すぎる場合は
、ヒートシンクの温度を上げる様に熱電冷却器４８に対
する電流が逆転される。

同時に、温度感知用の定電流対数ダイオード４５の出力
はディジタル値に変換されて、ルックアップ・テーブル
をアドレスする為に使われる。アナログ・ディジタル変
換器１４は、計算機の制御装置に作用して、実時間で所
望の電流レベルに対して調節された適当なルックアップ
・テーブルをアドレスさせる。この結果書られるアンペ
ア計の出力は実質的に連続的であって、信頼性のあるレ
ベルに較正されている。

第４ａ図には主な動作回路が示されている。第４ａ図に
人力２４及び出力１４を示す。人力２４が加算点２８に
接続される。互に逆向きのダイオード３４．３６が対の
増幅段３０ａ　、　　３０ｂに対する帰還ループ３１を
完成する。出力は、最終増幅段３０ｃを介して出力１４
に現われて、変換される。

最初の増幅段３０ａがヒートシンク内に封入される唯一
の段であることが理解されよう。全熱損失を小さく抑え
る為に、この増幅段は小さな利得で動作させられる。

計器が大きなヒートシンク５０を含むことが認められよ
う。後で詳しく説明するが、ヒートシンク５０が第４ａ
図に示されていると共に、第４ｂ図でも他の２箇所に符
号５０で示されている。第４ａ図では、それが増幅器の
動作回路及びｍｌの増幅段３０ａを取囲んでいる。第４
ｂ図では、それが温度測定用のダイオード５２及び熱電
冷却器４８を含んでいる。組立てられた状態では、ヒー
トシンクによって取囲まれる全ての回路が同じヒートシ
ンク内に組立てられる。

熱電冷却器がダイオード５２からの熱出力に応答する。

熱出力がブリッジ回路４７を介して送られ、対の導線４
９を介して冷却器４８を作動する。

同時に、ダイオードが、計算機によって作動されるルッ
クアップ・テーブルに使う為、温度の読みを線６０を介
して計算機に出力する。

第４ｃ図には、普通の回路が示されている。保護型アナ
ログ・スイッチ６０が、較正電圧、温度出力及びアンペ
ア数の測定値を含む選択的な入力を受取る。これらの信
号が計算機の標準的な部品（図に示してない）に送られ
る。

更に、これから説明するブートストラップ形較正に使わ
れるリレーに対するスイッチ作用を説明する。

第４ａ図では、ヒートシンク５０が主な動作素子を取囲
んでいる。入力２４はスイッチ６１によりアースに対し
て開閉され、実際の測定の為、スイッチ６２によって加
算点２８に接続される。ブートストラップ回路が符号７
０で示されている。

ブートストラップ較正回路は、何れも並列に接続された
較正抵抗？１，７２，７３，７４．７５を含む。夫々ス
イッチ８０．８１．８２．８３を次々に開いて、並列回
路の両端に可変抵抗値を発生する。

こ−で簡単に第４ｂ図について説明すると、母線１６か
らのディジタル・データがラッチ９０にラッチされ、そ
の後１６ビツトのディジタル・アナログ変換器９２に放
出される。変換器９２が線９４に参照電圧を出す。この
参照電圧が、電流測定の為、３次元メモリ・テーブルの
計算を含む較正の為に、線９６を介して計算機に送られ
ると共に線９８を介してブートストラップ較正回路に送
られる。

第４Ｃ図について簡単に説明すると、夫々のコイル１０
１，１０２，１０３，１０４を市いて磁界を発生するこ
とが理解されよう。これらの夫々の磁界がヒートシンク
の内部又はその近くにあるリード・スイッチ８Ｇ、８１
，８２．８３を作動する。夫々のリード・スイッチは、
行なわれる測定を狂わせる惧れのある様な、ヒートシン
クの内側又は内部の配線の熱又は電流を発生することを
防止する。

第４ｃ図には、カッド・モス電力配列１１１゜１１２．
１１３，１１４が示されている。これらの配列が夫々の
オアΦゲー）１２２．．１２３．１２４を介して計算機
からの出力信号を受取る。

線１３１の信号が電力配列１１１，１１２，１１３．１
１４を閉じることが理解されよう。更に、作動信号（低
と仮定する）が線１３２に印加されて線１３１に印加さ
れない時、スイッチ８０が開き、スイッチ８２．８３．
８４は閉じたま〜になっている。信号が線１３３に印加
されると、スイッチ８３．８４は閉じたま−である。信
号が線１３４に印加されると、スイッチ８４だけが閉じ
たま＼になっている。

第４ａ図で図示のブートストラップ較正装置について云
うと、これまでの説明から較正装置を理解することが出
来よう。広義に云うと、最大電流の較正は、スイッチ６
２が開き、スイッチ８０゜８１．８２．８３が閉じた状
態で行なわれる。この場合、抵抗７１が並列回路を支配
し、ディジタル・アナログ変換器９２が較正電圧を通す
。

スイッチ８０が最初に開かれる。この点で、抵抗７２が
支配し、ディジタル・アナログ変換器９２によって正確
な較正電圧が回路に送られる。この電圧が最初に許容し
得る最大の電流の流れを生じさせる様に印加され、その
後最大の電流の１７１００のレベルで印加される。この
１／１００の値が計算機のメモリに記録される。

その後、スイッチ８１が開く。この場合、抵抗７３が支
配する。然し、一杯の電流の流れを強制的に流し、その
後１／１００の電流を流す電圧が再び印加される。最後
に、スイッチ８２が開き、抵抗７４により、上に述べた
過程が繰返される。

その後、スイッチ８３を開き、抵抗７５によってこの過
程が繰返される。

この較正は長い期間、約４５分間にわたって行なわれる
。相異なる電圧（電流レベル）が全て試験される。この
結果が３次元ルックアップ・テーブルに書き込まれる。

このルックアップ・テーブルが、ヒートシンクの温度、
ディジタル・アナログ変換器からの電圧出力の範囲並び
に測定する電流の範囲に関する入力を含む。

従来、この様な計器に対する上に述べた様なブートスト
ラップ形較正は手作業で行なわれていた。

然し、この計器では、計算機によって作動されることが
理解されよう。

第４ｂ図について説明すると、対の直列接続された対数
ダイオード６２が、ディジタル・アナログ変換器９２か
らの４１１５０に得られる精密級電源に接続される。こ
れらのダイオードを通る漏れが、３．２ミリボルト／℃
で、温度の直接的な効果である。１．４００００ボルト
の正確な参照電圧が電源から出力され、増幅器１６０で
比較される。

増幅器１６０がコンデンサ１６３及び並列帰還ループ１
６４を持っている。並列のコンデンサが振動を減衰させ
る非常に長い回復時間を増幅器１６０に持たせる。

増幅器１６０に於ける比較がブリッジ回路４７に出力さ
れる。ヒートシンクの温度が高すぎる場合、ダイオード
電圧が参照電圧よりも低い。その場合、電力配列１７０
，１７２を介しての出力により、熱電冷却器４８には冷
却モードの電流が流れる。逆に、ダイオード電圧が参照
電圧より高いことによってヒートシンクの温度が高すぎ
る状態が検出されると、１７４，１７６．１７８に出力
が出る。電流が反対向きに流れて、冷却作用を行なう。

任意の比較用ブリッジ回路で十分であることが理解され
よう。ニーで実際の部品の値を記入したブリッジ回路は
、実際に用いられた回路の設計に従ったものである。

較正が行なわれ、ヒートシンクが作動されて、冷却器を
所望の低温状態にしたと仮定すると、この時電流の設定
を行なうことが出来る。

典型的には、電流が入力２４に入り、スイッチ６２を閉
じ、スイッチ６１を開く。計器が完全に較正された状態
であると仮定すると、電流が加算点２８に流れる。加算
点２８では、夫々の増幅器３０ａ　、　　３０ｂが帰還
ループ３１を通じてバイアスされている。第２段３０ｃ
を介して出力１４に出力が出る。

同時に、線６０の温度が主計算機に供給される。

温度及び電流が判ると、計算機のルックアップ・テーブ
ル（図に示してない）を参照して、最終的な出力を求め
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回路図、第２図はこの発明のフェムトア
ンペア計回路の回路図、第３図はこの発明のフェムトア
ンペア計の出力範囲を示すグラフ、第４ａ図、ｔｊＳＪ
ｂ図及び第４Ｃ図はこの発明の好ましい実施例を構成す
る実際の電子回路の回路図、第４ｄ図は実際の部品の諸
元を示す図表である。主な符号の説明１４：出力変換器１６：　（参照電圧）変換器２４：入力３０：増幅器３１：帰還ループ３４．３６：対数ダイオード４２：ヒートシンク４５：温度センサＬ１

Claims

【特許請求の範囲】１）入力に接続された第１の枝路、参照用標準電圧に接
続された第２の枝路、出力、及び前記入力枝路に対する
帰還ループを持つ増幅器と、比較的一定の温度に保たれ
る様にヒートシンク内に設けられていて、前記帰還ルー
プと並列に接続された互に反対向きの第１及び第２の対
数ダイオードと、前記ヒートシンクに接続されていて、
増幅器の出力を実時間で較正する為に、前記増幅器の動
作温度を実時間で表示する信号を出力する少なくとも１
つの温度センサとを有するフェムトアンペア計。２）特許請求の範囲１）に記載したフェムトアンペア計
に於て、前記ヒートシンクに接続された熱電加熱冷却器
と、前記温度センサの出力に応答して、前記ヒートシン
クを選択的に加熱又は冷却する極性で前記冷却器を作動
する手段とを有するフェムトアンペア計。３）特許請求の範囲２）に記載したフェムトアンペア計
に於て、前記熱電冷却器を作動する手段が、標準電圧源
と、該標準電圧源を、少なくとも１つの対数ダイオード
を含む温度センサによって発生された電圧と比較する手
段と、前記熱電冷却器に電流を出力するブリッジ回路手
段とを含み、該ブリッジ回路手段は、温度が高すぎる時
に前記ヒートシンクを冷却する為に第１の極性の電流を
出力すると共に、温度を感知した時に前記ヒートシンク
を加熱する為に第２の極性の電流を出力するように接続
されているフェムトアンペア計。４）入力に接続された第１の枝路、参照用標準電圧に接
続された第２の枝路、出力、及び前記入力枝路に対する
帰還ループを持つ増幅器と、前記帰還ループと並列に且
つ互に反対向きに接続されていると共に、比較的一定の
温度に保たれる様に夫々ヒートシンク内に設けられてい
る第１及び第２の対数ダイオードと前記ヒートシンクに
取付けられた熱電冷却器と、前記ヒートシンクに接続さ
れていて、前記増幅器の動作温度を表示する信号を出力
する少なくとも１つの温度センサと、前記温度センサ及
び熱電冷却器の間に作動的に接続されていて、前記ヒー
トシンクを最適動作温度に向って駆動する手段とを有す
るフェムトアンペア計。５）特許請求の範囲４）に記載したフェムトアンペア計
に於て、前記温度センサ及び前記熱電冷却器の間に作動
的に接続された手段が、前記ヒートシンクの温度が高い
ことによって生ずる減少した電流に応答して、第１の極
性の電圧を出力すると共に、前記ヒートシンクの温度が
低下したことに応答して、一層大きな電圧を出力する様
に動作して、前記熱電冷却器を前記ヒートシンクの加熱
及び冷却間で切換える様にしたフェムトアンペア計。６）特許請求の範囲４）に記載したフェムトアンペア計
に於て、前記温度センサからルックアップ・テーブルに
出力される第２の出力と、前記増幅器の出力に接続され
たアナログ・ディジタル変換器とを有し、当該変換器の
ディジタル出力が前記増幅器の実時間の動作温度を補償
したルックアップ・テーブルの温度をアドレスするフェ
ムトアンペア計。７）入力に接続された第１の枝路、参照用標準電圧に接
続された第２の枝路、出力及び前記入力枝路に対する帰
還ループを持つ増幅器と、前記帰還ループと並列に且つ
互に反対向きに接続されていると共に、比較的一定の温
度に保たれる様にヒートシンクの中に設けられている第
１及び第２の対数ダイオードと、前記ヒートシンクに接
続されていて少なくとも２つの出力を持ち、この出力の
内の第１の出力が前記増幅器の出力を較正する為に前記
増幅器の動作温度を表示する信号を持つ少なくとも１つ
の温度センサと、前記温度センサの第２の出力に作動的
に接続されていて、第１の温度範囲で第１の極性の出力
を発生すると共に、第２の温度範囲で第２の極性の出力
を発生する回路制御手段と、前記回路制御手段に接続さ
れて、加熱及び冷却により前記ヒートシンクを予め選ば
れた温度範囲に保つ熱電冷却器とを有するフェムトアン
ペア計。