JP2003513382A - 二線式センサのための供給電流調整器 - Google Patents
二線式センサのための供給電流調整器Info
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- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
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Abstract
(57)【要約】
二線式センサのための電流調整器を提供する。電流調整器は、センサ出力電流を提供するように配された第１導体および第２導体と、第１導体と第２導体とにまたがって結合された第１抵抗および電流基準と、第１導体と第２導体とにまたがって結合された第２抵抗およびセンサ負荷端子とを備える。増幅器は、第１入力、第２入力、および出力を有する。第１入力は、第１抵抗と電流基準との間の第１接合部へ結合され、第２入力は、第２抵抗とセンサ負荷端子との間の第２接合部へ結合され、出力は第２入力へ結合される。増幅器は、第１接合部での第１電圧が第２接合部での第２電圧と実質的に等しくなるように制御する。
Description
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、一般に、二線式センサのための供給電流調整器に関する
発明の背景および従来の技術
二線式センサは、状態を検知して、検知した状態の測度を二線を通じてコント
ローラまたはインジケータへ送信するために一般に使用されている。二線式セン
サには、典型的には、二線を通じて電圧Ｖｓが供給され、二線式センサは、検知
した状態に応答して供給電流Ｉｓを制御する。この供給電流Ｉｓは、負荷を制御
するためにコントローラにより検出され、そして／または、供給電流Ｉｓは、検
知された状態の指示（インジケーション）を与えるためにインジケータにより検
出される。
ローラまたはインジケータへ送信するために一般に使用されている。二線式セン
サには、典型的には、二線を通じて電圧Ｖｓが供給され、二線式センサは、検知
した状態に応答して供給電流Ｉｓを制御する。この供給電流Ｉｓは、負荷を制御
するためにコントローラにより検出され、そして／または、供給電流Ｉｓは、検
知された状態の指示（インジケーション）を与えるためにインジケータにより検
出される。
【０００２】
二線式センサのための既存の電流源は幾つかの問題を呈する。例えば、供給電
圧Ｖｓの変動により、供給電流Ｉｓが対応して変動する。供給電流Ｉｓのこのよ
うな変動は、検知している状態に関連していないので、二線式センサの出力は、
検知した状態を正確に表さない。また、既存の電流源は、温度に敏感である。従
って、検知される状態が温度ではない場合、二線式センサの出力は、温度変化に
より変動する可能性があり、検知した状態を不正確に表し得る。
圧Ｖｓの変動により、供給電流Ｉｓが対応して変動する。供給電流Ｉｓのこのよ
うな変動は、検知している状態に関連していないので、二線式センサの出力は、
検知した状態を正確に表さない。また、既存の電流源は、温度に敏感である。従
って、検知される状態が温度ではない場合、二線式センサの出力は、温度変化に
より変動する可能性があり、検知した状態を不正確に表し得る。
【０００３】
更に、従来技術の二線式センサのトランスジューサにより、およびトランスジ
ューサに関連する回路により引き込む電流における変動もまた、検知されている
状態の不正確なインジケーションを産み出す。二線式センサのトランスジューサ
およびそれに関連する回路は、ここではセンサ負荷という。
ューサに関連する回路により引き込む電流における変動もまた、検知されている
状態の不正確なインジケーションを産み出す。二線式センサのトランスジューサ
およびそれに関連する回路は、ここではセンサ負荷という。
【０００４】
本発明は、従来技術の二線式センサの電流源の１つ以上の問題を解決する装置
に関する。 発明の概要 本発明の１つの特徴によると、二線式センサのための電流調整器は、第１導体
および第２導体と、第１抵抗と、第２抵抗と、増幅器とを備える。第１および第
２導体は、センサ出力電流を提供するように配される。第１抵抗と電流基準とは
、第１および第２導体にまたがって結合される。第２抵抗とセンサ負荷端子とは
、第１および第２導体にまたがって結合される。増幅器は、第１および第２入力
と出力とを有する。第１入力は、第１抵抗と電流基準との間の第１接合部へ結合
され、第２入力は、第２抵抗とセンサ負荷端子との間の第２接合部へ結合され、
出力は、第１および第２導体におけるセンサ出力電流を制御するように接続され
る。増幅器は、第１接合部での第１電圧が第２接合部での第２電圧と実質的に等
しくなるように配される。
に関する。 発明の概要 本発明の１つの特徴によると、二線式センサのための電流調整器は、第１導体
および第２導体と、第１抵抗と、第２抵抗と、増幅器とを備える。第１および第
２導体は、センサ出力電流を提供するように配される。第１抵抗と電流基準とは
、第１および第２導体にまたがって結合される。第２抵抗とセンサ負荷端子とは
、第１および第２導体にまたがって結合される。増幅器は、第１および第２入力
と出力とを有する。第１入力は、第１抵抗と電流基準との間の第１接合部へ結合
され、第２入力は、第２抵抗とセンサ負荷端子との間の第２接合部へ結合され、
出力は、第１および第２導体におけるセンサ出力電流を制御するように接続され
る。増幅器は、第１接合部での第１電圧が第２接合部での第２電圧と実質的に等
しくなるように配される。
【０００５】
本発明の別の特徴によると、二線式センサのための電流調整器は、第１導体お
よび第２導体と、電流基準と、センサ負荷端子と、増幅器とを備える。第１およ
び第２導体は、センサ出力電流を提供するように配される。電流基準は、第１お
よび第２導体へ結合される。センサ負荷端子は、第１および第２導体へ結合され
る。増幅器は、閉ループ・フィードバック構成で電流基準とセンサ負荷端子との
間に結合され、それにより、検知した状態と関連してセンサ出力電流が変化する
ように電流基準が制御される。
よび第２導体と、電流基準と、センサ負荷端子と、増幅器とを備える。第１およ
び第２導体は、センサ出力電流を提供するように配される。電流基準は、第１お
よび第２導体へ結合される。センサ負荷端子は、第１および第２導体へ結合され
る。増幅器は、閉ループ・フィードバック構成で電流基準とセンサ負荷端子との
間に結合され、それにより、検知した状態と関連してセンサ出力電流が変化する
ように電流基準が制御される。
【０００６】
本発明の更に別の特徴によると、二線式センサのための電流調整器は、第１導
体および第２導体と、電流基準と、センサ負荷とを備える。第１および第２導体
は、センサ出力電流を提供するように配される。電流基準は第１および第２導体
へ結合され、電流基準は複数のコンポーネントを備える。センサ負荷は、第１お
よび第２導体へ、および電流基準へ結合される。センサ負荷は電圧調整器を含み
、センサ負荷は、センサ出力電流を制御するように電流基準を制御するように配
される。電流基準は、電流調整器を実質的に供給電圧無感とするように電圧調整
器へ結合され、コンポーネントは、電流調整器を実質的に温度無感とするように
選択される。
体および第２導体と、電流基準と、センサ負荷とを備える。第１および第２導体
は、センサ出力電流を提供するように配される。電流基準は第１および第２導体
へ結合され、電流基準は複数のコンポーネントを備える。センサ負荷は、第１お
よび第２導体へ、および電流基準へ結合される。センサ負荷は電圧調整器を含み
、センサ負荷は、センサ出力電流を制御するように電流基準を制御するように配
される。電流基準は、電流調整器を実質的に供給電圧無感とするように電圧調整
器へ結合され、コンポーネントは、電流調整器を実質的に温度無感とするように
選択される。
【０００７】
本発明の特徴および利点は、図面と関連して以下の説明を読むことにより更に
明確になる。 好適な実施形態の説明 図１に示すように、二線式センサ１０は、典型的に、センサ／調整器１６へ接
続された一対の導体１２および１４を備える。電圧Ｖｓが導体１２および１４の
両端へ供給され、センサ／調整器１６が、検知されている状態に従って供給電流
Ｉｓを制御する。従って、供給電流Ｉｓは、導体１２および１４から検出され、
検知した状態を制御するためにコントローラにより用いられ、そして／または検
知した状態を示すためにインジケータにより用いられる。
明確になる。 好適な実施形態の説明 図１に示すように、二線式センサ１０は、典型的に、センサ／調整器１６へ接
続された一対の導体１２および１４を備える。電圧Ｖｓが導体１２および１４の
両端へ供給され、センサ／調整器１６が、検知されている状態に従って供給電流
Ｉｓを制御する。従って、供給電流Ｉｓは、導体１２および１４から検出され、
検知した状態を制御するためにコントローラにより用いられ、そして／または検
知した状態を示すためにインジケータにより用いられる。
【０００８】
本発明に従った二線式センサ２０を図２に示す。二線式センサ２０は、一対の
導体２２および２４を含む。電圧Ｖｓが、導体２２および２４にまたがって供給
される。また、第１抵抗２６と電流基準２８とが、間に接合部３０を有するよう
にして、導体２２および２４にまたがって接続される。電流基準２８は電流ＩRE F を提供するが、第１抵抗２６を流れる電流Ｉ1と電流ＩREFとは以下の式に従っ
て実質的に関連するようにする。
導体２２および２４を含む。電圧Ｖｓが、導体２２および２４にまたがって供給
される。また、第１抵抗２６と電流基準２８とが、間に接合部３０を有するよう
にして、導体２２および２４にまたがって接続される。電流基準２８は電流ＩRE F を提供するが、第１抵抗２６を流れる電流Ｉ1と電流ＩREFとは以下の式に従っ
て実質的に関連するようにする。
【０００９】
I sub 1〜＝〜I sub [REF] （１）
（Ｉ1〜＝〜ＩREF）
また、接合部３０での電圧Ｖ1は、以下の式により計算される。
【００１０】
V sub 1〜＝〜V sub S〜−〜(I sub [REF]) (R sub 1) （２）
（Ｖ1〜＝〜ＶS〜−〜（ＩREF）（Ｒ1））
ここで、Ｒ1は第１抵抗２６の抵抗値である。
【００１１】
第２抵抗３２およびセンサ負荷３４は、導体２２および２４にまたがって接続
され、それらの間に接合部３６を形成する。以下に説明するように、センサ負荷
３４は、所望される状態を変換するトランスジューサを含む。オプションのトラ
ンスジューサ増幅器３８（ＯＴＡ）は、接合部３０へ接続された第１入力と、接
合部３６へ接続された第２入力と、接合部３６へ接続された出力とを有する。
され、それらの間に接合部３６を形成する。以下に説明するように、センサ負荷
３４は、所望される状態を変換するトランスジューサを含む。オプションのトラ
ンスジューサ増幅器３８（ＯＴＡ）は、接合部３０へ接続された第１入力と、接
合部３６へ接続された第２入力と、接合部３６へ接続された出力とを有する。
【００１２】
接合部３６での電圧Ｖ2は以下の式により計算される。
V sub 2〜＝〜V sub 1〜−〜V sub [OS] （３）
（Ｖ2〜＝〜Ｖ1〜−〜ＶOS）
ここで、ＶOSは、小さいものであり、演算相互コンダクタンス増幅器３８の入
力オフセット電圧である。即ち、演算相互コンダクタンス増幅器３８の高い利得
および負のフィードバックにより、電圧Ｖ2が電圧Ｖ1と実質的に等しくなるよう
にされる。更に、電流Ｉ2が第２抵抗３２を流れ、これは以下の式により計算さ
れる。
力オフセット電圧である。即ち、演算相互コンダクタンス増幅器３８の高い利得
および負のフィードバックにより、電圧Ｖ2が電圧Ｖ1と実質的に等しくなるよう
にされる。更に、電流Ｉ2が第２抵抗３２を流れ、これは以下の式により計算さ
れる。
【００１３】
I sub 2〜＝〜[(V sub S〜−〜V sub 2)] over R sub 2 （４）
（Ｉ2〜＝〜｛ＶS〜−〜Ｖ2｝／Ｒ2）
ここでＲ2は第２抵抗３２の抵抗値である。
【００１４】
キルヒホフの電流の法則によると、導体２２および２４の供給電流Ｉｓは、電
流Ｉ1と電流Ｉ2とに、以下の式により関連する。 I sub S〜＝〜I sub 1〜＋〜I sub 2〜＋〜I sub Q （５） （ＩS〜＝〜Ｉ1〜＋〜Ｉ2〜＋〜ＩQ） ここで、ＩQは、演算相互コンダクタンス増幅器３８の零入力電流引込みであ
り、図２に示している。式（１）から（５）を組み合わせると、以下の式が作ら
れる。
流Ｉ1と電流Ｉ2とに、以下の式により関連する。 I sub S〜＝〜I sub 1〜＋〜I sub 2〜＋〜I sub Q （５） （ＩS〜＝〜Ｉ1〜＋〜Ｉ2〜＋〜ＩQ） ここで、ＩQは、演算相互コンダクタンス増幅器３８の零入力電流引込みであ
り、図２に示している。式（１）から（５）を組み合わせると、以下の式が作ら
れる。
【００１５】
I sub S〜＝〜I sub [REF]〜(1〜＋〜[R sub 1] over [R sub 2]）〜＋〜[V s
ub [OS]] over [R sub 2]〜＋〜I sub Q （６） （ＩS〜＝〜ＩREF〜（１〜＋〜[Ｒ1]／[Ｒ2]）〜＋〜[ＶOS]／[Ｒ2]〜＋〜ＩQ ） また、図２は、センサ負荷３４を流れる電流ＩLと、演算相互コンダクタンス
増幅器３８の出力への電流ＩAとを示す。電流ＩLがトランスジューサの動作によ
って変化すると、電流ＩAが補償を行って、電流Ｉ2の調整された値を維持する。
式（６）から理解できるように、オフセット電圧ＶOSおよび零入力電流ＩQが最
小化されると想定した場合には、供給電流Ｉｓは、実質的に、電流ＩREFと、Ｒ1 とＲ2との比率とのみの関数である。零入力電流ＩQは、例えば、演算相互コンダ
クタンス増幅器３８を、図２に示すように供給電圧ＶSではなく電圧Ｖ2にバイア
スすることにより、最小化することができる。
ub [OS]] over [R sub 2]〜＋〜I sub Q （６） （ＩS〜＝〜ＩREF〜（１〜＋〜[Ｒ1]／[Ｒ2]）〜＋〜[ＶOS]／[Ｒ2]〜＋〜ＩQ ） また、図２は、センサ負荷３４を流れる電流ＩLと、演算相互コンダクタンス
増幅器３８の出力への電流ＩAとを示す。電流ＩLがトランスジューサの動作によ
って変化すると、電流ＩAが補償を行って、電流Ｉ2の調整された値を維持する。
式（６）から理解できるように、オフセット電圧ＶOSおよび零入力電流ＩQが最
小化されると想定した場合には、供給電流Ｉｓは、実質的に、電流ＩREFと、Ｒ1 とＲ2との比率とのみの関数である。零入力電流ＩQは、例えば、演算相互コンダ
クタンス増幅器３８を、図２に示すように供給電圧ＶSではなく電圧Ｖ2にバイア
スすることにより、最小化することができる。
【００１６】
上述のように、電流基準２８により供給される電流ＩREFが供給電圧ＶSの変動
に対して無感であること、および温度の変動に対して無感であること（検知され
る状態が温度ではない場合）が望まれる。従って、以下に説明するように、電流
基準２８は、供給電圧ＶSおよび温度の変動に実質的に無感とするように構成さ
れる。Ｒ1とＲ2との比率は、スケーリング・ファクタとしてのみ用いられる。従
って、電流基準２８は、供給電流Ｉｓの望まれるエンコーディングを提供して、
検知する状態のみを示すようにする。
に対して無感であること、および温度の変動に対して無感であること（検知され
る状態が温度ではない場合）が望まれる。従って、以下に説明するように、電流
基準２８は、供給電圧ＶSおよび温度の変動に実質的に無感とするように構成さ
れる。Ｒ1とＲ2との比率は、スケーリング・ファクタとしてのみ用いられる。従
って、電流基準２８は、供給電流Ｉｓの望まれるエンコーディングを提供して、
検知する状態のみを示すようにする。
【００１７】
センサ負荷３４は、図３に更に詳細に示すように、バンドギャップ電圧調整器
５０を含み、このバンドギャップ電圧調整器５０は、センサ負荷３４の残りの部
分へ及び電流基準２８へ、調整された電圧を提供する。トランスジューサ５２は
電圧調整器５０の出力へ接続され、検知した状態を電気信号へ変換する。この電
気信号は、検知した状態の測度であり、抵抗性の負荷となる差動増幅器５４の入
力へ供給される。
５０を含み、このバンドギャップ電圧調整器５０は、センサ負荷３４の残りの部
分へ及び電流基準２８へ、調整された電圧を提供する。トランスジューサ５２は
電圧調整器５０の出力へ接続され、検知した状態を電気信号へ変換する。この電
気信号は、検知した状態の測度であり、抵抗性の負荷となる差動増幅器５４の入
力へ供給される。
【００１８】
トランスジューサ５２は、例えば、ホイートストン・ブリッジとしてもよく、
これはパーマロイで作られた抵抗を備え、これは微分磁束密度を電気信号へと変
換し、この電気信号は差動増幅器５４へ供給される。このタイプのトランスジュ
ーサは、リング磁石と共に用いて、ホイールのような回転する装置の回転の速度
を検知するために特に有用である。リング磁石が回転すると、その回転極部分が
ホイートストン・ブリッジから出力パルスを生成し、それが差動増幅器５４の出
力をハイ状態とロー状態との間で交互に切り替える。しかしながら、トランスジ
ューサ５２を、回転を検知するように又は任意の他の状態を検知するように、別
の様式で構成してもよいことを理解すべきである。
これはパーマロイで作られた抵抗を備え、これは微分磁束密度を電気信号へと変
換し、この電気信号は差動増幅器５４へ供給される。このタイプのトランスジュ
ーサは、リング磁石と共に用いて、ホイールのような回転する装置の回転の速度
を検知するために特に有用である。リング磁石が回転すると、その回転極部分が
ホイートストン・ブリッジから出力パルスを生成し、それが差動増幅器５４の出
力をハイ状態とロー状態との間で交互に切り替える。しかしながら、トランスジ
ューサ５２を、回転を検知するように又は任意の他の状態を検知するように、別
の様式で構成してもよいことを理解すべきである。
【００１９】
差動増幅器５４は、コンパレータ５６およびヒステリシス発生器５８と共にな
り、スレッショルド・スイッチ６０を形成する。ヒステリシス発生器５８は飽和
した差動増幅器であり、バイアス電流ＩDIFFを、差動増幅器５４の一方または他
方の負荷抵抗ＲLを通じてプルする（引く）コレクタを有し、それによりオフセ
ット電圧を生成する。このオフセット電圧は、コンパレータ５６を切り替える前
にトランスジューサ５２の出力が克服せねばならないものである。コンパレータ
５６が切り替えを行うとき、ヒステリシス発生器５８は、ヒステリシス（即ち、
差）を生成する逆の状態において飽和するものであり、このヒステリシスは、コ
ンパレータ５６が再び切り替えを行う前にトランスジューサ５２が克服せねばな
らないものである。
り、スレッショルド・スイッチ６０を形成する。ヒステリシス発生器５８は飽和
した差動増幅器であり、バイアス電流ＩDIFFを、差動増幅器５４の一方または他
方の負荷抵抗ＲLを通じてプルする（引く）コレクタを有し、それによりオフセ
ット電圧を生成する。このオフセット電圧は、コンパレータ５６を切り替える前
にトランスジューサ５２の出力が克服せねばならないものである。コンパレータ
５６が切り替えを行うとき、ヒステリシス発生器５８は、ヒステリシス（即ち、
差）を生成する逆の状態において飽和するものであり、このヒステリシスは、コ
ンパレータ５６が再び切り替えを行う前にトランスジューサ５２が克服せねばな
らないものである。
【００２０】
コンパレータ５６の出力は差動シングルエンデッド（differential-to-single
-ended）増幅器６２へ接続され、この増幅器は、トランジスタ・スイッチ６４の
ベースを駆動する。スレッショルド・スイッチ６０がその２つの出力状態の間で
切り替えを行うと、トランジスタ・スイッチ６４のベースは、トランジスタ・ス
イッチ６４のベースとエミッタとが本質的に互いに短絡しているショート状態（
shorted）と、オーバードライブ（over driven）状態との間で、増幅器６２によ
り動作させられる。ショート状態では、トランジスタ・スイッチ６４のコレクタ
は高インピーダンスであり、トランジスタ・スイッチ６４は開かれる。オーバー
ドライブ状態では、トランジスタ・スイッチ６４のコレクタは低インピーダンス
飽和へと駆動され、トランジスタ・スイッチ６４は閉じられる。以下に説明する
ように、トランジスタ・スイッチ６４は、電流基準２８により供給される電流Ｉ REF を変更して、供給電流Ｉｓを２つのレベルの間でエンコードするようにする
。
-ended）増幅器６２へ接続され、この増幅器は、トランジスタ・スイッチ６４の
ベースを駆動する。スレッショルド・スイッチ６０がその２つの出力状態の間で
切り替えを行うと、トランジスタ・スイッチ６４のベースは、トランジスタ・ス
イッチ６４のベースとエミッタとが本質的に互いに短絡しているショート状態（
shorted）と、オーバードライブ（over driven）状態との間で、増幅器６２によ
り動作させられる。ショート状態では、トランジスタ・スイッチ６４のコレクタ
は高インピーダンスであり、トランジスタ・スイッチ６４は開かれる。オーバー
ドライブ状態では、トランジスタ・スイッチ６４のコレクタは低インピーダンス
飽和へと駆動され、トランジスタ・スイッチ６４は閉じられる。以下に説明する
ように、トランジスタ・スイッチ６４は、電流基準２８により供給される電流Ｉ REF を変更して、供給電流Ｉｓを２つのレベルの間でエンコードするようにする
。
【００２１】
電流基準２８は、図４に更に詳細に示すように、トランジスタ７０および７２
と、抵抗７４および７６とを含む。トランジスタ７０は、そのコレクタが接合部
３０へ接続され、エミッタがトランジスタ７２へ接続され、ベースが電圧調整器
５０へ接続され、バイアス電圧ＶBIASを受け取る。トランジスタ７２のコレクタ
とベースとは互いに結びつけられ、それによりトランジスタ７２はダイオードと
して機能する。抵抗７４は、トランジスタ７２のエミッタと導体２４との間に接
続され、抵抗７６は、トランジスタ７２のエミッタとトランジスタ・スイッチ６
４のコレクタとの間に接続される。
と、抵抗７４および７６とを含む。トランジスタ７０は、そのコレクタが接合部
３０へ接続され、エミッタがトランジスタ７２へ接続され、ベースが電圧調整器
５０へ接続され、バイアス電圧ＶBIASを受け取る。トランジスタ７２のコレクタ
とベースとは互いに結びつけられ、それによりトランジスタ７２はダイオードと
して機能する。抵抗７４は、トランジスタ７２のエミッタと導体２４との間に接
続され、抵抗７６は、トランジスタ７２のエミッタとトランジスタ・スイッチ６
４のコレクタとの間に接続される。
【００２２】
トランジスタ・スイッチ６４が開状態と閉状態との間で切り替えを行うと、抵
抗７６の回路が開および閉にされる。抵抗７６の回路が閉じられたとき、抵抗７
４と７６とは並列であり、それらの合成された値は抵抗７４のみの値よりも低い
。従って、電流ＩREFはそのハイ状態をとる。従って、供給電流Ｉｓはそのハイ
状態をとる。抵抗７６の回路が開かれたとき、抵抗７６は抵抗７４との接続が解
除され、それらの合成された値は抵抗７４の値となる。従って、電流ＩREFはそ
のロー状態をとる。従って、供給電流Ｉｓはそのロー状態をとる。
抗７６の回路が開および閉にされる。抵抗７６の回路が閉じられたとき、抵抗７
４と７６とは並列であり、それらの合成された値は抵抗７４のみの値よりも低い
。従って、電流ＩREFはそのハイ状態をとる。従って、供給電流Ｉｓはそのハイ
状態をとる。抵抗７６の回路が開かれたとき、抵抗７６は抵抗７４との接続が解
除され、それらの合成された値は抵抗７４の値となる。従って、電流ＩREFはそ
のロー状態をとる。従って、供給電流Ｉｓはそのロー状態をとる。
【００２３】
トランジスタ７０は電圧調整器５０により制御されるので、供給電圧ＶSの変
動に対しての抵抗７４および７６の両端の電圧の感度は最小化される。 更に、温度の変動に対しての基準電流ＩREFの感度は、電流基準２８のコンポ
ーネントを適切に選択することにより最小化される。例えば、温度に対しての基
準電流ＩREFの感度を最小化するためには、温度に対してのトランジスタ７２の
エミッタでの電圧の感度が、温度に対しての抵抗７４および７６の感度と等しく
なければならない。この同等化は、抵抗７４および７６を、ほぼ絶対温度に比例
（ＰＴＡＴ）する抵抗の温度係数（ＴＣＲ）をもつ材料から形成すること、およ
びＶBIASの電圧レベルを、トランジスタ７２のエミッタでの電圧がＰＴＡＴとな
るように選択することにより達成できる。即ち、抵抗７４および７６の抵抗の温
度係数（ＴＣＲ）がＴに従って変化する場合、および抵抗７４および７６の両端
の抵抗もまたＴに従って変化する場合、ＩREFは温度の変動に対して実質的に無
感である。
動に対しての抵抗７４および７６の両端の電圧の感度は最小化される。 更に、温度の変動に対しての基準電流ＩREFの感度は、電流基準２８のコンポ
ーネントを適切に選択することにより最小化される。例えば、温度に対しての基
準電流ＩREFの感度を最小化するためには、温度に対してのトランジスタ７２の
エミッタでの電圧の感度が、温度に対しての抵抗７４および７６の感度と等しく
なければならない。この同等化は、抵抗７４および７６を、ほぼ絶対温度に比例
（ＰＴＡＴ）する抵抗の温度係数（ＴＣＲ）をもつ材料から形成すること、およ
びＶBIASの電圧レベルを、トランジスタ７２のエミッタでの電圧がＰＴＡＴとな
るように選択することにより達成できる。即ち、抵抗７４および７６の抵抗の温
度係数（ＴＣＲ）がＴに従って変化する場合、および抵抗７４および７６の両端
の抵抗もまたＴに従って変化する場合、ＩREFは温度の変動に対して実質的に無
感である。
【００２４】
本発明の特定の変更例を上述した。本発明の分野における業を行う者であれば
他の変形例も作成できる。例えば、上記の説明に従うと、スレッショルド・スイ
ッチ６０は、供給電流Ｉｓを、トランスジューサ５２の出力の関数として、２つ
のレベルの間で駆動する。しかしながら、供給電流Ｉｓは、任意の数の別個の状
態に駆動でき、また、供給電流Ｉｓは、平滑に変化するように制御できることを
理解すべきである。平滑に変化する電流は、非常に多くの数の段を有する電流と
等価である。
他の変形例も作成できる。例えば、上記の説明に従うと、スレッショルド・スイ
ッチ６０は、供給電流Ｉｓを、トランスジューサ５２の出力の関数として、２つ
のレベルの間で駆動する。しかしながら、供給電流Ｉｓは、任意の数の別個の状
態に駆動でき、また、供給電流Ｉｓは、平滑に変化するように制御できることを
理解すべきである。平滑に変化する電流は、非常に多くの数の段を有する電流と
等価である。
【００２５】
更に、温度の変動に対して基準電流ＩREFの感度を最小化する特定の構成を上
記で説明した。しかしながら、当業者には、この感度の最小化を行うために他の
構成を使用できることは理解されるであろう。
記で説明した。しかしながら、当業者には、この感度の最小化を行うために他の
構成を使用できることは理解されるであろう。
【００２６】
従って、本発明の説明は、単なる例示として解釈されるべきであり、本発明を
実施する際の最適の態様を当業者に教示するためのものである。その詳細は、本
発明の精神から逸脱することなく実質的に変更可能であり、特許請求の範囲の範
囲内にある全ての変更例の独占的使用は留保される。
実施する際の最適の態様を当業者に教示するためのものである。その詳細は、本
発明の精神から逸脱することなく実質的に変更可能であり、特許請求の範囲の範
囲内にある全ての変更例の独占的使用は留保される。
【図１】
図１は、二線式センサと関連して使用する電流ループの一般的な図である。
【図２】
図２は、本発明に従った、電流基準およびセンサ負荷を含む電流調整器の回路
図を示す。
図を示す。
【図３】
図３は、図２のセンサ負荷を更に詳細に示す。
【図４】
図４は、図２の電流基準を更に詳細に示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ
，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，
ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ
Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ
，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，
ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，
ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ
Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ
，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，
ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ
Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ
，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，
ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ
Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ
，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (34)
- 【請求項１】 二線式センサのための電流調整器であって、 センサ出力電流を提供するように構成された第１導体および第２導体と、 前記第１導体と前記第２導体とにまたがって結合された第１抵抗および電流基
準と、 前記第１導体と前記第２導体とにまたがって結合された第２抵抗およびセンサ
負荷端子と、 第１入力、第２入力、および出力を有する増幅器であって、前記第１入力が、
前記第１抵抗と前記電流基準との間の第１接合部へ結合され、前記第２入力が、
前記第２抵抗と前記センサ負荷端子との間の第２接合部へ結合され、前記出力が
、前記第１導体および前記第２導体の前記センサ出力電流を制御するように接続
され、前記増幅器が、前記第１接合部での第１電圧が前記第２接合部での第２電
圧と実質的に等しくなるように配される、増幅器と を備える電流調整器。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電流調整器であって、前記出力が前記第２
入力へ結合される、電流調整器。 - 【請求項３】 請求項１に記載の電流調整器であって、センサ負荷が前記セ
ンサ負荷端子へ結合され、前記センサ出力電流を制御するように前記センサ負荷
が前記電流基準へ結合される、電流調整器。 - 【請求項４】 請求項３に記載の電流調整器であって、前記電流基準が、前
記第１接合部と前記第１導体および前記第２導体の一方との間に結合された可変
抵抗を含み、前記可変抵抗が、前記センサ出力電流を制御するように前記センサ
負荷へ結合される、電流調整器。 - 【請求項５】 請求項４に記載の電流調整器であって、前記出力が前記第２
入力へ結合される、電流調整器。 - 【請求項６】 請求項４に記載の電流調整器であって、前記センサ負荷が、
前記可変抵抗を２つの個別の抵抗の間でのみ切り替えるようにするスイッチを含
む、電流調整器。 - 【請求項７】 請求項４に記載の電流調整器であって、前記センサ負荷が、
前記可変抵抗を複数の個別の抵抗の間で切り替えるようにするスイッチを含む、
電流調整器。 - 【請求項８】 請求項４に記載の電流調整器であって、前記増幅器は演算増
幅器である、電流調整器。 - 【請求項９】 請求項１に記載の電流調整器であって、前記増幅器は演算増
幅器である、電流調整器。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の電流調整器であって、前記出力が前記第
２入力へ結合される、電流調整器。 - 【請求項１１】 二線式センサのための電流調整器であって、 センサ出力電流を提供するように構成された第１導体および第２導体と、 前記第１導体および前記第２導体へ結合された電流基準と、 前記第１導体および前記第２導体へ結合されたセンサ負荷端子と、 閉ループ・フィードバック構成で前記電流基準と前記センサ負荷端子との間に
結合された増幅器であって、前記電流基準を制御して、検知した状態と関連して
前記センサ出力電流を変化させるようにする、増幅器と を備える電流調整器。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の電流調整器であって、前記増幅器は、
第１入力、第２入力、および出力を有し、前記第１入力が、前記電流基準へ結合
され、前記出力が、前記第２入力へ及び前記センサ負荷端子へ結合される、電流
調整器。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の電流調整器であって、前記増幅器は演
算増幅器である、電流調整器。 - 【請求項１４】 請求項１１に記載の電流調整器であって、センサ負荷が前
記センサ負荷端子へ結合され、前記センサ出力電流を制御するように前記センサ
負荷が前記電流基準へ結合される、電流調整器。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載の電流調整器であって、前記電流基準が
可変抵抗を含み、前記可変抵抗が、前記センサ出力電流を制御するように前記セ
ンサ負荷へ結合される、電流調整器。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載の電流調整器であって、前記センサ負荷
が、前記可変抵抗を２つの個別の抵抗の間でのみ切り替えるようにするスイッチ
を含む、電流調整器。 - 【請求項１７】 請求項１５に記載の電流調整器であって、前記センサ負荷
が、前記可変抵抗を複数の個別の抵抗の間で切り替えるようにするスイッチを含
む、電流調整器。 - 【請求項１８】 請求項１５に記載の電流調整器であって、前記増幅器は演
算増幅器である、電流調整器。 - 【請求項１９】 請求項１５に記載の電流調整器であって、前記増幅器は、
第１入力、第２入力、および出力を有し、前記第１入力が、前記電流基準へ結合
され、前記出力が、前記第２入力へ及び前記センサ負荷端子へ結合される、電流
調整器。 - 【請求項２０】 請求項１９に記載の電流調整器であって、前記増幅器は演
算増幅器である、電流調整器。 - 【請求項２１】 二線式センサのための電流調整器であって、 センサ出力電流を提供するように構成された第１導体および第２導体と、 前記第１導体および前記第２導体へ結合され、複数のコンポーネントを備える
電流基準と、 前記第１導体および前記第２導体へ及び前記電流基準へ結合されたセンサ負荷
であって、センサ負荷は電圧調整器を含み、センサ負荷は、前記センサ出力電流
を制御するように前記電流基準を制御するよう配され、前記電流基準は、前記電
流調整器を実質的に供給電圧に無感とするように、前記電圧調整器へ結合され、
前記コンポーネントは、前記電流調整器を実質的に温度に無感とするように選択
されるものである、センサ負荷と、 を備える電流調整器。 - 【請求項２２】 請求項２１に記載の電流調整器であって、前記コンポーネ
ントの１つは可変抵抗であり、前記可変抵抗は前記センサ負荷へ結合され、前記
センサ負荷は、前記センサ出力電流を制御するように前記可変抵抗を変化させる
、電流調整器。 - 【請求項２３】 請求項２２に記載の電流調整器であって、前記可変抵抗は
温度により第１の向きに変化し、前記コンポーネントの別のものは温度により実
質的に同じ向きに変化する、電流調整器。 - 【請求項２４】 請求項２２に記載の電流調整器であって、前記コンポーネ
ントの前記別のものは電圧制御装置であり、該電圧制御装置は、前記電圧調整器
に応答して、前記電流調整器が供給電圧の変化に対して実質的に無感であること
を維持するようにする、電流調整器。 - 【請求項２５】 請求項２４に記載の電流調整器であって、前記可変抵抗は
温度により第１の向きに変化し、前記コンポーネントの別のものは温度により実
質的に同じ向きに変化する、電流調整器。 - 【請求項２６】 請求項２２に記載の電流調整器であって、前記センサ負荷
が、前記可変抵抗を２つの個別の抵抗の間でのみ切り替えるようにするスイッチ
を含む、電流調整器。 - 【請求項２７】 請求項２２に記載の電流調整器であって、前記センサ負荷
が、前記可変抵抗を複数の個別の抵抗の間で切り替えるようにするスイッチを含
む、電流調整器。 - 【請求項２８】 請求項２１に記載の電流調整器であって、 前記第１導体と前記第２導体とにまたがって前記電流基準を結合するように配
される第１抵抗と、 前記第１導体と前記第２導体とにまたがって前記センサ負荷を結合するように
配される第２抵抗と、 第１入力、第２入力、および出力を有する増幅器であって、前記第１入力が、
前記第１抵抗と前記電流基準との間の第１接合部へ結合され、前記第２入力が、
前記第２抵抗と前記センサ負荷との間の第２接合部へ結合され、増幅器は、前記
第１接合部での第１電圧が前記第２接合部での第２電圧と実質的に等しくなるよ
うに配されるものである、増幅器と を更に備える電流調整器。 - 【請求項２９】 請求項２８に記載の電流調整器であって、前記出力が前記
第２入力へ結合される、電流調整器。 - 【請求項３０】 請求項２８に記載の電流調整器であって、前記増幅器は演
算増幅器である、電流調整器。 - 【請求項３１】 請求項２８に記載の電流調整器であって、前記コンポーネ
ントの１つが、前記第１接合部と前記第１導体および前記第２導体の一方との間
に結合された可変抵抗であり、前記可変抵抗が、前記センサ出力電流を制御する
ように前記センサ負荷へ結合される、電流調整器。 - 【請求項３２】 請求項３１に記載の電流調整器であって、前記可変抵抗は
温度により第１の向きに変化し、前記コンポーネントの別のものは温度により実
質的に同じ向きに変化する、電流調整器。 - 【請求項３３】 請求項３１に記載の電流調整器であって、前記コンポーネ
ントの前記別のものは電圧制御装置であり、該電圧制御装置は、前記電圧調整器
に応答して、前記電流調整器が供給電圧の変化に対して実質的に無感であること
を維持するようにする、電流調整器。 - 【請求項３４】 請求項３３に記載の電流調整器であって、前記可変抵抗は
温度により第１の向きに変化し、前記コンポーネントの別のものは温度により実
質的に同じ向きに変化する、電流調整器。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/429,445 US6118260A (en) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | Supply current regulator for two-wire sensors |
| US09/429,445 | 1999-10-28 | ||
| PCT/US2000/028840 WO2001031606A1 (en) | 1999-10-28 | 2000-10-19 | Supply current regulator for two-wire sensors |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP2001534113A Withdrawn JP2003513382A (ja) | 1999-10-28 | 2000-10-19 | 二線式センサのための供給電流調整器 |
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|---|---|
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| TR (1) | TR200201170T2 (ja) |
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-
1999
- 1999-10-28 US US09/429,445 patent/US6118260A/en not_active Expired - Lifetime
-
2000
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-
2002
- 2002-04-25 NO NO20021966A patent/NO20021966L/no not_active Application Discontinuation
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