JP2005069798A - 伝送器のゼロ点調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 少ないデータを用いて短時間で測定値のゼロ点を精度よく判定できる伝送器のゼロ点調整回路を実現する。
【解決手段】 センサの測定値をＡＤ変換した時系列データを入力処理するＣＰＵを有し、前記時系列データの所定個数をサンプルしてその平均値により前記測定値のゼロ点を判定する伝送器のゼロ点調整回路において、
前記時系列データの所定個数をサンプルし、各サンプルデータの自己二乗積と組み合わされる全てのサンプルデータ間の積との和を積の個数で除した値を開平した積和演算値を算出する積和演算手段と、
前記平均値及び前記積和演算値を入力し、その差が所定値以上のときゼロ点判定出力を前記ＣＰＵに発信するゼロ点判定手段と、
を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、伝送器のゼロ点調整回路に関する。

従来の伝送器のゼロ点調整回路に関連する先行技術文献としては、例えば、次のようなものがある。

特開平５−８９３９４号公報

図４は、従来のゼロ点調整回路を有する２線式伝送器の構成例を示す機能ブロック図である。点線の領域Ａが対象となる２線式伝送器部分である。１は信号処理の主体となるＣＰＵであり、フィールドのセンサ２による物理量の測定値ＰＶをＡＤ変換器３を介して入力し、処理出力Ｄoutを発生する。

出力部４は、ＣＰＵ１の処理出力Ｄoutを入力し、ＤＡ変換処理をした後に一対の伝送線を介して遠隔地の受信装置に所定スパン（例えば４〜２０ｍＡ）の電流出力Ｉoutを発信する。

５は伝送器各部への動作電圧を供給する電源部であり、全消費電流は電流出力Ｉoutの下限値（４ｍＡ）以下とされている。６，６´は、電流出力Ｉoutを受信装置７に供給する一対の伝送線であり、受信装置７内の受信抵抗７ａ及び直流電源７ｂの直列回路に接続されている。８はフィールドバスであり、受信装置７はこのフィールドバス８を介して上位装置９と通信する。

ＣＰＵ１は、センサ２の測定値ＰＶがゼロのときに出力部４から伝送線６，６´に供給される電流出力Ｉoutがスパンの最低値（４ｍＡ）となる処理出力Ｄoutを出力部４に供給するためのゼロ点調整機能１ａを有する。

ゼロ点調整回路につき説明する。１０はサンプル・ラッチ手段であり、ＡＤ変換器３の時系列データＤinをＣＰＵ１からの制御信号Ｓにより周期的に所定個数サンプルしてラッチする。

１１は平均演算手段であり、ラッチされた時系列データを単純平均した演算出力ＤＡＶを発生する。時系列データがＤ１〜Ｄｎとすると、ＤＡＶ値は、
ＤＡＶ＝（ΣＤｎ）／ｎ （１）
となる。

１２はゼロ点判定手段であり、ＤＡＶ値を入力し、この値が所定値DLIMITより小さい場合にＰＶ値をゼロとみなし、判定信号ＤzをＣＰＵ１のゼロ点調整機能１ａに発信する。ゼロ点調整機能１ａは、定周期のゼロ点調整処理において判定信号Ｄzが入力されていたときに電流出力Ｉoutがスパンの最低値（４ｍＡ）となる処理出力Ｄoutを出力部４に供給する。

このようなゼロ点調整回路では、周期的に演算されるＤＡＶ値に含まれるノイズが多い場合、センサの測定値ＰＶがゼロであるとみなすためには、多数データの平均化処理を必要とし、回路が複雑化すると共に判定周期が伸び、ゼロ点調整の精度が低下する問題点があった。

特にセンサ２が電磁流量計である場合には、コイルの励磁電流や商用周波数等、小さな測定値に対する外乱ノイズのレベルが高く、正確なゼロ点の判定が他のセンサに比較して難しいという問題点があった。

従って本発明が解決しようとする課題は、少ないデータを用いて短時間で測定値のゼロ点を精度よく判定できる伝送器のゼロ点調整回路を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）センサの測定値をＡＤ変換した時系列データを入力処理するＣＰＵを有し、前記時系列データの所定個数をサンプルしてその平均値により前記測定値のゼロ点を判定する伝送器のゼロ点調整回路において、
前記時系列データの所定個数をサンプルし、各サンプルデータの自己二乗積と組み合わされる全てのサンプルデータ間の積との和を積の個数で除した値を開平した積和演算値を算出する積和演算手段と、
前記平均値及び前記積和演算値を入力し、その差が所定値以上のときゼロ点判定出力を前記ＣＰＵに発信するゼロ点判定手段と、
を有することを特徴とする伝送器のゼロ点調整回路。

（２）前記センサが電磁流量計であることを特徴とする請求項１記載の伝送器のゼロ点調整回路。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）単純平均のみを利用する従来回路に比較して、少ない時系列データで精度よくゼロ点を判定できるので、判定周期を短縮しゼロ点調整精度を向上せしめることが可能である。
（２）ノイズレベルの高い電磁流量計をセンサとする伝送器において、ゼロ点判定処理を短周期で精度良く実行でき、流量計としての精度向上に貢献できる。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明を適用したゼロ点調整回路を有する２線式伝送器の実施例を示す機能ブロック図である。図４で説明した従来回路と同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

図１において、平均演算手段１１は従来回路の構成と同一であり、サンプル・ラッチ手段１０を介して与えられるサンプルデータの単純平均ＤＡＶ値を算出する。サンプルデータがＤ１，Ｄ２，Ｄ３の３データである場合には、ＤＡＶ値は、
ＤＡＶ＝（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）／３ （２）
となる。

１００は本発明の特徴部を形成する積和演算手段であり、各サンプルデータの自己２乗積と組み合わされる全てのサンプルデータ間の積との和を積の個数で除した値を開平した積和演算値を算出する。サンプルデータがＤ１，Ｄ２，Ｄ３の３データである場合には、積和演算のＤＰ値は、

となる。

２００はゼロ点判定手段であり、（２）式のＤＡＶ値及び（３）式のＤＰ値を入力し、その差が所定値DELTA以上のときにゼロ点判定出力ＤzをＣＰＵ１のゼロ点調整機能１ａに発信する。

このような回路構成において、センサの測定値ＰＶが有限のプロセス値を示している場合には、ＤＰ≒ＤＡＶとなる。しかし、測定値がゼロ近傍で揺動している場合には、Ｄ１・Ｄ２，Ｄ２・Ｄ３，Ｄ１・Ｄ３の積は正になる場合も負になる場合も存在するために、ＤＰ≠ＤＡＶとなる。故に、所定の値DELTAを用いて│ＤＰ−ＤＡＶ│＞DELTAとなった場合は、ゼロとみなすことができる。

本発明の判定手法によれば、最小限３個のサンプルデータでゼロ点を精度よく判定できる。図２及び図３により、３データを用いた場合のシミュレーション結果を説明する。外乱データは、乱数を用いて−５０〜５０の間でランダムに発生させ、これを元データとしている。

図２は、センサ信号が０％を基準に外乱により揺動している場合を示し、ゼロを中心に発生している点線のランダムデータに対し、細い実線で示すＤＡＶ値と太い実線で示すＤＰ値は一致しない。

図３は、センサ信号が５０％を基準に外乱により揺動している場合を示し、ランダムデータを５０％を中心に０％〜１００％に重畳させている。この場合は、細い実線で示すＤＡＶ値と太い実線で示すＤＰ値は一致する。

以上説明した実施例では、３個のサンプルデータを用いた例を説明したがサンプル個数はこれに限定されるものではなく、もっと多くのデータを用いて判定精度を高めることが可能であるが、判定周期が長くなるので両者のトレードオフで適切なサンプル個数を決定することになる。

本発明は、外乱ノイズレベルの高い電磁流量計をセンサとする伝送器に適用して効果が高いが、これに限定されるものではなく、プロセスの物理量を測定するセンサを有する伝送器一般に適用することが可能である。

本発明を適用したゼロ点調整回路を有する２線式伝送器の実施例を示す機能ブロック図である。 センサ信号が０％を基準に外乱により揺動している場合のシミュレーション図である。 センサ信号が５０％を基準に外乱により揺動している場合のシミュレーション図である。 ゼロ点調整回路を有する従来の２線式伝送器の実施例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ ＣＰＵ
１ａ ゼロ点調整機能
２ センサ
３ ＡＤ変換器
４ 出力部
５ 電源部
６，６´ 伝送線
７ 受信装置
８ フィールドバス
９ 上位装置
１０ サンプル・ラッチ手段
１１ 平均演算手段
１００ 積和演算手段
２００ ゼロ点判定手段

Claims (2)

1. センサの測定値をＡＤ変換した時系列データを入力処理するＣＰＵを有し、前記時系列データの所定個数をサンプルしてその平均値により前記測定値のゼロ点を判定する伝送器のゼロ点調整回路において、
   前記時系列データの所定個数をサンプルし、各サンプルデータの自己二乗積と組み合わされる全てのサンプルデータ間の積との和を積の個数で除した値を開平した積和演算値を算出する積和演算手段と、
   前記平均値及び前記積和演算値を入力し、その差が所定値以上のときゼロ点判定出力を前記ＣＰＵに発信するゼロ点判定手段と、
   を有することを特徴とする伝送器のゼロ点調整回路。
2. 前記センサが電磁流量計であることを特徴とする請求項１記載の伝送器のゼロ点調整回路。
   

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