JP2009048328A - ２線式伝送器 - Google Patents

Abstract

【課題】２線式伝送器に関し、２線式伝送器の動作に支障を生じない範囲で、センサを含む物理量検出部へ供給する電力を増加することにより、物理量検出信号のＳ／Ｎ比を大きくして、物理量の測定精度を向上する２線式伝送器を提供すること。
【解決手段】物理量検出部により物理量を検出し、この物理量に対応した伝送電流が供給される２線式伝送器において、可変電圧を出力し、前記伝送電流の一部である余剰電流を検出して検出信号を出力する可変電圧出力部と、前記検出信号に基づいて前記可変電圧を変更する可変電圧設定信号を前記可変電圧出力部へ出力する可変電圧設定部と、前記可変電圧が入力されて、この入力電圧に基づいて前記物理量検出部へ電力を供給する定電圧出力部と、を備えたことを特徴とするもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、２線式伝送器に関し、特に、物理量の測定精度を向上する２線式伝送器に関するものである。

特開平５−１６６０９３号公報

特許文献１に、以下と同様の構成および動作が開示されている。

２線式伝送器は、プロセス制御を行うプラント設備の一部を構成し、物理量（プロセス量）である流量、圧力または温度などを検出および演算して、コントローラに演算値を電流信号として伝送する。この２線式伝送器について、図４を用いて説明する。

図４において、２線式伝送器２１は、可変レギュレータ２３、定電圧回路２４、信号処理回路２５を備えている。

２線式伝送器２１は、信号処理回路２５で検出される物理量に対応した伝送電流Ｉｏをコントローラへ伝送し、２線式伝送器２１の内部で消費した電流を伝送電流Ｉｏから差し引いた余剰電流Ｉ２２を負荷２２に流す。

直流電源２０の正極（＋）は、伝送線Ｌ１を介して２線式伝送器２１の端子Ｔ１に接続され、負極（−）は、負荷抵抗１１および伝送線Ｌ２を介して端子Ｔ２に接続される。

伝送電流Ｉｏは、直流電源２０の正極（＋）から端子Ｔ１を介して２線式伝送器２１の内部へ流れ、端子Ｔ２および負荷抵抗１１を介して直流電源２０の負極（−）へ流れる。

このとき、伝送電流Ｉｏは、信号処理回路２５で検出される物理量に対応した信号電圧Ｖｓ１および伝送電流Ｉｏに比例する帰還電圧Ｖｆ１を入力した演算増幅器Ｑ５並びにトランジスタＱ３およびＱ４により制御されて、信号電圧Ｖｓ１に対応した電流（例えば４ｍＡから２０ｍＡの範囲）となる。

伝送電流Ｉｏは、内部回路の消費電流Ｉ２と負荷２２に流れる電流Ｉ２２に分かれ、この電流Ｉ２２は、伝送電流Ｉｏから内部回路の消費電流Ｉ２を差し引いた電流（以下「余剰電流Ｉ２２」という）である。余剰電流Ｉ２２は、演算増幅器Ｑ５の出力ＶＣ１に基づき負荷２２のインピーダンスを変化させることにより制御される。

また、可変レギュレータ２３には、トランジスタＱ３のコレクタ電圧Ｖ２および帰還電圧Ｖｆ１が加えられて、帰還電圧Ｖｆ１に対応する電圧Ｖ３および電流Ｉ３を出力する。

出力電圧Ｖ３は、定電圧回路２４に入力されて、定電圧回路２４は、定電圧Ｖｄ１および電流Ｉｄ１を出力する。定電圧Ｖｄ１および電流Ｉｄ１は、センサ（図示しない）を含む信号処理回路２５へ電力を供給する。

可変レギュレータ２３において、帰還電圧Ｖｆ１（伝送電流Ｉｏに比例）と出力電圧Ｖ３とは、逆関数の関係となる。さらに、出力電圧Ｖ３と出力電流Ｉ３は、逆関数の関係となる。このため、伝送電流Ｉｏが増加すると、出力電圧Ｖ３が減少して、出力電流Ｉ３は増加する。

例えば、伝送電流Ｉｏが４ｍＡのとき、可変レギュレータ２３の出力電圧Ｖ３は１１Ｖ、出力電流Ｉ３は３．２ｍＡとなる。このとき、負荷２２に流れる余剰電流Ｉ２２は、約０．８ｍＡとなる。

また、伝送電流Ｉｏが２０ｍＡのとき、可変レギュレータ２３の出力電圧Ｖ３は７Ｖ、出力電流Ｉ３は５．１ｍＡとなる。このとき、負荷２２に流れる余剰電流Ｉ２２は、約１４．９ｍＡとなる。

信号処理回路２５に含まれるセンサに供給する電力を多くすれば、物理量検出信号の電圧は大きくなるとともに、物理量検出信号のＳ／Ｎ比（検出信号電圧対ノイズ電圧比）が大きくなり、物理量の測定精度が向上する。

このため、２線式伝送器２１は、なるべく余剰電流Ｉ２２を減少させ、この減少分を定電圧回路２４の出力電流Ｉｄ１として信号処理回路２５に含まれるセンサへ流して、センサへの供給電流を増加させることが望ましい。

しかし、２線式伝送器２１は、余剰電流Ｉ２２を検出、監視していない。このため、可変レギュレータ２３および定電圧回路２４が、信号処理回路２５に含まれるセンサへの供給電流を増加した場合、余剰電流Ｉ２２が０ｍＡになり、トランジスタＱ３のコレクタ電圧Ｖ２が低下して、可変レギュレータ２３、定電圧回路２４および信号処理回路２５などの内部回路が動作しなくなることがある。

本発明の目的は、２線式伝送器に関し、２線式伝送器の動作に支障を生じない範囲で、センサを含む物理量検出部へ供給する電力を増加することにより、物理量検出信号のＳ／Ｎ比を大きくして物理量の測定精度を向上する２線式伝送器を提供することである。

このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
物理量検出部により物理量を検出し、この物理量に対応した伝送電流が供給される２線式伝送器において、
可変電圧を出力し、前記伝送電流の一部である余剰電流を検出して検出信号を出力する可変電圧出力部と、
前記検出信号に基づいて前記可変電圧を変更する可変電圧設定信号を前記可変電圧出力部へ出力する可変電圧設定部と、
前記可変電圧が入力されて、この入力電圧に基づいて前記物理量検出部へ電力を供給する定電圧出力部と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記可変電圧設定信号は、
前記検出信号に基づいて前記可変電圧を階段状に変更する、
ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記可変電圧設定信号は、
前記検出信号に比例して前記可変電圧を変更する、
ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記可変電圧設定信号は、
前記検出信号に基づいて前記可変電圧を曲線状に変更する、
ことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、
前記可変電圧設定信号は、
前記検出信号に対応したデューティ比を有するパルス幅変調信号を平滑した信号により前記可変電圧を変更する、
ことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、
前記可変電圧設定信号は、
前記検出信号に対応したデジタル信号をＤＡ変換した信号により前記可変電圧を変更する、
ことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、
前記検出信号は、
前記余剰電流に対応した電圧をＡＤ変換する、
ことを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、
前記検出信号は、
前記余剰電流に対応した電圧をＶＦ変換する、
ことを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項１から８のいずれか一項に記載の発明において、
前記可変電圧出力部は、
前記可変電圧を分圧した電圧と前記可変電圧設定信号の電圧とを等しい電圧値とするようにトランジスタを介して前記余剰電流を制御する演算増幅器を用いて前記可変電圧を出力する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、２線式伝送器に関し、２線式伝送器の動作に支障を生じない範囲で、余剰電流の検出信号に基づいてセンサを含む物理量検出部へ供給する電力を増加することにより、物理量検出信号のＳ／Ｎ比を大きくして物理量の測定精度を向上する２線式伝送器を実現できる。

［第１の実施例］
図１は、本発明を適用した２線式伝送器のブロック図であり、これを用いて第１の実施例を説明する。

本発明の２線式伝送器１００は、物理量（プロセス量）である流量、圧力または温度などを検出および演算して、コントローラ（図示しない）などに演算値を電流信号として伝送する。

本実施例は、余剰電流Ｉｒを検出して、この検出信号に基づいてセンサを含む物理量検出部へ供給する電力を変更するものである。

２線式伝送器１００は、物理量検出部３０、演算部４０、可変電圧出力部５０、可変電圧設定部６０、定電圧出力部７０、電流伝送部８０および伝送電流制御部９０を備えている。

２線式伝送器１００の外部に設けられた直流電源１１０の正極端子（＋）は、伝送線Ｌ１００を介して２線式伝送器１００の端子Ｔ１００に接続され、負極端子（−）は、負荷抵抗Ｒｓ１１０および伝送線Ｌ１０１を介して端子Ｔ１０１に接続される。端子Ｔ１００およびＴ１０１は、電流伝送部８０に接続される。

つぎに、電流伝送部８０の構成について説明する。

端子Ｔ１００は、トランジスタＱ８０のエミッタ端子に接続され、トランジスタＱ８０のベース端子は、トランジスタＱ８２のコレクタ端子に接続される。

トランジスタＱ８２のエミッタ端子は、抵抗Ｒ８３およびダイオードＤ８０を介して伝送電流検出抵抗Ｒｓ８０の一端に接続され、伝送電流検出抵抗Ｒｓ８０の他端は、端子Ｔ１０１に接続される。

なお、ダイオードＤ８０のカソード端子と伝送電流検出抵抗Ｒｓ８０の一端との接続点の電圧は、共通電圧Ｖｃｏｍとする。

トランジスタＱ８０のコレクタ端子は、ダイオードＤ８１のアノード端子に接続され、ダイオードＤ８１のカソード端子は、可変電圧出力部５０のトランジスタ（例えば、電界効果トランジスタ）Ｑ５０のドレイン端子に接続される。なお、Ｄ８１のカソード端子と共通電圧Ｖｃｏｍとの間には、定電圧ダイオードおよびキャパシターが並列に接続される。

つぎに、伝送電流制御部９０の構成について説明する。

演算部４０の出力は、抵抗Ｒ９０を介して演算増幅器Ａ９０の非反転入力端子（＋）に接続され、演算増幅器Ａ９０の非反転入力端子（＋）と共通電圧Ｖｃｏｍとの間に、キャパシターＣ９０が接続される。なお、演算部４０については後述する。

演算増幅器Ａ９０の出力端子は、抵抗Ｒ９１を介して演算増幅器Ａ９１の反転入力端子（−）に接続されるとともに、演算増幅器Ａ９１の反転入力端子（−）は、抵抗Ｒ９２を介して伝送電流検出抵抗Ｒｓ８０と端子Ｔ１０１との接続点に接続される。

演算増幅器Ａ９１の出力端子は、抵抗Ｒ８０および抵抗Ｒ８１を介してトランジスタＱ８２のベース端子に接続される。

つぎに、演算部４０および物理量検出部３０の構成について説明する。

物理量検出部３０は、センサ（図示しない）を含み、センサにより流量、圧力または温度などの物理量を検出して出力する。

演算部４０は、物理量検出部３０から出力される物理量検出信号を受け取り、物理量を演算する。

つぎに、可変電圧出力部５０の構成について説明する。可変電圧出力部５０は、余剰電流検出部５１を備えている。

トランジスタＱ５０のドレイン端子は、抵抗Ｒ５０の一端および定電圧出力部７０の入力に接続される。トランジスタＱ５０のドレイン端子の電圧は、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０である。

抵抗Ｒ５０の他端は、抵抗Ｒ５１の一端に接続され、抵抗Ｒ５１の他端は、共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

抵抗Ｒ５０と抵抗Ｒ５１との接続点は、演算増幅器Ａ５０の反転入力端子（−）に接続され、演算増幅器Ａ５０の出力端子は、トランジスタＱ５０のゲート端子に接続される。トランジスタＱ５０のソース端子は、余剰電流検出部５１を介して共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

余剰電流検出部５１は、余剰電流検出抵抗Ｒｓ５０およびＡＤ変換部５２を備えている。余剰電流検出抵抗Ｒｓ５０の一端は、トランジスタＱ５０のソース端子に接続され、他端は共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

余剰電流検出抵抗Ｒｓ５０とトランジスタＱ５０のソース端子との接続点は、ＡＤ変換部５２の入力に接続される。ＡＤ変換部５２の出力は、可変電圧設定部６０の可変電圧設定制御部６１の入力に接続される。

つぎに、可変電圧設定部６０の構成について説明する。可変電圧設定部６０は、可変電圧設定制御部６１を備えている。

可変電圧設定制御部６１の出力は、抵抗Ｒ６２の一端に接続される。抵抗Ｒ６２の他端は、演算増幅器Ａ５０の非反転入力端子（＋）に接続されるとともに、抵抗Ｒ６２の他端と共通電圧Ｖｃｏｍとの間にキャパシターＣ６２が接続される。

可変電圧設定制御部６１の電源端子は、定電圧出力部７０の出力電圧Ｖ７０に接続され、この基準電圧端子は、共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

つぎに、定電圧出力部７０について説明する。定電圧出力部７０の出力電圧Ｖ７０は、物理量検出部３０、演算部４０および可変電圧設定制御部６１の電源端子に接続され、これらの基準電圧端子は、共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

つぎに、２線式伝送器１００の動作について説明する。

まず、物理量検出部３０および演算部４０の動作について説明する。

物理量検出部３０および演算部４０は、流量、圧力または温度などの物理量を検出して演算する。

例えば電磁流量計の場合、物理量検出部３０は、測定流体に磁界を与え、電磁誘導により測定流体中に発生する起電力を検出する。この起電力は、測定流体の流速に対応しているため、演算部４０は、物理量検出部３０から出力された物理量検出信号を受け取り、流速および流量を演算する。

また、流量測定は、渦式流量測定であってもよい。物理量検出部３０は、圧力伝送器の場合には圧力を検出し、温度伝送器の場合には温度を検出する。

つぎに、電流伝送部８０および伝送電流制御部９０の動作について説明する。

演算部４０は、演算値に対応した信号を出力する。例えば、演算部４０の出力は、演算流量値に対応したデューティ比を有するパルス幅変調信号である。

演算部４０の出力は、抵抗Ｒ９０とキャパシターＣ９０から構成されるローパスフィルタにより高周波数信号成分を減衰され、平滑される。平滑された信号は、電圧フォロワを構成する演算増幅器Ａ９０を介して出力される。

演算増幅器Ａ９１の反転入力端子（−）には、演算増幅器Ａ９０の出力が抵抗Ｒ９１を介して入力され、伝送電流検出抵抗Ｒｓ８０と端子Ｔ１０１との接続点の電圧Ｖｓ８０が抵抗Ｒ９２を介して入力される。

演算増幅器Ａ９１の反転入力端子（−）の電圧が、ほぼ非反転入力端子（＋）の電圧（共通電圧Ｖｃｏｍ）に等しくなるように、演算増幅器Ａ９１の出力は、抵抗Ｒ８０および抵抗Ｒ８１を介してトランジスタＱ８２にベース電流を流す。

トランジスタＱ８２のベース電流により、トランジスタＱ８２のコレクタ電流（トランジスタＱ８０のベース電流）、トランジスタＱ８０のエミッタ電流およびコレクタ電流が流れる。

これにより、伝送電流Ｉｓが、直流電源１１０の正極端子（＋）から端子Ｔ１００を介して２線式伝送器１００の内部に流入し、伝送電流検出抵抗Ｒｓ８０、端子Ｔ１０１および負荷抵抗Ｒｓ１１０を介して直流電源１１０の負極端子（−）に流出する。

２線式伝送器１００の内部は、直流電源１１０から、端子Ｔ１００、Ｔ１０１間の電圧および伝送電流Ｉｓの供給を受けて動作する。

例えば、演算流量値が１時間あたり０立方メートルの場合、演算部４０の出力信号のデューティ比は２０％、伝送電流Ｉｓは４ｍＡとなる。また、１時間あたり６立方メートルの場合、デューティ比は８０％、伝送電流Ｉｓは２０ｍＡとなる。このように、２線式伝送器１００は、直流電源１１０から演算値に対応した伝送電流Ｉｓの供給を受ける。

つぎに、可変電圧出力部５０および定電圧出力部７０の動作について説明する。

伝送電流Ｉｓは、トランジスタＱ８０のエミッタ、コレクタ端子およびダイオードＤ８１を介して可変電圧出力部５０に流れる。

可変電圧出力部５０から出力される電流Ｉ５０は、定電圧出力部７０の入力へ流れ、定電圧出力部７０、可変電圧設定部６０、演算部４０および物理量検出部３０で消費される。

余剰電流Ｉｒは、トランジスタＱ５０のドレイン、ソース端子および余剰電流検出部５１を介して共通電圧Ｖｃｏｍへ流れる。余剰電流Ｉｒは、伝送電流Ｉｓの一部であり、内部回路の消費電流Ｉ５０を伝送電流Ｉｓから差し引いたものである。言い換えれば、余剰電流Ｉｒは、２線式伝送器１００の内部回路の消費電流の余裕分（マージン）である。

可変電圧出力部５０の演算増幅器Ａ５０の反転入力端子（−）に入力される電圧Ｖｄｉｖと、非反転入力端子（＋）に入力される可変電圧設定信号Ｖ６０の電圧とを等しくするように、演算増幅器Ａ５０の出力は、トランジスタＱ５０を介して余剰電流Ｉｒを制御する。

この制御により、可変電圧出力部５０から出力される可変電圧Ｖ５０は、下記式（１）で表すことができる。

なお、電圧Ｖｄｉｖは、抵抗Ｒ５０および抵抗Ｒ５１により、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０を分圧した電圧である。

定電圧出力部７０へ入力される可変電圧Ｖ５０、入力電流Ｉ５０、出力電圧Ｖ７０および出力電流Ｉ７０の関係は、入出力電力の変換効率Ｔを用いて、下記式（２）で表すことができる。変換効率Ｔは、０から１の間の値である。なお、定電圧出力部７０の出力電圧Ｖ７０は一定電圧値である。

定電圧出力部７０は、可変電圧設定部６０、演算部４０および物理量検出部３０へ、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０に関連した電力（Ｖ７０とＩ７０との積）を供給する。

可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は、可変電圧設定部６０の可変電圧設定信号Ｖ６０に関連し、可変電圧設定信号Ｖ６０は、余剰電流検出部５１の出力電圧Ｖ５１および余剰電流Ｉｒに関連する。可変電圧設定部６０は、余剰電流検出部５１の出力電圧Ｖ５１に対し任意の特性を有する可変電圧設定信号Ｖ６０を出力する。

可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０と余剰電流Ｉｒとの関係について、図２を用いて説明する。

図２（ａ）において、余剰電流Ｉｒは、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０と比例関係にある。図２（ｂ）において、余剰電流Ｉｒの変化に対して、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は階段状に変化する。図２（ｃ）において、余剰電流Ｉｒの変化に対して、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は曲線状に変化する。

まず、図２（ａ）の動作について説明する。伝送電流Ｉｓが４ｍＡの場合、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＡ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ａとなる（Ａ点）。

流量などの物理量が大きくなり、伝送電流Ｉｓが２０ｍＡになった場合、余剰電流Ｉｒが増加して、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＢ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ｂとなる（Ｂ点）。

このとき、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０が増加するため、式（２）より、定電圧出力部７０の出力電流Ｉ７０も増加する。定電圧出力部７０の出力電流Ｉ７０が増加するとともに、余剰電流Ｉｒは減少することにより、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＣ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ｃとなる（Ｃ点）。

図２（ｃ）の動作はつぎのようになる。伝送電流Ｉｓが４ｍＡの場合、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＧ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ｇとなる（Ｇ点）。

流量などの物理量が大きくなり、伝送電流Ｉｓが２０ｍＡになった場合、余剰電流Ｉｒが増加して、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＨ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ｈとなる（Ｈ点）。

このとき、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０が増加するため、式（２）より、定電圧出力部７０の出力電流Ｉ７０も増加するとともに、余剰電流Ｉｒは減少することにより、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＩ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ｉとなる（Ｉ点）。

つぎに、図２（ｂ）の動作について説明する。伝送電流Ｉｓが４ｍＡの場合、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＤ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ｄとなる（Ｄ点）。

流量などの物理量が大きくなり、伝送電流Ｉｓが２０ｍＡになった場合、余剰電流Ｉｒが増加して、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＥ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ｅとなる（Ｅ点）。

このとき、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０が増加するため、式（２）より、定電圧出力部７０の出力電流Ｉ７０も増加する。そして、定電圧出力部７０の出力電流Ｉ７０が増加するとともに、余剰電流Ｉｒは減少することにより、余剰電流Ｉｒは値ＩｒＦ、および可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は値Ｖ５０Ｅとなる（Ｆ点）。

Ｅ点からＦ点に変化する間、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は、値Ｖ５０Ｅと一定であるため、図２（ａ）と比較して、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０の変動を抑えることができる。

さらに、可変電圧出力部５０の余剰電流検出部５１および可変電圧設定部６０の動作を用いて、図２の動作を詳しく説明する。

余剰電流検出抵抗Ｒｓ５０は、この抵抗に流れる余剰電流Ｉｒを検出し、この検出信号の電圧は余剰電流Ｉｒに比例する。ＡＤ変換部５２は、この検出信号の電圧を受け取り、この電圧に対応したデジタル信号に変換し、可変電圧設定制御部６１へデジタル信号を出力する。

可変電圧設定制御部６１は、ＡＤ変換部５２のデジタル信号出力に対応したデューティ比を有するパルス幅変調信号Ｖ６１を出力する。

パルス幅変調信号Ｖ６１は、抵抗Ｒ６２とキャパシターＣ６２から構成されるローパスフィルタにより高周波数信号成分を減衰され、平滑される。平滑された信号は、ほぼ直流化されていて、可変電圧設定部６０の可変電圧設定信号Ｖ６０として、演算増幅器Ａ５０の非反転入力端子（＋）へ出力される。

例えば、図２（ａ）において、余剰電流Ｉｒが値ＩｒＡ（Ａ点）から値ＩｒＢ（Ｂ点）に増加した場合、ＡＤ変換部５２の出力Ｖ５１のデジタル値が増加する。可変電圧設定制御部６１は、このデジタル値の増加に比例して、パルス幅変調信号Ｖ６１のデューティ比を増加させる。

同様に、図２（ｂ）または（ｃ）において、可変電圧設定制御部６１は、ＡＤ変換部５２の出力Ｖ５１のデジタル値の増加に対し、階段状または曲線状にパルス幅変調信号Ｖ６１のデューティ比を増加させる。なお、可変電圧設定制御部６１は、図２（ａ）、（ｂ）または（ｃ）のいずれか一つの動作を任意に行うことができる。

パルス幅変調信号Ｖ６１のデューティ比の増加とともに、可変電圧設定部６０の可変電圧設定信号Ｖ６０の直流電圧が増加する。そして、式（１）に表すように、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０が増加して、値Ｖ５０Ｂとなる。

図２（ａ）、（ｂ）または（ｃ）において、伝送電流Ｉｓが４ｍＡから２０ｍＡに変化した場合、可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０は、値Ｖ５０Ａから値Ｖ５０Ｃ、値Ｖ５０Ｄから値Ｖ５０Ｅまたは値Ｖ５０Ｇから値Ｖ５０Ｉへ増加するため、式（２）より、定電圧出力部７０の出力電力も増加する。これにより、定電圧出力部７０から物理量検出部３０へ供給される電力が増加するため、物理量検出信号の電圧が増加し、Ｓ／Ｎ比が大きくなり物理量の測定精度が向上する。

また、例えば、センサが絶縁劣化などの故障を生じて、物理量検出部３０の消費電力が増加して、２線式伝送器１００が、供給電流不足により動作不良を生じる恐れがある。

しかし、このとき、図２（ａ）、（ｂ）または（ｃ）において、余剰電流Ｉｒは減少して可変電圧出力部５０の可変電圧Ｖ５０も減少するため、式（２）より、定電圧出力部７０の出力電力も減少する。このため、２線式伝送器１００が、供給電流不足により動作不良を生じることを防止できる。

本実施例によって、２線式伝送器に関し、２線式伝送器の動作に支障を生じない範囲で、余剰電流の検出出力に基づいてセンサを含む物理量検出部へ供給する電力を増加することにより、物理量検出信号のＳ／Ｎ比を大きくして物理量の測定精度を向上する２線式伝送器を実現できる。

［第２の実施例］
第２の実施例を、図３を用いて説明する。図３は、本発明を適用した２線式伝送器のブロック図の他の例であり、図１と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。

本実施例と第１の実施例である図１との相違点は、可変電圧出力部５５の余剰電流検出部５６および可変電圧設定部６５である。以下において、この相違点について説明する。

まず、余剰電流検出部５６の構成について説明する。余剰電流検出部５６は、余剰電流検出抵抗Ｒｓ５０およびＶＦ変換部（電圧信号−周波数信号変換）５７を備えている。

余剰電流検出抵抗Ｒｓ５０とトランジスタＱ５０のソース端子との接続点は、ＶＦ変換部５７の入力に接続され、ＶＦ変換部５７の出力は、可変電圧設定部６５の可変電圧設定制御部６６の入力に接続される。

つぎに、可変電圧設定部６５の構成について説明する。可変電圧設定部６５は、可変電圧設定制御部６６およびＤＡ変換部（デジタル信号−アナログ信号変換）６７を備えている。

可変電圧設定制御部６６の出力は、ＤＡ変換部６７の入力に接続され、ＤＡ変換部６７の可変電圧設定信号Ｖ６７は、演算増幅器Ａ５０の非反転入力端子（＋）に接続される。

可変電圧設定制御部６６およびＤＡ変換部６７の電源端子は、定電圧出力部７０の出力電圧Ｖ７０に接続され、これらの基準電圧端子は、共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

つぎに、余剰電流検出部５６および可変電圧設定部６５の動作について説明する。

ＶＦ変換部５７は、余剰電流検出抵抗Ｒｓ５０に発生した検出信号を受け取り、この検出信号の電圧に対応した周波数信号に変換して、可変電圧設定制御部６６へ出力する。

可変電圧設定制御部６６は、ＶＦ変換部５７の周波数信号出力に対応したデジタル値信号Ｖ６６を出力する。

ＤＡ変換部６７は、可変電圧設定制御部６６のデジタル信号出力Ｖ６６を受け取り、このデジタル信号出力Ｖ６６を可変電圧設定信号Ｖ６７にＤＡ変換（デジタル信号−アナログ信号変換）し、演算増幅器Ａ５０の非反転入力端子（＋）へ出力する。

例えば、図２（ａ）において、余剰電流Ｉｒが値ＩｒＡ（Ａ点）から値ＩｒＢ（Ｂ点）に増加した場合、ＶＦ変換部５７の出力Ｖ５７の周波数値が増加する。この周波数値の増加に対応して、可変電圧設定制御部６６は、出力信号Ｖ６６のデジタル値を増加する。

これとともに、ＤＡ変換部６７の可変電圧設定信号Ｖ６７の電圧が増加する。そして、式（１）に表すように、可変電圧出力部５５の可変電圧Ｖ５０が増加して、値Ｖ５０Ｂとなる。なお、ＤＡ変換部６７の可変電圧設定信号Ｖ６７は、式（１）の可変電圧設定信号Ｖ６０に代入することができる。

本実施例によって、２線式伝送器に関し、第１の実施例と同様な２線式伝送器を実現できる。

なお、本発明は、前述の実施例に限定されることなく、その本質を逸脱しない範囲で、さらに多くの変更および変形を含むものである。

本発明を適用した２線式伝送器のブロック図である。 可変電圧出力部の出力電圧Ｖ５０と余剰電流Ｉｒとの関係を表す図である。 本発明を適用した２線式伝送器のブロック図の他の例である。 背景技術における２線式伝送器のブロック図である。

符号の説明

３０ 物理量検出部
４０ 演算部
５０ 可変電圧出力部
５１ 余剰電流検出部
５２ ＡＤ変換部
６０ 可変電圧設定部
６１ 可変電圧設定制御部
６２ 平滑部
７０ 定電圧出力部
８０ 電流伝送部
９０ 伝送電流制御部
１００ ２線式伝送器

Claims (9)

1. 物理量検出部により物理量を検出し、この物理量に対応した伝送電流が供給される２線式伝送器において、
   可変電圧を出力し、前記伝送電流の一部である余剰電流を検出して検出信号を出力する可変電圧出力部と、
   前記検出信号に基づいて前記可変電圧を変更する可変電圧設定信号を前記可変電圧出力部へ出力する可変電圧設定部と、
   前記可変電圧が入力されて、この入力電圧に基づいて前記物理量検出部へ電力を供給する定電圧出力部と、
   を備えたことを特徴とする２線式伝送器。
2. 前記可変電圧設定信号は、
   前記検出信号に基づいて前記可変電圧を階段状に変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の２線式伝送器。
3. 前記可変電圧設定信号は、
   前記検出信号に比例して前記可変電圧を変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の２線式伝送器。
4. 前記可変電圧設定信号は、
   前記検出信号に基づいて前記可変電圧を曲線状に変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の２線式伝送器。
5. 前記可変電圧設定信号は、
   前記検出信号に対応したデューティ比を有するパルス幅変調信号を平滑した信号により前記可変電圧を変更する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の２線式伝送器。
6. 前記可変電圧設定信号は、
   前記検出信号に対応したデジタル信号をＤＡ変換した信号により前記可変電圧を変更する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の２線式伝送器。
7. 前記検出信号は、
   前記余剰電流に対応した電圧をＡＤ変換する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の２線式伝送器。
8. 前記検出信号は、
   前記余剰電流に対応した電圧をＶＦ変換する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の２線式伝送器。
9. 前記可変電圧出力部は、
   前記可変電圧を分圧した電圧と前記可変電圧設定信号の電圧とを等しい電圧値とするようにトランジスタを介して前記余剰電流を制御する演算増幅器を用いて前記可変電圧を出力する、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の２線式伝送器。

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