JP2009064313A - ２線式伝送器 - Google Patents

Abstract

【課題】２線式伝送器に関し、周囲温度が低温になった場合またはバックアップするデータ量が設計変更により増加した場合においても、積算データをバックアップすることができる２線式伝送器を提供することである。
【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、前記伝送電流の一部である余剰電流の変化を検出した変化検出信号を出力する余剰電流変化検出部と、前記物理量を積算した積算データを前記変化検出信号に基づいて記憶部へ格納する演算制御部と、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、２線式伝送器への供給電源電圧が低下または遮断したときの物理量の積算データバックアップに関するものである。

積算データをバックアップする２線式伝送器の例を図４および図５に表す。なお、図４と同様の構成は特許文献１の図６に、図５および図６と同様の構成などは特許文献２の図１および図２に示されている。

２線式伝送器は、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、コントローラへ演算値を電流信号として伝送する。このような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１２は、電流伝送部２０、電圧出力部９、物理量検出部１９を備えている。

直流電源１０の正極（＋）は、伝送線Ｌ１を介して２線式伝送器１２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２線式伝送器１２の端子Ｔ２に接続される。

伝送電流Ｉｏは、直流電源１０の正極（＋）から端子Ｔ１を介して２線式伝送器１２の内部へ流れ、端子Ｔ２を介して直流電源１０の負極（−）へ流れる。これにより、２線式伝送器１２は、端子Ｔ１、Ｔ２間電圧Ｖｏ１および伝送電流Ｉｏの電力供給を直流電源１０から受ける。

電圧出力部９の出力電圧Ｖ１は、ＤＣ／ＤＣ変換部１６の入力端子Ｔ３および増幅器１３、１４に加えられ、ＤＣ／ＤＣ変換部１６の直流電圧Ｖｄ１は物理量検出部１９に加えられる。

物理量検出部１９において、例えば渦流量計の場合、センサ１８は、測定流体の流れにより発生するカルマン渦を電気信号として検出する。このカルマン渦の数は測定流体の流速に対応しており、信号処理回路１７は、このカルマン渦の数を計数した値に基づいて測定流体の流量を演算する。

信号処理回路１７の出力は、絶縁回路１５および増幅器１４を介して増幅器１３へ伝達され、増幅器１３は、伝送電流Ｉｏに対応した帰還電圧Ｖｆ１と増幅器１４の出力電圧とが一致するように、トランジスタＱ１のベース電流およびコレクタ電流を変化させる。これにより、伝送電流Ｉｏは、演算された流量値に対応した電流値となり、例えば、伝送電流Ｉｏは４ｍＡから２０ｍＡの範囲となる。

このとき、２線式伝送器１２の内部回路の消費電流Ｉｃｏｎを伝送電流Ｉｏから差し引いた余剰電流ＩＱ１が、トランジスタＱ１のコレクタ電流として流れる。

つぎに、直流電源１０の出力電圧が低下または遮断したとき、例えば、２線式伝送器１２が流量値の積算データをバックアップする動作について、図５を用いて説明する。図５は、物理量検出部１９、マイクロプロセッサ２７および電圧低下検出部２９などを表したブロック図である。

センサ１８により検出されたカルマン渦の数は、変換回路２１を介して外部カウンタ２２により計数され、マイクロプロセッサ２７は、計数値を受け取り流量を演算し、演算された流量値を積算する。

そして、直流電源１０の出力電圧が低下または遮断したとき、電圧出力部９の出力電圧Ｖ１が低下するとともに、ＤＣ／ＤＣ変換部１６の直流電圧Ｖｄ１も低下する。その後、直流電圧Ｖｄ１が所定電圧以下になったとき、電圧低下検出部２９において、電圧低下検出信号ＮＭＩ（ノンマスカブル割込み信号）の電圧が変化する。

マイクロプロセッサ２７は、電圧低下検出信号ＮＭＩの電圧変化を検出したとき、積算データを記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４へ格納してバックアップを行う。なお、マイクロプロセッサ２７および記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４などのデジタル回路は、ＤＣ−ＤＣ変換部１６の直流電圧Ｖｄ１から電力供給を受けている。

さらに、この動作について、図６のタイミングチャート図を用いて説明する。

図６（ａ）に示すように、ＤＣ／ＤＣ変換部１６の直流電圧Ｖｄ１は、時刻ｔ１以後低下し始めて、時刻ｔ２において電圧Ｅｔｈとなり、時刻ｔ３において電圧Ｅｅｎａとなり、その後ゼロボルトとなる。

電圧Ｅｔｈは、（Ｒ１＋Ｒ２）ｘＥｓ／Ｒ２であり、電圧Ｅｅｎａは、マイクロプロセッサ２７および記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４の動作可能電圧である。

図６（ｂ）に示すように、電圧低下検出信号ＮＭＩは、時刻ｔ２においてハイレベル電圧からローレベル電圧に変化する。そして、マイクロプロセッサ２７は、この電圧変化を検出することにより積算データを記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４へバックアップする。

このとき、積算データバックアップ許容時間ｔ１００は、時刻ｔ２からｔ３までの時間である。マイクロプロセッサ２７は、積算データバックアップ許容時間ｔ１００の間に、積算データを記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４へバックアップする必要がある。

バックアップが積算データバックアップ許容時間ｔ１００の間に終了しない場合、ＤＣ／ＤＣ変換部１６の直流電圧Ｖｄ１が電圧Ｅｅｎａより低下することにより、マイクロプロセッサ２７および記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４は正常に動作せず、積算データがバックアップされないことがある。

なお、図６（ｃ）に示すように、リセット信号ＲＳＴは、遅延回路２８により、時刻ｔ２から遅延時間ｔｄだけ遅れ、時刻ｔ４においてハイレベル電圧からローレベル電圧に変化する。その後、マイクロプロセッサ２７は、リセット信号ＲＳＴにより、リセット状態となり動作を停止する。ここで、時刻ｔ４は時刻ｔ３より遅いので、リセット信号ＲＳＴは、マイクロプロセッサ２７のバックアップ動作に影響を与えない。

特開平５−１６６０９３号公報 実公平７−３３４６４号公報

２線式伝送器１２の周囲温度が低温（例えば０℃以下）となった場合、マイクロプロセッサ２７および記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４などのデジタル回路の消費電力は高温時より増加するため、図６（ａ）に示すＤＣ／ＤＣ変換部１６の直流電圧Ｖｄ１の低下する時刻ｔ２およびｔ３が早まる。

このため、積算データバックアップ許容時間ｔ１００は短くなり、マイクロプロセッサ２７は、積算データを記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４へバックアップできないことがある。

また、低温時に限らず、バックアップするデータ量が設計変更により増加した場合、マイクロプロセッサ２７から記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４へバックアップするために必要な時間が増加する。

このため、マイクロプロセッサ２７は、積算データバックアップ許容時間ｔ１００の間に、積算データを記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４へバックアップできないことがある。特に、マイクロプロセッサ２７から記憶部ＥＥＰＲＯＭ２４へデータをシリアル転送する場合、転送時間が増加し、バックアップに必要な時間がより増加する。

また、２線式伝送器１２への供給電圧（直流電源１０の出力電圧）が低下または遮断するとともに、ＤＣ／ＤＣ変換部１６の直流電圧Ｖｄ１が低下したとき、２線式伝送器１２は、この低下または遮断情報を外部に発信しないため、ユーザーは、この情報を知ることができない。

本発明の目的は、２線式伝送器に関し、周囲温度が低温になった場合またはバックアップするデータ量が設計変更により増加した場合においても、積算データをバックアップすることができる２線式伝送器を提供することである。また、２線式伝送器への供給電圧が低下または遮断した場合、これに関連する情報をユーザーに知らせることができる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、
前記伝送電流の一部である余剰電流の変化を検出した変化検出信号を出力する余剰電流変化検出部と、
前記物理量を積算した積算データを前記変化検出信号に基づいて記憶部へ格納する演算制御部と、
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、
前記演算制御部へ供給するクロックの周波数を前記変化検出信号に基づいて低くする分周部、
を備えたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の発明において、
前記物理量検出部および前記演算制御部へ供給する電力供給電圧を前記変化検出信号に基づき変化させる可変電圧出力部、
を備えたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記可変電圧出力部は、
第１基準電圧またはこの第１基準電圧より低い第２基準電圧を選択する選択部を備え、
前記電力供給電圧を、前記変化検出信号に基づき前記選択部で選択した選択基準電圧に対応した電圧に変化させる、
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、
前記変化検出信号に基づき警告メッセージを表示する表示部、
を備えたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、
前記変化検出信号に基づき警告データを送信する通信部、
を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、２線式伝送器に関し、余剰電流が減少したとき積算データのバックアップを行うことにより、積算データバックアップ許容時間が長くなり、周囲温度が低温になった場合またはバックアップするデータ量が設計変更により増加した場合においても、積算データをバックアップすることができる２線式伝送器を実現できる。

請求項２の発明によれば、２線式伝送器に関し、余剰電流が減少したとき演算制御部へ供給するクロックの周波数を低くすることにより、演算制御部の消費電力が小さくなり、内部電源電圧の低下する時間が遅くなる。これにより、さらに積算データバックアップ許容時間が長くなり、周囲温度が低温になった場合またはバックアップするデータ量が設計変更により増加した場合においても、積算データをバックアップすることができる２線式伝送器を実現できる。

請求項３または請求項４の発明によれば、２線式伝送器に関し、余剰電流が減少したとき物理量検出部および演算制御部への供給電力を小さくすることにより、内部電源電圧の低下する時間が遅くなる。これにより、さらに積算データバックアップ許容時間が長くなり、周囲温度が低温になった場合またはバックアップするデータ量が設計変更により増加した場合においても、積算データをバックアップすることができる２線式伝送器を実現できる。

請求項５または請求項６の発明によれば、２線式伝送器に関し、２線式伝送器への供給電圧が低下または遮断されて余剰電流が減少したとき、警告メッセージを表示または警告データを送信することにより、余剰電流が減少した情報をユーザーに知らせることができる２線式伝送器を実現できる。

［第１の実施例］
本発明を適用した２線式伝送器のブロック図である図１を用いて、第１の実施例を説明する。本実施例は、余剰電流Ｉｒの減少を検出した変化検出信号ＮＭＩ５０に基づいて積算データをバックアップするものである。

図１において、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。

図１に示す本発明を適用した２線式伝送器１００は、物理量検出部３０、演算制御部４０、記憶部４１、余剰電流変化検出部５０および電流伝送部６０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２線式伝送器１００の端子Ｔ１０１に接続される。

端子Ｔ１００およびＴ１０１は、電流伝送部６０に接続される。つぎに、電流伝送部６０の構成について説明する。

端子Ｔ１００は、トランジスタＱ６０のエミッタ端子に接続され、トランジスタＱ６０のベース端子は、トランジスタＱ６２のコレクタ端子に接続される。

トランジスタＱ６２のエミッタ端子は、抵抗Ｒ６７およびダイオードＤ６０を介して伝送電流検出抵抗Ｒｓ６０の一端に接続され、伝送電流検出抵抗Ｒｓ６０の他端は端子Ｔ１０１に接続される。

なお、ダイオードＤ６０のカソード端子と伝送電流検出抵抗Ｒｓ６０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Ｑ６０のコレクタ端子は、ダイオードＤ６１のアノード端子に接続され、ダイオードＤ６１のカソード端子は、電圧出力部７０のトランジスタ（例えば、電界効果トランジスタ）Ｑ７０のドレイン端子に接続される。なお、ダイオードＤ６１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。

トランジスタＱ６０のコレクタ端子とトランジスタＱ６２のベース端子との間には、抵抗Ｒ６６および抵抗Ｒ６５が直列に接続される。

演算制御部４０の出力は、抵抗Ｒ６０を介して演算増幅器Ａ６０の非反転入力端子（＋）に接続され、演算増幅器Ａ６０の非反転入力端子（＋）と共通電圧Ｖｃｏｍとの間に、キャパシターＣ６０が接続される。なお、演算制御部４０については後述する。

演算増幅器Ａ６０の出力端子は、抵抗Ｒ６１を介して演算増幅器Ａ６１の反転入力端子（−）に接続されるとともに、演算増幅器Ａ６１の反転入力端子（−）は、抵抗Ｒ６２を介して伝送電流検出抵抗Ｒｓ６０と端子Ｔ１０１との接続点に接続され、抵抗Ｒ６３を介して通信部４５の出力に接続される。

演算増幅器Ａ６１の出力端子は、抵抗６５と抵抗６６との接続点に抵抗Ｒ６４を介して接続される。

つぎに、電圧出力部７０の構成について説明する。

トランジスタＱ７０のドレイン端子は、抵抗Ｒ７０の一端、抵抗Ｒ７２の一端およびＤＣ／ＤＣ変換部４６の入力に接続され、このドレイン端子の電圧は、電圧出力部７０から出力される電力供給電圧Ｖ７０である。

抵抗Ｒ７０の他端は抵抗Ｒ７１の一端に接続され、抵抗７１の他端は共通電圧Ｖｃｏｍに接続されるとともに、抵抗Ｒ７２の他端は定電圧ダイオードＤ７０のカソード端子に接続され、定電圧ダイオードＤ７０のアノード端子は共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

抵抗Ｒ７０と抵抗Ｒ７１との接続点は、演算増幅器Ａ７０の反転入力端子（−）に接続され、抵抗Ｒ７２と定電圧ダイオードＤ７０との接続点は、演算増幅器Ａ７０の非反転入力端子（＋）に接続される。

演算増幅器Ａ７０の出力端子はトランジスタＱ７０のゲート端子に接続され、トランジスタＱ７０のソース端子は余剰電流検出抵抗Ｒｓ７０の一端に接続されるとともに、余剰電流検出抵抗Ｒｓ７０の他端は共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

ＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力は、物理量検出部３０、演算制御部４０、記憶部４１、分周部４２、クロック発生部４３、表示部４４、通信部４５、比較部５１および遅延部５２などの電源端子に接続される。また、ＤＣ／ＤＣ変換部４６、物理量検出部３０、演算制御部４０、記憶部４１、分周部４２、クロック発生部４３、表示部４４、通信部４５、比較部５１および遅延部５２などの基準電圧端子は、共通電圧Ｖｃｏｍに接続される。

つぎに、物理量検出部３０、余剰電流変化検出部５０および演算制御部４０を含めた周辺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、流量、圧力または温度などの物理量を検出する。

演算制御部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。

クロック発生部４３から出力されるクロックＣＫ（以下、「原クロック」という）は、分周部４２へ入力され、分周部４２は、原クロックＣＫを分周したクロックＣＬＫを演算制御部４０へ出力する。

演算制御部４０は、分周部４２へ分周比を設定する第１制御信号Ｖ４２を出力し、記憶部４１、表示部４４および通信部４５へ各データを出力する。

余剰電流変化検出部５０は、比較部５１、遅延部５２および閾値電圧Ｅｓ５０（直流電圧）を備えている。比較部５１には、トランジスタＱ７０のソース端子と余剰電流検出抵抗Ｒｓ７０との接続点の信号（余剰電流検出信号Ｖｓ７０）が入力されるとともに、閾値電圧Ｅｓ５０が入力される。

比較部５１は、演算制御部４０および遅延部５２へ変化検出信号ＮＭＩ５０を出力し、遅延部５２は、演算制御部４０へリセット信号ＲＳＴ５０を出力する。なお、演算制御部４０は、変化検出信号ＮＭＩ５０をノンマスカブル割込み信号として、リセット信号ＲＳＴ５０をリセット信号として受け取る。

つぎに、この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および演算制御部４０の動作について説明する。

物理量検出部３０および演算制御部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、演算制御部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６０の動作について説明する。

演算制御部４０は、演算値に対応した信号ＰＷＭを抵抗Ｒ６０へ出力する。例えば、この出力信号ＰＷＭ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。

演算増幅器Ａ６１の反転入力端子（−）には、演算増幅器Ａ６０の出力が抵抗Ｒ６１を介して入力され、伝送電流検出抵抗Ｒｓ６０と端子Ｔ１０１との接続点の電圧Ｖｓ６０（伝送電流検出電圧）が抵抗Ｒ６２を介して入力される。

演算増幅器Ａ６１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Ａ６１の出力は、抵抗Ｒ６４および抵抗Ｒ６５を介してトランジスタＱ６２のベース電流を変化させ、この変化にともないトランジスタＱ６０のエミッタ電流（伝送電流Ｉｓ）が変化する。

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、２線式伝送器１００の内部から伝送電流検出抵抗Ｒｓ６０、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。

このように、２線式伝送器１００の内部は、直流電源１１０から、一対の端子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。

伝送電流Ｉｓの電流値は、電流伝送部６０の動作により、演算制御部４０で演算された物理量に対応（比例）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、演算制御部４０の出力信号ＰＷＭ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。

つぎに、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Ｑ６０のエミッタ、コレクタ端子およびダイオードＤ６１を介して電圧出力部７０に流れる。

電圧出力部７０の出力である電力供給電流Ｉ７０は、ＤＣ／ＤＣ変換部４６を介して、物理量検出部３０、演算制御部４０、記憶部４１、分周部４２、クロック発生部４３、表示部４４、通信部４５、比較部５１および遅延部５２などに流れる。

ここで、伝送電流Ｉｓと電圧出力部７０の電力供給電流Ｉ７０との差分を余剰電流Ｉｒとする。余剰電流Ｉｒは、伝送電流Ｉｓの一部であり、２線式伝送器１００の内部回路の消費電流を伝送電流Ｉｓから引いたものである。

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）であり、トランジスタＱ７０のドレイン端子からソース端子および余剰電流検出抵抗Ｒｓ７０を介して共通電圧Ｖｃｏｍへ流れる。

演算増幅器Ａ７０の反転入力端子（−）に入力される電圧Ｖｄｉｖと非反転入力端子（＋）に入力される電圧Ｖｒ７０とを等しくするように、演算増幅器Ａ７０の出力は、トランジスタＱ７０を介して余剰電流Ｉｒを制御する。

この制御により、電圧出力部７０の電力供給電圧Ｖ７０は、下記式（１）で表すことができる。

なお、電圧Ｖｄｉｖは、抵抗Ｒ７０および抵抗Ｒ７１により電圧出力部７０の電力供給電圧Ｖ７０を分圧した電圧である。電圧Ｖｒ７０は、定電圧ダイオードＤ７０のツェナー電圧である。

ＤＣ／ＤＣ変換部４６は、一定電圧Ｖ４６を出力する。ＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６、出力電流Ｉ４６および電圧出力部７０の電力供給電圧Ｖ７０、電力供給電流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。

電圧出力部７０は、ＤＣ／ＤＣ変換部４６を介して、物理量検出部３０および演算制御部４０などへ電力（ＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６と出力電流Ｉ４６との積）を供給する。

つぎに、余剰電流変化検出部５０などを含め、演算制御部４０の動作について、詳しく説明する。

演算制御部４０は、分周部４２からクロックＣＬＫを供給されて、このクロックＣＬＫに基づき物理量の演算などの動作を行う。なお、演算制御部４０は、プログラムメモリ（図示しない）に記憶されたプログラムを読み出して各動作を行う。

直流電源１１０の出力電圧が低下または遮断したとき、演算制御部４０は、比較部５１の変化検出信号ＮＭＩ５０に基づいて、演算物理量を積算した積算データＩＤＴを記憶部４１へ格納する。

比較部５１は、余剰電流検出信号Ｖｓ７０と閾値電圧Ｅｓ５０とを比較し、余剰電流検出信号Ｖｓ７０の電圧が閾値電圧Ｅｓ５０より低下したとき、比較部５１の変化検出信号ＮＭＩ５０をハイレベル電圧からローレベル電圧とする。

遅延部５２は、変化検出信号ＮＭＩ５０を所定時間遅らせたリセット信号ＲＳＴ５０を出力する。

これらの動作について、タイミングチャート図である図３を用いて説明する。図３（ａ）は電圧出力部７０の電力供給電圧Ｖ７０、図３（ｂ）は余剰電流検出信号Ｖｓ７０、図３（ｃ）はＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６、図３（ｄ）は変化検出信号ＮＭＩ５０、図３（ｅ）はリセット信号ＲＳＴ５０のタイミングチャートである。

図３（ａ）において、時刻ｔ１１に、直流電源１１０の出力電圧が低下または遮断したとする。これにともない、電圧出力部７０の電力供給電圧Ｖ７０（ａ）は、時刻ｔ１１以後低下し始めて、時刻ｔ１３に電圧Ｅｄへ低下して、その後ゼロボルトまで低下する。ここで、電圧Ｅｄは、直流電源１１０の出力電圧が低下または遮断する以前のＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６（ｃ）である。

時刻ｔ１１に、電圧出力部７０の電力供給電圧Ｖ７０（ａ）が低下するとともに、演算増幅器Ａ７０の反転入力端子（−）の入力電圧Ｖｄｉｖも低下することにより、演算増幅器Ａ７０の出力電圧が上昇し、余剰電流Ｉｒが減少する。

このため、図３（ｂ）において、余剰電流検出信号Ｖｓ７０は、時刻ｔ１１以後低下し始めて、時刻ｔ１２に閾値電圧Ｅｓ５０へ低下して、その後ゼロボルトまで低下する。なお、余剰電流検出信号Ｖｓ７０は、余剰電流検出抵抗Ｒｓ７０により余剰電流Ｉｒを電圧に変換した信号である。

図３（ｃ）において、時刻ｔ１３以後、電圧出力部７０の電力供給電圧Ｖ７０（ａ）が電圧Ｅｄより低下するとともに、ＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６（ｃ）は、同様に低下し始めて、時刻ｔ１４に電圧Ｅｅｎａへ低下して、その後ゼロボルトまで低下する。なお、電圧Ｅｅｎａは、演算制御部４０および記憶部４１などが動作可能な電源電圧値である。

図３（ｄ）において、時刻ｔ１２以後、余剰電流検出信号Ｖｓ７０（ｂ）の電圧が閾値電圧Ｅｓ５０より低下するため、これにともない時刻ｔ１２において、変化検出信号ＮＭＩ５０（ｄ）は、ハイレベル電圧からローレベル電圧に低下して、以後ローレベル電圧を維持する。

そして、時刻ｔ１２において、演算制御部４０は、変化検出信号ＮＭＩ５０（ｄ）の電圧変化をノンマスカブル割込み信号として受信した後、演算物理量を積算した積算データＩＤＴを記憶部４１へ格納してバックアップする。

バックアップは、図３（ｄ）に示す積算データバックアップ許容時間ｔ２００の間に行う必要がある。

積算データバックアップ許容時間ｔ２００は、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４までの時間であり、バックアップ開始から、演算制御部４０および記憶部４１が動作可能な電源電圧（電圧Ｅｅｎａ）に低下するまでの時間である。

このため、積算データバックアップ許容時間ｔ２００の間であれば、演算制御部４０は記憶部４１へバックアップすることができる。

そして、図３（ｅ）において、バックアップが終了した後、遅延部５２から出力されるリセット信号ＲＳＴ５０は、時刻ｔ１５にハイレベル電圧からローレベル電圧に低下して、以後ローレベル電圧を維持する。なお、時刻ｔ１５は、変化検出信号ＮＭＩ５０（ｄ）がローレベル電圧へ低下した時刻ｔ１２に遅延時間ｔｄ５０を加えた時間である。

リセット信号ＲＳＴ５０（ｅ）がローレベル電圧になるとともに、演算制御部４０の動作は停止する。その後、ＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６（ｃ）がゼロボルトになっても、不揮発性メモリである記憶部４１は、バックアップした積算データＩＤＴを保持することができる。なお、記憶部４１は、ＥＥＰＲＯＭのほかフラッシュメモリなどを使用することができる。

なお、図３（ｃ）で示した積算データバックアップ許容時間ｔ１００は、図６（ｂ）で示したものと同様の時間である。

ここで、図３（ｃ）の積算データバックアップ許容時間ｔ１００と図３（ｄ）の積算データバックアップ許容時間ｔ２００とを比較する。本実施例における図３（ｄ）の積算データバックアップ許容時間ｔ２００は、余剰電流Ｉｒの変化検出信号ＮＭＩ５０に基づきバックアップを開始した時間分だけ、図３（ｃ）の積算データバックアップ許容時間ｔ１００より長くなる。

なお、余剰電流変化検出部５０は、図５の電圧低下検出部２９と同様の構成とすることもできる。

また、余剰電流変化検出部５０は、余剰電流検出信号Ｖｓ７０をＡＤ変換するＡＤ変換部（図示しない）またはＶＦ変換（電圧信号−周波数信号変換）するＶＦ変換部（図示しない）を有し、これらの変換信号を比較部５１へ入力してもよい。そして、余剰電流変化検出部５０が、余剰電流Ｉｒの減少にともない、ＡＤ変換値または周波数値が所定値より小さくなったことを検出したとき、演算制御部４０は、積算データＩＤＴを記憶部４１へ格納してバックアップすることができる。

本実施例によって、２線式伝送器に関し、余剰電流が減少したとき積算データのバックアップを行うことにより、積算データバックアップ許容時間が長くなり、周囲温度が低温になった場合またはバックアップするデータ量が設計変更により増加した場合においても、積算データをバックアップすることができる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１および図３を用いて説明する。本実施例は、余剰電流Ｉｒの減少を検出した変化検出信号ＮＭＩ５０に基づいて演算制御部４０に供給するクロックＣＬＫの周波数を低くした後、積算データをバックアップするものである。以下に、第１の実施例と相違するクロックＣＬＫの周波数を低くする点を中心に説明する。

図３（ｄ）において、演算制御部４０は、時刻ｔ１２に、変化検出信号ＮＭＩ５０の電圧変化をノンマスカブル割込み信号として受信した後、分周部４２へ分周比を２倍に設定する第１制御信号Ｖ４２を出力する。これにより、演算制御部４０へ供給されるクロックＣＬＫの周波数は１／２となる。

なお、分周比はＮ倍（Ｎは１を超える数）であってもよく、このときクロックＣＬＫの周波数は１／Ｎとなる。

演算制御部４０は、つぎに、演算物理量を積算した積算データＩＤＴを記憶部４１へ格納してバックアップする。

なお、クロックＣＬＫの周波数は１／Ｎとなるため、演算制御部４０の消費電力が小さくなる。これにより、図３（ｃ）ＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６の低下は遅くなるとともに、時刻ｔ１４が遅くなるため、図３（ｄ）の積算データバックアップ許容時間ｔ２００が長くなる。

本実施例によって、２線式伝送器に関し、余剰電流が減少したとき演算制御部へ供給するクロックの周波数を低くすることにより、演算制御部の消費電力が小さくなり、内部電源電圧の低下する時間が遅くなる。これにより、さらに積算データバックアップ許容時間が長くなり、周囲温度が低温になった場合またはバックアップするデータ量が設計変更により増加した場合においても、積算データをバックアップすることができる２線式伝送器を実現できる。

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

本実施例は、余剰電流Ｉｒの減少を検出した変化検出信号ＮＭＩ５０に基づいて可変電圧出力部８０の電力供給電圧Ｖ８０を低くした後、積算データをバックアップするものである。以下に、第１の実施例と相違する可変電圧出力部８０を中心に説明する。

平滑部８２は演算制御部４０からパルス幅変調信号を受け取り、平滑部８２の出力Ｖ８２は第２基準電圧として選択部８１に入力される。また、抵抗Ｒ７２と定電圧ダイオードＤ７０との接続点の電圧ＶＺは、第１基準電圧として選択部８１に入力される。

選択部８１において、第１基準電圧ＶＺまたは第２基準電圧Ｖ８２のいずれか一方を選択するための第２制御信号Ｖ８１は、演算制御部４０から選択部８１に入力される。

選択部８１は、第２制御信号Ｖ８１に基づき選択した選択基準電圧Ｖｒ８１を演算増幅器Ａ７０の非反転入力端子（＋）へ出力する。

選択部８１を含む可変電圧出力部８０の動作について、図３も用いて説明する。

平滑部８２は、例えば抵抗とキャパシターから構成されるローパスフィルタ（図示しない）であり、演算制御部４０から受け取ったパルス幅変調信号を平滑して、ほぼ直流化された平滑信号を第２基準電圧Ｖ８２として出力する。なお、第２基準電圧Ｖ８２の直流電圧値は、第１基準電圧ＶＺより低い。

余剰電流Ｉｒの減少を検出していない通常動作状態において、選択部８１は、第２制御信号Ｖ８１に基づき選択した第１基準電圧ＶＺを選択基準電圧Ｖｒ８１として出力する。

このとき、可変電圧出力部８０から出力される電力供給電圧Ｖ８０は、式（１）と同様に下記式（３）で表すことができる。

図３（ｄ）において、演算制御部４０は、時刻ｔ１２に、変化検出信号ＮＭＩ５０の電圧変化をノンマスカブル割込み信号として受信した後、第２基準電圧Ｖ８２を選択するための第２制御信号Ｖ８１を選択部８１へ出力する。これにより、選択部８１は、第２制御信号Ｖ８１に基づき選択した第２基準電圧Ｖ８２を選択基準電圧Ｖｒ８１として出力する。

このとき、可変電圧出力部８０の電力供給電圧Ｖ８０は、式（１）と同様に下記式（４）で表すことができる。

演算制御部４０は、つぎに、演算物理量を積算した積算データＩＤＴを記憶部４１へ格納してバックアップする。

第２基準電圧Ｖ８２は第１基準電圧ＶＺより低いため、式（４）で表す可変電圧出力部８０の電力供給電圧Ｖ８０は、式（３）で表す電力供給電圧Ｖ８０より低くなる。このため、可変電圧出力部８０の電力供給電圧Ｖ８０が低くなることにともない、式（２）より、物理量検出部３０および演算制御部４０などへ供給する電力（ＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６と出力電流Ｉ４６との積）も小さくなる。なお、式（２）において、電圧出力部７０の電力供給電圧Ｖ７０および電力供給電流Ｉ７０は、可変電圧出力部８０の電力供給電圧Ｖ８０および電力供給電流Ｉ８０に置き換えることができる。

これにより、図３（ｃ）ＤＣ／ＤＣ変換部４６の出力電圧Ｖ４６の低下は遅くなるとともに、時刻ｔ１４が遅くなるため、図３（ｄ）の積算データバックアップ許容時間ｔ２００が長くなる。

なお、演算制御部４０は、平滑部８２へ出力するパルス幅変調信号のデューティ比を変更して、第２基準電圧Ｖ８２および式（４）に表す可変電圧出力部８０の電力供給電圧Ｖ８０を任意に変化させることができる。

また、平滑部８２はＤＡ変換部（図示しない）としてもよく、演算制御部４０は、ＤＡ変換部へデジタル信号を出力する。ＤＡ変換部は、ＤＡ変換（デジタル信号−アナログ信号変換）をして、変換電圧を第２基準電圧Ｖ８２として出力する。

このほか、ＤＣ／ＤＣ変換部４６を設けず、可変電圧出力部８０は、直接、電力供給電圧Ｖ８０および電力供給電流Ｉ８０により、物理量検出部３０および演算制御部４０などへ電力供給してもよい。

本実施例によって、２線式伝送器に関し、余剰電流が減少したとき物理量検出部および演算制御部への供給電力を小さくすることにより、内部電源電圧の低下する時間が遅くなる。これにより、さらに積算データバックアップ許容時間が長くなり、周囲温度が低温になった場合またはバックアップするデータ量が設計変更により増加した場合においても、積算データをバックアップすることができる２線式伝送器を実現できる。

［第４の実施例］
第４の実施例を、図１および図３を用いて説明する。本実施例は、余剰電流Ｉｒの減少を検出した変化検出信号ＮＭＩ５０に基づいて積算データをバックアップするとともに、２線式伝送器への供給電圧が低下または遮断されて余剰電流Ｉｒが減少したとき、余剰電流Ｉｒの減少を表す警告メッセージを表示または警告データを送信するものである。以下に、第１の実施例と相違する警告メッセージを表示または警告データを送信する点を中心に説明する。

図３（ｄ）において、演算制御部４０は、時刻ｔ１２に、変化検出信号ＮＭＩ５０の電圧変化をノンマスカブル割込み信号として受信した後、演算物理量を積算した積算データＩＤＴを記憶部４１へ格納してバックアップする。

演算制御部４０は、つぎに、余剰電流Ｉｒの減少を表す警告メッセージＤＩＳを表示部４４へ出力することにより、表示部４４は、警告メッセージＤＩＳを表示する。

演算制御部４０は、つぎに、余剰電流Ｉｒの減少を表す警告データＣＯＭＭを通信部４５へ出力することにより、通信部４５は、電流伝送部６０を介してコントローラ（図示しない）へ警告データＣＯＭＭを送信する。

本実施例によって、２線式伝送器に関し、２線式伝送器への供給電圧が低下または遮断されて余剰電流が減少したとき、警告メッセージを表示または警告データを送信することにより、余剰電流が減少した情報をユーザーに知らせることができる２線式伝送器を実現できる。

また、２線式伝送器１００、１０１は、フィールドバスに対応した２線式伝送器であってもよい。

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。 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。 図１および図２における各部の信号波形のタイミングチャートである。 背景技術における２線式伝送器のブロック図である。 図４における物理量検出部１９周辺のブロック図である。 図５における各部の信号波形のタイミングチャートである。

符号の説明

３０ 物理量検出部
４０ 演算制御部
４１ 記憶部
４２ 分周部
４３ クロック発生部
４４ 表示部
４５ 通信部
４６ ＤＣ／ＤＣ変換部
５０ 余剰電流変化検出部
５１ 比較部
５２ 遅延部
６０ 電流伝送部
７０ 電圧出力部
８０ 可変電圧出力部
８１ 選択部
１００、１０１ ２線式伝送器

Claims (6)

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、
   前記伝送電流の一部である余剰電流の変化を検出した変化検出信号を出力する余剰電流変化検出部と、
   前記物理量を積算した積算データを前記変化検出信号に基づいて記憶部へ格納する演算制御部と、
   を備えたことを特徴とする２線式伝送器。
2. 前記演算制御部へ供給するクロックの周波数を前記変化検出信号に基づいて低くする分周部、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の２線式伝送器。
3. 前記物理量検出部および前記演算制御部へ供給する電力供給電圧を前記変化検出信号に基づき変化させる可変電圧出力部、
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の２線式伝送器。
4. 前記可変電圧出力部は、
   第１基準電圧またはこの第１基準電圧より低い第２基準電圧を選択する選択部を備え、
   前記電力供給電圧を、前記変化検出信号に基づき前記選択部で選択した選択基準電圧に対応した電圧に変化させる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の２線式伝送器。
5. 前記変化検出信号に基づき警告メッセージを表示する表示部、
   を備えた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. 前記変化検出信号に基づき警告データを送信する通信部、
   を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の２線式伝送器。

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