JP2013531318A - スケーラブルレンジアビリティを有する送信機出力 - Google Patents

Abstract

工業用プロセス送信機は、検出システムと送信電子機器とを備える。検出システムは、ある範囲にわたってプロセス変量を検出する。送信電子機器は、検出システムに接続され、スケーリングされたアナログ通信信号を生成して、アナログループを通じてプロセス変量を通信する。範囲は、送信電子機器により、スケールにわたって不均衡に分布される。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業用プロセス送信機の出力に関する。より詳細には、本発明は、アナログ信号を使用して通信する送信機に関する。

プロセス機器は、工業用プロセスで使用されるプロセス流体の圧力、温度、流量、およびレベル等のプロセス変量の監視に用いられる。例えば、プロセス送信機は、一般に、工業用製造設備において複数の箇所で使用されて、種々の生産ラインに沿った種々のプロセス変量を監視する。プロセス送信機は、プロセスにおける物理的変化に応答して電気信号を生成するセンサを備える。例えば、圧力送信機は、水路や、薬品タンク内等にあるようなプロセス流体の圧力の関数として電気信号を生成する圧力変換器を備える。また、プロセス送信機は、一般に、送信機およびプロセスを遠隔で監視できるように、センサ信号を受信して処理するための送信電子機器を備える。遠隔で監視される送信機は、制御ループまたはネットワークを通じて制御室等の中央監視位置へ電気出力を送信する電子機器を備える。このように構成されると、プロセス制御システムおよび制御ループに自動スイッチ、弁、ポンプ、および他の同様の構成部品を含むことにより、制御室からプロセスを調整することができる。

送信機技術の進歩により、送信機により生成可能な情報の量が急速に増加している。特に、送信機は、複数のプロセス変量入力または１つのプロセス変量のより広い範囲を測定するための複数のセンサを備えることができる。例えば、送信機は、特許文献１、特許文献２、および特許文献３（すべてミネソタ州エデン プレーリーのローズマウント社）に記載されたような複数の圧力センサを備えることができる。同様に、通信技術が進歩して、より多くの情報およびデータを送信機と制御室との間で通信できるようになっている。例えば、ＨＡＲＴ（登録商標）またはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス等のデジタルネットワークプロトコルにより、複数のセンサおよび複数の送信機からのデータを、共通のデジタル通信バスを通じて送信することができる。

米国特許第５４９５７６９号明細書（ボーデン（Ｂｒｏｄｅｎ）他） 米国特許第６０４７２４４号明細書（ラッド・ジュニア（Ｒｕｄ．Ｊｒ．）） 米国特許第７４６７５５５号明細書（シュルテ（Ｓｃｈｕｌｔｅ）他）

多くの既存の制御システムは、アナログ制御ループを使用して動作するように構成される。多くのユーザは、デジタル通信の利点を好むが、機器のアップグレードや従業員のトレーニングにかかるコストに見合うものと考えることができない。一般的なアナログ制御ループは、４ｍＡ〜２０ｍＡの信号の形の、測定されたプロセス変量を表す出力を、送信機と制御室との間で送信する。前記特許文献２に記載されたような広範囲センサまたは二重範囲センサを有する送信機については、１または複数のセンサの全測定範囲が、アナログ信号に沿って比例して分散配置される。これにより、全信号に沿った送信機出力の分解能が低下し、センサ範囲内の特定の対象領域で使用可能な情報が少なくなる。したがって、アナログ制御ループを有する高度な送信機の互換性を高める必要がある。特に、アナログ制御ループで動作する送信機からより多くの情報を得る必要がある。

本発明は、工業用プロセス送信機により生成される、測定されたプロセス変量を表すアナログ出力信号に関するものである。

工業用プロセス送信機は、検出システムと送信電子機器とを備える。検出システムは、ある範囲にわたってプロセス変量を検出する。送信電子機器は、検出システムに接続され、スケーリングされたアナログ通信信号を生成する。

この範囲は、アナログループを通じてプロセス変量について通信する送信電子機器によって、スケールにわたって不均衡に分散配置される。

プロセス流体源に接続されたプロセス送信機と制御室とを有するプロセス制御システムを示す図である。 スケーラブルレンジアビリティを使用する通信プロトコルを通じて動作する送信電子機器を示す、図１のプロセス送信機の概略側面図である。 プロセス状態正常範囲および拡張範囲が、アナログ通信信号スケールにわたって不均衡に分散配置される状態を示すチャートである。 プロセス状態正常範囲および異常範囲が、アナログ通信信号スケールにわたって不均衡に分散配置される状態を示すチャートである。 プロセス状態正常範囲、拡張範囲および異常範囲が、アナログ通信信号スケールにわたって不均衡に分散配置される状態を示すチャートである。 スケーラブルレンジアビリティを有する送信機信号の処理を示すブロック図である。 マルチセンサ圧力送信機のためのトリリニア分散配置プロセス状態範囲間の変曲点を示すグラフである。 単一センサ温度送信機のためのトリリニア分散配置プロセス状態範囲間の変曲点を示すグラフである。 単一センサ圧力送信機のためのバイリニア変曲点を示すチャートである。 逆流範囲を含む単一センサ圧力送信機のためのトリリニア変曲点を示すチャートである。 真空範囲を含む単一センサ圧力送信機のためのトリリニア変曲点を示すチャートである。

図１は、プロセス送信機１２を備えた本発明のプロセス制御システム１０を示し、このプロセス送信機１２は、スケーラブルレンジアビリティを有する通信プロトコルを使用する。プロセス制御システム１０は、プロセス送信機１２、機器ディスプレイ１４、管１６、および制御室１８を備える。制御室１８は、制御ループ２０により送信機１２に接続され、ワークステーション２２を備える。ワークステーション２２は、電源および通信インタフェース等の、送信機１２と相互作用する種々の構成部品を備える。プロセス送信機１２は、管１６等のプロセス源に接続され、種々のプロセス変量センサを使用して、差圧ΔＰおよび温度Ｔ等の、プロセス流体Ｆのプロセス変量に関連する信号を生成する。プロセス送信機１２は、異なる範囲にわたって圧力読取値を示す複数の圧力センサを備えることができる。同様に、プロセス送信機１２は、広範囲にわたって温度読取値を示す温度センサを備えることができる。送信機１２は、各センサの出力範囲について較正される。本発明のスケーラブルレンジアビリティ技術を使用すると、送信機１２は、プロセス変量についてのアナログ制御ループを通じて、異なるレベルの分解能を有するデータを送信することができる。

一実施形態によれば、プロセス送信機１２は、プロセスフランジ２４、マニホルド２６、およびインパルス管３０を使用して、プロセス流体Ｆが内部を流れる管１６に結合される。プロセス送信機１２は、センサモジュール３４と送信電子機器モジュール３６とを備える。プロセスフランジ２４は、送信機１２をマニホルド２６に接続し、これにより送信機１２をプロセス流体Ｆから分離した較正、検査、メンテナンス等を可能にする。差圧ΔＰは、一次要素４０によりプロセス流体Ｆの流れ中に発生する。この一次要素４０は、図示した実施形態では、オリフィス板を備える。オリフィス板は、管１６よりも直径が小さい穴を有して、流量制限を行う。オリフィス板４０のいずれかの側の比較的高いおよび低い圧力が、インパルス管３０、マニホルド２６、およびフランジ２４を通してセンサモジュール３４に通信される。センサモジュール３４は、差圧ΔＰを検出するための、差圧センサおよび一対の絶対圧センサを備える。モジュール３４は、温度Ｔを検出するための温度センサをさらに備える。センサモジュール３４は、センサからの出力に基づいて電気信号を生成し、信号を送信電子機器モジュール３６に送信する。

ディスプレイ１４を使用することにより、送信機１２から情報を局所的に得ることができる。ディスプレイ１４は、異なる分解能における差圧ΔＰおよび温度Ｔに関連する情報を示す。制御室１８で、送信機１２から遠隔で情報を得ることもできる。送信機１２は、デジタルおよびアナログの両方の制御システムを通じて通信を行い、種々の分解能レベルでデータを制御室１８に送信することができる。送信機１２は、電子機器モジュール３６が無線または有線ネットワークを通じて制御室１８とデジタル通信を行うことができるようにする一体型電子機器を備える。種々の実施形態では、プロセス送信機１２が、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）またはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスネットワークプロトコルを通じて通信可能である。このようなデジタル通信プロトコルにより、複数のプロセス変量についてのデータを、送信機１２から制御室１８へ最大分解能で送信することが可能になる。

ワークステーション２２により、制御室１８は、アナログ制御ループ２０を使用して、プロセス送信機１２へのデータの送信およびプロセス送信機１２からのデータの受信が可能になる。一実施形態では、プロセス送信機１２は、４ｍＡ〜２０ｍＡのループで動作する２線送信機である。ワークステーション２２は、送信機１２を動作させ、ΔＰおよびＴに関連する制御ループ信号を処理するための、デジタルプロセッサや、ビデオディスプレイ、およびキーボード等の構成部品を備える。スケーラブルレンジアビリティを使用すると、送信電子機器モジュール３６は、アナログ通信信号のスケールにわたってプロセスセンサデータの範囲を不均衡に分散配置させて、変量データ分解能を達成するようにプログラムされた回路を備える。

図２は、圧力送信機１２、センサモジュール３４、および送信電子機器モジュール３６の一実施形態の概略を示す。センサモジュール３４は、センサ基板５６が配置されるハウジング５２およびベース５４、差圧センサ５８、分離チューブ６０Ａ、６０Ｂ、ならびに分離ダイヤフラム６２Ａ、６２Ｂを備える。送信機電子機器モジュール３６は、ハウジング６４、カバー６６、ディスプレイカバー６８、出力インタフェース７０、および送信機回路７２を備える。センサモジュール３４は、絶対圧センサ７４Ａ、７４Ｂおよび温度センサ７５をさらに備える。管１６の一次要素４０のいずれかの側で圧力Ｐ_１、Ｐ_２が発生する。Ｐ_２からＰ_１を引くことにより、ΔＰ（図１）が求められる。

センサモジュール３４のベース５４が、ねじ切り留め具等によりフランジ２４（図１）に接続される。センサ基板５６およびセンサ５８が、センサモジュール３４のハウジング５２内に取り付けられる。センサモジュール３４のハウジング５２は、例えばねじ接続により、電子機器モジュール３６のハウジング６４に接続される。同様に、カバー６６、６８が、当該技術分野で公知のような消火シールを形成するねじ接続によりハウジング６４に接続されて、ハウジング６４内から火が逃げるのを防ぐ。したがって、カバー６６、６８はハウジング６４から取り外し可能である。出力インタフェース７０および送信機回路７２は、送信電子機器モジュール３６内でハウジング６４に取り付けられる。

図示した実施形態では、センサ５８が、検出ダイヤフラムが一対の電極板間に配置された容量型の差圧セルを備える。一実施形態では、センサ５８が、フリック（Ｆｒｉｃｋ）他の米国特許第６２９５８７５号明細書（ミネソタ州エデン プレーリーのローズマウント社）に記載されているような金属ダイヤフラム型センサを備える。センサ５８は、液圧充填流体が内部に配置された分離チューブ６０Ａ、６０Ｂによりベース５４に接続される。分離ダイヤフラム６２Ａ、６２Ｂは、分離チューブ６０Ａ、６０Ｂ内の充填流体をプロセス流体Ｆの圧力Ｐ_１、Ｐ_２から分離する。プロセス流体Ｆの圧力Ｐ_１、Ｐ_２の物理的変化が、ベース５４内の分離ダイヤフラム６２Ａ、６２Ｂと、分離チューブ６０Ａ、６０Ｂ内の液圧充填流体とを通して、センサ５８により差圧ΔＰとして検出される。

記載された実施形態では、絶対圧センサ７４Ａ、７４Ｂが、容量型の絶対圧センサを備える。一実施形態では、センサ７４Ａ、７４Ｂが、シトラー（Ｓｉｔｔｌｅｒ）他の米国特許第６４８４５８５号明細書および一連の関連出願（すべてミネソタ州エデン プレーリーのローズマウント社）に記載されたような容量型圧力センサを備える。このようなセンサは、サファイア等の、高い圧縮強度を有する脆性検出材料を使用する技術を含む。センサ７４Ａ、７４Ｂは、分離チューブ６０Ａ、６０Ｂそれぞれの中の充填流体の圧力Ｐ_１、Ｐ_２を検出する。各圧力センサ７４Ａ、７４Ｂにより検出された圧力を互いに比較して、センサ５８により検出された差圧ΔＰの代わりに、またはこれと比較するために使用可能な差圧ΔＰを表す信号を生成することができる。

センサ５８、７４Ａ、７４Ｂは共に、単一センサデバイスを有する差圧センサ装置と、複数のセンサデバイスを有する絶対センサ装置とからなるセンサシステムを備える。しかし、他の実施形態では、センサシステムは、以下で説明するように、単一センサデバイスのみを備えていてもよい。差圧センサ５８および絶対圧センサ７４Ａ、７４Ｂは、センサ基板５６と電子通信を行う。センサ基板５６は、センサケーブル７６を通して送信機回路７２と電子通信を行う。送信機回路７２は、電子機器ケーブル７８を通して出力インタフェース７０と電子通信を行う。出力インタフェース７０は、送信機１２を制御ループ２０の配線に接続する。図４を参照してさらに詳細に説明するように、送信機回路７２は、各センサ５８、７４Ａ、７４Ｂからの出力信号を操作して、アナログ制御ループ２０に適合したアナログ出力信号を生成するよう、出力インタフェース７０に命令する。本発明の他の実施形態では、送信機回路７２、センサ基板５６、および出力インタフェース７０の機能の実行部が前述した実施形態と異なるように分散配置され、同様の結果を得る。

センサ５８は、小さい差圧を正確に測定する。センサ７４Ａ、７４Ｂは、絶対圧を正確に測定する。センサ５８は、圧力Ｐ_１、Ｐ_２の差を直接測定する。センサ７４Ａ、７４Ｂは、圧力Ｐ_１、Ｐ_２をそれぞれ直接測定する。センサ７４Ａ、７４Ｂ間の差が使用されることにより、大きな差圧が求められる。これにより、センサ５８、７４Ａ、７４Ｂを、多様な状況における圧力および差圧の検出に用いることができる。

一実施形態では、差圧センサ５８が０〜９ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）（０〜約６２．１ｋＰａ［キロパスカル］）の測定範囲を有し、圧力センサ７４Ａ、７４Ｂが、０〜５０００ｐｓｉ（０〜約３４．５ＭＰａ［メガパスカル］）の測定範囲を有する。したがって、例えば、センサ５８は、ライン圧力にかかわらず、差圧（Ｐ_１−Ｐ_２）が０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）となる範囲で機能する。例えば、Ｐ_１が９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）かつＰ_２が０であり、またはＰ_１が１００９ｐｓｉ（６．９６ＭＰａ）かつＰ_２が１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）である場合、いずれも９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）の差圧となる。絶対圧センサ７４Ａ、７４Ｂは、５０００ｐｓｉ（約３４．５ＭＰａ）未満の圧力で機能する。センサ７４Ａ、７４Ｂは圧力Ｐ_１、Ｐ_２を測定し、そこから差圧（Ｐ_１−Ｐ_２）を計算することができる。

システム１０は、動作中に管１６内に非常に高い差圧（ΔＰ）を発生させる性能を有する。正常範囲内で、管１６内の流れ状態により、例えば０〜９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）の小さい差圧のみが発生する。しかし、管１６のプロセスが、正常範囲を超えて、管１６内の流れ状態がより大きな差圧、例えば９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）を発生させる拡張範囲に入ることがある。予期しない、流れに無関係の状況により、プロセス圧力が拡張範囲圧力を超えて、さらに大きい差圧（例えば３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）〜１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ））が管１６内に発生する異常範囲に入ることがある。したがって、正常動作中にプロセスを監視するために、発生する可能性のある差圧の全範囲を監視する場合と比べて、操作者は、対象の小領域における差圧を監視すればよい。正常動作外のプロセスを監視するためには、正常範囲の対象の小領域における差圧を超えて、拡張範囲および異常範囲に入るのを見ることが必要になる。

拡張範囲では、例えば、大きな流量によって著しく大きな差圧が発生するが、これは、一般に正常範囲で発生する差圧の約４倍を超えることはない。説明した実施形態について、拡張範囲は、約９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜約３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の差圧を発生させる。拡張範囲圧力は、設備の始動時等に稀に発生するため、プロセスの日常動作に必要な通常の対象領域には含まれない。インパルス管路の詰まりや、マニホルド２６（図１）の弁が意図せず閉じる等、プロセスにおける異常範囲の異常状態では、普段は生じない非常に大きな差圧が発生し得るため、通常の対象領域には含まれない。説明した実施形態では、異常範囲が約３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）〜約１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）である。

差圧センサ５８は、小さい差圧範囲を正確に測定する。したがって、センサ５８は、一般に、正常範囲、すなわちプロセスの対象領域の差圧を検出するように構成される。しかし、検出された差圧が圧力センサ範囲を超えるときに、センサ５８を使用することはできない。具体的には例えば、圧力Ｐ_１と圧力Ｐ_２との差異が９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）を超えるときに、圧力センサ５８の出力が飽和する。したがって、送信機１２の出力を監視しているプロセスの操作者は、差圧センサ５８の出力のみによって拡張範囲プロセス状態を検出することはできない。絶対圧センサ７４Ａ、７４Ｂは非常に安定しており、正常範囲外の状態を検出する能力を送信機１２に与える。センサ７４Ａ、７４Ｂは、正常範囲、拡張範囲、および異常範囲の全体を通じて圧力Ｐ_１、Ｐ_２を検出するように構成される。センサ７４Ａ、７４Ｂは、検出された圧力Ｐ_１、Ｐ_２を使用して差圧ΔＰを計算することにより、プロセス外状態を検出する能力を送信機１２に与える。このように、送信機１２の高差圧飽和点が拡張され、または除去される。

図３Ａ〜３Ｃを参照して説明するように、送信機回路７２は、スケーラブルレンジアビリティ技術を実行して、正常範囲、拡張範囲、および異常範囲で発生した圧力にわたって４ｍＡ〜２０ｍＡのアナログ信号のスケールを分散配置させて、制御ループ２０を通じた通信を行う。正常範囲圧力、拡張範囲圧力、および異常範囲圧力間でスケールがずれる特定の点が、各範囲に必要な分解能に応じて変化する。

図３Ａは、正常範囲圧力および拡張範囲圧力がアナログ通信信号スケールにわたって不均衡に分散配置される状態を示すチャートである。本実施形態では、送信機１２が、高度の分解能を正常範囲に与え、低度の分解能を拡張範囲に与えるように構成される。これは、正常範囲についての詳細な情報、および少なくとも拡張範囲で起こっていることの表示を得ることに関心があるが、異常範囲には関心がないときに望ましい。

本実施形態によれば、０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の正常範囲差圧ΔＰは、出力信号の最初の１２ミリアンペア（４〜１６ｍＡ）にわたって配置される。したがって、正常範囲についての分解能は、約０．７５ｐｓｉ／ｍＡ（約５．２ｋＰａ／ｍＡ）である。９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の拡張範囲差圧ΔＰは、最後の４ミリアンペア（１６〜２０ｍＡ）にわたって配置される。したがって、拡張範囲についての分解能は、約６．７５ｐｓｉ／ｍＡ（約４６．５ｋＰａ／ｍＡ）である。送信機回路７２は、０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の正常範囲を反映する４ｍＡ〜１６ｍＡの信号と、９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の拡張範囲を反映する１６ｍＡ〜２０ｍＡの信号との発生を調整する。線形に対応付けられた信号が、正常範囲および拡張範囲のそれぞれについて生成される。

図３Ｂは、正常範囲圧力と、拡張範囲圧力を含む異常範囲圧力とが、アナログ通信信号スケールにわたって不均衡に分散配置される状態を示すチャートである。本実施形態では、送信機１２が、高度の分解能を正常範囲に与え、低度の分解能を異常範囲に与えるように構成される。これは、正常範囲についての詳細な情報、および少なくとも拡張範囲を含む異常範囲で起こっていることの表示を得ることに関心があるときに望ましい。

０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の正常範囲差圧ΔＰは、出力信号の最初の１４ミリアンペア（４〜１８ｍＡ）にわたって配置される。したがって、正常範囲についての分解能は、約０．６４ｐｓｉ／ｍＡ（約４．４ｋＰａ／ｍＡ）である。９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）の拡張範囲差圧および異常範囲差圧ΔＰは、最後の２ミリアンペア（１８〜２０ｍＡ）にわたって配置される。したがって、この範囲の分解能は、約４９５．５ｐｓｉ／ｍＡ（約３．４ＭＰａ／ｍＡ）である。送信機回路７２は、０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の正常範囲を反映する４ｍＡ〜１８ｍＡの信号と、９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）の拡張範囲および異常範囲の組合せを反映する１８ｍＡ〜２０ｍＡの信号との生成を調整する。線形に対応付けられた信号が、正常範囲と、拡張範囲および異常範囲との両方について生成される。

図３Ｃは、正常範囲圧力、拡張範囲圧力、および異常範囲圧力が、アナログ通信信号スケールにわたって不均衡に分散配置される状態を示すチャートである。本実施形態では、送信機１２が、高度の分解能を正常範囲に与え、低度の分解能を拡張範囲に与え、さらに低度の分解能を異常範囲に与えるように構成される。これは、正常範囲についての詳細な情報、拡張範囲についてのあるレベルの詳細、および少なくとも異常範囲で起こっていることの表示を得ることに関心があるときに望ましい。

０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の正常範囲差圧ΔＰは、出力信号の最初の１２ミリアンペア（４〜１６ｍＡ）にわたって配置する。したがって、正常範囲についての分解能は、約０．７５ｐｓｉ／ｍＡ（約５．２ｋＰａ／ｍＡ）である。９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の拡張範囲差圧ΔＰは、次の２ミリアンペア（１６〜１８ｍＡ）にわたって配置される。したがって、拡張範囲についての分解能は、約１３．５ｐｓｉ／ｍＡ（約９３．１ｋＰａ／ｍＡ）である。３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）〜１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）の異常範囲差圧ΔＰは、最後の２ミリアンペア（１８〜２０ｍＡ）にわたって配置する。したがって、異常範囲についての分解能は、約４８２ｐｓｉ／ｍＡ（約３．３２ＭＰａ／ｍＡ）である。送信機回路７２は、０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の正常範囲を反映する４ｍＡ〜１６ｍＡの信号と、９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の拡張範囲を反映する１６ｍＡ〜１８ｍＡの信号と、３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）〜１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）の異常範囲を反映する１８ｍＡ〜２０ｍＡの信号との生成を調整する。線形に対応付けられた信号が、正常範囲と、拡張範囲、異常範囲のそれぞれについて生成される。

プロセス制御システムの特定の必要に応じて、異なる分解能を有する異なるアナログ信号を得ることができる。アナログ信号を、正常範囲、拡張範囲、および異常範囲のそれぞれについて異なる分解能に分割することができる。前述したように、より高い分解能レベルを正常範囲で使用して、拡張範囲および異常範囲と比べて、プロセス変量のより小さい変化によって出力信号のより大きな変化を生じさせることができるようにする。したがって、出力信号の変化により、プロセスの小さい変化に容易に気づく。また、各範囲は、複数の分解能を有することができる。分解能間の変曲点は、センサの範囲上限、またはセンサの範囲内で生じ得る。例えば、異常範囲の上限を、最高範囲限界を有する圧力センサの上限内の点に設定することができ、最小範囲限界を有するセンサを正常範囲について使用することができる。あるいは、単一センサ出力を、正常範囲信号、拡張範囲信号、および異常範囲信号についての異なる分解能に分割することができる。変曲点を、検出される特定の圧力、または出力信号について使用される特定の電流で生じるようにプログラムすることができる。どこで変曲点が始まりどこで終わるのかの選択、およびどのセンサ信号を使用して各範囲を生じさせるかの選択に際し、使用するセンサの能力に応じて無限の選択肢がある。送信機回路７２は、出力インタフェース７０（図２）を操作して、各差圧ΔＰ範囲について異なる分解能を有し、かつ制御ループ２０を通じてワークステーション２２に送信されるアナログ出力信号を生成する。回路７２（図２）は、出力信号をバイリニア、トリリニア、または他の関係を有する単一出力信号として制御室１８に提示するスケーラブルレンジアビリティルーティンにより、プログラムされたソフトウェアを有する。図３Ｃの実施形態に一致する制御室１８に供給されるアナログ信号の生成について、図４、５を参照してさらに詳細に説明する。

図４は、送信機１２がスケーラブルレンジアビリティを有する送信機信号をどのように生成するかを示すブロック図である。送信機１２は、管１６に流体接続され、ワークステーション２２に電気的に接続される。送信機１２は、ディスプレイ１４、差圧センサ５８、絶対圧センサ７４Ａ、７４Ｂ、センサ基板５６、出力インタフェース７０、および送信機回路７２を備え、送信機回路７２は、信号プロセッサ７９およびコントローラ８０を備える。差圧センサ５８および絶対圧センサ７４Ａ、７４Ｂは、管１６内で液圧充填流体システム等を通して圧力源に接続され、適切な電気的接続によりセンサ基板５６に接続される。センサ基板５６は、ケーブル７６（図２）により送信電子機器７２に接続される。信号プロセッサ７９およびコントローラ８０は、ケーブル７８（図２）を通して出力インタフェース７０と直列に接続される。コントローラ８０は、局所ディスプレイ１４にも結合される。出力インタフェース７０は、制御ループ２０を通して制御室１８のワークステーション２２に接続される。ワークステーション２２は、入力インタフェース８１およびキャラクタライザ８２を備える。キャラクタライザ８２は、プロセス制御部８４およびプロセス警報部８６等の制御システムからの出力を供給する。

出力インタフェース７０および入力インタフェース８１は、制御ループ２０を通じてアナログループ信号、ループ電流Ｉ_Ｌをもたらす。ワークステーション２２は、送信機１２に電力を供給する。送信機１２の電源８８は、送信機１２の電子機器に調整された電力を供給する。コントローラ８０は、圧力とアナログ電流との関係に基づいて適切なループ電流を維持する。回路７２は、本発明のスケーラブルレンジアビリティ技術を実行する。したがって、４ｍＡ〜２０ｍＡのループ電流Ｉ_Ｌが、送信機１２とワークステーション２２の入力インタフェース８１との間で送られ、ループ電流Ｉ_Ｌの大きさは、センサ５８またはセンサ７４Ａ、７４Ｂにより検出された差圧に基づいてコントローラ８０により調節される。

本実施形態によれば、圧力センサ５８、７４Ａ、７４Ｂは、圧力Ｐ_１、Ｐ_２の変化として静電容量が変化することにより、管１６内の圧力を検出する。センサ５８は、Ｐ_１、Ｐ_２間の差が０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の間で変化したことに応じて、静電容量を変化させる。各センサ７４Ａ、７４Ｂは、圧力Ｐ_１、Ｐ_２それぞれが０〜５０００ｐｓｉ（０〜約３４．５ＭＰａ）で変化したことに応じて、静電容量を変化させる。０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の検出差圧を表す第１のアナログ信号が、センサ５８から生成される。計算された差圧Ｐ_１−Ｐ_２を表す第２のアナログ信号が生成される。温度センサ７５もセンサ基板５６に配置されて、送信機１２の温度を表す温度信号を生成する。検出された温度を使用して、信号プロセッサ７９により導き出された差圧値を訂正することができる。

送信電子機器７２の信号プロセッサ７９は、センサ５８、７４Ａ、７４Ｂによるアナログセンサ信号出力をセンサ基板５６から得る。信号プロセッサ７９は、検出された静電容量の関数であるデジタルセンサ信号を生成する。信号プロセッサ７９は、アナログ−デジタル変換、信号調整およびフィルタリングを含む種々の機能を果たすこともできる。信号プロセッサ７９は、センサ５８、７４Ａ、７４Ｂ用の静電容量−デジタル変換器またはアナログ−デジタル変換器を備える。一実施形態では、３つの変換器が、各センサにつき１つずつ使用される。別の実施形態では、すべてのセンサのそれぞれについての単一の変換器とともに、追加された混合器が使用される。さらに別の実施形態では、２つの変換器が使用され、一方がセンサ５８用であり、他方がセンサ７４Ａ、７４Ｂにより共有される。いずれの実施形態においても、信号プロセッサ７９は、さらに処理可能なデジタルセンサ信号を生成する。

デジタルセンサ信号が、送信機回路７２のコントローラ８０に送信される。コントローラ８０は、マイクロプロセッサを備え、メモリ等の種々の構成部品を備える。センサ７５からの入力を使用して、コントローラ８０は、当該技術分野で公知のように、温度変化についてのデジタル信号のそれぞれを補償する。信号プロセッサ７９のデジタルセンサ信号は、コントローラ８０により、例えば、メモリに記憶され、プロセス範囲、センサ範囲、センサ特性等に関連する情報がプログラムされた、参照テーブルまたは式を使用して、デジタル測定圧力値に変換される。コントローラ８０は、ディスプレイ制御信号をディスプレイ１４に供給して、任意の望ましい分解能で、測定された圧力値をディスプレイ１４に直接表示する。これにより、コントローラ８０は、検出された圧力が正常範囲、拡張範囲、異常範囲のどれにあるかを判定することができる。

コントローラ８０は、測定圧力値、および当該測定圧力値を表し出力インタフェース７０により制御ループ２０を通じて送信されるループ電流Ｉ_Ｌを生成するために、どのデジタルセンサ信号を使用するかを判定する。コントローラ８０は、信号プロセッサ７９を制御して、デジタルセンサ信号のいずれかまたはすべてを得ることができる。一実施形態では、コントローラ８０に、センサ５８からの出力の代わりにセンサ７４Ａ、７４Ｂからの出力を使用する特定の圧力遮断レベルがプログラムされる。例えば、コントローラ８０に、センサ５８が９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）以下の差圧ΔＰのみを検出可能であることを示す情報がプログラムされる。またコントローラ８０は、センサ５８から求められた差圧ΔＰを、センサ７４Ａ、７４Ｂの信号から計算された差圧ΔＰと比較するようにプログラムされる。計算された差圧が正常プロセス動作範囲（９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）未満）内の場合、センサ５８から出力された差圧ΔＰを使用して、Ｉ_Ｌとして送信される測定値を生成する。計算された差圧ΔＰが正常プロセス動作範囲外であってセンサ５８が適切に機能しない場合、計算された差圧ΔＰに基づくセンサ７４Ａ、７４Ｂからの出力が送信される。

コントローラ８０は、遮断レベルでのセンサ出力間の切換え時に、種々の遷移または混合技術を実行することができる。一実施形態では、センサ出力が、単に遮断レベルで切り換えられて、センサ信号が１００％遷移される。他の実施形態では、出力が遮断レベル前に所定の間隔で混合される。例えば、遮断レベルは、一般に、センサ５８（約９ｐｓｉまたは約６２．１ｋＰａ）のセンサ範囲上限に一致する。混合の一実施形態では、センサ５８からの信号の１００％およびセンサ７４Ａ、７４Ｂからの信号の０％が８．８ｐｓｉ（約６０．７ｋＰａ）で使用される。これは、センサ５８からの信号の０％およびセンサ７４Ａ、７４Ｂからの信号の１００％が９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）で使用されるまで、線形に遷移する。さらに他の実施形態では、前記ラッド・ジュニアの米国特許第６０４７２４４号明細書に記載されたような、より高度な混合技術を使用することができる。

コントローラ８０は、本発明のスケーラブルレンジアビリティ計算を実行して、制御ループ２０を通じて送信されるアナログ制御信号を生成するようにプログラムされたソフトウェアを含む。より詳細には、コントローラ８０は、４ｍＡ〜２０ｍＡにわたって分布したループ電流Ｉ_Ｌに対応付けられた測定圧力値の分解能を求める。測定圧力を求め、測定圧力を得るためにどのセンサ出力を使用するか、そのままのセンサ出力か、混合したセンサ出力のどちらを使用するかを判定した後、コントローラ８０は、プロセスが正常範囲、拡張範囲、異常範囲のどれにあるかを判定する。コントローラ８０は、図３Ａ〜３Ｃに例を示すように、アナログ制御信号に対応してプロセスの範囲が設定されている。コントローラ８０は、４ｍＡ〜２０ｍＡのスケールのどれだけを検出された圧力に割り当てるべきかを判定する。例えば、コントローラ８０は、正常範囲内で検出された圧力が、図３Ｃに示すように４ｍＡ〜１６ｍＡのループ電流Ｉ_Ｌを必要とすることを判定する。拡張範囲内で検出された圧力については、１６ｍＡ〜１８ｍＡのループ電流Ｉ_Ｌが必要であり、異常範囲内で検出された圧力については、図３Ｃに示すように１８ｍＡ〜２０ｍＡのループ電流Ｉ_Ｌが必要である。

コントローラ８０は、ループ電流Ｉ_Ｌに対応するアナログ信号を生成するための命令を与える。出力インタフェース７０は、測定圧力により求められる各スケール変化に変曲点を有する４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲にわたって、ワークステーション２２の入力インタフェース８１に１つの出力信号（ループ電流Ｉ_Ｌ）を送信する。一実施形態では、コントローラ８０がデジタル−アナログ変換器を使用して、選択または生成されたデジタル圧力信号をアナログ電流に変換する。

ワークステーション２２の入力インタフェース８１は、４ｍＡ〜２０ｍＡの信号を制御ループ２０から受信する。入力８１は、回路７２により生成された４ｍＡ〜２０ｍＡのアナログ信号を、工学単位スケールを表す信号に変換する。図３Ｃの例では、１６ｍＡが工学単位スケールの７５％に変換され、１８ｍＡが工学単位スケールの８７．５％に変換され、工学単位スケールの２０ｍＡが１００％に変換される。入力インタフェース８１は、出力インタフェース７０の反対の機能を提供し、キャラクタライザ８２により圧力に変換可能なデジタル信号を生成する。

キャラクタライザ８２は、工学単位スケール数を受信し、その数を圧力値に変換する。キャラクタライザ８２には、送信機回路７２により使用されるスケーラブルレンジアビリティ技術に関連し、送信機１２によって制御ループ２０に送信され、復号および表示可能なフォーマットのデータが供給される。例えば、キャラクタライザ８２は、入力インタフェース８１により工学単位に変換された受信ループ電流Ｉ_Ｌからどの差圧値ΔＰを解釈すべきかに対応する参照テーブルまたは式を含む。入力インタフェース８１およびキャラクタライザ８２の機能を、図示したワークステーション２２等のデジタル制御システムにより実行することができ、または、プログラム可能な論理コントローラ（ＰＬＣ）インタフェースにより実行することができる。

圧力値が正常動作範囲内にある場合、プロセス制御部８４でシステム１０を制御するためにプロセス制御信号を生成する。例えば、プロセス制御システム１０の自動スイッチ、弁、ポンプ、および他の同様の構成部品を作動させて、プロセス変量またはプロセス流体を制御することができる。圧力値が正常動作範囲外にあり拡張範囲に入っている場合、システム１０を診断すべきであることを操作者に警告するプロセス警報部８６に指示が与えられる。例えば、測定圧力が拡張範囲内にある場合、可聴または視覚警報をワークステーション２２に与えて、必要であれば、訂正動作を行うことができるようにする。

本実施形態によれば、図５は、マルチセンサ圧力送信機について、信号に線形に対応付けられたプロセス状態範囲間の変曲点の別の表示を示すグラフである。圧力センサ５８、７４Ａ、７４Ｂからの出力が、３つのプロセス状態範囲、すなわち正常範囲、拡張範囲、および異常範囲に分割される。正常範囲は０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）である。拡張範囲は９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）である。異常範囲は３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）〜１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）である。各範囲について、出力信号の分解能が送信機１２により調節される。したがって、送信機１２からのループ電流Ｉ_Ｌが、キャラクタライザ８２により、図５に示すトリリニア出力信号として復号される。図５は、流入するループ電流Ｉ_Ｌ（工学単位にスケーリングされた）を圧力に変換することのできるキャラクタライザ８２により記憶された情報を示す。

０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の正常範囲は、ループ電流Ｉ_Ｌスケールの最初の７５％に適用される。正常範囲は、プロセス中の小さい変化を観察可能なように、最高分解能を有する。したがって、制御システム１０の操作者は、プロセスを正確に制御できるように、正常範囲内で起こっていることをよりしっかりと理解する。９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の拡張範囲は、ループ電流Ｉ_Ｌスケールの次の１２．５％に対応する。拡張範囲は、プロセスがプロセス外レベルに移行したことを操作者に対して広く表示するように、中間分解能を有する。中間レベルは、操作者が問題を診断してプロセスを正常範囲に戻すように、十分な分解能を提供する。操作者は拡張範囲でプロセスを制御しようとしないため、高レベルの分解能は必要ない。３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）〜１０００ｐｓｉ（約６．８９ＭＰａ）の異常範囲圧力は、ループ電流Ｉ_Ｌスケールの最後の１２．５％に対応する。異常範囲は、全プロセス動作範囲にウィンドウを提供する低分解能を有し、操作者に対して、プロセスで行われていることの表示が必ずなされている。異常範囲では、動作を行う必要があるレベルにプロセスが達したことを知るだけでよく、正確なデータはそれほど有用ではない。

したがって、送信機１２は、ワークステーション２２に、３つの勾配を有するトリリニアアナログ出力信号を供給する。前述したように、正常範囲、拡張範囲、および異常範囲の勾配間の変曲点が回路７２にプログラムされる。変曲点は、前述したように遮断圧力レベルに基づくものであっても、遮断電流レベルに基づくものであってもよい。一実施形態では、送信機回路７２を、所定の電流レベルで勾配の変化を生じさせるようにプログラムすることができる。したがって、図３Ｃの実施形態では、電流レベルが９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）を超える検出圧力に対応することを知って、出力インタフェース７０が１６ｍＡの信号を生成するときに、回路７２が出力信号の勾配のスイッチを作動させる。このときに、回路７２は、前述したような正常範囲から拡張範囲への遷移時等にどのセンサ出力を使用するかを切り換えることもできる。しかし、前記実施形態で説明したような拡張範囲から異常範囲への遷移時等に、変曲点を単一センサの出力内の点で選択することができる。

スケーラブルレンジアビリティを、他の複数の変量センサシステムに適用することができる。例えば、スケーラブルレンジアビリティを、０〜３０ｐｓｉ（０〜約２０６．８ｋＰａ）の範囲で検出する歪みゲージ圧力センサ、および０〜５０００ｐｓｉ（０〜約３４．５ＭＰａ）の範囲で検出する容量センサを有する絶対圧送信機で使用して、拡張範囲出力を提供することができる。他の実施形態では、図６、７を参照して説明するように、絶対圧、ゲージ圧、温度、流量、レベル等の単一プロセスパラメータのみを検出する送信機、およびマルチ変量送信機で、スケーラブルレンジアビリティを使用することもできる。

図６は、単一センサ温度送信機について信号に線形に対応付けられたプロセス状態範囲間の変曲点を示すグラフである。説明した実施形態では、温度センサが、約−１００℃〜約＋３００℃の全センサ範囲を有する。しかし、センサが監視するプロセスの動作は、約０℃〜約５０℃の正常範囲を有する。そして、プロセス温度は、拡張プロセス状態が生じる場合、または異常システム事象が生じる場合等に、より低くまたは高く拡張された温度に及ぶことがあり得る。したがって、トリリニア出力信号を供給するために、種々の大きさの拡張範囲が正常範囲のいずれかの端部に設けられている。各範囲についての温度データは単一温度センサにより提供されるが、このデータはアナログ通信信号スケールに沿って不均等に分散配置される。このように、正確な情報が望ましい正常範囲については、高度の分解能が提供される。正常範囲状態以外では低度の分解能が提供され、操作者がすべての状態でプロセスを監視できるようにする。分解能が変化する変曲点の数および位置を、操作者が選択し、送信機回路にプログラムすることができる。同様に、制御室電子機器は、選択されたプロセス変量−アナログ制御信号分布を解釈するようにプログラムされる。

図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、単一センサ圧力送信機について信号に線形に対応付けられたプロセス状態範囲間の変曲点を示すチャートである。図７Ａの例では、デバイスが、３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の範囲上限を有する差圧送信機である。正常範囲は０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）であるが、デバイスは、センサの範囲上限である３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）までの流れを測定することができる。この場合、１４ｍＡのアナログ範囲である４ｍＡ〜１８ｍＡが、０〜９ｐｓｉ（０〜約６２．１ｋＰａ）の正常範囲について使用され、２ｍＡのアナログ範囲である１８ｍＡ〜２０ｍＡが、９ｐｓｉ（約６２．１ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の拡張範囲について使用される。

図７Ｂの例では、デバイスが、３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の範囲上限を有する差圧送信機である。この例では、１ｍＡのアナログ範囲である４ｍＡ〜５ｍＡを使用して、−３６ｐｓｉ（約−２４８．２ｋＰａ）〜０ｐｓｉの逆流を測定する。次の１４ｍＡのアナログ範囲である５ｍＡ〜１９ｍＡを、０〜７．２ｐｓｉ（０〜約５０ｋＰａ）の正常な流れについて使用する。最後の１ｍＡのアナログ範囲である１９ｍＡ〜２０ｍＡを、７．２（約５０ｋＰａ）〜３６ｐｓｉ（約２４８．２ｋＰａ）の拡張範囲について使用する。

図７Ｃの例では、デバイスが、８００ｐｓｉ（約５．５ＭＰａ）の範囲上限を有するゲージ圧送信機である。この例では、０．５ｍＡのアナログ範囲である４ｍＡ〜４．５ｍＡを使用して、−１４．７ｐｓｉ（約−１０１．４ｋＰａ）〜０ｐｓｉの真空圧力を測定する。次の１５ｍＡのアナログ範囲である４．５ｍＡ〜１９．５ｍＡを、０〜１００ｐｓｉ（０〜約６８９．５ｋＰａ）の正常圧力範囲について使用する。最後の０．５ｍＡのアナログ範囲である１９．５ｍＡ〜２０ｍＡを、１００ｐｓｉ（約６８９．５ｋＰａ）〜８００ｐｓｉ（約５．５ＭＰａ）の拡張圧力範囲について使用する。

本発明は、アナログ制御ループを使用してプロセス送信機からより大量のデータを得るための簡単な解決法を提供する。プロセス送信機は、より高い分解能でセンサデータを得るために、ハードウェアおよびスケーラブルレンジアビリティアルゴリズムを実行するようにプログラムされたソフトフェアを備える。拡張範囲に入るデータを得ることができるようにするために、正常範囲で犠牲となる分解能は少量のみである。本発明により、使用する線形関係および変曲点の数を求める際にかなりの柔軟性が可能となる。既存の制御システムは、４ｍＡ〜２０ｍＡのシステム等のアナログ制御ループを使用して動作するようにすでにセットアップされているため、スケーラブルレンジアビリティを容易に使用することができる。スケーラブルレンジアビリティは、他の可能な解決法よりも理解しやすい。例えば、すべての出力が線形関係で表されるため、複雑な数の処理が避けられる。また、全圧力センサ範囲が、単一のデータ連続体として提示される。本発明を、既存の送信機の拡張機能またはアップグレードとして提供することができる。

例示的な実施形態を参照して本発明について説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、要素を等価物に置き換えることができることを当業者は理解するであろう。加えて、本発明の基本的範囲を逸脱することなく、多くの修正を行って、特定の状況または材料を本発明の教示に合わせることができる。したがって、本発明は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を包含する。

Claims (20)

1. 所定の範囲にわたってプロセス変量を検出するための検出システムと、
   前記検出システムに接続され、所定のスケールにわたって前記プロセス変量を表すアナログ通信信号を生成するように構成された送信電子機器とを備え、
   前記範囲は、前記送信電子機器によってアナログ制御ループを通じて前記プロセス変量について通信するために、前記スケールにわたって不均衡に分散配置されている、工業用プロセス送信機。
2. 前記送信電子機器は、前記スケールにわたって異なる勾配で多重線形に前記範囲を分散配置するコントローラを備える、請求項１に記載の工業用プロセス送信機。
3. 前記範囲には、第１の線形区分と第２の線形区分とがそれぞれ不均衡に分散配置され、前記第１の線形区分と前記第２の線形区分との間に変曲点を有する、請求項１に記載の工業用プロセス送信機。
4. 前記第１の線形区分は、前記第２の線形区分と異なる勾配を有する、請求項３に記載の工業用プロセス送信機。
5. 前記アナログ通信信号は、前記第１の線形区分で、前記第２の線形区分と異なる分解能である、請求項３に記載の工業用プロセス送信機。
6. 前記第１の線形区分では、４ｍＡ〜２０ｍＡのスケールにおいて、前記第２の線形区分と異なる割合である、請求項３に記載の工業用プロセス送信機。
7. 前記検出システムが、
   第１のセンサ装置と、
   第２のセンサ装置とを備える、請求項３に記載の工業用プロセス送信機。
8. 前記第１のセンサ装置が差圧セルを備え、
   前記第２のセンサ装置が一対の絶対圧センサを備える、請求項７に記載の工業用プロセス送信機。
9. 前記第１のセンサ装置により検出されたプロセス変量に基づく出力が、前記第１の線形区分にわたって設定され、前記第２のセンサ装置により検出されたプロセス変量に基づく出力が、前記第２の線形区分にわたって設定されている、請求項７に記載の工業用プロセス送信機。
10. 第１の変曲点が、前記範囲の拡張プロセス状態に応じた点に位置する、請求項３に記載の工業用プロセス送信機。
11. 前記範囲が、
    第２の変曲点と、
    第３の線形区分とをさらに有する、請求項１０に記載の工業用プロセス送信機。
12. 前記第２の変曲点が、前記範囲において異常なプロセス状態に対応する点に位置する、請求項１１に記載の工業用プロセス送信機。
13. センサデータをスケーリングされたアナログ出力信号として送信するための方法であって、
    正常プロセス範囲および拡張プロセス範囲を含むセンサ範囲を有するセンサシステムにより、プロセス変量を検出するステップと、
    アナログ通信信号スケールにわたって前記正常プロセス範囲および前記拡張プロセス範囲を不均等に分布させるステップと、
    第１の分解能で、アナログ通信ループを通じて、前記正常プロセス範囲に関連するセンサデータを送信するステップと、
    第２の分解能で、前記アナログ通信ループを通じて、前記拡張プロセス範囲に関連するセンサデータを送信するステップとを含む方法。
14. 前記正常プロセス範囲および拡張プロセス範囲を不均等に分布させるステップが、
    前記正常プロセス範囲と、前記アナログ通信信号スケールの第１の部分との第１の線形関係を確立するステップと、
    前記拡張範囲と、前記アナログ通信信号スケールの第２の部分との第２の線形関係を確立するステップとを含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記センサシステムによりプロセス変量を検出するステップが、
    第１のセンサ装置により前記正常プロセス範囲の前記プロセス変量を検出するステップと、
    第２のセンサ装置により前記拡張プロセス範囲の前記プロセス変量を検出するステップとを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記アナログ通信信号スケールが、４ｍＡ〜２０ｍＡの電流からなり、前記第１の部分が、４ｍＡ〜２０ｍＡの電流において前記第２の部分よりも大きい部分にわたって配置されている、請求項１４に記載の方法。
17. 前記センサシステムが、異常範囲を含むセンサ範囲を有する、請求項１３に記載の方法。
18. 正常プロセス範囲および拡張プロセス範囲を含むプロセス動作範囲にわたってプロセス変量を検出するように構成された工業用プロセス送信機であって、
    センサ範囲にわたってプロセス変量を検出し、前記プロセス動作範囲にわたって前記プロセス変量の関数であるセンサ信号を生成する検出システムと、
    前記検出システムに接続され、前記センサ信号に基づいて、スケーリングされたアナログ通信信号を生成するように構成され、前記スケールにわたって前記センサ信号を非線形に配置させてプロセス変量データを通信するコントローラを有する送信電子機器とを備える、工業用プロセス送信機。
19. 前記コントローラが、正常動作範囲と前記スケーリングされたアナログ通信信号の第１の部分との第１の線形関係と、拡張動作範囲と前記スケーリングされたアナログ通信信号の第２の部分との第２の線形関係とを確立し、前記第１の部分が、前記アナログ通信信号において前記第２の部分よりも大きな部分を含む、請求項１８に記載の工業用プロセス送信機。
20. 前記スケーリングされたアナログ通信信号をプロセス変量値に変換するための、前記送信機から離れた制御室に位置する回路をさらに備える、請求項１８に記載の工業用プロセス送信機。
    

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