JP2017016606A - ２線式信号受信装置、及び、２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】２線式信号受信装置側で、一対の伝送路に電流信号を生成する直流電源から供給を受ける電圧のうち、自己の装置内部の動作電源電圧として利用できる余剰電圧を検知し、更にはその余剰電圧を装置内部で有効に利用する。【解決手段】２線式信号受信装置１０は、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２に送信される電流信号Ｉｓの電流値を計測し、かつ、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２における余剰電圧を検知し、更に装置内の可変制御動作部１３は、検知した余剰電圧に応じて可変レギュレータ部１１の可変レギュレータ回路部の出力端子から出力されるクランプ電圧Ｖｚを所定の電圧に可変制御し、そのクランプ電圧Ｖｚは次段のＤＣ−ＤＣコンバータ部１２の入力端子に入力される。【選択図】図１

Description

本発明は、２線式伝送器から送信される電流信号を、一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置、及び、２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法に関する。

従来、２線式伝送器から送信される電流信号を、一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置の一例として、計測された物理量（温度、圧力、湿度など、以下同じ）に対応したプロセス変数ＰＶを指示する受信器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

まず、その構成を、図５を参照して説明する。

図５は、従来の２線式信号伝送装置１１０と受信器１１２の接続を示した図である。

ここで、２線式信号伝送装置１１０は、例えば温度、圧力、湿度などのプロセス変数ＰＶに対応してこれを電気信号に変換し、その出力端Ｔ１０１、Ｔ１０２にこのプロセス変数ＰＶに対応する電流信号ＩＬ１を出力する。

この２線式信号伝送装置１１０の出力端Ｔ１０１、Ｔ１０２には２本の伝送線Ｌｉｎｅ１とＬｉｎｅ２を介して、２線式信号伝送装置１１０を付勢する電源１１１と、電流信号ＩＬ１を受信しプロセス変数ＰＶを指示する受信器１１２が直列に接続されている。

この電流信号ＩＬ１は、例えば４ｍＡ〜２０ｍＡなどの統一電流信号として伝送される。

この構成によれば、統一電流信号のうち、４ｍＡの電流はベース電流として２線式信号伝送装置１１０の中で消費する電力の全てが賄われる。

また、そのように限られた統一電流信号の電流値範囲で電流値が変化したときであっても、その出力端子間の電圧をほぼ一定に保持するようにし、かつ、回路の最小動作電圧に所定の電圧を加えた低い端子電圧で統一電流信号の全信号範囲をカバーすることのできる２線式伝送器も知られている（例えば、特許文献２参照）。

この構成によれば、回路で使用できる電圧に余裕が生じることから、例えばバックライト付きのＬＣＤ表示器等を装備することができるため、回路設計の自由度が増加する。

また、プロセス変数ＰＶに応じた統一電流信号の電流値範囲が例えば４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲の電流値で決定される場合、自己の装置内部の動作電流としては下限電流値（例えば、４ｍＡ）が確保されればよいため、残りの１６ｍＡは不要なものとして出力段のトランジスタで無駄に熱損失されていた。その熱損失していた電力により蓄電池を充電させる充電手段を具備し、その蓄積された電力を自己の装置内部の周辺回路の電源として用いるフィールド計器も知られている（例えば、特許文献３参照）。

一方、上位側システムから例えば４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲で供給される統一電流信号のうち、下限電流値（例えば、４ｍＡ）を上回る電流信号分を余剰電流とみなして、その余剰電流を内蔵する電空変換部のコイルへ配分する電流調整部を具備するポジショナも知られている（例えば、特許文献４参照）。

この構成によれば、余剰電流を機能回路部に配分するようにしたため、電空変換部などの機能回路部への電流を増やしたり、異常診断などの付加機能の機能回路部動作させたりすることが可能となり、基本機能を犠牲にすることもない。

また、内蔵する直流電源から２本の伝送路を介して電源の供給を受けた外部の伝送器から送信された電流信号を、受信抵抗を介して検出する受信抵抗での電圧降下を削減してその分伝送器での使用可能な電力を大きくできる２線式受信計器も知られている（例えば、特許文献５参照）。

さらに、送信する電流信号が４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲の統一電流信号の下限電流値（例えば、４ｍＡ）を下回るバーンアウト出力値（例えば、３．２ｍＡ）である場合にも、装置内部の演算制御部を動作可能とする２線式伝送器も知られている（例えば、特許文献６参照）。

特開平３−１１７９２８号公報 特開平５−１６６０９３号公報 特開２００６−３２３４７６号公報 特開２０１２−２１１５９９号公報 実開平５−３９０４６号公報 特開２０１２−５３８１９号公報

しかしながら、前述した従来の送信器や受信器の構成は、一対の伝送路を介して送信器から受信器へ送信される統一電流信号が下限電流値（例えば、４ｍＡ）における、自己の装置内部の自己動作の確保を基本目的としたものであり、その値を上回り上限電流値（例えば、２０ｍＡ）以下の範囲の電流信号は、自己の装置内部の自己動作には不要な電流であるため、これを余剰電流とみなし、自己完結的にその余剰電流の有効利用化を目的としたものである。

すなわち、その余剰電流を自己の装置内部の自己動作とは別の用途に振り向けたり、蓄電したり、逆に自己の装置の最小動作電圧を小さくして、装置内の自己動作の余裕度を向上したりすることにより、間接的に一対の伝送路内に接続された計測システム全体の安定性向上を図ったものである。

そのため、一対の伝送路を介して接続された他の諸元（一対の伝送路のライン抵抗を含む他の要素と同意、以下同じ）を含む計測系システム（付随する制御系システムなども含む、以下同じ）が設置された現場の測定状態下においては、個別の装置は、電流信号が下限電流値（例えば、４ｍＡ）のときに少なくとも自己動作を確保できることを基本としている。

したがって、個別の装置は一対の伝送路を介して直流電源から電源供給を受けるが、一対の伝送路を介したループ全体に渡って他の諸元での所要電圧の存在を考慮し、電流信号を生成する直流電源からそれら個別の装置側へ供給できる電圧（以下、余剰電圧と称する）を能動的に求めて、その余剰電圧を積極的に利用するという技術的な着想（技術思想）は従来知られていなかった。

すなわち、伝送装置又は受信装置側で、一対の伝送路に流れる電流信号の電流値が最大値（例えば、２０ｍＡ）である場合において、直流電源から供給される電圧から他の諸元における電圧降下分を差し引いたときの余剰電圧が仮に残余していたとしても、その余剰電圧の存否とその大きさが予め考慮（検知）されていないため、その余剰電圧を受信装置側で有効に利用されることはなかった。

本発明は、上記の課題を解決するもので、外部の２線式伝送器から送信される電流信号を、一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置、及び、２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法であって、その可変制御動作部は、一対の伝送路に電流信号を生成する直流電源から供給を受ける電圧のうち、自己の装置内部の動作電源電圧として利用できる余剰電圧の大きさに応じて、可変レギュレータ部が次段に出力するクランプ電圧を所定の電圧に制御することを目的とする。

本発明に係る２線式信号受信装置によれば、外部の２線式伝送器から送信される電流信号を、一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置であって、電流信号を受信する受信抵抗と、外部の２線式伝送器からみて受信抵抗と直列に接続され、電流信号を電圧に変換して次段にクランプ電圧を出力する可変レギュレータ部と、クランプ電圧が入力され、次段に直流電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータ部と、そのＤＣ−ＤＣコンバータ部から出力された前記直流電圧が動作電源電圧として供給され、可変レギュレータ部の出力するクランプ電圧を所定の電圧値に可変制御できる可変制御動作部と、を備え、その可変制御動作部は、一対の伝送路に前記電流信号を生成する直流電源から供給を受ける電圧のうち、自己の装置内部の動作電源電圧として利用できる余剰電圧の大きさに応じて、可変レギュレータ部が次段に出力するクランプ電圧を所定の電圧に可変制御することを特徴としている。

これにより、一対の伝送路内において直流電源の生成する電圧から他の諸元における電圧降下分を差し引いた余剰電圧の存否とその大きさを検知できるため、２線式信号受信装置内でその余剰電圧を有効に利用できる。

本発明に係る２線式信号受信装置によれば、可変制御動作部は、受信抵抗に流れる電流信号の電流値を測定しながら可変レギュレータ部に制御信号を出力して、可変レギュレータ部が出力するクランプ電圧を初期設定値から所定の電圧幅でステップ状に漸次増大させ、各電圧ステップ間における電流信号の電流値変化を検出することにより余剰電圧の大きさを検知し、その余剰電圧の大きさに応じて可変レギュレータ部が出力するクランプ電圧を所定の電圧まで可変制御してもよい。

これにより、一対の伝送路内において直流電源の生成する電圧から他の諸元における電圧降下分を差し引いた余剰電圧の存否と大きさの検知が容易となる。

本発明に係る２線式信号受信装置によれば、可変制御動作部は、受信抵抗に流れる電流信号の電流値が所定の最大電流値になったときに、余剰電圧を検知し、その大きさに応じて、前記可変レギュレータ部が次段に出力するクランプ電圧を所定の電圧に可変制御してもよい。

これにより、一対の伝送路内において外部の直流電源が信号受信装置内の動作電源電圧として供給できる余剰電圧は、他の諸元における電圧降下が最大範囲内のときの余剰電圧であるため、電流信号が、計測した物理量に応じて例えば４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲で変動しても、その電流変動による影響が軽減できるため、電流信号の電流値の増減にかかわらず２線式信号受信装置側で余剰電圧の安定した利用が図れる。

本発明に係る２線式信号受信装置における余剰電圧利用方法によれば、外部の２線式伝送器から送信される電流信号を、一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法であって、受信抵抗は、外部の２線式伝送器から送信される前記電流信号を受信するステップと、外部の２線式伝送器からみて受信抵抗と直列に接続された可変レギュレータ部は、電流信号を電圧に変換して次段にクランプ電圧を出力するステップと、ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、クランプ電圧が入力され、次段に直流電圧を出力するステップと、可変制御動作部は、ＤＣ−ＤＣコンバータ部から出力された直流電圧を動作電源電圧として供給され、可変レギュレータ部の出力するクランプ電圧を所定の電圧値に可変制御するステップと、を含み、更に、可変制御動作部は、一対の伝送路に電流信号を生成する直流電源から供給を受ける電圧のうち、自己の装置内部の動作電源電圧として利用できる余剰電圧の大きさに応じて、可変レギュレータ部が次段に出力するクランプ電圧を所定の電圧に可変制御するステップと、を含むことを特徴としている。

これにより、一対の伝送路内において直流電源の生成する電圧から他の諸元における電圧降下分を差し引いた余剰電圧の存否とその大きさを検知できるため、自己の装置内部でその余剰電圧を有効に利用できる。

本発明に係る２線式信号受信装置、及び、２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法によれば、一対の伝送路内において電流信号を生成する直流電源が装置内部の動作電源電圧として供給できる余剰電圧が容易に求められ、更にはその余剰電圧を２線式信号受信装置の装置内部で有効に利用できる。

本発明の実施の形態１における一対の伝送路の全体の概略と２線式信号受信装置内の概略を示す構成図 本発明の実施の形態１における２線式信号受信装置の内部を示すブロック図 本発明の実施の形態１における２線式信号受信装置の制御動作の一例を示すフローチャート （ａ）クランプ電圧Ｖｚに対する電流信号Ｉｓの電流値、電流値変化、及び余剰電圧Ｖｐの関係を示す表、（ｂ）計測及び可変制御前後におけるクランプ電圧Ｖｚ及び電流信号Ｉｓの電流値のタイミングチャート 従来の外部の直流電源に接続された２線式伝送器から送信される電流信号を一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置の一例を示す図

以下、本発明の実施の形態を説明するために、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）

図１は、本発明の実施の形態１における一対の伝送路の全体の概略と２線式信号受信装置内の概略を示す構成図で、図２は、本発明の実施の形態１における２線式信号受信装置の内部を示すブロック図で、図３は、本発明の実施の形態１における２線式信号受信装置の制御動作の一例を示すフローチャートで、図４（ａ）は、クランプ電圧Ｖｚに対する電流信号Ｉｓの電流値、電流信号Ｉｓの電流値変化、及び余剰電圧Ｖｐの関係を示す表で、図４（ｂ）は、計測及び可変制御動作前後におけるクランプ電圧Ｖｚ及び電流信号Ｉｓのタイミングチャートである。

まず、図１は、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２を介して接続された直流電源や他の諸元を含む計測システム全体の構成を併せて示している。

ここで、２線式信号受信装置１０は、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２（延設方向の一部を二重破線により省略）を介して現場系（測定・駆動系）に置かれた２線式伝送器ＴＤから送信された電流信号Ｉｓを受信できる状態にある。また、直流電源Ｅｂは、外部の２線式伝送器ＴＤを介して後述するプロセス変数ＰＶの大きさに応じた電流信号Ｉｓを生成する機能を有するものであればよく、本実施の形態の場合は全体構成の中で監視系（制御装置系）に配置され、かつ、２線式信号受信装置１０の外部に単独に接続されている。

さらに、直流電源Ｅｂは、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２を介して接続される他の諸元を動作させるため、約１２Ｖ、約２４Ｖ、約３６Ｖなどの設置されるシステムに応じて所望の定格直流電圧を供給する。

一方、２線式伝送器ＴＤは、例えばヘッドマウント形信号変換器やフィールド形信号変換器などに代表されるような現場設置形の２線式信号変換器などを含むものであって、測定対象となる外部の温度、圧力、又は湿度などの物理量をセンシングしたときのプロセス変数ＰＶの大きさに応じて、電流信号Ｉｓ（例えば、４ｍＡ〜２０ｍＡの統一電流信号）を一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２を介して遠隔にある他の諸元へ送信する装置である。

また、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２は、路長、線径、線材、さらには置かれた外部環境（雰囲気）温度などにより異なる配線抵抗ＲＬ１，ＲＬ２を有するものであるが、これら現場系の要素が仮に駆動系システムも包含する場合であれば、統一された電流信号Ｉｓを受信してその電流値に応じて駆動力を生成するアクチュエータ系のポジショナなども接続される場合もあるため、その場合の受信抵抗Ｒｐも現場系（測定・駆動系）として併せて図示した。

一方、本実施の形態に係る２線式信号受信装置１０は、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２との接続端子として入力端子Ｔ１と入力端子Ｔ２を有し、それら２つの入力端子間に可変レギュレータ部１１と受信抵抗Ｒｓが直列に接続されている。

また、図１からも明らかなように、可変レギュレータ部１１は、外部の２線式伝送器ＴＤからみて受信抵抗Ｒｓと直列に接続され、電流信号Ｉｓを電圧に変換して次段にクランプ電圧Ｖｚを出力する機能を有している。

ここで、受信抵抗Ｒｓとして、例えば２５０Ωの抵抗値が選択されていれば、電流値４ｍＡ〜２０ｍＡの電流信号Ｉｓを受信すると、受信抵抗Ｒｓの両端には１〜５Ｖの起電力が生じるため、可変制御動作部１３（図２参照）が端子Ｔ５を介してその起電力を検出し、内部で所定の信号処理を行ったのちに信号線ＣＴＲＬ２を介して７セグメント表示器１４に数値表示のための制御信号が送り出され、計測された物理量に対応したプロセス変数ＰＶを表示させることができる。

次に、図２を参照して、監視系（制御装置系）に位置する２線式信号受信装置１０についてより詳細に説明する。

前述のとおり、入力端子Ｔ１と入力端子Ｔ２との間には、可変レギュレータ部１１の可変レギュレータ回路部１１ａと受信抵抗Ｒｓが接続端子Ｔ３、接続端子Ｔ４、及び接続端子Ｔ５を介して直列に接続されている。

そして、可変レギュレータ部１１の可変レギュレータ回路部１１ａの出力端子Ｖｏｕｔから所定電圧に制御されたクランプ電圧Ｖｚが出力され、そのクランプ電圧Ｖｚは次段のＤＣ−ＤＣコンバータ部１２の入力端子Ｖｉｎに入力されている。

ここで、クランプ電圧Ｖｚの大きさを制御するための制御信号は、信号線ＣＴＲＬ１を介して可変制御動作部１３から調整用端子Ｖａｄｊに入力され、この制御信号の大きさに応じてクランプ電圧Ｖｚは、Ｖｉｎ端子から入力された電圧よりも所定電圧だけ低い電圧に調整される。

そして、所定電圧に制御されたクランプ電圧ＶｚがＤＣ−ＤＣコンバータ部１２の入力端子Ｖｉｎに入力されると、その出力端子Ｖｏｕｔには、接続端子Ｔ７を介して後段の可変制御動作部１３の動作電源電圧端子Ｖｄｄに所定の電圧（例えば、５．０Ｖ、３．３Ｖ、２．５Ｖなど）を供給するための電圧が出力され、その電圧は、同時に接続端子Ｔ７を介して並列接続された後段の７セグメント表示器１４の動作電源電圧端子Ｖｄｄに所定の電圧が供給される。

さらに、可変制御動作部１３は、求められた余剰電圧Ｖｐに応じて、７セグメント表示器１４に対して輝度調整用の制御信号を制御信号線ＣＴＲＬ２を介して供給する。

ここで、可変制御動作部１３は、例えば第１入力電圧端子Ｖ１ｉｎから取得した電気信号を入力として所定の入力信号処理部やＡ／Ｄ変換部、その処理された信号をＡ／Ｄ変換して所定の算術論理演算処理を施す算術論理演算処理部、その演算処理部により抽出された所定の特定データ及びプログラムデータ等を記憶・保持する記憶部、所定の制御信号を破線で示した信号線に出力信号処理部を介して出力する制御部などを内蔵している。

一方、可変制御動作部１３の第１入力電圧端子Ｖ１ｉｎは、接続端子Ｔ５を介して入力端子Ｔ２に接続されている。

これにより、可変制御動作部１３は、受信抵抗Ｒｓに電流信号Ｉｓが流れるときにおける一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２の電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（１）を測定することができる。

次に、図３を参照して、２線式信号受信装置１０の可変制御動作部１３が、直流電源Ｅｂ（図１参照）から装置内部の自己の動作電源電圧として供給できる余剰電圧Ｖｐを求め、それを利用する方法について順次説明する。

まず、可変制御動作部１３は、可変レギュレータ部１１の可変レギュレータ回路部１１ａの出力端子Ｖｏｕｔから出力されるクランプ電圧Ｖｚを所定の初期設定値に設定する（Ｓ１０１）。

次に、可変制御動作部１３は、受信抵抗Ｒｓに電流信号Ｉｓが流れる第１の条件下において、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２の電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（１）を測定する（Ｓ１０２）。

次に、可変制御動作部１３は、その測定された電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（１）が所定の最大電流値Ｉｓ（ｍａｘ）（例えば、２０ｍＡ）であるか否かを判断する処理を実行する（Ｓ１０３）。

もし、電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（１）が所定の最大電流値Ｉｓ（ｍａｘ）ではなく、「ＮＯ」と判断されたならば、再度、物理量が変化していく過程（受信抵抗Ｒｓに電流信号Ｉｓが流れる条件下）において、一対の伝送路Ｌ１，Ｌ２の電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（１）を測定する（Ｓ１０２）。

つまり、判断処理（Ｓ１０３）の結果、電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（１）が所定の最大電流値Ｉｓ（ｍａｘ）になることがなければ、電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（１）の測定（Ｓ１０２）と判断処理（Ｓ１０３）が繰り返されることになる。

一方、物理量が変化していく過程で、電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（１）が、所定の最大電流値Ｉｓ（ｍａｘ）になり、判断処理（Ｓ１０３）により「ＹＥＳ（所定の最大電流値）」と判断されたならば、可変制御動作部１３は、可変レギュレータ回路部１１ａのクランプ電圧Ｖｚを所定の電圧幅（例えば、１Ｖ）だけ増大させる（Ｓ１０４）。

そして、可変制御動作部１３は、クランプ電圧Ｖｚが増大された第２の条件下で電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（２）を測定する（Ｓ１０５）。

次に、可変制御動作部１３は、電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（２）がクランプ電圧Ｖｚ増大直前の第１の条件下における電流値Ｉｓ（１）、すなわち２０ｍＡと異なるか否かを判断する処理を実行する（Ｓ１０６）。

その判断処理（Ｓ１０６）の結果、電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（２）がクランプ電圧Ｖｚの増大前の電流値Ｉｓ（１）と同じで「ＮＯ（同じ）」と判定されたならば、再度、可変制御動作部１３は、可変レギュレータ回路部１１ａのクランプ電圧Ｖｚを所定の電圧幅（例えば、１Ｖ）だけ増大させる（Ｓ１０４）。

その結果、可変レギュレータ回路部１１ａが出力するクランプ電圧Ｖｚは、初期設定値から所定の電圧幅でステップ状に漸次増大することとなる。

一方、判断処理（Ｓ１０６）の結果、電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（２）がクランプ電圧Ｖｚの増大前の電流値Ｉｓ（１）と異なり「ＹＥＳ（異なる）」と判定されたならば、可変制御動作部１３は、可変レギュレータ回路部１１ａのクランプ電圧Ｖｚの初期設定値に対して増大させた電圧幅の総和電圧値から所定のマージン電圧値（例えば、１Ｖ）を差し引いて、余剰電圧Ｖｐを求める（Ｓ１０７）。

すなわち、可変レギュレータ回路部１１ａのクランプ電圧Ｖｚの初期電圧値（例えば、５Ｖ）に対して増大させた電圧幅の総和電圧値（例えば、５Ｖ）から所定のマージン電圧値（例えば、１Ｖ）を差し引いて、その電圧値を余剰電圧Ｖｐ（例えば、４Ｖ）とする。

これにより、可変制御動作部１３は、より簡素な構成であるにもかかわらず直流電源Ｅｂが装置内部の動作電源電圧として供給可能な余剰電圧Ｖｐを容易に求めることができる。

その結果、可変制御動作部１３は、その余剰電圧Ｖｐ（例えば、４Ｖ）に応じて、可変レギュレータ回路部１１ａへ制御信号線ＣＴＲＬ１を介して制御信号を送り、可変レギュレータ回路部１１ａの出力端子Ｖｏｕｔから出力するクランプ電圧Ｖｚを初期設定値（例えば、５Ｖ）から上昇させて所定電圧（例えば、９Ｖ）に上昇制御、すなわち可変制御することができる（Ｓ１０８）。

そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ部１２の入力端子Ｖｉｎに入力されるクランプ電圧Ｖｚが４Ｖ増大することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ部１２の出力端子Ｖｏｕｔから出力される電圧値が増大（例えば、４Ｖ増大）されて、出力される電力（電圧と電流の積）を増大できる。

つまり、可変制御動作部１３は、制御信号線ＣＴＲＬ２を介して輝度調整制御信号を７セグメント表示器１４へ送出することにより、その内部回路におけるセグメント通電電流を増大させて輝度をより大きくできる。

次に、図４（ａ）を参照して、可変制御動作部１３により制御されたクランプ電圧Ｖｚに対する電流信号Ｉｓの電流値、電流信号Ｉｓの電流値変化、及び余剰電圧Ｖｐの対応関係について説明する。

この表の通り、まず可変制御動作部１３の制御により、クランプ電圧Ｖｚは所定の初期設定値（例えば、５Ｖ）に設定されている。

そして、可変制御動作部１３は電流信号Ｉｓを測定して電流値Ｉｓ（１）を求める（例えば、１８ｍＡ）。

その中で、測定された電流値Ｉｓ（１）が所定の最大電流値（例えば、２０ｍＡ）であれば、次の処理に移る。

次に、可変制御動作部１３の制御により、クランプ電圧Ｖｚは１Ｖの電圧幅で漸次増大され、その都度電流信号Ｉｓを測定して電流値Ｉｓ（２）を求める。

そして、電流信号Ｉｓの電流値Ｉｓ（２）として、クランプ電圧Ｖｚの増大前の電流値Ｉｓ（１）と異なる電流値（例えば、１７ｍＡ）が測定された場合には、そのときの電流値変化、すなわち電圧ステップ間で検出される電流値変化は３ｍＡであって、それに対応する余剰電圧Ｖｐ（たとえば、４Ｖ）が求められる。

次に、図４（ｂ）を参照し、電流信号Ｉｓの電流値を破線で示し、クランプ電圧Ｖｚを実線で示して、計測前後及び可変制御（上昇制御）前後のタイミングチャートについて説明する。

計測ＳＴＡＲＴ前には、クランプ電圧Ｖｚは、所定の初期設定値（例えば、５Ｖ）に設定されているが、計測ＳＴＡＲＴ後には所定の電圧幅（例えば、１Ｖ）でステップ状に漸次増大している。

そして、可変制御ＳＴＡＲＴ後には、直流電源Ｅｂが装置内部の動作電源電圧として供給できる余剰電圧Ｖｐ（例えば、４Ｖ）が既に求められているため、その余剰電圧Ｖｐの加わったクランプ電圧Ｖｚ（例えば、９Ｖ）に可変制御、すなわち上昇制御されている。

すなわち、計測ＳＴＡＲＴ前では可変レギュレータ回路部１１ａのクランプ電圧Ｖｚは、初期設定値の５Ｖに維持され、７セグメント表示器１４の消費電流も初期電流のままで動作している。

しかしながら、可変制御後には可変レギュレータ回路部１１ａのクランプ電圧Ｖｚが９Ｖに設定されるため、その結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ部１２の出力端子Ｖｏｕｔから出力される７セグメント表示器１４の動作電源電圧端子Ｖｄｄが所定の電圧（例えば、５．０Ｖ）に設定されていても、消費電力として例えば０．０１６Ｗ（ベース電流の４ｍＡとクランプ電圧Ｖｚの上昇分４Ｖとの積に相当）の電力を新たに利用できる。これにより、信号線ＣＴＲＬ２を介した輝度調整用の制御信号により、輝度設定用の通電電流として端子Ｔ７を介して新たに３．２ｍＡ相当分だけ増大（供給）して７セグメント表示器１４の大幅な輝度上昇を確保できる。

なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変形が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的な手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態の変形例についても本発明の技術的範囲に含まれるものとする。

例えば、一対の伝送路を介して電流信号を生成する直流電源は、全体構成の中で監視系（制御装置系）に配置され、かつ、本発明に係る２線式信号受信装置の外部に単独に接続された場合を説明したが、一対の伝送路のループ内にあればよく、例えば現場系（測定・駆動装置系）に配置されてもよいし、２線式信号受信装置の内部に格納されてもよいし、更には他の諸元（要素）の内部に格納されてもよい。

また、電流信号Ｉｓの所定の最大値Ｉｓ（ｍａｘ）については、計測対象の物理量やその測定実績値などに応じて、例えば統一電流信号が４〜２０ｍＡの範囲であればその上限値（２０ｍＡ）が最も好ましいが、上限値に近い値でもよく、実用的な側面から適宜設定すればよい。

また、余剰電圧Ｖｐを求めるために、電流信号Ｉｓを所定の最大電流値Ｉｓ（ｍａｘ）に設定する方法は、予め２線式伝送器ＴＤ側にて手動又は自動により強制的に実行してもよいし、可変制御動作部の格納されたプログラムにより通常動作中に電流信号Ｉｓが最大値に到達したことを検知してから自動的に処理を実行させてもよい。

更に、電流信号Ｉｓが所定の最大値Ｉｓ（ｍａｘ）でなくとも、外部の２線式伝送器から送信される電流信号の電流値が異なる２条件下のそれぞれにおいて、可変レギュレータ部が出力するクランプ電圧を初期設定値から所定の電圧幅でステップ状に漸次増大させ、各電圧ステップ間における電流信号の電流値変化を検出することにより、一対の伝送路に電流信号を生成する直流電源から供給を受ける電圧のうち、装置内部の動作電源電圧として利用できる余剰電圧の大きさを求めてもよい。

以上のように、本発明に係る２線式信号受信装置、及び、２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法は、直流電源から電源供給を受けた外部の２線式伝送器から送信される電流信号を、一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置において、その可変制御動作部は、直流電源が自己の装置内部の動作電源として供給できる余剰電圧を求めて、更には２線式信号受信装置内で有効に利用できるため、２線式信号受信装置装置、及び、２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法として有用である。

１０ ２線式信号受信装置
１１ 可変レギュレータ部
１１ａ 可変レギュレータ回路部
１２ ＤＣ−ＤＣコンバータ部
１３ 可変制御動作部
１４ ７セグメント表示器
ＰＶ プロセス変数
ＴＤ ２線式伝送器
Ｅｂ 直流電源
Ｌ１、Ｌ２ 一対の伝送路
ＲＬ１、ＲＬ２ 一対の伝送路の配線抵抗
Ｒｓ、Ｒｐ 受信抵抗
Ｔ１、Ｔ２ 入力端子
Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ７、Ｔ８ 接続端子
Ｉｓ 電流信号
Ｖｉｎ 入力端子
Ｖ１ｉｎ 第１入力電圧端子
Ｖ１ｉｎ（ｍｉｎ） 可変制御動作部の最小動作電圧
Ｖｏｕｔ 出力端子
Ｖｄｄ 動作電源電圧端子
Ｖａｄｊ 調整用端子
Ｖｐ 余剰電圧
Ｖｚ クランプ電圧
Ｖｓｓ マイナス電源
ＣＴＲＬ１、ＣＴＲＬ２ 信号線

Claims (4)

1. 外部の２線式伝送器から送信される電流信号を、一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置であって、
   前記電流信号を受信する受信抵抗と、
   前記外部の２線式伝送器からみて前記受信抵抗と直列に接続され、前記電流信号を電圧に変換して次段にクランプ電圧を出力する可変レギュレータ部と、
   前記クランプ電圧が入力され、次段に直流電圧を出力するＤＣ−ＤＣコンバータ部と、
   そのＤＣ−ＤＣコンバータ部から出力された前記直流電圧が動作電源電圧として供給され、前記可変レギュレータ部の出力する前記クランプ電圧を所定の電圧値に可変制御できる可変制御動作部と、を備え、
   その可変制御動作部は、前記一対の伝送路に前記電流信号を生成する直流電源から供給を受ける電圧のうち、自己の装置内部の動作電源電圧として利用できる余剰電圧の大きさに応じて、前記可変レギュレータ部が次段に出力する前記クランプ電圧を所定の電圧に可変制御することを特徴とする２線式信号受信装置。
2. 前記可変制御動作部は、前記受信抵抗に流れる前記電流信号の電流値を測定しながら前記可変レギュレータ部に制御信号を出力して、前記可変レギュレータ部が出力するクランプ電圧を初期設定値から所定の電圧幅でステップ状に漸次増大させ、各電圧ステップ間における前記電流信号の電流値変化を検出することにより前記余剰電圧の大きさを検知し、その余剰電圧の大きさに応じて前記可変レギュレータ部が出力する前記クランプ電圧を所定の電圧まで可変制御することを特徴とする請求項１に記載の２線式信号受信装置。
3. 前記可変制御動作部は、前記受信抵抗に流れる前記電流信号の電流値が所定の最大電流値になったときに、前記余剰電圧を検知し、その大きさに応じて、前記可変レギュレータ部が次段に出力する前記クランプ電圧を所定の電圧に可変制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の２線式信号受信装置。
4. 外部の２線式伝送器から送信される電流信号を、一対の伝送路を介して受信できる２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法であって、
   受信抵抗は、前記外部の２線式伝送器から送信される前記電流信号を受信するステップと、
   前記外部の２線式伝送器からみて前記受信抵抗と直列に接続された可変レギュレータ部は、前記電流信号を電圧に変換して次段にクランプ電圧を出力するステップと、
   ＤＣ−ＤＣコンバータ部は、前記クランプ電圧が入力され、次段に直流電圧を出力するステップと、
   可変制御動作部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ部から出力された前記直流電圧を動作電源電圧として供給され、前記可変レギュレータ部の出力する前記クランプ電圧を所定の電圧値に可変制御するステップと、を含み、
   更に、可変制御動作部は、前記一対の伝送路に前記電流信号を生成する直流電源から供給を受ける電圧のうち、自己の装置内部の動作電源電圧として利用できる余剰電圧の大きさに応じて、前記可変レギュレータ部が次段に出力する前記クランプ電圧を所定の電圧に可変制御するステップと、
   を含むことを特徴とする２線式信号受信装置の余剰電圧利用方法。

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