JP2529874B2

JP2529874B2 - ２線式トランスミッタの出力改良のためのデジタル変換装置および方法

Info

Publication number: JP2529874B2
Application number: JP62506120A
Authority: JP
Inventors: エーキルブ，ジョン; エルネルソン，リチャード; エルペダーソン，デビット
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1986-10-02
Filing date: 1987-09-24
Publication date: 1996-09-04
Anticipated expiration: 2011-09-04
Also published as: AU611649B2; DK171303B1; EP0324784B1; AU8039387A; HK135094A; WO1988002528A1; CN87106642A; ZA877271B; ATE109295T1; IL84004A0; CA1334994C; NO882395L; MX160488A; NO300566B1; EP0324784A1; DK297588A; KR880701929A; NO882395D0; DE3750297D1; ES2005363A6

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景 1.発明の分野本発明はプロセス変量を検知する２線式トランスミッ
タの出力を改良するためのデジタル変換装置および方法
に関する。

発明の概要既存のアナログ型２線式トランスミッタは、プロセス
変量と結合してこれを検知するとともに、前記プロセス
変量の関数としてのセンサ出力を発生するセンサモジュ
ール手段を備えている。既存のトランスミッタはまた、
センサモジュール手段と結合してこれを励起する励起手
段を備えている。既存のトランスミッタは更に、センサ
信号を、検知したプロセス変量を表わす２線式トランス
ミッタ出力にアナログ変換するアナログ検出手段をも備
えている。

既存のトランスミッタは、トランスミッタの出力が改
良されるように変形される。アナログ検出手段がトラン
スミッタから除去され、トランスミッタの出力をデジタ
ル的に計算する置換装置がトランスミッタ内に配置され
ている。置換装置はセンサ出力を受信し、その出力に直
線性その他の補正を施す。

好ましい実施例においては、既存の励起手段が除去さ
れ、この装置はトランスミッタ内に配置され、センサモ
ジュール手段と結合して、これを励起する置換励起手段
から構成される。

より好ましい実施例においては、このセンサモジュー
ル手段はプロセス変量を検知する少なくとも１つの容量
型センサ、センサの出力に結合されてこれを整流する整
流手段、およびセンサにアナログ的補正を施すアナログ
補正手段を備えている。

更に一層好ましい実施例においては、この装置は出力
補正、スパンおよび零点調整を演算するマイクロプロセ
ッサを備える。

したがって、既存のトランスミッタは、その出力が改
良される一方、このトランスミッタはもとのままであ
り、プロセス変量とループに接続されている。このよう
に、既存のセンサモジュールを置換したり、トランスミ
ッタをプロセスラインや２線式ループから切離したりす
ることなしに、デジタル的に出力を補正されたトランス
ミッタが得られる。

図面の簡単な説明第１図は従来のアナログトランスミッタの一部分を取
除いた上部ハウジングおよび下部ハウジングの断面図で
ある。

第２図は本発明によるトランスミッタの一部分を取除
いた上部ハウジングと下部ハウジングの断面図である。

第３図は本発明のトランスミッタの第１の好ましい実
施例のブロック図である。

第４図は本発明のトランスミッタの第２の好ましい実
施例のブロック図である。

第5A図、第5B図および第5C図は本発明のトランスミッ
タの概略回路図である。

好ましい実施例の詳細な説明第１図には、従来技術のプロセス変量トランスミッタ
10がフランジ・アダプタ・ユニオンにボルト止めされて
いるところが示されており、そのフランジ・アダプタ・
ユニオンは流体をトランスミッタ10に結合している。

トランスミッタ10はフランジ・アダプタ・ユニオンの
ところで流体の圧力を検知し、検知された圧力を表わす
出力電流を２線式ループに供給する。トランスミッタ10
は、２線式ループと結合した外部電源14Aによって付勢
され、４ないし20ミリアンペアのような出力電流信号
が、同様に２線式ループ14に結合された外部負荷14Bに
供給される。

トランスミッタ10は互いに離隔密閉された３つの隔室
（コンパートメント）18,22および24を有するハウジン
グ16から成る。トランスミッタ10はまた、隔室18内に配
置されて、差圧、ゲージ圧、絶対圧のようなプロセス変
数を検知する容量性圧力センサ26を有する。

センサ26は導線を介して隔室18内の回路板組立体28に
電気的に接続されており、この回路板組立体はセンサ出
力を整流するダイオードもしくは整流器30とセンサ出力
を補正するアナログ補正部32から構成されている。この
補正は温度補償をも含んでいる。

ケーブル34は隔室18と22間の密閉部（シール）36を貫
通し、回路板28を隔室22内のコネクタ板38と電気的に接
続している。コネクタ板38は、センサ26の温度特性を補
正する追加のアナログ補正もしくは補償回路より構成さ
れる。コネクタ板38は他のトランスミッタ回路と接続す
る多ピンコネクタ42と組になっている。

動作時に、センサ26、回路板組立体28、ケーブル34お
よびコネクタ板38はともに、トランスミッタ10内のセン
サモジュール35を構成して、プロセス変量を検知し、ア
ナログ温度補正部を含むコネクタ42にセンサ出力を供給
する。

密閉隔室24内の端子条片44は導管14C内の２線式ルー
プ14に接続され、２線式回路を隔室24から隔室22に結合
する気密貫通給電部46を構成している。ハウジング16内
の隔室22は、アナログ変換器および励起回路の組立体23
を収容しうる形とされている。前記励起回路組立体23
は、センサを励起させたり、センサ信号を４ないし20ミ
リアンペアの出力に変換させるためにアナログ回路を利
用する回路組立体23は、コネクタ42に結合したアナログ
変換器および励起用電子装置からなる印刷回路板23A
と、回路板23Aに結合したスパンおよび零点調整回路か
ら成る印刷回路板23Bとにより構成される。

一対の密封された調整ねじ50が、隔室22の内部からト
ランスミッタのハウジング16の外部へ延出している。調
整ねじ50は、回路板23B上のスパンおよび零点用のポテ
ンショメータ23C,23Dの調節に用いられる。

アナログ変換器は信頼性があり、低コストの出力手段
であり、スパンと零点の設定はポテンショメータ23C,23
Dを用いてなされる。ポテンションメータ23C,23Dの機械
的調整はスパンや零点の設定を変化させるような遺戒的
振動にさらされる。ポテンショメータ23C,23Dは出力の
スパンと零点の設定をポテンショメータの調整および分
解能の限界まで調整できる。

検知された圧力の関数としての、トランスミッタ10の
４ないし20ミリアンペアの出力の直線性は、トランスミ
ッタ10のアナログ補正回路で改良される。このような非
直線性に対しては、アナログ変換器、励起もしくはセン
サモジュールによっても調整が施されるが、デジタル回
路を用いればより良い直線性の改良が得られる。

トランスミッタ10をプロセスプラントに組立てたり設
置するための投資はかなりのものであり、トランスミッ
タ10を除去して、デジタル回路を用いたより高精度のト
ランスミッタと置換すると、このようなトランスミッタ
10を設置する費用は全て損失となる。トランスミッタ10
が化学、石油もしくはパルプ、紙プラントなどのプロセ
ス・プラントに設置された場合には、トランスミッタ10
を完全に置換することは費用がかかり時間を浪費するだ
けのこととなる。

もし、フランジ・アダプタ・ユニオン12への圧力ライ
ンに別々の遮断バルブが設けられていなければ、ボルト
をゆるめてトランスミッタからフランジ・アダプタ・ユ
ニオンを外す時、プロセス流体がフランジ・アダプタ・
ユニオンからこぼれ出ないように、ラインを減圧するた
めにプラントの少なくとも１部を停止（Shut down）す
る必要がある。

もしも遮断バルブが備えられていれば、トランスミッ
タを交換している間も遮断する必要がない。ボルトをゆ
るめてトランスミッタ10からフランジ・アダプタ・ユニ
オンを外し、置換用トランスミッタに再びボルト止めし
なければならない。フランジ・アダプタ・ユニオンを代
替トランスミッタにボルト止めする時は漏れの可能性が
あるので、フランジ・アダプタ・ユニオン間のシール
（密閉性）を検査しなければならない。

トランスミッタ10を置換えた後、置換トランスミッタ
は、置換中にその圧力ラインに入った空気を除去するた
めに、圧力ラインのガス抜きをしなければならないこと
が多い。トランスミッタ10を全部置換えるためには、ト
ランスミッタ10中の端子44からループ14を切離し、また
トランスミッタ10から導管14Cを切離す必要がある。次
いで、置換用トランスミッタをループ14と導管14Cに再
結合する必要がある。

ある場合には、トランスミッタを置換えるためにプロ
セスプラントの一部を停止することは実際的でなく、ト
ランスミッタ10の置換えは保守のための計画的停止時ま
で延期されることがある。フランジ・アダプタ・ユニオ
ン12と結合しているプロセスパイプ、および導管14Cは
経年変化、腐食または振動などによって脆弱化している
ことがあるので、全部を置換えている間にこれらのライ
ンを操作すると、その部分を損傷するおそれがある。

トランスミッタを全て置換えるのではなく、トランス
ミッタ10内のアナログ電子装置をデジタル変換器で置換
えてグレードアップするならば、全部を置換するための
費用と時間の浪費を避けることができる。置換用のデジ
タル変換器を用いると、プロセスそれ自体、トランスミ
ッタに連なる圧力ライン、フランジ・アダプタ・ユニオ
ン12、ループワイヤ（配線）14、端子条片44および導管
14Cなどに対する悪影響、障害を防止することが可能と
なる。

さらに、デジタル変換器では電気的なスパンおよび零
点調整が可能となり、振動に敏感なポテンショメータを
用いないで済ませることができる。スパンおよび零点の
電気的調整によってポテンショメータの分解能より高い
分解能が達成され、より正確なスパンおよび零点の設定
が可能となる。

デジタル変換器はまた、より広いレンジで、より直線
性の高いトランスミッタ出力を提供するデジタル直線性
補正を実現する。ハウジング、温度補償部を含めたセン
サモジュール、端子条片およびループへの接続部などの
ようなトランスミッタ10の主要部は、デジタル回路と共
に用いるのに適しており、トランスミッタの性能（perf
omance）はこの高精度システムによって改良される。

その結果、アナログ変換器23Aはトランスミッタ10か
ら取除かれることができ、トランスミッタ10は、デジタ
ル変換器を備えた器材を組込むことによって所望のレベ
ルにまで改良されることができる。デジタル変換器によ
るトランスミッタのグレードアップは、当初の機材、組
立て労力、およびアナログ補償装置とそのプロセスライ
ンへの組込みなどに費やされた労力と機材が無駄にされ
るのを防止することを可能にする。デジタル変換器に対
するスパン、零点、その他の調整はポテンショメータを
使うことなく行なわれ、高度の安定性と設定の容易性が
得られる。

第２図には、このようなデジタル変換器を有する典型
的なトランスミッタ11が示されている。第２図におい
て、参照番号は、対応する特徴部分が同一のものである
ことを示すために、第１図のものと同じにしてある。第
２図では、デジタル変換器52がトランスミッタ11内に組
込まれ、組立体23（第１図に示した）は前もってトラン
スミッタ11から取除かれている。

したがって、トランスミッタ11はループ14への出力を
有し、ループはそれ自身を経由して制御システムとイン
ターフェースするだけの改良された精度を保持してい
る。デジタル変換器52は、センサモジュールの内部で行
なわれるアナログ的補正に加えて第２の補償もしくは補
正を行なうので、トランスミッタの出力は望ましいレベ
ルにまで改良され、その一方では、全てのトランスミッ
タを置換えるための時間、費用および不便さが省かれ
る。

機器52はトランスミッタ11の室（チャンバ）22の中に
取付けられ、したがってトランスミッタ内に密封されて
いる。機器52の回路類はエネルギーの蓄積を制御するよ
うに形成されているので、トランスミッタの固有の安全
性の特徴は保持されている。

第３図には本発明に基づいて製作されたトランスミッ
タ500の第１の実施例が示されている。

トランスミッタ500はライン514を通じてプロセス変量
と結合している。ライン514上のプロセス変量は絶対
圧、ゲージ圧もしくは差圧、温度、PH、流量、導電率な
どであることができる。トランスミッタ500はライン514
上のプロセス変量を検知して、プロセス変量の関数とし
ての出力を発生する。トランスミッタ500は更に、それ
ぞれ導線503,505を通じて２線式ループ506と接続した出
力端子502,504を有する。電源508は導線503と導線507間
でループ506と直列に接続され、トランスミッタ500にエ
ネルギーを供給している。トランスミッタ500は、導線5
20によって出力端子502に接続され、また導線540および
抵抗542を通して出力端子504に接続された電流制御部53
6を備える。

電流制御部536は、検知されたプロセス変量の関数と
してループ506内の電流Ｉを制御する。それ故に、電流
Ｉはトランスミッタの出力である。電流Ｉは、検知した
プロセス変量に直線的に比例する４ないし20ミリアンペ
アの低周波電流であることが好ましい。電流制御部536
もまた、抵抗542の両端に発生する電圧を検知するため
に、導線544によって出力端子504と接続されていること
が好ましい。この電圧はループ電流Ｉを代表するもので
ある。

電流制御部536は、このようにしてループ電流Ｉをモ
ニターし、ループ電流Ｉを閉ループ制御する。抵抗510
がループ506の導線505と507の間に接続される。ループ
電流Ｉは抵抗510を通って流れる。利用装置（utilizati
on device）512は、抵抗510の両端に発生する電圧を利
用するものであり、制御コンピュータ、ループコントロ
ーラ、チャートレコーダ、計器その他の表示、記録もし
くは制御機器から構成されることができる。

電流制御部536または第１の通信出力（communication
output）を発生する。第１の通信出力は高周波で、周
波数シフトキード（FSK:frequency−shift−keyed）の
連続信号であることが好ましい。第１の通信出力のキー
イング（keying）もしくは変調周波数は、第１の通信出
力が、利用装置512の動作と実質的に干渉することなし
に、ループ電流Ｉに重畳できるように、ループ電流Ｉの
低域周波数から離して選ばれることが好ましい。

第１の通信出力はスパンと零点の設定値、トランスミ
ッタの（連続）番号、検知されたプロセス変量の識別符
号、プロセス変量の電流強度等の、トランスミッタの動
作を表わすデータもしくは設置パラメータを含んでい
る。第１の通信出力は、電流制御部536から導線520,540
によって出力端子502,504へそれぞれ接続され、さらに
そこからそれぞれループ506の導線503,505に接続されて
いる。

通信手段516は導線546,548を通じてそれぞれ導線503,
505と接続している。通信手段516は、電流制御部536か
ら導線520,503,546,505および540を通じて第１の通信出
力を受信する。したがって通信手段516は、第１の通信
出力に含まれたデータを受信し、トランスミッタから離
れた場所に居るユーザにそのデータを与える。通信手段
516は好ましくはループ506と容量的に結合しており、低
周波のループ電流Ｉは通信手段516を通っては流れな
い。

第３図に関連して記述されている実施例では、ループ
を介して通信信号を送受信しているが、この技術の熟練
者達には明らかなように、このような通信信号はループ
から分離された導線（ライン）もしくは母線（bus）を
介してトランスミッタと交流的に結合されることもでき
る。

トランスミッタ500はさらに、ループ電流Ｉの一部を
受けて、制御されたエネルギ（電圧）レベルでトランス
ミッタ回路を付勢するために、導線520に接続されたレ
ギュレータ518を有する。レギュレータ518は、電源を導
線522を通じて励起手段526に供給し、また導線524を通
じて演算手段532に供給する。ループ電流のうち、レギ
ュレータ518と結合した部分は、レギュレータと導線540
間を結合する導線550および演算手段532と導線540間を
結合する導線552を通じてループに戻される。

励起手段526は、導線527によってセンサモジュール52
8に結合する励起出力を発生する。センサモジュール
は、プロセス変量を検知するために、ライン514を介し
てプロセス変量と結合される。導線527上の励起出力は
センサモジュール528を励起する。センサモジュール528
は、検知されたプロセス変量の関数であるセンサ出力を
導線530を通じて伝送する。センサモジュール528は更
に、導線530上のセンサ出力を補正するアナログ回路529
を備える。

アナログ回路529によって施される補正は、検知され
たパラメータに対するセンサ出力の所望のレスポンスか
らの偏差を補正するものである。アナログ回路529によ
って施される補正は、プロセス変量の関数としてのセン
サ出力の直線性の補正、圧力、流量、導電率を表わすセ
ンサ出力の温度補正、熱電対に対する冷接合補償等を包
含し得る。好ましい実施例では、センサモジュール528
は更に、導線530上のセンサ出力を整流する整流手段を
備える。

導線530上のセンサ出力は演算手段532に結合される。
演算手段532はセンサ出力の関数として演算出力を算出
する。演算出力は、ループ506の電流Ｉの振幅のような
所望の出力を表わすものであり、また検知されたパラメ
ータの関数ともなっている。

定数533は演算手段の内部に記憶される。定数533は、
トランスミッタ出力のデジタル補正を表わすものであ
り、アナログ回路529によって施された補正に加えて、
さらにトランスミッタの出力を改善する。定数533は直
線性補正、スパン補正、零点補正、あるいはその他の、
トランスミッタの出力特性を改善する補正を包含し得
る。好ましい実施例においては、定数533は直線性、ス
パンおよび零点設定の複合（multiple）補正を含む。

演算出力は、導線534を通じて電流制御部536に結合さ
れる。好ましい実施例においては、電流制御部536は、
導線534上の演算出力を導線544上で検知された検知電
流、すなわち実際の電流Ｉと比較して、実際の電流Ｉが
導線534上の演算出力で表わされている計算上の電流Ｉ
と実質的に等しくなるように、導線520上の電流を制御
する。

トランスミッタの出力はこのように、アナログ的補正
およびデジタル的補正の両面から改良されている。利用
装置512が受取った電流は、トランスミッタ500の内部で
デジタル的補正がなされているので、検知されたパラメ
ータをより良く代表している。

好ましい実施例においては、演算手段532はまた、導
線534を通じて（演算出力と共に）電流制御部536と結合
する第１の通信出力を表わす出力をも発生する。したが
って、電流制御部536は第１の通信出力である電流をル
ープ電流に重畳させる。

より好ましい実施例においては、通信手段516がユー
ザーからの補正定数を表わすデータを受取る。通信手段
516は、導線546,548上の補正定数から成る第２の通信出
力をそれぞれ導線503,505に結合させる。トランスミッ
タ500において、第２の通信出力は端子502,504から抵抗
542を通り、導線524および552を経て演算手段532に結合
している。

演算手段532は第２の通信出力を受け、その中に含ま
れたデータを定数533として記憶する。トランスミッタ5
00はこのようにして、遠隔地から補正定数533を与えら
れることができる。補正定数533を調整するために、ト
ランスミッタ500を探し出したり（locate）に開いたり
する必要はない。第３図に示したトランスミッタ500
は、トランスミッタ内の既存のセンサモジュール528
と、演算手段532、電流制御部536、レギュレータ518お
よび抵抗542から成る置換変換器とを使用している。置
換励起手段526もまた用意される。

第４図には、２線式で、４ないし20ミリアンペアのル
ープ14に結合されたトランスミッタ10の回路の、第２の
好ましい実施例のブロック図が示されている。トランス
ミッタ10はその端子60,62においてループと結合されて
いる。電池や電源のような付勢源64が、抵抗66Aによっ
て代表されるループ負荷に導線15を通じて直列に結合さ
れる。

ループ負荷は例えば制御コンピュータ、チャートレコ
ーダ、もしくは電流計から成る。ループ電流は付勢源64
から導線64Aを通り、端子60においてトランスミッタに
流入し、端子62から導線62Aを通じてトランスミッタか
ら抵抗66Aに流出し、このようにしてループからトラン
スミッタ10に給電する。トランスミッタ10内のダイオー
ド59はトランスミッタ10に逆極性保護を与える。

低周波ループ電流の振幅は端子60,62に結合された電
流制御部66によって制御されており、そのためループ電
流の振幅はトランスミッタによって検知されたプロセス
変量の関数となっている。第１のレギュレータ68は端子
60に接続し、トランスミッタ10中の導線70上に第１の調
整された電圧を印加する。第２のレギュレータ72は導線
70に接続し、導線74に第２の調整された電圧を印加す
る。

トランスミッタを流れる電流はトランスミッタ10中の
共通導体76に戻り、共通導体は抵抗78を通って端子62に
接続している。抵抗78の両端に生じた電圧は実際のルー
プ電流を表わし、この電圧は導線80を通じてデジタル・
アナログ変換器（DAC）82に帰還され、トランスミッタ
出力電流の閉ループ制御に利用される。励起手段84は導
線70,74を介して付勢され、導線86を通じてセンサモジ
ュール88を励起する。センサモジュール88は容量性圧力
センサ、アナログ式直線性および温度補償要素および整
流回路より構成されることができる。

センサモジュール88は、検知パラメータの関数として
のセンサ出力を導線90によって積分器92に結合してい
る。アナログ技術を用いた温度補償はセンサモジュール
88の内部でなされる。インターフェース回路は94は導線
91,93を通じ積分器92に接続され、積分器回路92と積分
器タイマー96およびマイクロコンピュータ98とのインタ
ーフェースを行なう。

積分器92は導線70と76から給電され、導線74と76から
給電されるタイマー96やマイクロコンピュータ98よりは
高い電圧で動作する。この電圧の差のために、インター
フェース回路がレベルシフトをもたらして調和した信号
レベルを確実にする。積分器92、インターフェース回路
94および積分器タイマー96はマイクロコンピュータ98と
ともに動作して二重スロープ型アナログ・デジタル変換
器99を形成する。

二重スロープ型変換器99は、センサモジュール88から
の補正されたアナログセンサ出力のアナログ・デジタル
変換を行なう。二重スロープ変換器99はこのようにし
て、温度補正されたセンサ出力を代表するデジタル信号
をマイクロコンピュータ98に送る。マイクロコンピュー
タ98は、一つの集積回路上にマイクロプロセッサ、プロ
グラムメモリおよびランダムアクセスメモリの全てを有
し、好ましい低消費電力と小型化をもたらすような、１
チップマイクロコンピュータであることが好ましい。

他の実施例では、マイクロコンピュータ98は、スペー
スと電源の仕様が設計と両立するならば、別々のマイク
ロプロセッサ、プログラムROMとRAMから構成することも
できる。

一つの好ましい実施例では、“ウォッチドッグ”タイ
マー102がマイクロコンピュータ98に接続され、マイク
ロコンピュータ98が、ウォッチドッグタイマー102で設
定された制限時間内に選択されたタスクの実行に失敗し
た時、これを検知する。制限時間内でのタスク実行の失
敗はマイクロコンピュータ98の誤動作を示し、ウォッチ
ドッグタイマーは、このような失敗がおきた時にマイク
ロコンピュータをリセットする。マイクロコンピュータ
98に接続された不揮発性メモリ104には、トランスミッ
タのデジタル的直線性補正を表わす定数がロードされて
いる。

したがって、改良されたトランスミッタは、トランス
ミッタが最初に製作された時にセンサモジュール88の内
部に設けられたアナログ補正部に加えて、トランスミッ
タ出力に対するデジタル補正部を備えることができる。
マイクロコンピュータ98は、メモリ104にストアされた
デジタル的補正語に基づいてトランスミッタ出力を演算
する。得られた演算出力は、元来のアナログトランスミ
ッタ出力の精度を越えるように、精度的に改良される。
演算されたトランスミッタ出力は、導線106を通じてデ
ジタル・アナログ変換回路（DAC）82に接続される。

DAC82は、演算出力と実際のループ電流を表わす導線8
0上の信号とを比較する。DAC82は導線108を通じて信号
を電流制御部66に結合し、ループ内の電流が所望の計算
されたトランスミッタ出力と等しくなるようにする。マ
イクロコンピュータ98と結合した通信回路112はトラン
スミッタのための補正定数、スパンや零点設定のような
デジタル語をループから受信する手段を備えている。

トランスミッタ内の通信回路112は、デジタル制御シ
ステムの一部であるか、もしくは遠隔地点においてルー
プと結合する個別装置であり得る第２の通信回路114と
ともに、双方向通信回路を形成するために、導線126,12
8,62A,64Aで接続されている。スパン、零点および直線
性補正を表わすデータが第２の通信回路114に取込まれ
る。

第２の通信回路114は、ループの導線62A,64Aおよびト
ランスミッタ内の導線76,126を介して高周波信号を通信
回路112に接続する。高周波信号はトランスミッタ内の
通信回路112によって検出され、“搬送波検出”信号は
通信回路112から導線116を経てマイクロコンピュータ98
に送出される。搬送波検出信号が検知された時、マイク
ロコンピュータ98は導線118上の信号を通信回路112に送
出する。

通信回路112はスイッチ122を閉成して通信回路112内
のモデム124に給電する。モデム124は、導線126,128,7
6,62A,64Aを通じて第２の通信回路114と双方向通信を行
なう。補正定数はモデム124によって受信され、マイク
ロコンピュータ98によってメモリ104に転送される。ス
パンおよび零点の定数も同様にして受信され、メモリ10
4にストアされる。

モデム124は、メモリ104にストアされている、トラン
スミッタの機能を制御するパラメータ、連続番号および
保守経歴を含む定数の状態を示すデータを、プロセス変
換を表わすデータと同様に、第２の通信回路に送信す
る。

回路に供給される複合付勢電流はループから取出し可
能な４ミリアンペアの付勢レベルを超えることがある。
励起回路84とマイクロコンピュータ98とは、同じ電流が
両方を流れ、ループからの総付勢電流が効果的に制御さ
れるように直列に接続される。チャージポンプ132が、
ループ端子における励起電流を更に減少させるために導
体70,74および76の間に設けられる。チャージポンプ
は、２つの直列接続された付勢回路の電流必要量がより
うまくバランスするように、直列接続負荷間で電荷を転
送する。このことは、トランスミッタ端子の部分での付
勢電流を減少させる。

トランスミッタが正常に動作している間は、スイッチ
122が開放されてモデムの動作を停止するので、更に付
勢必要量を減少させる。ループからトランスミッタへの
付勢電流はこのようにして４ミリアンペア以下に保たれ
る。それ故に、トランスミッタは４ないし20ミリアンペ
アのループ14で作動されることが可能である。しかし、
モデム124と回路114間の通信の間は励起電流の消費は一
時的に４ミリアンペアを超えるかもしれない。

第5A図には、トランスミッタの回路の第１の部分が示
されている。センサモジュール88は点線で囲まれた枠内
に示され、固定コンデンサ142,144を通って整流ダイオ
ード146のアレイに接続された容量性圧力センサから成
る。整流ダイオード146は励起回路84と接続しており、
励起回路は整流ダイオード146を通して容量性圧力セン
サ140を励起する。

センサモジュール88はさらに、選択された固定抵抗14
8,150,152,154,156,158およびサーミスタ162,164を備え
る。サーミスタ162,164はセンサ140および固定コンデン
サ142,144に結合されて、センサ140にアナログ的温度補
修を施す補償要素である。センサモジュール88は更に補
正コンデンサ166を有し、これは前のアナログ変換器に
用いられたものであるが、デジタル変換器には接続され
る必要がなく、使用されない。

励起手段84は抵抗168,170,172,174,176,178,コンデン
サ180,182,184,186,188,190,192,増幅器194,196,トラン
ジスタ198および励起のために互いに結合した５つの巻
線を有する変成器から構成されている。センサモジュー
ルと協働する励起回路の動作は、ロジャー・エル・フリ
ック（Roger L.Frick）の米国特許第3,646,538号に記述
されている。

センサーモジュール88は、検知された圧力を表わすセ
ンサ電流“Is"を導線202を通じて積分回路92に送る。セ
ンサモジュール88はまた、アナログ温度補償電流“It"
を導線204を通じて積分回路92に送出する。センサ電流
“Is"とアナログ温度補償電流“It"は、増幅器208、抵
抗210,212,214,216およびコンデンサ218から成る増幅段
のノード206で合計される。

増幅段は電流の合計（Is＋It）を表わし、それゆえに
センサモジュールのアナログ補償回路で補正されたセン
サ出力を表わす電圧を導線218上に発生する。導線218
は、スイッチ（電界効果トランジスタ;FET）220を通っ
て積分段222に接続される。導線224上の事実上固定の基
準電位が、スイッチ（FET）226を介して積分段222に供
給される。積分段222は、相互に第5A図に示されるよう
に接続された増幅器228,コンデンサ230および抵抗232か
ら構成されている。スイッチ220および226が交互に付勢
されるので、積分段222はセンサ電位および固定電位を
交互に積分する。

積分段222はスイッチ220,226によって印加された電圧
の時間的積分を導線234上の出力とする。積分段の出力
は導線234を通じて比較器236に送られ、そこで積分器出
力が導線238上の実質的に固定の電圧と比較される。比
較器の出力は導線240に送出され、後述される第5B図の
回路に伝送される。

電源回路の一部である第２のレギュレータ72は導体70
と74との間に接続され、励起回路、積分回路、センサモ
ジュール88内の温度補償回路に参照（基準）電圧を供給
する導線242と238上に中間供給電圧を発生する。第２の
レギュレータは、第5A図に示されるように互いに結合さ
れた抵抗244A,246,248,250,252,可変基準（adjustable
reference）254およびコンデンサ256,258から構成され
ている。

第5A図で“J2"と表示されているコネクタは、第5B図
で“J2"と表示されているコネクタと接続される。

第5B図では、NANDゲート246と248が互いに結合されて
フリップフロップ回路250を構成している。比較器出力
（第5A図）は、導線240からコネクタJ2を通ってフリッ
プフロップ250の“セット”入力に送出されている。フ
リップフロップ250の第１出力Ｑは導線244からコネクタ
J2を通ってスイッチ226（第5A図）のゲート入力に接続
している。フリップフロップ250の第２出力は導線242
からコネクタJ2を通ってスイッチ220（第5A図）のゲー
ト入力に接続している。

励起電圧はコネクタJ2を通り、導線70,74および76を
通じて接続されている。タイマー96は導線252上の低レ
ベルタイマー出力を、インバータ256に高レベルタイマ
ー出力を与えるレベルシフトバッファ254へ与える。タ
イマー96はRCAコーポレーション社で製造された部品番
号CD4536Bのもので構成されることが好ましい。インバ
ータ256は高レベルタイマー出力を導線258を通じてフリ
ップフロップ250のリセット入力に送出する。フリップ
フロップ250のＱ出力は、バッファ260を通ってタイマー
96のリセット入力に供給される。フリップフロップ250
の出力は、インバータ262を通ってマイクロコンピュ
ータ98の入力に供給される。マイクロコンピュータ98は
沖セミコンダクター社で製造された部品番号80C59のも
のであることが好ましい。

マイクロコンピュータ98は導線264を通じてタイマー9
6にクロック信号を供給する。フリップフロップ250、タ
イマー96および積分回路92は一緒になって二重スロープ
積分回路として機能する。フリップフロップ250の出
力は複合電流（Is＋It）を表わすパルス幅を有する。そ
れ故に、マイクロコンピュータ98と結合する信号は、セ
ンサモジュール88内で施されるアナログ的補正を含め
て、検知されたパラメータを表わす。

マイクロコンピュータ98はセンサ出力（Is＋It）のア
ナログ・デジタル変換を完了するために、インバータ26
2からのこのパルス幅の期間、自身のクロックパルスを
計数する。

ウォッチドッグ・タイマー102は、第5B図に示される
ように互いに結合されたインバータ268,270,コンデンサ
272,274,276,抵抗278,280,トランジスタ282およびダイ
オード284より構成される。マイクロコンピュータ98の
正常動作中、マイクロコンピュータ98は周期的に配線29
0にウォッチドッグ・タイマー102へのパルスを供給す
る。導線290上のパルスウォッチドッグ・タイマー102を
リセットし、導線292に出力を発生することを妨げる。

しかし、マイクロコンピュータ98が誤動作して、ウォ
ッチドッグ・タイマーが設定する定められた時間間隔で
導線290にパルスを送り出し損った場合は、導線292にウ
ォッチドッグ・タイマー出力が発せられてマイクロコン
ピュータ98をリセットし、正常な動作が再び開始され
る。定められた時間間隔は、抵抗280,278の抵抗値およ
びコンデンサ274,276の容量の関数となる。

電気的消去可能読出し専用メモリ（EEROM）104がマイ
クロコンピュータ98に接続され、スパン、零点など、第
２図に関連して説明されたようなデジタル的補正を表わ
すデジタル語を記憶する。マイクロプロセッサはメモリ
104に記憶された補正定数を読取り、出力の補正量をそ
の定数の関数として演算する。

クリスタル292はマイクロコンピュータ98と結合して
安定したクロックもしくは基準時を供給する。

トランスミッタの動作が、独立の不揮発性メモリ104
をもつものとして記述されたが、当該技術の熟練者に
は、マイクロコンピュータ98中のRAMの一部が、補正定
数などを不揮発的に蓄積するために、電池によって給電
されてもよいことが理解されるだろう。導線70,74およ
び76はレベルシフタ（バッファ）254に接続されてこれ
を付勢する。

第5B図で“J3"と表示されたコネクタは、マイクロコ
ンピュータ98からの導線を第5C図に示される回路に接続
する。電源供給線70,74,76もまたコネクタ“J3"を通し
て第5C図に示される回路に接続されている。

第5C図において“J3"と表示されたコネクタは、第5B
図で“J3"と表示されたコネクタに接続され、電源供給
源70,74,76はコネクタ“J3"を通って第5B図に示される
回路に接続される。

トランスミッタは、第５図Ｃ図に示される端子60,62
を通してループ14に接続される。ループ14からの電流は
端子60からトランスミッタに流入する。端子60は極性保
護ダイオード59を通って導線126に接続される。計器端
子61,63は、配線隔室24（第２図）内の適宜の表示計器6
5を接続するためのダイオード59に結合されている。第
１のレギュレータ68は、導線126からのループ電流のう
ちの励起分を受取るために導線126に接続されている。

第１のレギュレータ68は、第5C図に示されるように互
いに結合された抵抗300,302,304,306,308,310,312,コン
デンサ314,316,318,増幅器320,トランジスタ322,324,ダ
イオード326,328およびツェナーダイオード330,332,33
4,336より構成されており、調整電圧を発生する。レギ
ュレータ68は、導線70に、第１の調整電圧を供給する。

電流制御回路66は、ループ内の電流量を制御するため
に導線126と端子62間に接続される。電流制御回路66
は、導線126から端子62への電流の流れを制御するため
に、第5C図に示されるように互いに結合された増幅器35
0,抵抗78,352,354,356,トランジスタ358,360コンデンサ
362およびツェナーダイオード364,366から構成されてい
る。増幅器は導線368上の制御入力を受け、ダーリント
ン構造に結線されたトランジスタ358,360に、抵抗354を
通して電流を送出する。

ループ電流の一部は導線126からツェナーダイオード3
64,トランジスタ358,360および抵抗356を経て導線76へ
流れる。トランスミッタ回路からの残りの部分からの電
流は、回路の共通導線である導線76に流入する。このよ
うにして、実質的に全てのループ電流が導線76から抵抗
78を経て端子62に流れ、ループに戻る。抵抗78の両端に
発生した電圧は、導線370を通じてDAC82へ導かれる。

DAC82はアナログデバイス社で製造された部品番号AD7
543のもので構成されるのが好ましい。DAC82は、導線37
0上の電圧を、DACが母線372から受信した演算出力信号
と比較する。母線372は、DACからコネクタJ3を通ってマ
イクロコンピュータ98（第5B図に図示されている）に接
続される。

通信回路112は、第３図に関連して説明されているよ
うに、第１の通信信号をループに供給するために導線12
8を通じて通信出力を電流制御部に送る。第２の通信出
力は、端子60においてループから導線126を通じて通信
回路112に接続される。通信回路112は導線126から第２
の通信信号を受信し、第２の通信信号を復調する。復調
された第２の通信信号は、母線374を経てコネクタJ3を
通り、マイクロコンピュータ98（第5B図）に接続され
る。通信回路112は、ループから受信した通信信号をろ
波し、増幅するフィルター376を有する。

フィルター376は、搬送波の存在を検出する検出回路3
78および通信信号を変復調するモデム124と接続してい
る。モデム124はテキサス・インスツルメント社で製造
された部品番号TCM3105のものが好ましい。搬送波検出
器378は、導線116からコネクタJ3を通ってマイクロコン
ピュータ98（第5B図）と接続している。搬送波が検出さ
れると、マイクロコンピュータ98は接続118を通じて、
モデム124を付勢するスイッチ122に信号を送出する。

チャージポンプ132は導線70,74および76の間に接続さ
れる。チャージポンプは、チャージポンプ集積回路392
と結合されたコンデンサ390を有することが好ましい。
チャージポンプ集積回路392はインテンシル社で製造さ
れた部品番号7660のものが好ましい。コンデンサ390は
導線70,74から充電され、次いで電流がバランスするよ
うに導線74,76に放電される。

本装置はこのように、トランスミッタがプロセスプラ
ントの適所に装備されたままで、その出力に所望のデジ
タル的補正を施すように構成されることができる。デジ
タル的直線性の補正を施すために、デジタル的に演算さ
れた出力を獲得しながら、全トランスミッタを置換する
費用を排除することが可能である。トランスミッタは、
それがプロセス設備の適所に残されたまま、本発明の装
置と適合することが可能である。ここに記述された実施
例では線型出力を持つことになっているが、当該技術の
熟練者には、本発明が平方根出力のような非線型出力の
ものや、逆動作出力（reverse acting output）のもの
にも同様に利用可能であることが理解されるだろう。

フロントページの続き (72)発明者ペダーソン，デビットエルアメリカ合衆国、55343 ミネソタ州、ホプキンス、ナインティーンスアベニューサウス 101 (56)参考文献特開昭61−142828（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−153497（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トランスミッタハウジング内に搭載され、
前記トランスミッタハウジング内部の第１および第２の
トランスミッタ端子でセンサ出力に接続されると共に、
また外部負荷および電源にも電気的に接続された２線式
電流搬送ループを通じて、その内部の送信回路セットか
ら出力情報を送出する能力を当初から備えており、前記
出力情報はセンサ手段によって感知された被測定状態に
依存し、かつトランスミッタ内の前記センサ手段によっ
て検知されたパラメータの値に基づいて形成され、前記
センサ手段はセンサハウジングおよびプロセスラインに
結合されたセンサを具備し、さらにトランスミッタハウ
ジングがセンサハウジングに固着されているようなパラ
メータ値トランスミッタに、入力情報受信能力を付加す
る方法であって、センサハウジングに取付けられたトランスミッタのセン
サ手段と第１および第２の端子との間に当初から電気的
に接続されている送信回路セットの少なくとも一部の接
続を遮断して除去する工程、および前記センサ手段と前記第１および第２の端子との間に電
気的に接続される送受信回路セットを、センサハウジン
グに取付けられたトランスミッタ内に設置して改造する
工程よりなり、この送受信回路セットは、このように改造されたトラン
スミッタが出力情報を送信し、かつ入力情報を受信する
ことができるようにするものであり、前記２つの工程は、センサをプロセスラインから遮断し
たり、トランスミッタハウジングをセンサハウジングか
ら取外したりすること無しに行なわれることを特徴とす
る方法。
【請求項２】請求の範囲の第１項に記載の方法におい
て、改造されたトランスミッタによる出力情報の送信
が、第１の周波数領域内の周波数成分を有する送信信号
を使用して行なわれ、改造されたトランスミッタによる
入力情報の受信が、第１の周波数領域から離隔した第２
の周波数領域内の周波数成分を有する受信信号を使用し
て行なわれる方法。
【請求項３】請求の範囲の第１項に記載の方法におい
て、センサ手段はセンサおよびセンサ出力信号補正回路
から成り、前記センサおよびセンサ出力補正回路は、第
１の送信回路セットが取除かれる前に配置されていたト
ランスミッタ内のスペースおよび第２の送信回路セット
が設けられた改造トランスミッタ内のスペースから隔離
密封されている方法。
【請求項４】請求の範囲の第１項に記載の方法におい
て、入力情報がスパンと零点調整を別々に表わすもので
ある方法。
【請求項５】トランスミッタハウジングに搭載され、前
記トランスミッタハウジング内部の第１および第２のト
ランスミッタ端子でセンサ出力に接続されると共に、ま
た外部負荷および電源にも電気的に接続された２線式電
流搬送ループを通じて、その内部の第１送信回路セット
から第１の種類の情報を送出する能力を当初から備えて
おり、前記第１の種類の情報はセンサ手段によって感知
された被測定状態に依存し、かつトランスミッタ内の前
記センサ手段によって測定されたパラメータの値に基づ
いて形成され、前記センサ手段はセンサハウジングおよ
びプロセスラインに結合されたセンサを具備し、トラン
スミッタハウジングがセンサハウジングに固着されてい
るようなパラメータ値トランスミッタに、選択された第
２の種類の情報を送信する能力を付加する方法であっ
て、センサハウジングに取付けられたトランスミッタのセン
サ手段と第１および第２の端子との間に当初から電気的
に接続されている送信回路セットの少なくとも一部の接
続を遮断して除去する工程、および前記センサ手段と前記第１および第２の端子との間に電
気的に接続される第２の送信回路セットを、センサハウ
ジングに取付けられたトランスミッタハウジング内に設
置して改造する工程よりなり、この第２送信回路セットは、このように改造されたトラ
ンスミッタが前記第１および第２の種類の情報を前記２
線式ループを介して送信することができるようにするも
のであり、前記２つの工程は、センサがプロセスラインに接続され
ており、かつトランスミッタハウジングがセンサハウジ
ングに取付けられた状態で行なわれることを特徴とする
方法。
【請求項６】請求の範囲の第５項に記載の方法におい
て、改造されたトランスミッタによる第１の情報の送信
が、第１の周波数領域内の周波数成分を有する送信信号
を使用して行なわれ、改造されたトランスミッタによる
第２の情報の送信が、第１の周波数領域から離隔した第
２の周波数領域内の周波数成分を有する送信信号を使用
して行なわれる方法。
【請求項７】入力情報信号を受信すると共に、トランス
ミッタ内の第１および第２の端子に電気的に接続される
のに適合した２線式ループを通じて、トランスミッタ内
のセンサ手段によって計測されたパラメータの値を送信
する送受信回路を有し、前記パラメータ値が当該トラン
スミッタの取付けられている構造物の状態に依存するよ
うな、パラメータ値トランスミッタであって、前記第１および第２の端子にそれぞれ電気的に接続され
た第１と第２の端子手段を含む３個の端子手段と、送受
信回路とを具備し、前記送受信手段は、第１および第２の端子手段に印加する第１および第２の
電圧値と、第３の端子手段に印加する、第１と第２の電
圧値の中間の第３の電圧値とを含む、それぞれに異なる
電圧値を前記３個の端子手段に供給可能であり、第１と
第３の端子手段間に電気的に接続された送受信回路部分
より大きな総電流を通すことが可能な、第２と第３の端
子手段間に電気的に接続された送受信回路部分が存在す
る電源供給手段と、一対の端子を有するとともに、電荷蓄積手段の選ばれた
一つの端子が第３の端子手段に接続された状態で、第１
と第３の端子手段の間に交互に電気的に接続され、次い
で電荷蓄積手段の反対側の端子が第３の端子手段に接続
された状態で、第２と第３の端子の間に電気的に接続さ
れることが可能な電荷蓄積手段とを有するパラメータ値
トランスミッタ。
【請求項８】請求の範囲の第７項に記載の装置におい
て、第１の端子手段が電圧調整回路を介して第１の端子
に電気的に接続され、第２の端子手段が電流検知抵抗を
介して第２の端子に電気的に接続されているもの。
【請求項９】請求の範囲の第７項に記載の装置であっ
て、送受信回路が第１および第２の端子において、情報
信号を受信するもの。
【請求項１０】請求の範囲の第７項に記載の装置であっ
て、電源供給手段は第１および第２の端子において供給
された電流によって動作されることが可能であるもの。
【請求項１１】トランスミッタ内の第１および第２の端
子に電気的に接続されるのに適合した２線式ループを通
じて、その値が当該パラメータ値トランスミッタの取付
けられている構造物の状態に依存するような、トランス
ミッタ内のセンサ手段によって計測されたパラメータの
値を送信する送受信回路を有するパラメータ値トランス
ミッタであって、その第１および第２の端子における、トランスミッタか
らの信号送信を制御するトランスミッタ内に設けられて
いる送受信回路内のマイクロプロセッサと、リセットタイマーの設定時間内にパラメータの値を送信
するように、マイクロプロセッサが指令することに失敗
した時、この送信と関連するマイクロプロセッサ内の動
作シーケンスをリセットすることが可能な、トランスミ
ッタ内に設けられている送受信回路内のリセットタイマ
ー手段とから構成されているパラメータ値トランスミッ
タ。