JP2712616B2 - 電流/圧力変換回路 - Google Patents

電流/圧力変換回路

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【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、2本の伝送線を介して電力の供給を受けな
がらこの伝送線を介して伝送される電流信号を圧力に変
換する電流/圧力変換回路に係り、特にマイクロプロセ
ッサを用いて演算をする場合にその消費電力の低減を図
るように改良された電流/圧力変換回路に関する。この
電流/圧力変換回路は電空変換器或いは電空ポジショナ
などとして用いることができる。
〈従来の技術〉 第2図は従来の電流/圧力変換回路の1例を示すブロ
ック図である。この電流/圧力変換回路は昭和60年9月
27日に特願昭60-213798号(電空ポジショナ)として出
願されているものである。以下、この出願の概要につい
て説明する。
10、11は調節計などの操作手段からの電流出力を入力
電流Io(例えば、4〜20mA)として受信する入力端子
である。この入力電流Ioは入力処理回路12で電圧信号
iに変換されると共にツエナーダイオード121により回
路の電源となる定電圧Ebを作る。
電圧信号Viはアナログ/デジタル変換器13でデジタ
ル信号Diに変換されてマイクロコンピュータ14に入力
される。一方、変位/周波数変換器15からは変位に関連
した周波数信号Fが直接出力され、周期カウンタ16はこ
の周波数信号Fが入力されクロックをカウントすること
により振動周期に対応したデジタル信号Dfに変換して
マイクロコンピュータ14に出力する。
これらデジタル信号Di,Dfの偏差はこのマイクロコン
ピュータ14内で演算処理され、デジタル信号として操作
出力Dmが発信される。この操作出力Dmはデジタル/ア
ナログ変換器17により電圧信号Voに変換され、パイロ
ットリレーのステム変位に関連する電圧信号VPと差し
引かれて圧電アクチュエータ18を駆動する差動増幅器19
に出力される。
差動増幅器19はこの出力によりフラッパ20を変位させ
る圧電アクチュエータ18を駆動する。フラッパ20の変位
によりノズル21のノズル背圧Pbが変化し、これをパイ
ロットリレー22で増幅してバルブ23を駆動する。バルブ
23のステム231の変位は変位/周波数変換器15で周波数
信号Fに変換する。
この変位/周波数変換器15は振動式力センサで構成さ
れており、一方の端部が固定された片持梁151のエッチ
ングされた振動部152に一対の圧電素子153、154を配置
させ、増幅器155と2個の圧電素子153、154が閉ループ
を構成するようにして振動部152の固有周波数の自己発
振を発生させている。
そして、片持梁151の他端にバネ156を介してバルブス
テム231の変位を力に変換して入力することにより、バ
ルブステム231の変位に関連した周波数信号Fを得るこ
とができる。
変位/周波数変換器24は変位/周波数変換器15に周波
数/電圧変換器241を付加した構成であり、パイロット
リレー22の弁に連動するステム221の変位に関連した電
圧信号VPを発生させる。このフィードバックループは
系の安定性向上のためのもので、これによりバルブ23の
容量、構成要素の定数などにより発生する不安定要因を
除くことができるが、変位/周波数変換器24は変位/周
波数変換器15に比較して精度の低いもので実現が可能で
ある。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、入力信号としてのデジタル信号Di
帰還信号としてのデジタル信号Dfとの偏差の演算には
速い演算速度が要求されるが、このために第2図に示す
電流/圧力変換回路ではマイクロコンピュータのクロッ
クを高速で動作させる必要がある。
しかし、2線を介して規格化された電流の供給を受け
て動作させるいわゆる2線式計器の場合には消費電力が
制限されるので、この偏差演算をマイクロコンピュータ
を用いて高速で実行すると消費電流が大きくなり所定の
消費電力をオーバするという問題がある。
〈課題を解決するための手段〉 本発明は、以上の課題を解決するために、一対の入力
端子を介して入力電流が流入されこの入力電流により回
路電源を賄うと共にこの入力電流に対応した入力電圧に
変換する信号処理手段と、前記入力電圧をデジタル信号
に変換するアナログ/デジタル変換手段と、このデジタ
ル信号が入力されこのデジタル信号に対して所定のノン
リニヤ補正をして補正信号を出力するマイクロプロセッ
サ手段と、補正信号と帰還電圧との偏差を演算して偏差
信号を出力するデジタル信号プロセッサと、この偏差信
号をこれに関連する圧力信号を出力する圧力変換手段
と、この圧力信号をデジタル圧力信号に変換する圧力/
デジタル変換手段とを具備し、このデジタル圧力信号を
帰還信号として帰還することを主な構成とする。
〈作用〉 入力電圧はアナログ/デジタル変換手段でデジタル信
号に変換された後、このデジタル信号はマイクロプロセ
ッサ手段でノンリニヤ補正がなされて補正信号として出
力される。デジタル信号プロセッサはこの補正信号と帰
還電圧との偏差をデジタル演算して偏差信号を出力す
る。そして、この偏差を用いて入力電圧に対応する圧力
信号を出力する。
補正信号はマイクロプロセッサ手段で低速で実行され
るが、偏差演算は高速の演算が可能なデジタル信号プロ
セッサで実行する。
〈実施例〉 次に、本発明の実施例について図を用いて説明する。
第1図は本発明の1実施例の構成を示すブロック図であ
る。なお、従来の構成と同一の機能を示す構成要素につ
いては同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
入力端子10と11との間には電磁アクチュエータ25と入
力処理回路26とが直列に接続されている。
入力処理回路26はツエナーダイオードZDと抵抗R1
の直列回路に並列に抵抗R2とR3との直列回路が接続さ
れている。ツエナーダイオードZDと抵抗R1との接続点
は共通電位点COMに接続され、この接続点と抵抗R2とR
3との間に入力回路261が接続されている。ツエナーダイ
オードZDは共通電位点COMに対して回路の電源電圧Eb
を発生させ、また入力回路261は例えば4〜20mAの入力
電流Ioの内バイアス分である4mAを差し引いた0〜16mA
の信号電流ISに対応するアナログの入力電圧Viとして
出力する。
また、電磁アクチュエータ25は、入力電流Ioの内バ
イアス分である4mAを差し引いた0〜16mAの信号電流IS
によって動作する例えば可動コイル形のアクチュエータ
で構成され、この電流ISによりこれに対応する変位Δ1
として出力する。
入力電圧Viはアナログ/デジタル変換器(A/D変換
器)13でデジタル信号に変換されたマイクロプロセッサ
27に出力され、ここで非直線補正などが施されて補正信
号VCとして出力される。マイクロプロセッサ27はその
クロック速度を第2図に示す場合に比べて低下させて消
費電力の低減を行っている。このようにしても非直線演
算に対しては第2図に示す場合と異なり格別問題を生じ
ない。なお、マイクロプロセッサ27は高速処理を要しな
い他の演算、例えばゼロ/スパン調整、温度補正、或い
は外部との通信処理なども必要に応じて実行することが
できることはいうまでもない。
28は記憶内容を電気的に書き替え可能なメモリ(EEPR
OM)であり、ここにはデジタル信号プロセッサ29で補正
信号VCと周期カウンタ16からの帰還信号であるデジタ
ル信号Dfとの偏差を演算する各種の演算係数が格納さ
れている。この演算係数は例えばバルブ23の容量の大小
或いは種類に応じて安定に動作するように偏差に対して
1次遅れ演算などを施す補正をするために使用されるも
のである。そして、これ等の演算係数はマイクロプロセ
ッサ27からの指令に基づいてメモリ28から選択されてデ
ジタル信号プロセッサ29に出力される。
デジタル信号プロセッサ29はゲートアレイなどで構成
されたデスクリートなデジタル論理回路であり、ここで
補正信号VCとデジタル信号Df、周期カウンタ30からの
デジタル信号Dmとの偏差を時間遅れなく演算し、かつ
メモリ28からの演算係数を用いて所定の演算を施し、こ
の結果に対してデジタル/アナログ演算して偏差信号V
dを出力する。
31は補正回路であり、この補正回路31は電磁アクチュ
エータ25に並列に挿入接続され、入力電流Ioを分流し
て電磁アクチュエータ25に信号電流ISを流す共にこの
信号電流ISに対して補正を実行する。
補正回路31はトランジスタQ1と抵抗R4の直列回路が
電磁アクチュエータ25に接続され、このトランジスタQ
1のベースとコレクタとの間に抵抗R5が挿入された構成
である。このベースに抵抗R6を介してデジタル信号プ
ロセッサ29を介して偏差信号Vdが印加されている。
この偏差信号Vdは補正回路31で4mAのベース電流Ib
を流すと共に信号電流ISに応じた非直線補正を行う。
電磁アクチュエータ25は補正された信号電流ISが入
力されてこれにより内部の可動コイルを駆動してこれと
一体に結合されたフラッパを変位Δ1させる。
この変位Δ1は変位/圧力変換器32に出力されて変位
Δ1に対応した空気圧Pに変換される。この変位/圧力
変換器32は、例えば第2図に示すようにフラッパに対向
配置され絞りを介して空気圧が供給されたノズル21とこ
のノズル背圧を増幅するパイロットリレー22などで構成
されている。そして、パイロットリレー22の弁に連動す
るステム221の変位は変位/周波数変換器24で周波数に
変換されこの周波数は周期カウンタ30でデジタル信号D
mに変換される。
以上の補正回路31、電磁アクチュエータ25、変位/圧
力変換器32などで偏差信号Vdを空気圧Pに変換する圧
力変換手段33を構成する。
また、この空気圧Pはバルブ23に出力されここでステ
ムの変位(開度)変位Δ2に変換される。この変位Δ2
変位/周波数変換器15で周波数に変換されこの周波数は
周期カウンタ16でデジタル信号Dfに変換される。この
変位/周波数変換器15と周期カウンタ16とで変位/デジ
タル信号変換手段34を構成する。
以上のようにして、基本的には信号電流ISで電磁ア
クチュエータ25を駆動すると共に入力電圧Viに対して
マイクロプロセッサ27で非直線補正を施した補正電圧V
Cとしてデジタル信号プロセッサ29に出力し、このデジ
タル信号プロセッサ29はこの補正電圧VCとバルブ23か
らの帰還電圧であるデジタル信号Dfとの偏差を演算し
てこれ等の間に偏差があれば、補正回路31でこの偏差に
対応した補正を行って電磁アクチュエータ25を駆動し、
変位/圧力変換器32を介してバルブ23を駆動する。
なお、第1図に示す実施例では、電空ポジショナとし
て用いる場合を例示して説明したが、バルブ23の変位Δ
2を帰還するのではなく、変位/圧力変換器32の空気圧
Pを圧力/デジタル信号変換手段でデジタル信号に変換
し、このデジタル信号をデジタル信号プロセッサ29に帰
還するようにすれば電空変換器としても使用することが
できる。
〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明に
よれば、入力電流のうちの信号電流をデジタル信号に変
換しマイクロプロセッサにより低速で非直線補正をして
から補正信号を出し、この補正信号と出力の圧力に関連
するデジタル圧力信号との偏差を高速演算可能なデジタ
ル信号プロセッサで演算してこの偏差信号に関連する圧
力信号として出力するようにしたので、マイクロプロセ
ッサを用いても全体の精度を落とさずに低消費電力化が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例の構成を示すブロック図、第
2図は従来の電流/圧力変換回路の構成を示すブロック
図である。 12…、26……入力処理回路、13……アナログ/デジタル
変換器、14……マイクロコンピュータ、15、24……変位
/周波数変換器、18……圧電アクチュエータ、22……パ
イロットリレー、23……バルブ、25……電磁アクチュエ
ータ、27……マイクロプロセッサ、29……デジタル信号
プロセッサ、31……補正回路、32……変位/圧力変換
器、33……圧力変換手段。
フロントページの続き (72)発明者 翠川 稔 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (72)発明者 笠原 康男 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内 (72)発明者 林 寛 東京都武蔵野市中町2丁目9番32号 横 河電機株式会社内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の入力端子を介して入力電流が流入さ
    れこの入力電流により回路電源を賄うと共にこの入力電
    流に対応した入力電圧に変換する信号処理手段と、前記
    入力電圧をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル
    変換手段と、このデジタル信号が入力されこのデジタル
    信号に対して所定のノンリニヤ補正をして補正信号を出
    力するマイクロプロセッサ手段と、前記補正信号と帰還
    電圧との偏差を演算して偏差信号を出力するデジタル信
    号プロセッサと、この偏差信号をこれに関連する圧力信
    号に変換する圧力変換手段と、この圧力信号をデジタル
    圧力信号に変換する圧力/デジタル変換手段とを具備
    し、このデジタル圧力信号を前記帰還信号として帰還す
    ることを特徴とする電流/圧力変換回路。
  2. 【請求項2】前記圧力信号によりバルブを駆動しその開
    度をデジタル変位信号に変換する変位/デジタル変換手
    段とを具備し、このデジタル変位信号を前記帰還信号と
    して帰還することを特徴とする電流/圧力変換回路。
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