JP3222886B2 - ループ過電流回路付きプロセス制御機器 - Google Patents
ループ過電流回路付きプロセス制御機器Info
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- H02H11/002—Emergency protective circuit arrangements for preventing the switching-on in case an undesired electric working condition might result in case of inverted polarity or connection; with switching for obtaining correct connection
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- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
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- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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- H02H9/008—Intrinsically safe circuits
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- Power Engineering (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、過電流保護回路および逆電流保護回路を有
する圧力伝送器、電流−圧力（I/P）変換器等の工業プ
ロセス制御機器に関するものである。
する圧力伝送器、電流−圧力（I/P）変換器等の工業プ
ロセス制御機器に関するものである。
工業プロセス制御システムでは、過電流保護回路およ
び逆電流保護回路は２線式DC電流ループとプロセス制御
機器の間で動作する。これらの保護回路はループからの
過大電流および逆極性電流によってプロセス制御機器の
性能が損われたり、低下する事態の発生を減少させる。
び逆電流保護回路は２線式DC電流ループとプロセス制御
機器の間で動作する。これらの保護回路はループからの
過大電流および逆極性電流によってプロセス制御機器の
性能が損われたり、低下する事態の発生を減少させる。
そのようなプロセス制御機器の例としては、例えば、
US−A3975719に示された圧力、温度、流量、PH、伝導率
等の伝送器、および例えば、US−A4481967に示された圧
力変換器、パルブ・アクチュエータ等があり、これらの
特許は共に本発明の所有者に譲渡されている。
US−A3975719に示された圧力、温度、流量、PH、伝導率
等の伝送器、および例えば、US−A4481967に示された圧
力変換器、パルブ・アクチュエータ等があり、これらの
特許は共に本発明の所有者に譲渡されている。
種々の動作範囲が使用されているが、２線式伝送器お
よびI/Pは通常４ないし20mAのループ電流範囲で動作
し、ループ電流は１つの連続ループを流れる。ループの
付勢は通常、爆発性雰囲気を発火させることができない
低いエネルギー・レベルに制限される。そして、プロセ
ス制御機器は制御センターから離れた場所で動作するの
で、ループ電流を供給するループ・ワイヤの各々および
プロセス制御機器で生じる電圧降下は、プロセス制御機
器の遠隔操作のための最大ワイヤ長を決定する上で重要
である。
よびI/Pは通常４ないし20mAのループ電流範囲で動作
し、ループ電流は１つの連続ループを流れる。ループの
付勢は通常、爆発性雰囲気を発火させることができない
低いエネルギー・レベルに制限される。そして、プロセ
ス制御機器は制御センターから離れた場所で動作するの
で、ループ電流を供給するループ・ワイヤの各々および
プロセス制御機器で生じる電圧降下は、プロセス制御機
器の遠隔操作のための最大ワイヤ長を決定する上で重要
である。
プロセス制御機器を工業プロセス産業で使用するに
は、減少することが望ましいプロセス制御機器のリフト
オフ電圧を含む幾つかのシステム設計パラメータを注意
深く検討する必要があり、リフトオフ電圧は、プロセス
制御機器が正しく動作することを保証するため、機器側
で必要な最低電圧である。各々がプロセス制御機器のリ
フトオフ電圧を増大させることになる過電流保護回路お
よび逆電流保護回路の電圧降下を減少させることは、ル
ープ・ワイヤでの電圧降下の増大を許容し、したがって
ワイヤの許容長を増大させる。
は、減少することが望ましいプロセス制御機器のリフト
オフ電圧を含む幾つかのシステム設計パラメータを注意
深く検討する必要があり、リフトオフ電圧は、プロセス
制御機器が正しく動作することを保証するため、機器側
で必要な最低電圧である。各々がプロセス制御機器のリ
フトオフ電圧を増大させることになる過電流保護回路お
よび逆電流保護回路の電圧降下を減少させることは、ル
ープ・ワイヤでの電圧降下の増大を許容し、したがって
ワイヤの許容長を増大させる。
共に本発明の所有者に譲渡された、２線式伝送器に関
するUS−A3975719およびUS−A4783659に示されるよう
に、逆電流を阻止するため、２線式ループと直列にダイ
オードを含む機器がある。電流が適正な方向に流れると
き、ダイオードは機器内に大きな電圧降下を発生し、こ
れにより、リフトオフ電圧は大幅に増大し、許容ワイヤ
長は短かくなる。
するUS−A3975719およびUS−A4783659に示されるよう
に、逆電流を阻止するため、２線式ループと直列にダイ
オードを含む機器がある。電流が適正な方向に流れると
き、ダイオードは機器内に大きな電圧降下を発生し、こ
れにより、リフトオフ電圧は大幅に増大し、許容ワイヤ
長は短かくなる。
US−A3975719およびUS−A4783659はまた、２線式電流
伝送器での過電流保護回路を示している。これらの特許
は、２線式ループと直列で、かつトランジスタのエミッ
タに接続された抵抗を示し、ツェナー・ダイオードの一
端が抵抗の遠端部に接続され、ツェナー・ダイオードの
他端がトランジスタのベースに接続されている。この組
合せはループ電流の最大値を制限することはできるが、
正常動作中に大きな電圧降下が抵抗に発生し、この電圧
降下がさらにプロセス制御機器のリフトオフ電圧を増大
させる一因となる。
伝送器での過電流保護回路を示している。これらの特許
は、２線式ループと直列で、かつトランジスタのエミッ
タに接続された抵抗を示し、ツェナー・ダイオードの一
端が抵抗の遠端部に接続され、ツェナー・ダイオードの
他端がトランジスタのベースに接続されている。この組
合せはループ電流の最大値を制限することはできるが、
正常動作中に大きな電圧降下が抵抗に発生し、この電圧
降下がさらにプロセス制御機器のリフトオフ電圧を増大
させる一因となる。
プロセス制御機器の性能を損ったり、低下させる恐れ
がある、ループからの過大電流および逆極性電流から機
器を保護しながら、ループの電圧降下、したがって機器
のリフトオフ電圧を低下させる保護回路を提供する必要
性がある。
がある、ループからの過大電流および逆極性電流から機
器を保護しながら、ループの電圧降下、したがって機器
のリフトオフ電圧を低下させる保護回路を提供する必要
性がある。
さらに、正常動作中にほとんど電流をループ側に分流
せず、したがって簡単、確実でかつ費用効果性のある方
法で機器の精度を向上させる保護回路を提供する必要性
がある。２線式ループの低減されたインピーダンスまた
は回路の短絡のいずれかによって損われることがほとん
どないような回路が望ましい。
せず、したがって簡単、確実でかつ費用効果性のある方
法で機器の精度を向上させる保護回路を提供する必要性
がある。２線式ループの低減されたインピーダンスまた
は回路の短絡のいずれかによって損われることがほとん
どないような回路が望ましい。
本発明のプロセス制御機器は、圧力、温度、流量、PH
または伝導率の伝送器、または電流−圧力（I/P）変換
器、バルブ・アクチュエータ等のプロセス制御機器の性
能が損われたり、低下する事態の発生を低減するため、
電圧降下および漏洩電流を低減した過電流保護回路およ
び逆電流保護回路を備える。
または伝導率の伝送器、または電流−圧力（I/P）変換
器、バルブ・アクチュエータ等のプロセス制御機器の性
能が損われたり、低下する事態の発生を低減するため、
電圧降下および漏洩電流を低減した過電流保護回路およ
び逆電流保護回路を備える。
過電流保護回路は２線式ループからDCループ電流を受
け取り、このループ電流の一部を装置電流としてプロセ
ス制御機器に通過させる。ループと装置の間で装置電流
を伝導する第１の電流検出手段は、装置電流の振幅を表
わす第１の出力を発生する。２線式ループを横切って接
続された電流分流手段は、装置電流が上限で流れるとき
に、ループ電流の一部を分路電流としてループ側に還流
することによって第１の出力に応答する。第２の電流検
出手段は分路電流を伝導し、分路電流振幅を表わす第２
の出力を発生する。
け取り、このループ電流の一部を装置電流としてプロセ
ス制御機器に通過させる。ループと装置の間で装置電流
を伝導する第１の電流検出手段は、装置電流の振幅を表
わす第１の出力を発生する。２線式ループを横切って接
続された電流分流手段は、装置電流が上限で流れるとき
に、ループ電流の一部を分路電流としてループ側に還流
することによって第１の出力に応答する。第２の電流検
出手段は分路電流を伝導し、分路電流振幅を表わす第２
の出力を発生する。
装置電流を伝え、第１の可変インピーダンスを有する
第１のインピーダンス手段は、所定の上限を越えない値
に装置電流が制限されるよう第１のインピーダンスを変
化させることにより、第２の出力に応答する。
第１のインピーダンス手段は、所定の上限を越えない値
に装置電流が制限されるよう第１のインピーダンスを変
化させることにより、第２の出力に応答する。
逆電流保護回路はループとプロセス制御装置との間で
装置電流を伝導し、ループ電圧に応答する。この回路
は、ループ電圧が予定の極性から反転されたとき、装置
電流が当該装置を流れないようにするための第２の可変
インピーダンスを有する第２のインピーダンス手段を有
する。ループ電圧が適正な極性を備え、ループ電流が予
定の正常範囲内にあるときは、この回路は実質的に装置
電流をループ側に分流しない。
装置電流を伝導し、ループ電圧に応答する。この回路
は、ループ電圧が予定の極性から反転されたとき、装置
電流が当該装置を流れないようにするための第２の可変
インピーダンスを有する第２のインピーダンス手段を有
する。ループ電圧が適正な極性を備え、ループ電流が予
定の正常範囲内にあるときは、この回路は実質的に装置
電流をループ側に分流しない。
図面を参照すると、図１は、本発明による過電流保護
および逆電流保護回路を有する２線式プロセス制御機器
の第１の実施例のブロック・ダイアグラムである。
および逆電流保護回路を有する２線式プロセス制御機器
の第１の実施例のブロック・ダイアグラムである。
図２は、本発明による過電流保護および逆電流保護回
路を有するプロセス制御機器の第２の実施例の概略図で
ある。
路を有するプロセス制御機器の第２の実施例の概略図で
ある。
図１を参照すると、２線式プロセス制御機器10の第１
の実施例のブロック・ダイヤグラムが示されている。機
器10は電源44および独立したプロセス制御装置42と直列
に接続され、DCループ電流を搬送する２線式ループ11を
形成する。障害状態では、そのような機器のループ電流
または電圧は所定の正常範囲、例えば、４−20mAループ
の場合は０−60mA（60mAは上限）を超える可能性があ
り、それにより圧力伝送器等のプロセス制御装置24の性
能が損われるか、低下するであろう。
の実施例のブロック・ダイヤグラムが示されている。機
器10は電源44および独立したプロセス制御装置42と直列
に接続され、DCループ電流を搬送する２線式ループ11を
形成する。障害状態では、そのような機器のループ電流
または電圧は所定の正常範囲、例えば、４−20mAループ
の場合は０−60mA（60mAは上限）を超える可能性があ
り、それにより圧力伝送器等のプロセス制御装置24の性
能が損われるか、低下するであろう。
過大電流および逆極性電流によるプロセス制御装置24
の性能が損われたり、低下する事態の発生を低減するた
め、機器10は、ループ11からの電流を装置24に統合する
保護回路17を備える。保護回路17はDCループ電流（I1＋
I2）を受け取り、ループ電流のうちの正常電流または装
置電流I1のみを装置24に通過させる。
の性能が損われたり、低下する事態の発生を低減するた
め、機器10は、ループ11からの電流を装置24に統合する
保護回路17を備える。保護回路17はDCループ電流（I1＋
I2）を受け取り、ループ電流のうちの正常電流または装
置電流I1のみを装置24に通過させる。
回路17は正常範囲内のレベルに装置電流I1を制限し、
これによって装置24の性能低下を防止または減少させ
る。ループ電流の残余、すなわち分路電流または過電流
I2は、装置電流I1の大きさを制御するように、ループ11
側へ分岐して戻される。したがって、正常電流I1の大き
さが正常範囲の上限に到達するまでは、分路電流I2はほ
ぼゼロである。
これによって装置24の性能低下を防止または減少させ
る。ループ電流の残余、すなわち分路電流または過電流
I2は、装置電流I1の大きさを制御するように、ループ11
側へ分岐して戻される。したがって、正常電流I1の大き
さが正常範囲の上限に到達するまでは、分路電流I2はほ
ぼゼロである。
図示されたような圧力伝送器等のプロセス制御装置24
は、図１に示すプロセス変数“PV"を検出する。プロセ
ス制御装置24はプロセス変数PVの大きさの関数として可
変正常電流I1の振幅を制御し、またプロセス制御装置42
は、ループ電流（I1＋I2）の大きさ、すなわち振幅を検
出し、ループ電流の振幅をプロセス変数PVと相関させる
ことにより、記録装置等の電流検出機器として働く。
は、図１に示すプロセス変数“PV"を検出する。プロセ
ス制御装置24はプロセス変数PVの大きさの関数として可
変正常電流I1の振幅を制御し、またプロセス制御装置42
は、ループ電流（I1＋I2）の大きさ、すなわち振幅を検
出し、ループ電流の振幅をプロセス変数PVと相関させる
ことにより、記録装置等の電流検出機器として働く。
一方、プロセス制御装置24は電流−圧力（I/P）変換
器または電流−位置変換器等の出力装置でよい。この実
施例では、コントローラ等の独立したプロセス電流制御
装置42がループ電流（I1＋I2）の振幅を制御し、プロセ
ス制御装置24はその出力であるプロセス変数PVを可変正
常電流I1の振幅の関数として制御する。
器または電流−位置変換器等の出力装置でよい。この実
施例では、コントローラ等の独立したプロセス電流制御
装置42がループ電流（I1＋I2）の振幅を制御し、プロセ
ス制御装置24はその出力であるプロセス変数PVを可変正
常電流I1の振幅の関数として制御する。
プロセス制御装置24はまた、ブラウン（Brown）等に
対するUS−A4665938に示されるような、ループ11を介し
て送られる時間変動信号を発生および受信するための回
路を含むことができる。
対するUS−A4665938に示されるような、ループ11を介し
て送られる時間変動信号を発生および受信するための回
路を含むことができる。
本発明は、各々が２線式ループに並列接続され、かつ
DC線路にディジタル・データを重畳することにより情報
を処理する、圧力伝送器等のマルチドロップ（multidro
p）・プロセス機器を使用するプロセス制御システムで
の使用に適する。
DC線路にディジタル・データを重畳することにより情報
を処理する、圧力伝送器等のマルチドロップ（multidro
p）・プロセス機器を使用するプロセス制御システムで
の使用に適する。
ループ11はループ電流（I1＋I2）を機器10の端子12に
供給し、機器10はループ電流を機器10の端子40からルー
プ11に返す。機器10では、過電流保護回路16および逆電
流保護回路20がプロセス制御装置24をループ11からの過
大電流から隔離する。ループ電流（I1＋I2）は端子12か
ら過電流保護回路16のノードＡに流れる。後述するよう
に、ノードＡでは、全ての過電流I2が第２電流検出手段
13に向かって流れ、一方の正常電流I1は逆電流保護回路
20のノードＢに向かって流れる。
供給し、機器10はループ電流を機器10の端子40からルー
プ11に返す。機器10では、過電流保護回路16および逆電
流保護回路20がプロセス制御装置24をループ11からの過
大電流から隔離する。ループ電流（I1＋I2）は端子12か
ら過電流保護回路16のノードＡに流れる。後述するよう
に、ノードＡでは、全ての過電流I2が第２電流検出手段
13に向かって流れ、一方の正常電流I1は逆電流保護回路
20のノードＢに向かって流れる。
ノードＢから、正常電流I1がプロセス制御装置24の端
子22に向かって流れる。正常電流I1はさらにプロセス制
御装置24を通り、その端子26から出て導体31上を流れ
る。正常電流I1は、導体31から逆電流保護回路20を通っ
て導体33に向かって流れ、さらに過電流保護回路16を通
ってそのノードＣに向かって流れる。ノードＣで、電流
分流手段38からの過電流I2が正常電流I1と加算されて、
全ループ電流（I1＋I2）がノードＣから端子40を介して
流れ、ループ11に戻る。
子22に向かって流れる。正常電流I1はさらにプロセス制
御装置24を通り、その端子26から出て導体31上を流れ
る。正常電流I1は、導体31から逆電流保護回路20を通っ
て導体33に向かって流れ、さらに過電流保護回路16を通
ってそのノードＣに向かって流れる。ノードＣで、電流
分流手段38からの過電流I2が正常電流I1と加算されて、
全ループ電流（I1＋I2）がノードＣから端子40を介して
流れ、ループ11に戻る。
プロセス制御装置24を通って流れる正常電流I1は、そ
の端子22と26の間に電圧V2を誘起する。電圧V2はループ
電流（I1＋I2）の極性を表わす。ループ11に接続された
電圧検出手段18は電圧V2を検出し、電圧V2を表わす出力
３を発生する。ループ電圧V2が適正な極性であるとき
は、電圧検出手段18は実質的に装置電流I1をループ11側
に分流しない。
の端子22と26の間に電圧V2を誘起する。電圧V2はループ
電流（I1＋I2）の極性を表わす。ループ11に接続された
電圧検出手段18は電圧V2を検出し、電圧V2を表わす出力
３を発生する。ループ電圧V2が適正な極性であるとき
は、電圧検出手段18は実質的に装置電流I1をループ11側
に分流しない。
ループ電圧V2が適正な極性であることを電圧検出手段
18が検出したときは、第２可変インピーダンス30のイン
ピーダンスが出力３に応答して低減され、正常電流I1は
プロセス制御装置24および第２可変インピーダンス30を
介して過電流保護回路16に向かって自由に流れる。
18が検出したときは、第２可変インピーダンス30のイン
ピーダンスが出力３に応答して低減され、正常電流I1は
プロセス制御装置24および第２可変インピーダンス30を
介して過電流保護回路16に向かって自由に流れる。
他方、電圧検出手段18が電圧V2を適正な極性から反転
されたもの、または大きさが不十分であると検出したと
きは、可変インピーダンス30のインピーダンスは出力３
に応答して増大され、その結果、プロセス制御装置24お
よび可変インピーダンス手段30を流れる正常電流I1が減
少される。
されたもの、または大きさが不十分であると検出したと
きは、可変インピーダンス30のインピーダンスは出力３
に応答して増大され、その結果、プロセス制御装置24お
よび可変インピーダンス手段30を流れる正常電流I1が減
少される。
したがって、装置電流I1を制限する可変インピーダン
ス30を有する逆電流保護回路20は、ループ電圧V2の関数
である出力３に応答し、ループ電圧V2が適正な極性であ
るときは、ノードＢにおいて、実質的に装置電流I1をル
ープ11側に分流しない。
ス30を有する逆電流保護回路20は、ループ電圧V2の関数
である出力３に応答し、ループ電圧V2が適正な極性であ
るときは、ノードＢにおいて、実質的に装置電流I1をル
ープ11側に分流しない。
第１電流検出手段34を流れる正常電流I1の振幅は出力
１のレベルを制御する。電流分流手段38の可変インピー
ダンスは出力１のレベルに応答する。正常電流I1が所定
の上限レベルで流れるときは、電流分流手段38のインピ
ーダンスが低減されるレベルに出力１が達するので、電
流分流手段38および、これと直列接続された第２電流検
出手段13に分路電流I2が流れる。第２電流検出手段13を
流れる分路電流I2の振幅は出力２のレベルを制御する。
１のレベルを制御する。電流分流手段38の可変インピー
ダンスは出力１のレベルに応答する。正常電流I1が所定
の上限レベルで流れるときは、電流分流手段38のインピ
ーダンスが低減されるレベルに出力１が達するので、電
流分流手段38および、これと直列接続された第２電流検
出手段13に分路電流I2が流れる。第２電流検出手段13を
流れる分路電流I2の振幅は出力２のレベルを制御する。
分路電流I2を表わす出力２のレベルは第１可変インピ
ーダンス32のインピーダンスを制御する。可変インピー
ダンス32のインピーダンスは、ループ11からプロセス制
御装置24および可変インピーダンス32を通って直列に流
れる正常電流I1の振幅を、正常電流I1が予定の正常範囲
を越えないように制御する。
ーダンス32のインピーダンスを制御する。可変インピー
ダンス32のインピーダンスは、ループ11からプロセス制
御装置24および可変インピーダンス32を通って直列に流
れる正常電流I1の振幅を、正常電流I1が予定の正常範囲
を越えないように制御する。
したがって、装置電流I1の大きさを検出する過電流保
護回路16は、プロセス制御装置24の性能を損うか、低下
させるかする恐れのある予定上限値をループ電流（I1＋
I2）が越えたときでも、装置電流I1が上記予定の上限を
越えないようにする。さらに、この回路は、低減された
電圧降下を２線式ループに誘起する。しかも、この回路
はもう１つの装置42のインピーダンスに対しては比較的
不感である。
護回路16は、プロセス制御装置24の性能を損うか、低下
させるかする恐れのある予定上限値をループ電流（I1＋
I2）が越えたときでも、装置電流I1が上記予定の上限を
越えないようにする。さらに、この回路は、低減された
電圧降下を２線式ループに誘起する。しかも、この回路
はもう１つの装置42のインピーダンスに対しては比較的
不感である。
図２は、電源44およびプロセス制御装置42と直列に接
続されて、DCループ電流を搬送する２線式ループ43を形
成する２線式プロセス制御機器46の第２の実施例の概略
図を示す。機器46は過電流保護回路52、逆電流保護回路
54およびプロセス制御装置24から構成され、２つの回路
は２線式ループ43とプロセス制御装置24の間に配置され
ている。
続されて、DCループ電流を搬送する２線式ループ43を形
成する２線式プロセス制御機器46の第２の実施例の概略
図を示す。機器46は過電流保護回路52、逆電流保護回路
54およびプロセス制御装置24から構成され、２つの回路
は２線式ループ43とプロセス制御装置24の間に配置され
ている。
過電流保護回路52は、ループ電流の正常電流または装
置電流I1のみを、逆電流保護回路54を介してプロセス制
御装置24に向けて通過させる。ループ電流の残余、すな
わち分路電流または過電流I2は過電流保護回路52によ
り、ループ43に向けて分流される。後述のように、過電
流I2はノードＤとＥの間のインピーダンスを制御する出
力を発生し、ノードＤとＥの間を流れる正常電流I1のレ
ベルを正常範囲に維持する。過電流I2は、装置電流I1が
予定の上限に達するまでほぼゼロである。
置電流I1のみを、逆電流保護回路54を介してプロセス制
御装置24に向けて通過させる。ループ電流の残余、すな
わち分路電流または過電流I2は過電流保護回路52によ
り、ループ43に向けて分流される。後述のように、過電
流I2はノードＤとＥの間のインピーダンスを制御する出
力を発生し、ノードＤとＥの間を流れる正常電流I1のレ
ベルを正常範囲に維持する。過電流I2は、装置電流I1が
予定の上限に達するまでほぼゼロである。
２線式ループ43は可変DCループ電流（I1＋I2）を過電
流保護回路52の端子12に供給する。ループ電流（I1＋
I2）は端子12からノードＡに向かって流れる。ノードＡ
で、分路電流I2は抵抗器50に向かって流れ、一方の正常
電流I1は逆電流保護回路54のノードＢに向かって流れ
る。ノードＢで、正常電流I1はプロセス制御装置24の端
子22に伝達される。
流保護回路52の端子12に供給する。ループ電流（I1＋
I2）は端子12からノードＡに向かって流れる。ノードＡ
で、分路電流I2は抵抗器50に向かって流れ、一方の正常
電流I1は逆電流保護回路54のノードＢに向かって流れ
る。ノードＢで、正常電流I1はプロセス制御装置24の端
子22に伝達される。
正常電流I1はプロセス制御装置24を介してその端子26
に向かって流れ、さらにノードＤに向かって流れる。正
常電流I1はノードＤからノードＥを介して過電流保護回
路52のノードＣに向かって流れる。ノードＣで、トラン
ジスタ68からの分路電流I2が通常電流I1と加算されるの
で、全ループ電流（I1＋I2）がノードＣから流れ出て、
プロセス制御機器42の端子40を介してループ43に戻る。
に向かって流れ、さらにノードＤに向かって流れる。正
常電流I1はノードＤからノードＥを介して過電流保護回
路52のノードＣに向かって流れる。ノードＣで、トラン
ジスタ68からの分路電流I2が通常電流I1と加算されるの
で、全ループ電流（I1＋I2）がノードＣから流れ出て、
プロセス制御機器42の端子40を介してループ43に戻る。
プロセス制御装置24を流れる正常電流I1は端子22と26
の間に電圧V2を誘起する。電圧V2はループ電流（I1＋
I2）の極性を表わす。端子22と26の間に接続されたエン
ハンスメント形電界効果トランジスタ（FET）56は、ゲ
ート80とソース82の間の抵抗器94を介して電圧V2を極性
を検出する。FET56をバイポーラ・トランジスタに置き
換えた場合のベースからエミッタへの漏洩とは違って、
装置電流がゲート80からソース82を経てループ43に実質
的に分流されることはない。漏洩電流はプロセス制御機
器の精度を低下させるので望まし４くない。
の間に電圧V2を誘起する。電圧V2はループ電流（I1＋
I2）の極性を表わす。端子22と26の間に接続されたエン
ハンスメント形電界効果トランジスタ（FET）56は、ゲ
ート80とソース82の間の抵抗器94を介して電圧V2を極性
を検出する。FET56をバイポーラ・トランジスタに置き
換えた場合のベースからエミッタへの漏洩とは違って、
装置電流がゲート80からソース82を経てループ43に実質
的に分流されることはない。漏洩電流はプロセス制御機
器の精度を低下させるので望まし４くない。
ループ電流（I1＋I2）が適正な極性であるときは、電
圧V2によってFET56のエンハンスメントが行なわれ、FET
56がターンオンされる。その時、ソース82とドレイン84
の間のインピーダンスは実質上ゼロに低減されるので、
正常電流I1はプロセス制御装置24およびFET56のソース8
2からドレーン84に自由に流れる。ソース82からドレー
ン84へのインピーダンスは他のループ・インピーダンス
と比べて実質的にゼロであるので、FET56が装置電流I1
を通すとき逆電流保護回路54によってループ43に誘起さ
れる電圧降下はほぼゼロである。
圧V2によってFET56のエンハンスメントが行なわれ、FET
56がターンオンされる。その時、ソース82とドレイン84
の間のインピーダンスは実質上ゼロに低減されるので、
正常電流I1はプロセス制御装置24およびFET56のソース8
2からドレーン84に自由に流れる。ソース82からドレー
ン84へのインピーダンスは他のループ・インピーダンス
と比べて実質的にゼロであるので、FET56が装置電流I1
を通すとき逆電流保護回路54によってループ43に誘起さ
れる電圧降下はほぼゼロである。
プロセス制御装置24の性能を損う可能性があるよう
に、ループ電流（I1＋I2）が正しい極性から反転された
ときは、FET56は空乏モードで動作してターンオフされ
るので、ソース82とドレイン84との間のインピーダンス
は増大され、したがって、プロセス制御装置24を流れる
正常電流I1が大幅に減少する。
に、ループ電流（I1＋I2）が正しい極性から反転された
ときは、FET56は空乏モードで動作してターンオフされ
るので、ソース82とドレイン84との間のインピーダンス
は増大され、したがって、プロセス制御装置24を流れる
正常電流I1が大幅に減少する。
逆電流保護回路54は過電流保護回路52とは独立に動作
し、ループ43と過電流保護回路52の間に配置され、ルー
プ電流（I1＋I2）を導通させることができる。過電流保
護回路52が省略されたときは、逆電流保護回路54をルー
プ43とプロセス制御装置24の間に配置でき、その場合
は、ループ電流と同じである装置電流I1を導通させる。
し、ループ43と過電流保護回路52の間に配置され、ルー
プ電流（I1＋I2）を導通させることができる。過電流保
護回路52が省略されたときは、逆電流保護回路54をルー
プ43とプロセス制御装置24の間に配置でき、その場合
は、ループ電流と同じである装置電流I1を導通させる。
電流検出抵抗器60を介してノードＥからノードＣに流
れる正常電流I1は、正常電流I1の振幅を表わす電圧V4を
誘起する。正常電流I1が正常動作範囲の上限に達する
と、ベース68とエミッタ66の間の電圧V4が電流分流手段
であるバイポーラ・トランジスタ62にオン・バイアスを
供給する。バイポーラ・トランジスタ62はFET等でもよ
い。
れる正常電流I1は、正常電流I1の振幅を表わす電圧V4を
誘起する。正常電流I1が正常動作範囲の上限に達する
と、ベース68とエミッタ66の間の電圧V4が電流分流手段
であるバイポーラ・トランジスタ62にオン・バイアスを
供給する。バイポーラ・トランジスタ62はFET等でもよ
い。
バイポーラ・トランジスタ62がオンになると、分路電
流I2はノードＡから電流検出抵抗器50、トランジスタ62
のコレクタからエミッタを介し、さらに抵抗器90を介し
てノードＣに向かって流れる。分路電流I2は、その振幅
を表わす電圧V5を抵抗器50に誘起する。抵抗器50はトラ
ンジスタ等のような、電流に対応する電圧を発生する他
の電流検出手段を含むこともできる。
流I2はノードＡから電流検出抵抗器50、トランジスタ62
のコレクタからエミッタを介し、さらに抵抗器90を介し
てノードＣに向かって流れる。分路電流I2は、その振幅
を表わす電圧V5を抵抗器50に誘起する。抵抗器50はトラ
ンジスタ等のような、電流に対応する電圧を発生する他
の電流検出手段を含むこともできる。
電圧V5は、可変インピーダンスとして働くエンハンス
メント形FET70が空乏モードで動作してターンオフされ
るように、ゲート74とソース76の間に電圧V6＝V1−V5−
V4を発生させる。
メント形FET70が空乏モードで動作してターンオフされ
るように、ゲート74とソース76の間に電圧V6＝V1−V5−
V4を発生させる。
FET70が空乏モードで動作すると、ドレーン72からソ
ース76へのインピーダンスが十分に増大され、ほぼ全て
の正常電流I1が、FET70のドレーン72からソース76を経
由する代りに、それと並列な電流制限手段としての抵抗
器58を介して、ノードＤからノードＥに流れる。抵抗器
58または同等の高インピーダンス電流制限手段は、装置
電流I1の大部分を通すときに大量の電力を消費するため
の大きな電力定格を有する。
ース76へのインピーダンスが十分に増大され、ほぼ全て
の正常電流I1が、FET70のドレーン72からソース76を経
由する代りに、それと並列な電流制限手段としての抵抗
器58を介して、ノードＤからノードＥに流れる。抵抗器
58または同等の高インピーダンス電流制限手段は、装置
電流I1の大部分を通すときに大量の電力を消費するため
の大きな電力定格を有する。
抵抗器78は、上限で流れる正常電流I1によって誘起さ
れる電圧V2、V7、およびV4の和が端子電圧V1に等しくな
るような抵抗値を有し、したがって、正常電流I1を上限
に制限する。FET70はバイポーラ・トランジスタで置き
換えることができるが、バイポーラ・トランジスタのベ
ースとエミッタの間の漏洩電流は機器46の精度を悪くす
る。
れる電圧V2、V7、およびV4の和が端子電圧V1に等しくな
るような抵抗値を有し、したがって、正常電流I1を上限
に制限する。FET70はバイポーラ・トランジスタで置き
換えることができるが、バイポーラ・トランジスタのベ
ースとエミッタの間の漏洩電流は機器46の精度を悪くす
る。
正常電流I1の振幅が正常範囲の上限よりも小さいとき
は、誘起電圧V4はトランジスタ62をオン・バイアスする
には不十分であり、実質的な分路電流I2が抵抗器50を流
れず、電圧V5はほぼゼロであり、FET70はエンハンスさ
れ、ターンオンされる。エンハンスされたFET70では、
ドレーン72からソース76へのインピーダンスがほぼゼロ
に低減され、ほぼ全ての正常電流I1は抵抗器58の代わり
にFET70のドレーン72からソース76を経由してノードＤ
からＥに流れ、電圧V7はほぼゼロに低減される。
は、誘起電圧V4はトランジスタ62をオン・バイアスする
には不十分であり、実質的な分路電流I2が抵抗器50を流
れず、電圧V5はほぼゼロであり、FET70はエンハンスさ
れ、ターンオンされる。エンハンスされたFET70では、
ドレーン72からソース76へのインピーダンスがほぼゼロ
に低減され、ほぼ全ての正常電流I1は抵抗器58の代わり
にFET70のドレーン72からソース76を経由してノードＤ
からＥに流れ、電圧V7はほぼゼロに低減される。
したがって、FET70と抵抗器58の並列結合は、装置電
流I1を正常範囲に制限するための低減された電圧降下を
誘起する可変インピーダンスとして働き、分路電流I2を
表わす電圧V5に応答する。
流I1を正常範囲に制限するための低減された電圧降下を
誘起する可変インピーダンスとして働き、分路電流I2を
表わす電圧V5に応答する。
正常動作中、過電流保護回路52によってループ43に誘
起される唯一の実質的電圧降下はV4であり、これは通常
の順バイアス・ダイオードの電圧降下よりもかなり低
い。他の全ての構成要素は最小の電力定格しか必要とし
ないので、費用および寸法要件が緩和され、信頼性が向
上する。さらに、過電流保護回路52は電源44のインピー
ダンスとは無関係に動作し、正常電流I1が上限値で流れ
る間、どの構成要素にも大きな負荷を加えることはな
い。上限よりも小さい正常電流I1の振幅は、従来の保護
回路と比べてかなり低減されたリフトオフ電圧V1＝V2＋
V4＋V7を発生する。開示した発明のような、低減された
リフトオフ電圧を有するプロセス制御機器は工業プロセ
ス制御産業にとって非常に有用である。
起される唯一の実質的電圧降下はV4であり、これは通常
の順バイアス・ダイオードの電圧降下よりもかなり低
い。他の全ての構成要素は最小の電力定格しか必要とし
ないので、費用および寸法要件が緩和され、信頼性が向
上する。さらに、過電流保護回路52は電源44のインピー
ダンスとは無関係に動作し、正常電流I1が上限値で流れ
る間、どの構成要素にも大きな負荷を加えることはな
い。上限よりも小さい正常電流I1の振幅は、従来の保護
回路と比べてかなり低減されたリフトオフ電圧V1＝V2＋
V4＋V7を発生する。開示した発明のような、低減された
リフトオフ電圧を有するプロセス制御機器は工業プロセ
ス制御産業にとって非常に有用である。
先ず、爆発性雰囲気を発火させる可能性がある端子12
と40の間のスパークを発生する可能性が低減される。次
に、低いリフトオフ電圧を有する機器は、電源44により
発生されるような安全な電源レベルで動作させつつ、遠
隔プロセス制御機器を配置することができる距離を増大
させる。開示した発明のようなプロセス制御機器の保護
回路は、通常動作中に実質的には装置電流をループ側に
分流せず、プロセス制御機器の精度を向上させる。
と40の間のスパークを発生する可能性が低減される。次
に、低いリフトオフ電圧を有する機器は、電源44により
発生されるような安全な電源レベルで動作させつつ、遠
隔プロセス制御機器を配置することができる距離を増大
させる。開示した発明のようなプロセス制御機器の保護
回路は、通常動作中に実質的には装置電流をループ側に
分流せず、プロセス制御機器の精度を向上させる。
ノードＥからトランジスタ62のベース68に接続された
抵抗器92は、抵抗器90および94と共に、過電流保護回路
52および逆電流保護回路54のための本質的な安全保護を
もたらす。開示した上記回路は、爆発性雰囲気に着火す
ることができるスパークを生じるのに十分なエネルギで
放電可能なコンデンサまたはインダクタ等、十分なエネ
ルギ蓄積の能力を有する構成要素を含まない。
抵抗器92は、抵抗器90および94と共に、過電流保護回路
52および逆電流保護回路54のための本質的な安全保護を
もたらす。開示した上記回路は、爆発性雰囲気に着火す
ることができるスパークを生じるのに十分なエネルギで
放電可能なコンデンサまたはインダクタ等、十分なエネ
ルギ蓄積の能力を有する構成要素を含まない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許3582713（ＵＳ，Ａ) 米国特許4857985（ＵＳ，Ａ) 米国特許4481967（ＵＳ，Ａ) 西独国特許出願公開3313051（ＤＥ, Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 9/02 H02H 3/08 H02H 3/087 H02H 11/00
Claims (12)
- 【請求項１】装置電流を受け取るプロセス変数制御装置
と、２線式ループからループ電流を受け取り、ループ電
流の一部を、予定の上限を越えない装置電流として当該
装置に流通させる電流保護回路とから成るプロセス制御
機器において、前記保護回路が、 ループと装置の間で装置電流を流通させ、装置電流を表
わす第１の出力を発生するための第１の電流検出手段
と、 前記装置電流が予め設定された上限値以上であること
を、前記第１の出力が示すとき、前記第１の出力に応答
し、分路電流を表わす第２の出力を発生する第２の電流
検出手段を介して、ループ電流の一部を分路電流として
ループ側に分流させるための、ループを横切って接続さ
れた電流分流手段と、 装置電流を規定する可変インピーダンスを有し、第２の
出力に応答して、装置電流が予定の正常範囲を超えない
ようにそのインピーダンス値を変化して、装置電流を制
限するためのインピーダンス手段とを具備したプロセス
制御機器。 - 【請求項２】前記可変インピーダンスの大きさが、第２
の出力の関数として制御される請求項１の機器。 - 【請求項３】前記インピーダンス手段のインピーダンス
値は、ループ電流が装置電流の上限を越えないとき、ほ
ぼ全てのループ電流が前記プロセス変数制御装置を通っ
て流れることを可能にするような値に制御される請求項
１または２の機器。 - 【請求項４】第１および第２の電流検出手段がそれぞれ
別個の抵抗器を含む上記請求項１〜３のいずれかの機
器。 - 【請求項５】電流分流手段がトランジスタを含む上記請
求項１〜４のいずれかの機器。 - 【請求項６】インピーダンス手段が電界効果トランジス
タを含む上記請求項１〜５のいずれかの機器。 - 【請求項７】２線式ループから装置電流を受け取るプロ
セス変数制御装置と、ループと装置の間で装置電流を伝
導する逆電流保護回路とから成るプロセス制御機器にお
いて、前記逆電流保護回路は、 ループを横切って接続され、検知されたループ電圧を表
わす出力を発生する電圧検出手段と、 装置電流を流通させると共に、ループ電圧が予定の極性
から反転されたときは、上記出力に応答してそのインピ
ーダンスが増大され、装置電流が装置を流れるのを阻止
するためのインピーダンス手段とを有し、 前記逆電流保護回路は、ループ電圧が予定の極性である
ときは、上記出力に応答してそのインピーダンスが低減
され、実質的に装置電流をループ側に分流させないこと
を特徴とするプロセス制御機器。 - 【請求項８】装置電流を受け取るプロセス変数制御装置
と、２線式ループからループ電流を受け取り、ループ電
流の一部を装置電流として当該装置に流通させる電流保
護回路とから成るプロセス制御機器において、 装置電流を流通させ、装置電流を表わすセンサ出力を発
生するための電流検出手段と、 ループを横切って接続され、センサ出力が装置電流の上
限値到達を示すとき、センサ出力に応答してそのインピ
ーダンスが減少させられ、予定の上限を越えるループ電
流をループ側に分流させる電流分流手段と、 装置電流を流通させる第１の可変インピーダンスを有
し、ループ電圧が予定の極性から反転されたとき、装置
電流が当該装置を通って流れるのを阻止する逆電流保護
回路とを具備し、 上記第１の可変インピーダンスによって制御される電流
範囲および装置電流の上限値に、装置電流を制限するこ
とを特徴とするプロセス制御機器。 - 【請求項９】電流分流手段は、装置電流を上限を越えな
い値に制限するように、電流検出手段のセンサ出力が装
置電流の上限レベル到達を示すときに、その値が低減さ
れる第２の可変インピーダンスをさらに含む請求項８の
機器。 - 【請求項１０】第１の可変インピーダンスはループ電圧
に応答し、ループ電圧が予定の極性から反転されたとき
は、そのインピーダンスが増大され、ほぼ全ての装置電
流がプロセス変数制御装置を通って流れるのを阻止する
請求項８または９の機器。 - 【請求項１１】電流分流手段は、ループ電流が装置電流
の上限を超えないときはそのインピーダンスが増大さ
れ、これによってほぼ全てのループ電流がプロセス変数
制御装置を通って流れることを可能にし、第１および第
２の可変インピーダンスはそれぞれ別個の電界効果トラ
ンジスタを含み、電流検出手段は抵抗を含む請求項８、
９または10のいずれかの機器。 - 【請求項１２】装置電流は４ないし20ミリアンペアの範
囲内にあり、装置電流とループ電流は、分路電流がほぼ
ゼロの場合にほぼ等しくなる請求項８、９、10または11
項のいずれかの回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US558,244 | 1990-07-26 | ||
| US07/558,244 US5179488A (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Process control instrument with loop overcurrent circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05508990A JPH05508990A (ja) | 1993-12-09 |
| JP3222886B2 true JP3222886B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=24228756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51336191A Expired - Lifetime JP3222886B2 (ja) | 1990-07-26 | 1991-07-19 | ループ過電流回路付きプロセス制御機器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5179488A (ja) |
| EP (1) | EP0540634B1 (ja) |
| JP (1) | JP3222886B2 (ja) |
| DE (1) | DE69121718T2 (ja) |
| WO (1) | WO1992002066A1 (ja) |
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