JP3619984B2 - 2線式伝送器 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2線式伝送器に関するものであり、特に回路の動作を確保するために所定の一定電圧値に制限すること、並びに一つの回路でアナログ又はデジタルの信号に切り替えることができるようにした2線式伝送器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術における第一の具体例の2線式伝送器は、図8に示すように、負荷側に設け且つこの負荷に伝送電流Ioを供給する電源供給手段、即ち、電源供給回路11と、伝送電流Ioを伝送線L1、L2を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて伝送電流Ioをコントロールして負荷に供給する測定制御手段、即ち、測定制御回路12とから構成されている。
【0003】
電源供給回路11は、負荷側に設けられた直流電源13と、この直流電源13に直列に接続した負荷抵抗14とで直列回路を形成し、この負荷抵抗14には供給電圧V02が供給される構成になっている。この直列回路の両端部の端子T1、T2は伝送線L1、L2を介して測定制御回路12を構成する端子T1’、T2’に接続されている。
【0004】
この伝送線l1、l2に流れる伝送電流Ioは4mA〜20mAの範囲で流す構成となっている。このうち、最小の4mAの伝送電流Ioでは測定制御回路12に必要な最小電源である。
【0005】
測定制御回路12は、伝送電流Ioに比例する帰還電圧Vf1を発生させる帰還抵抗R1と、測定した物理量に対応する信号電圧VS1に帰還電圧Vf1が一致するように伝送電流Ioを制御して一次電圧V2を発生することができる電流制御手段、即ち、電流制御回路15と、一次電圧V2を流入する一次電流I2と逆関数関係を保持しながら直線的に一定の二次電圧Vd1(定電圧)に変換する絶縁手段、即ち、絶縁回路16と、この二次電圧Vd1を供給して物理量を測定し、この測定した物理量に基づいた信号電圧VS1を生成する信号処理手段、即ち、信号処理回路17とから構成されている。
【0006】
このような構成からなる測定制御回路の接続状態は、先ず、伝送線L1、L2に接続する端子T1’、T2’は、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R1がそれぞれ直列に接続した回路と、この直列に接続した回路のトランジスタQ1のコレクタと抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)との間に、電流制御回路15が並列に接続され、一次電圧V2を発生する。この電流制御回路15は絶縁回路16を並列に接続する。又、この絶縁回路16は信号処理回路17を並列に接続する。ここで、帰還抵抗R1は、伝送電流Ioに比例する帰還電圧Vf1を発生させ、又、電流制御回路15は伝送電流Ioを制御して一次電圧V2を発生することができる。
【0007】
このような電流制御回路15は、トランジスタQ1と、抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点との間に並列に接続したコンデンサC1と、並列に接続したダイオードDZ1と、やはり、並列に接続したトランジスタQ4のコレクタ・エミッタ、ダイオードDZ2の直列回路とから構成されている。
【0008】
トランジスタQ2のベースは、抵抗R3を介して演算増幅器OP3の出力端子に接続されている。この演算増幅器OP3の出力端子と抵抗R3との間から抵抗R4を介してトランジスタQ4のベースに接続されている。
【0009】
演算増幅器OP3の非反転入力端子(+側)は、帰還抵抗R1に発生した帰還電圧Vf1が抵抗R5を介して印加され、同時に信号処理回路17で測定した物理量に基づいて生成された信号電圧VS1が抵抗R7を介して印加されるように、それぞれが接続されている。一方、反転入力端子(−側)には、抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点に接続されている。
【0010】
絶縁回路16の入力端子T7、T8には一次電圧V2が印加され、図示しないトランスによって信号を絶縁する。そして、その出力端子T7’、T8’には二次電圧である定電圧Vd1が出力され、端子T9、T10を介して信号処理回路17の電源電圧として供給する構成になっている。
【0011】
信号処理回路17は、所定の場所で発生しているカルマン渦の数、即ち、測定することができる物理量を抽出するセンサ18で測定した物理量を所定の信号に変換し、この信号を電圧に変換した信号電圧VS1を生成する。この信号電圧VS1は抵抗R7を介して演算増幅器OP3の非反転入力端子(+側)に印加される。又、信号処理回路17とトランジスタQ1と端子T1’の中間点(a点)との間には、受信用通信回路19を接続している。更に、信号処理回路17と、帰還電圧Vf1を介した抵抗R5との間には、送信用通信回路20を接続している。
【0012】
このような構成からなる2線式伝送器は、電源供給回路11に供給する電源電圧を小なくする事が出来る構成になっている。即ち、演算増幅器OP3の非反転入力端子(+側)は、信号処理回路17のセンサ18で検出した渦信号などの物理量に対応して生成された信号電圧VS1と帰還電圧Vf1とが印加して、これ等の電圧の絶対値が等しくなるようにトランジスタQ2のベースに出力電圧をコントロールしてコレクタ電流を変化させる。このコレクタ電流が変化すると、トランジスタQ1のベース電流が変化し、その内部抵抗を変える。トランジスタQ1を介して流れる電流が多くなり、絶縁回路16で消費されない電流分はトランジスタQ5とダイオードDZ2で構成されている直列回路を介してバイパスする。このようにして信号電圧VS1に対応した伝送電流Ioのみを負荷抵抗14に供給することができる。ここで、一次電圧V2の値が小さい時には、ダイオードDZ2が導通しないのでトランジスタQ5とダイオードDZ2で構成された直列回路に電流がバイパスされない。これにより、絶縁回路16は一次電圧V2の値が小さいときでも正常に動作するようにしている。
【0013】
この絶縁回路16の入力端子T7、T8に印加される一次電圧V2とこの入力端子T7、T8に流入する一次電流I2との関係は逆関数関係にあり、例えば、一次電圧V2が11Vの時は一次電流I2が3.2mAであり、一次電圧V2が7Vの時は一次電流I2は5.1mAである。尚、一次電圧V2が7Vの時は一次電流I2が5.1mAに増加するが、このとき伝送電流Ioが最大の20mAなので問題は生じない。このようにして、伝送電流Ioに伴って一次電圧V2を変化させることによって、伝送電流Ioの変化範囲に収めた動作をするようにコントロールする。
【0014】
例えば、電源13の電圧12V、DZ1=9V、負荷抵抗=250Ω、帰還抵抗=50Ωである時において、伝送電流Ioが最小の4mAの時は、供給電圧V02=10.8V、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間の電圧VCE=1.8Vにおいては通信は可能である。伝送電流Ioが最大の20mAの時は、供給電圧V02=6V、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間の電圧VCEが略0Vであり、通信はできない。
【0015】
次に、従来技術における第二の具体例の2線式伝送器について説明する。2線式伝送器は、図9に示すように、負荷側に設け且つこの負荷に伝送電流Ioを供給する電源供給手段、即ち、電源供給回路11と、伝送電流Ioを伝送線L1、L2を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて伝送電流Ioをコントロールして負荷に供給する測定制御手段、即ち、測定制御回路12Aとから構成されている。
【0016】
電源供給回路11は、負荷側に設けられた直流電源13と、この直流電源13に直列に接続した負荷抵抗14とで直列回路を形成し、この負荷抵抗14に供給電圧V02を供給する。この電源供給回路11の両端部の端子T1、T2は伝送線L1、L2を介して測定制御回路12Aの出力端子T1’、T2’に接続されている。
【0017】
この伝送線L1、L2に流れる伝送電流Ioは4mA〜20mAの範囲で流す構成となっている。このうち、最小の4mAの伝送電流Ioでは測定制御回路12Aで最小限必要な電源である。
【0018】
測定制御回路11Aは、伝送電流Ioに比例する帰還電圧Vf1を発生する帰還抵抗R1と、測定した物理量に対応する信号電圧VS1に帰還電圧Vf1が一致するように伝送電流Ioを制御してこの伝送電流Ioに関連する一次電圧V2を発生する電流制御手段、即ち、電流制御回路15Aと、一次電圧V2を供給して物理量を測定し、この測定した物理量に応じた信号周波数SFを生成する信号処理手段、即ち、信号処理回路17Aと、この信号周波数SFに対応した信号電圧VS1を生成するf/V変換手段(周波数/電圧変換手段)、即ち、f/V変換回路26と、この信号電圧VS1をデジタルのパルス信号にして出力するパルス信号出力手段、即ち、パルス信号出力回路25とから構成されている。
【0019】
このような構成からなる測定制御回路11Aにおける接続状態は、先ず、端子T1’、T2’は、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R1がそれぞれ直列に接続した回路を構成する。この直列に接続した回路のトランジスタQ1のコレクタと抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点との間には、電流制御回路15Aが並列に接続し、一次電圧V2を発生する。又、トランジスタQ1による直列回路と端子T1’、T2’との間には、パルス信号PLSを発生させるパルス信号出力回路25を並列に接続してある。
【0020】
パルス信号出力回路25は、所定の条件の元でパルス信号PLSを発生させるもので、その一方の電源VCCはジャンパJ3を介して端子T1’に接続し、他方の電源VEEは端子T2’に接続してある。入力信号であるセットパルス信号SPLSは、ジャンパJ6を介して信号処理回路17Aから入力する構成となっている。
【0021】
電流制御回路15Aは、帰還電圧Vf1によって負荷抵抗14に供給する伝送電流Ioをコントロールする演算増幅器OP4と、この演算増幅器OP4の非反転入力端子(+側)は、基準電圧VREFをジャンパJ5、抵抗R5とを介し、並びに帰還電圧Vf1を抵抗R6を介し、並びに信号処理回路17Aからの信号電圧VS1を抵抗R4を介して、それぞれ接続されている。演算増幅器OP4の反転入力端子(−側)は抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点に接続されている。
【0022】
信号処理回路17Aは、測定流量に対応して発生するカルマン渦の数、即ち、測定することができる物理量を抽出するセンサ18を備えており、このセンサ18で抽出された物理量に基づいた信号周波数SFはジャンパJ2を介してf/V変換回路26に入力され、このf/V変換回路26により変換された信号電圧VS1が抵抗R4を介して演算増幅器OP4の非反転入力端子(+側)の一部入力になる。同時に、信号周波数SFはジャンパJ6を介してセットパルス信号SPLSをパルス信号出力回路25に入力するように接続されている。
【0023】
又、信号処理回路17Aと端子T1’との間(a点)にはジャンパJ1を介在させて受信用通信回路27が、信号処理回路17Aと帰還抵抗R2との間には、抵抗R7とコンデンサC1を介して送信用通信回路28を接続してある。又、この送受信用通信回路27、28において、信号処理回路17A側でない方はジャンパJ4を介して端子T4に接続されている。
【0024】
このような構成において、アナログ出力を得る場合と、パルス出力を得る場合は、ジャンパJ1〜J6の切替えにより行う。
【0025】
アナログ出力を得る場合は、ジャンパJ1、J2をショートさせる。そうすると、信号処理回路17Aからの信号周波数SFは、1Khz〜5Khzの信号となる。これをf/V変換回路26で周波数に比例した信号電圧VS1に変更する。演算増幅器OP4は、
信号電圧VS1/抵抗R4+帰還電圧Vf1/抵抗R6=0
になるように伝送電流Ioをコントロールする。又、伝送線L1、L2から通信を行うため、ジャンパJ1をショートし通信信号を受信用通信回路27に接続することによって通信が可能になる。
【0026】
一方、パルス出力を得る場合は、ジャンパJ3〜J6をショートさせる。そうすると、信号処理回路17Aからの信号周波数SFは、例えば1パルス信号あたり1m3というように重み付けされたパルス信号を出力することができる。ジャンパJ2はオープンなので、f/V変換回路26の出力側の信号電圧VS1はゼロボルトである。ジャンパJ5がショートなので伝送電流Ioは、
VS1/R4(VS1はゼロボルト)+基準電圧VREF/抵抗R5+帰還電圧Vf1/抵抗R6=0
で決まる。
【0027】
このようにして、2線式伝送回路を安定に動作させる電流、実際は10mA程度、を確保することができるのである。尚、パルス出力を得るように設定した場合は、ジャンパJ1がショートしているとパルス信号出力回路25からの信号、即ち、トランジスタQ1と端子T1’との間(a点)の信号がノイズとなり通信不能になる。従って、ジャンパJ4をショートして、端子T4から通信を行う。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術における第一の具体例の2線式伝送器においては、通常の一次電圧V2には安定化のためにコンデンサが接続されている。従って、トランジスタQ1が導通状態にあると、電源側からみた端子T1’、T2’間の交流のインピーダンスが小さくなり、通信を行おうとした場合、波形が歪み、又は小さくなり、通信が正常にできなくなるという問題がある。
【0029】
又、上述した第二の具体例の2線式伝送器においては、アナログ出力とパルス出力に切り替えるのに多数のジャンパの結線が必要で操作が複雑であると共にハードが煩雑になるという問題がある。
【0030】
従って、負荷抵抗に供給する伝送電流を制御する一次電流が大きくなっても測定制御手段が正常に動作して通信ができるようにすること、並びに、アナログ出力/パルス出力の切替えが簡単にできるようにした回路構成に解決しなければならない課題を有する。
【0031】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る2線式伝送器は、負荷側に設け且つ該負荷に伝送電流を供給する電源供給手段と、前記伝送電流を伝送線を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて前記伝送電流をコントロールして前記負荷に供給する測定制御手段とを有する2線式伝送器において、前記測定制御手段は、伝送電流に比例する帰還電圧を発生させる帰還抵抗と、前記測定した物理量に対応する信号電圧に前記帰還電圧が一致するように前記伝送電流を制御して一次電圧を発生することができる電流制御手段と、前記一次電圧を流入する一次電流と逆関数関係を保持しながら直線的に一定の二次電圧に変換する絶縁手段と、該二次電圧を供給して物理量を測定し、該測定した物理量に基づいた信号電圧を生成する信号処理手段と、前記一次電圧が低下してきた時に、前記電流制御手段が動作できる電圧値に前記一次電圧を制限するリミッタ手段と、からなる。
【0032】
又、他の2線式伝送器は、負荷側に設け且つ該負荷に伝送電流を供給する電源供給手段と、前記伝送電流を伝送線を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて前記伝送電流をコントロールして前記負荷に供給する測定制御手段とを有する2線式伝送器において、前記測定制御手段は、前記伝送電流に比例する帰還電圧を発生する帰還抵抗と、前記測定した物理量に対応する信号電圧に前記帰還電圧が一致するように前記伝送電流を制御してこの伝送電流に関連する一次電圧を発生する電流制御手段と、前記一次電圧を供給して物理量を測定し、該測定した物理量に応じた信号周波数を生成する信号処理手段と、該信号周波数に対応した信号電圧を生成するf/V変換手段と、該信号電圧をパルス信号にして出力するパルス信号出力手段と、前記信号周波数をアナログ出力又はパルス出力に切り替えるためのコネクタ及び切替え手段と、からなる。
【0033】
このように、測定制御手段側に一次電流が大きくなっても一次電圧を制限するリミッタ手段を設けたことにより、電源供給手段側からみた交流インピーダンスが小さくなっても通信ができないという問題を回避することができ、安定した電源供給を行うことができるようになる。
【0034】
又、アナログ出力とパルス出力との切り替えをコネクタで行うようにしたことにより、一つの回路において切り替えをワンタッチで行うことができるようになる。
【0035】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る2線式伝送器における実施の形態を図面を参照して説明する。尚、従来技術で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【0036】
本発明に係る第一の実施の形態の2線式伝送器は、図1に示すように、負荷側に設け且つこの負荷に伝送電流Ioを供給する電源供給手段、即ち、電源供給回路11と、伝送電流Ioを伝送線L1、L2を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて伝送電流Ioをコントロールして負荷に供給する測定制御手段、即ち、測定制御回路12Bとから構成されている。
【0037】
このような構成からなる電源供給回路11は、負荷側に設けられた直流電源13と、この直流電源13に直列に接続した負荷抵抗14とで直列回路を形成する。この直列回路の両端部の端子T1、T2は伝送線L1、L2を介して測定制御回路12Bの出力端子T1’、T2’に接続されている。また、端子T1、T2の間には通信装置30が接続されている。
【0038】
この伝送線L1、L2に流れる伝送電流Ioは4mA〜20mAの範囲で流される。このうち、最小の4mAの伝送電流Ioは測定制御回路12Bで必要な最小電源である。
【0039】
測定制御回路12Bは、端子T1’、T2’の間に、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R2がそれぞれ直列に接続した回路を構成し、負荷抵抗14に供給電圧V02を供給する。この直列に接続した回路のトランジスタQ1のコレクタと、抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)との間には、電流制御手段、即ち、電流制御回路15Bが並列に接続され、一次電圧V2を生成する構成となっている。
【0040】
電流制御回路15Bは、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R1がそれぞれ直列に接続した回路に、トランジスタQ3のエミッタ・ベース・コレクタ、トランジスタQ4のコレクタ・ベース・エミッタを直列に接続した直列回路を、並列に接続した構成となっている。このトランジスタQ3のベースには、一次電圧V2に基づいて基準電圧VREFを作成するレギュレータ31が抵抗R6を介して接続している。トランジスタQ4のベースには、演算増幅器OP2の出力端子が抵抗R5を介して接続されている。又、トランジスタQ2のベースには、演算増幅器OP1の出力端子が接続されている。演算増幅器OP2の反転入力端子(−側)には、レギュレータ31の基準電圧VREFを抵抗R10とR11で分圧した分電圧VCが入力され、非反転入力端子(+側)には一次電圧V2を抵抗R8とR9で分圧した電圧が入力されている。ここで、レギュレータ31、抵抗R6、トランジスタQ3とでリミッタ手段を構成し、一次電圧V2が低下した時に、所定値に制限する機能を有する。
【0041】
演算増幅器OP1の非反転入力端子(+側)は、帰還抵抗R1に発生した帰還電圧Vf1が抵抗R12を介して、並びに信号処理回路17で生成された信号電圧VS1が抵抗R7を介して、それぞれが接続され、両者の加算された電圧が印加される構成となっている。一方、反転入力端子(−側)には、抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)が接続されている。
【0042】
絶縁回路16の端子T7、T8には一次電圧V2が印加され、図示しないトランスによって信号を絶縁する。そして、その端子T7’、T8’には二次電圧である定電圧Vd1が出力され、端子T9、T10を介して信号処理回路17の電源電圧として供給する構成となっている。
【0043】
この絶縁回路16は、端子T7’、T8’に二次電圧として定電圧Vd1を出力するが、この場合にこの入力端子T7、T8の一次電圧V2と一次電流(出力電流)I2との関係は、逆関数関係になるように構成されている。この点については後述する。
【0044】
信号処理回路17の内部には、測定すべき物理量、例えば、カルマン渦の数を検出して電気信号に変換するセンサ18を備え、電気信号に変換された信号電圧VS1は抵抗R7を介して演算増幅器OP1の非反転入力端子(+側)に印加される。又、信号処理回路17と端子T1’との間には受信用通信回路19が接続されている。更に信号処理回路17と演算増幅器OP1の非反転入力端子(+側)との間には、送信用通信回路20を接続した構成となっている。
【0045】
次に、以上のように構成された測定制御回路12Bの動作について説明する。演算増幅器OP1の非反転入力端子(+側)には、信号処理回路17のセンサ18で検出した渦信号等の物理量に対応する信号電圧VS1と帰還電圧Vf1とが加算されて印加され、これ等の電圧が等しくなるようにトランジスタQ2のベースに出力電圧VC1を印加して、そのコレクタ電流を変化させる。このトランジスタQ2のコレクタ電流は、トランジスタQ1のベース電流を変化させて、その内部抵抗を変化させることによって、一次電圧V2及び一次電流I2をコントロールして絶縁回路16に供給する。
【0046】
即ち、絶縁回路16に供給される出力電流I2は、演算増幅器OP1により、
(信号電圧VS1+帰還電圧Vf1=0)
となるようにコントロールされる。
【0047】
ここで、絶縁回路16に供給される一次電圧V2のうち、絶縁回路16で消費されない電流分は、レギュレータ31によりコントロールされるトランジスタQ3と演算増幅器OP2によりコントロールされるトランジスタQ4とにより形成される直列回路を介してバイパスされる。
【0048】
演算増幅器OP2はトランジスタQ4に対して、
((一次電圧V2−分電圧VC)/抵抗R8)=((信号電圧VS1−分電圧VC)/抵抗R9)
となるように制御して、バイパスする一次電圧V2をコントロールする。
【0049】
これは、一次電流I2が大きく負荷抵抗14に供給する供給電圧V02が小さくなると、一次電圧V2も小さくなる。即ち、一次電圧V2と一次電流I2との関係は逆関数関係になるように構成されている。その結果としてトランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間に電位差を残すことができる。
【0050】
一方、トランジスタQ3及び抵抗R6からなるリミッタ手段は、演算増幅器OP2がトランジスタQ4をコントロールした電流をバイパスしようとしても、
(一次電圧V2=基準電圧VREF+トランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧VBE)
の条件を満足すると、トランジスタQ3をオフにして一次電圧V2の低下を防止して制限する。従って、一次電圧V2は(基準電圧VREF+トランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧VBE)以下になる事はない。つまり、不必要に一次電圧V2を小さくし過ぎることはなく、絶縁回路16より電源側の回路、具体的には演算増幅器OP1やOP2の動作を確保することができる。
【0051】
更に、この点について詳細に検討すると、図2に示すように、出力電流I2と一次電圧V2との関係をリミッタ手段(トランジスタQ3と抵抗R6)の有無を比較して説明する。条件として、電源電圧は12V、帰還抵抗R1は50Ω、基準電圧VREFは3.4V、負荷抵抗14は250Ω、一次電圧V2は出力電流I2が4mAで9V、トランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧VBEは0.6Vとする。
【0052】
先ず、リミッタ手段を設けない場合には、▲1▼に示すように、一次電流I2が大きくなり16mA、20mA近傍になっても一次電圧V2はこの一次電流I2の増加に逆比例して直線的に小さくなる。これに反して、本願発明に係るリミッタ手段を備えると、先ず、▲3▼に示すように、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間の電圧は一次電流I2が16mAを過ぎた時点で抵抗R6及びトランジスタQ3によるリミッタ手段により制限され、トランジスタQ3がオフ状態となり、バイパスが阻止される。そのため、帰還抵抗R1を介した帰還電圧Vf1との均衡をとるように演算増幅器OP1が動作し、トランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間の内部抵抗が上昇し、トランジスタQ1のエミッタ・コレクタ間の内部抵抗が少なくなる。即ち、▲2▼に示すように、一次電流I2が16mAを超えた時点から抵抗R6及びトランジスタQ3によるリミッタ手段によりバイパスが阻止されると共にトランジスタQ1の導通状態がよくなることにより、一次電圧はリミッタ手段によりプロットされた一次電流I2が略16mAを超えたあたりから一定の電圧になり、その値は略4Vである。このようにして一次電圧V2を不要に小さ過ぎることなく測定制御回路12Bの特に電源側の演算増幅器OP1、OP2等の回路の動作を確保することができるのである。
【0053】
一方、このようにリミッタ手段により一次電圧V2が一定電圧に保持されることによる絶縁回路16への影響は、図3に示すように、先ず▲1▼に示す一次電圧V2が略9V近傍の時に一次電流I2が略4mAであり、一次電流I2が略16mAまで一次電圧V2は直線的に減少し、一次電圧V2が略4V以降は一次電流I2が増加しても4Vを保持する。このような関係のある一次電流I2と一次電圧V2が絶縁回路16に供給されると、▲2▼に示すように、一次電圧V2が略9V近傍から直線的に絶縁回路16に供給される時に、絶縁回路16で消費する電流は4mAから8mAと増加し、一次電圧V2が略4Vの一定値になると消費電流は略8mAを保持することができ、一次電圧V2が不要に小さ過ぎることなく、絶縁回路16の動作を確保することができるのである。
【0054】
次に、本願発明に係る第二の実施の形態の2線式伝送器について、図4を参照して説明する。
【0055】
第二の実施の形態の2線式伝送器は、図4に示すように、負荷側に設け且つこの負荷に伝送電流Ioを供給する電源供給手段、即ち、電源供給回路11と、伝送電流Ioを伝送線L1、L2を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて伝送電流Ioをコントロールして負荷に供給する測定制御手段、即ち、測定制御回路12Cとから構成されている。
【0056】
このような構成において電源供給回路11は、負荷側に設けられた直流電源13と、この直流電源13に直列に接続した負荷抵抗14とで直列回路を形成し、この負荷抵抗14に供給電圧V02を供給する。この直列回路の両端部の端子T1、T2は伝送線L1、L2を介して測定制御回路12Cの端子T1’、T2’に接続されている。
【0057】
この伝送線L1、L2に流れる伝送電流Ioは4mA〜20mAの範囲で流される。このうち、最小の4mAの伝送電流Ioでは測定制御回路12Cで必要な最小限の電源である。
【0058】
測定制御回路12Cは、端子T1’、T2’間に、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R1がそれぞれ直列に接続した回路と、この直列に接続した回路のトランジスタQ1のコレクタと抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)との間に、並列に接続した電流制御手段、即ち、一次電圧V2を発生させる電流制御回路15Bと、カルマン渦等を測定するセンサ18を備えた信号処理回路17Aと、信号処理回路17Aからの信号周波数SFを信号電圧VS1に変換するf/V変換回路26と、コネクタ35によってアナログ/デジタル信号に切り替える切替え手段、即ち、切替え回路36とから構成されている。
【0059】
又、トランジスタQ1による直列回路と端子T1’、T2’との間には、パルス信号PLSを発生させるパルス信号出力回路25がコネクタ35を介して接続してある。
【0060】
パルス信号出力回路25は、所定の条件でデジタル信号であるパルス信号PLSを発生させるもので、その一方の電源端子はコネクタ35の、ピン1及びピン2(アナログの場合)、又は、ピン2及びピン3(パルスの場合)を介して端子T1’に接続できるようにして電源電圧VCCを供給するようになっている。他方の電源端子VEEは端子T2’に接続してある。又、信号処理回路17Aで生成された信号周波数SFに基づいて、端子T3’にパルス信号PLSを出力する構成となっている。このパルス信号出力回路25は、図7に示すように、電源VCC、VEEとの間にトランジスタQ20、21を直列に接続し、このトランジスタQ20、Q21に、抵抗R22、トランジスタQ22のコレクタ・ベース・エミッタを並列に接続してある。抵抗R22とトランジスタQ22のコレクタとの中間点は抵抗21を介してトランジスタQ20、Q21のベースに接続した構成となっている。このトランジスタのQ22のベースにはセットパルス信号SPLSを入力するようになっており、トランジスタQ20、Q21のエミッタの中間点がパルス信号PLSの出力となる。
【0061】
このような構成からなるパルス信号出力回路25の動作は、先ずセットパルス信号SPLSがHIGHで入力すると、トランジスタQ22がオンする。トランジスタQ22がオンすると電源VCCからVEE方向に電流が流れ、トランジスタQ20のベース電位が下がるため、トランジスタQ21がオンし、トランジスタQ20がオフし、パルス信号PLSがLOWになる。セットパルス信号SPLSがLOWで入力するとトランジスタQ22がオフし、トランジスタQ20、Q21のベース電位が上昇し、トランジスタQ20をオンにすると共に、トランジスタQ21をオフする。トランジスタQ20をオンすることによって電源VCCがパルス信号PLS側に流れ、HIGHにする。このようにして、セットパルス信号SPLSがHIGHの時は、パルス信号PLSはLOWに、セットパルス信号SPLSがLOWの時は、パルス信号PLSはHIGHにコントロールすることができるのである。
【0062】
電流制御回路15Bは、帰還電圧Vf1と一次電圧V2をコントロールする演算増幅器OP4を備え、この演算増幅器OP4の非反転入力端子(+側)は、非反転バッファU5及び抵抗R5を介してパルス出力であるパルスモードSP、並びに抵抗R6及び帰還抵抗R1を介して帰還電圧Vf1、並びに抵抗R4を介して信号処理回路17Aからの信号電圧VS1のそれぞれが加算されて入力される。演算増幅器OP4の反転入力端子(−側)は抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)に接続されている。
【0063】
信号処理回路17Aは、カルマン渦の数等の測定流量に対応する電圧信号に変換するセンサ18を備えており、その出力側の信号周波数SFは所定周波数を電圧に変換するf/V変換回路26に入力される。このf/V変換回路26で生成された信号電圧VS1が抵抗R4を介して演算増幅器OP5の非反転入力端子(+側)の一部入力になる。又、信号周波数SFはアナログ出力SAがHIGHの時にゲートを介してセットパルス信号SPLSをパルス信号出力回路25に入力する。又、信号周波数SFはパルス出力SPがLOWの時にゲートU4を介してf/V変換回路26に入力され、所定の電圧に変換された信号電圧VS1を出力する。
【0064】
ここで、切替え回路36で生成されるパルス出力SPとアナログ出力SAは、コネクタ35のピン1、2、3の接続状態によってHIGH/LOWになるものであり、アナログ出力SAの場合はコネクタ35のピン1、2をショートすることによりトランジスタQ6がオンになり、アナログ出力SAはHIGHレベルになり、パルス出力SPはLOWレベルになる。パルス出力の場合は、コネクタ35のピン2、3をショートさせることにより、トランジスタQ6がオフになり、アナログ出力SAはLOWレベルになり、パルス出力SPはHIGHレベルになる。
【0065】
又、信号処理回路17Aと端子T1’との間にはコネクタ35のピン1、2を介在させて受信用通信回路27が、信号処理回路17Aと帰還抵抗R1との間には、抵抗R6、コンデンサC1、抵抗R7を介して送信用通信回路28が、それぞれ接続されている。この送受信用通信回路27、28の信号処理回路17A側でない方は端子T4に接続されている。
【0066】
このような構成からなる測定制御回路12Cは、アナログ出力とパルス出力とではコネクタ35の接続状態をワンタッチで替えることにより行うことができる。
【0067】
先ず、アナログ出力の場合は、図4及び図5に示すように、ゲートU3の出力がLOWレベルを固定し、パルス信号出力回路25には信号は行かない。ゲートU4は、信号周波数SFに等しい信号電圧VS1を出力する。この時、f/V変換回路26で周波数に比例した信号電圧VS1を出力する。ゲートU5は、LOWレベルを出力するので、演算増幅器OP4は、信号VS1/抵抗R4+帰還電圧Vf1/抵抗R6=0となるように、一次電圧V2、一次電流I2をコントロールする。又、コネクタ35のピン1、2間がショートされているので、受信用通信回路27に接続されているため伝送線L1、L2から通信を行うことができる。従って、図5に示すように、信号処理回路17Aからの信号は端子T1’、T2’に入力され、伝送線L1、L2を介して負荷に供給することができる。
【0068】
パルス出力の場合は、図4及び図6に示すように、ゲートU3は信号周波数SFに等しい信号を出力する。ゲートU4はHIGHレベルを固定して出力し、f/V変換回路26の出力VS1は0である。ゲートU5の出力は、HIGHなので、一次電流I2は(基準電圧VREF/抵抗R5+帰還電圧Vf1/抵抗R6=0)にすることにより、回路を安定に動作させるための電流を確保することができるのである。従って、図6に示すように、信号処理回路17Aからの信号は端子T1’、T2’を介して伝送線L1、L2に供給されると共に、端子T3’を介して端子T1、T3に接続されているカウンタ37に出力することができるのである。
【0069】
又、パルス出力の場合は、通信は端子T4から行なう。コネクタ35のピン1、2間がオープンなので、パルス信号出力回路25からのノイズの影響を受けることがないため通信不能となることはない。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る2線式伝送器においては、負荷に供給する伝送電流をコントロールする電流制御手段の動作を確保するために一次電圧を所定値に制限するリミッタ手段を設けたことにより、一次電流が大きくなっても電源側の端子間T1’〜T2’のインピーダンスが小さくなることを防止して通信を正常に維持することができるという効果がある。
【0071】
又、リミッタ手段を設けたことにより、一次電流が最小(4mA)の時であっても、一次電圧を一定値に制限することができるため、設計の自由度を拡大させることができるという効果もある。
【0072】
更に、アナログ出力/パルス出力の切替えを一つのコネクタで行うようにしたことにより、同一回路を使用したアナログ出力/パルス出力の切り替えはワンタッチで行うことができ操作性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る第一の実施例における2線式伝送器の略示的なブロック図である。
【図2】同リミッタ手段を設けた場合と設けない場合における一次電圧V2と一次電流I2との関係を示したグラフである。
【図3】同リミッタ手段による一次電圧V2と絶縁回路における消費電流との関係を示したグラフである。
【図4】本願発明に係る第二の実施例における2線式伝送器の略示的なブロック図である。
【図5】同アナログ出力の場合の接続状態を略示的に示した回路図である。
【図6】同デジタル出力の場合の接続状態を略示的に示した回路図である。
【図7】同パルス出力回路の接続状態を略示的に示した回路図である。
【図8】従来技術における2線式伝送器であって、第一の実施例に対応した2線式伝送器の回路図である。
【図9】従来技術における2線式伝送器であって、第二の実施例に対応した2線式伝送器の回路図である。
【符号の説明】
11;電源供給回路(電源供給手段)、12;測定制御回路(測定制御手段)、12A;測定制御回路(測定制御手段)、12B;測定制御回路(測定制御手段)、13;電源(直流電源)、14;負荷抵抗、15;電流制御回路(電流制御手段)、15A;電流制御回路(電流制御手段)、15B;電流制御回路(電流制御手段)、16;絶縁回路(絶縁手段)、17;信号処理回路(信号処理手段)、17A;信号処理回路(信号処理手段)、18;センサ、19;受信用通信回路、20;送信用通信回路、25;パルス信号出力回路(パルス信号出力手段)、26;f/V変換回路(f/V変換手段)、27;受信用通信回路、28;送信用通信回路、30;通信装置、31;レギュレータ、35;コネクタ、36;切替え回路(切替え手段)、37;カウンタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、2線式伝送器に関するものであり、特に回路の動作を確保するために所定の一定電圧値に制限すること、並びに一つの回路でアナログ又はデジタルの信号に切り替えることができるようにした2線式伝送器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術における第一の具体例の2線式伝送器は、図8に示すように、負荷側に設け且つこの負荷に伝送電流Ioを供給する電源供給手段、即ち、電源供給回路11と、伝送電流Ioを伝送線L1、L2を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて伝送電流Ioをコントロールして負荷に供給する測定制御手段、即ち、測定制御回路12とから構成されている。
【0003】
電源供給回路11は、負荷側に設けられた直流電源13と、この直流電源13に直列に接続した負荷抵抗14とで直列回路を形成し、この負荷抵抗14には供給電圧V02が供給される構成になっている。この直列回路の両端部の端子T1、T2は伝送線L1、L2を介して測定制御回路12を構成する端子T1’、T2’に接続されている。
【0004】
この伝送線l1、l2に流れる伝送電流Ioは4mA〜20mAの範囲で流す構成となっている。このうち、最小の4mAの伝送電流Ioでは測定制御回路12に必要な最小電源である。
【0005】
測定制御回路12は、伝送電流Ioに比例する帰還電圧Vf1を発生させる帰還抵抗R1と、測定した物理量に対応する信号電圧VS1に帰還電圧Vf1が一致するように伝送電流Ioを制御して一次電圧V2を発生することができる電流制御手段、即ち、電流制御回路15と、一次電圧V2を流入する一次電流I2と逆関数関係を保持しながら直線的に一定の二次電圧Vd1(定電圧)に変換する絶縁手段、即ち、絶縁回路16と、この二次電圧Vd1を供給して物理量を測定し、この測定した物理量に基づいた信号電圧VS1を生成する信号処理手段、即ち、信号処理回路17とから構成されている。
【0006】
このような構成からなる測定制御回路の接続状態は、先ず、伝送線L1、L2に接続する端子T1’、T2’は、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R1がそれぞれ直列に接続した回路と、この直列に接続した回路のトランジスタQ1のコレクタと抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)との間に、電流制御回路15が並列に接続され、一次電圧V2を発生する。この電流制御回路15は絶縁回路16を並列に接続する。又、この絶縁回路16は信号処理回路17を並列に接続する。ここで、帰還抵抗R1は、伝送電流Ioに比例する帰還電圧Vf1を発生させ、又、電流制御回路15は伝送電流Ioを制御して一次電圧V2を発生することができる。
【0007】
このような電流制御回路15は、トランジスタQ1と、抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点との間に並列に接続したコンデンサC1と、並列に接続したダイオードDZ1と、やはり、並列に接続したトランジスタQ4のコレクタ・エミッタ、ダイオードDZ2の直列回路とから構成されている。
【0008】
トランジスタQ2のベースは、抵抗R3を介して演算増幅器OP3の出力端子に接続されている。この演算増幅器OP3の出力端子と抵抗R3との間から抵抗R4を介してトランジスタQ4のベースに接続されている。
【0009】
演算増幅器OP3の非反転入力端子(+側)は、帰還抵抗R1に発生した帰還電圧Vf1が抵抗R5を介して印加され、同時に信号処理回路17で測定した物理量に基づいて生成された信号電圧VS1が抵抗R7を介して印加されるように、それぞれが接続されている。一方、反転入力端子(−側)には、抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点に接続されている。
【0010】
絶縁回路16の入力端子T7、T8には一次電圧V2が印加され、図示しないトランスによって信号を絶縁する。そして、その出力端子T7’、T8’には二次電圧である定電圧Vd1が出力され、端子T9、T10を介して信号処理回路17の電源電圧として供給する構成になっている。
【0011】
信号処理回路17は、所定の場所で発生しているカルマン渦の数、即ち、測定することができる物理量を抽出するセンサ18で測定した物理量を所定の信号に変換し、この信号を電圧に変換した信号電圧VS1を生成する。この信号電圧VS1は抵抗R7を介して演算増幅器OP3の非反転入力端子(+側)に印加される。又、信号処理回路17とトランジスタQ1と端子T1’の中間点(a点)との間には、受信用通信回路19を接続している。更に、信号処理回路17と、帰還電圧Vf1を介した抵抗R5との間には、送信用通信回路20を接続している。
【0012】
このような構成からなる2線式伝送器は、電源供給回路11に供給する電源電圧を小なくする事が出来る構成になっている。即ち、演算増幅器OP3の非反転入力端子(+側)は、信号処理回路17のセンサ18で検出した渦信号などの物理量に対応して生成された信号電圧VS1と帰還電圧Vf1とが印加して、これ等の電圧の絶対値が等しくなるようにトランジスタQ2のベースに出力電圧をコントロールしてコレクタ電流を変化させる。このコレクタ電流が変化すると、トランジスタQ1のベース電流が変化し、その内部抵抗を変える。トランジスタQ1を介して流れる電流が多くなり、絶縁回路16で消費されない電流分はトランジスタQ5とダイオードDZ2で構成されている直列回路を介してバイパスする。このようにして信号電圧VS1に対応した伝送電流Ioのみを負荷抵抗14に供給することができる。ここで、一次電圧V2の値が小さい時には、ダイオードDZ2が導通しないのでトランジスタQ5とダイオードDZ2で構成された直列回路に電流がバイパスされない。これにより、絶縁回路16は一次電圧V2の値が小さいときでも正常に動作するようにしている。
【0013】
この絶縁回路16の入力端子T7、T8に印加される一次電圧V2とこの入力端子T7、T8に流入する一次電流I2との関係は逆関数関係にあり、例えば、一次電圧V2が11Vの時は一次電流I2が3.2mAであり、一次電圧V2が7Vの時は一次電流I2は5.1mAである。尚、一次電圧V2が7Vの時は一次電流I2が5.1mAに増加するが、このとき伝送電流Ioが最大の20mAなので問題は生じない。このようにして、伝送電流Ioに伴って一次電圧V2を変化させることによって、伝送電流Ioの変化範囲に収めた動作をするようにコントロールする。
【0014】
例えば、電源13の電圧12V、DZ1=9V、負荷抵抗=250Ω、帰還抵抗=50Ωである時において、伝送電流Ioが最小の4mAの時は、供給電圧V02=10.8V、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間の電圧VCE=1.8Vにおいては通信は可能である。伝送電流Ioが最大の20mAの時は、供給電圧V02=6V、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間の電圧VCEが略0Vであり、通信はできない。
【0015】
次に、従来技術における第二の具体例の2線式伝送器について説明する。2線式伝送器は、図9に示すように、負荷側に設け且つこの負荷に伝送電流Ioを供給する電源供給手段、即ち、電源供給回路11と、伝送電流Ioを伝送線L1、L2を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて伝送電流Ioをコントロールして負荷に供給する測定制御手段、即ち、測定制御回路12Aとから構成されている。
【0016】
電源供給回路11は、負荷側に設けられた直流電源13と、この直流電源13に直列に接続した負荷抵抗14とで直列回路を形成し、この負荷抵抗14に供給電圧V02を供給する。この電源供給回路11の両端部の端子T1、T2は伝送線L1、L2を介して測定制御回路12Aの出力端子T1’、T2’に接続されている。
【0017】
この伝送線L1、L2に流れる伝送電流Ioは4mA〜20mAの範囲で流す構成となっている。このうち、最小の4mAの伝送電流Ioでは測定制御回路12Aで最小限必要な電源である。
【0018】
測定制御回路11Aは、伝送電流Ioに比例する帰還電圧Vf1を発生する帰還抵抗R1と、測定した物理量に対応する信号電圧VS1に帰還電圧Vf1が一致するように伝送電流Ioを制御してこの伝送電流Ioに関連する一次電圧V2を発生する電流制御手段、即ち、電流制御回路15Aと、一次電圧V2を供給して物理量を測定し、この測定した物理量に応じた信号周波数SFを生成する信号処理手段、即ち、信号処理回路17Aと、この信号周波数SFに対応した信号電圧VS1を生成するf/V変換手段(周波数/電圧変換手段)、即ち、f/V変換回路26と、この信号電圧VS1をデジタルのパルス信号にして出力するパルス信号出力手段、即ち、パルス信号出力回路25とから構成されている。
【0019】
このような構成からなる測定制御回路11Aにおける接続状態は、先ず、端子T1’、T2’は、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R1がそれぞれ直列に接続した回路を構成する。この直列に接続した回路のトランジスタQ1のコレクタと抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点との間には、電流制御回路15Aが並列に接続し、一次電圧V2を発生する。又、トランジスタQ1による直列回路と端子T1’、T2’との間には、パルス信号PLSを発生させるパルス信号出力回路25を並列に接続してある。
【0020】
パルス信号出力回路25は、所定の条件の元でパルス信号PLSを発生させるもので、その一方の電源VCCはジャンパJ3を介して端子T1’に接続し、他方の電源VEEは端子T2’に接続してある。入力信号であるセットパルス信号SPLSは、ジャンパJ6を介して信号処理回路17Aから入力する構成となっている。
【0021】
電流制御回路15Aは、帰還電圧Vf1によって負荷抵抗14に供給する伝送電流Ioをコントロールする演算増幅器OP4と、この演算増幅器OP4の非反転入力端子(+側)は、基準電圧VREFをジャンパJ5、抵抗R5とを介し、並びに帰還電圧Vf1を抵抗R6を介し、並びに信号処理回路17Aからの信号電圧VS1を抵抗R4を介して、それぞれ接続されている。演算増幅器OP4の反転入力端子(−側)は抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点に接続されている。
【0022】
信号処理回路17Aは、測定流量に対応して発生するカルマン渦の数、即ち、測定することができる物理量を抽出するセンサ18を備えており、このセンサ18で抽出された物理量に基づいた信号周波数SFはジャンパJ2を介してf/V変換回路26に入力され、このf/V変換回路26により変換された信号電圧VS1が抵抗R4を介して演算増幅器OP4の非反転入力端子(+側)の一部入力になる。同時に、信号周波数SFはジャンパJ6を介してセットパルス信号SPLSをパルス信号出力回路25に入力するように接続されている。
【0023】
又、信号処理回路17Aと端子T1’との間(a点)にはジャンパJ1を介在させて受信用通信回路27が、信号処理回路17Aと帰還抵抗R2との間には、抵抗R7とコンデンサC1を介して送信用通信回路28を接続してある。又、この送受信用通信回路27、28において、信号処理回路17A側でない方はジャンパJ4を介して端子T4に接続されている。
【0024】
このような構成において、アナログ出力を得る場合と、パルス出力を得る場合は、ジャンパJ1〜J6の切替えにより行う。
【0025】
アナログ出力を得る場合は、ジャンパJ1、J2をショートさせる。そうすると、信号処理回路17Aからの信号周波数SFは、1Khz〜5Khzの信号となる。これをf/V変換回路26で周波数に比例した信号電圧VS1に変更する。演算増幅器OP4は、
信号電圧VS1/抵抗R4+帰還電圧Vf1/抵抗R6=0
になるように伝送電流Ioをコントロールする。又、伝送線L1、L2から通信を行うため、ジャンパJ1をショートし通信信号を受信用通信回路27に接続することによって通信が可能になる。
【0026】
一方、パルス出力を得る場合は、ジャンパJ3〜J6をショートさせる。そうすると、信号処理回路17Aからの信号周波数SFは、例えば1パルス信号あたり1m3というように重み付けされたパルス信号を出力することができる。ジャンパJ2はオープンなので、f/V変換回路26の出力側の信号電圧VS1はゼロボルトである。ジャンパJ5がショートなので伝送電流Ioは、
VS1/R4(VS1はゼロボルト)+基準電圧VREF/抵抗R5+帰還電圧Vf1/抵抗R6=0
で決まる。
【0027】
このようにして、2線式伝送回路を安定に動作させる電流、実際は10mA程度、を確保することができるのである。尚、パルス出力を得るように設定した場合は、ジャンパJ1がショートしているとパルス信号出力回路25からの信号、即ち、トランジスタQ1と端子T1’との間(a点)の信号がノイズとなり通信不能になる。従って、ジャンパJ4をショートして、端子T4から通信を行う。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術における第一の具体例の2線式伝送器においては、通常の一次電圧V2には安定化のためにコンデンサが接続されている。従って、トランジスタQ1が導通状態にあると、電源側からみた端子T1’、T2’間の交流のインピーダンスが小さくなり、通信を行おうとした場合、波形が歪み、又は小さくなり、通信が正常にできなくなるという問題がある。
【0029】
又、上述した第二の具体例の2線式伝送器においては、アナログ出力とパルス出力に切り替えるのに多数のジャンパの結線が必要で操作が複雑であると共にハードが煩雑になるという問題がある。
【0030】
従って、負荷抵抗に供給する伝送電流を制御する一次電流が大きくなっても測定制御手段が正常に動作して通信ができるようにすること、並びに、アナログ出力/パルス出力の切替えが簡単にできるようにした回路構成に解決しなければならない課題を有する。
【0031】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る2線式伝送器は、負荷側に設け且つ該負荷に伝送電流を供給する電源供給手段と、前記伝送電流を伝送線を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて前記伝送電流をコントロールして前記負荷に供給する測定制御手段とを有する2線式伝送器において、前記測定制御手段は、伝送電流に比例する帰還電圧を発生させる帰還抵抗と、前記測定した物理量に対応する信号電圧に前記帰還電圧が一致するように前記伝送電流を制御して一次電圧を発生することができる電流制御手段と、前記一次電圧を流入する一次電流と逆関数関係を保持しながら直線的に一定の二次電圧に変換する絶縁手段と、該二次電圧を供給して物理量を測定し、該測定した物理量に基づいた信号電圧を生成する信号処理手段と、前記一次電圧が低下してきた時に、前記電流制御手段が動作できる電圧値に前記一次電圧を制限するリミッタ手段と、からなる。
【0032】
又、他の2線式伝送器は、負荷側に設け且つ該負荷に伝送電流を供給する電源供給手段と、前記伝送電流を伝送線を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて前記伝送電流をコントロールして前記負荷に供給する測定制御手段とを有する2線式伝送器において、前記測定制御手段は、前記伝送電流に比例する帰還電圧を発生する帰還抵抗と、前記測定した物理量に対応する信号電圧に前記帰還電圧が一致するように前記伝送電流を制御してこの伝送電流に関連する一次電圧を発生する電流制御手段と、前記一次電圧を供給して物理量を測定し、該測定した物理量に応じた信号周波数を生成する信号処理手段と、該信号周波数に対応した信号電圧を生成するf/V変換手段と、該信号電圧をパルス信号にして出力するパルス信号出力手段と、前記信号周波数をアナログ出力又はパルス出力に切り替えるためのコネクタ及び切替え手段と、からなる。
【0033】
このように、測定制御手段側に一次電流が大きくなっても一次電圧を制限するリミッタ手段を設けたことにより、電源供給手段側からみた交流インピーダンスが小さくなっても通信ができないという問題を回避することができ、安定した電源供給を行うことができるようになる。
【0034】
又、アナログ出力とパルス出力との切り替えをコネクタで行うようにしたことにより、一つの回路において切り替えをワンタッチで行うことができるようになる。
【0035】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る2線式伝送器における実施の形態を図面を参照して説明する。尚、従来技術で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【0036】
本発明に係る第一の実施の形態の2線式伝送器は、図1に示すように、負荷側に設け且つこの負荷に伝送電流Ioを供給する電源供給手段、即ち、電源供給回路11と、伝送電流Ioを伝送線L1、L2を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて伝送電流Ioをコントロールして負荷に供給する測定制御手段、即ち、測定制御回路12Bとから構成されている。
【0037】
このような構成からなる電源供給回路11は、負荷側に設けられた直流電源13と、この直流電源13に直列に接続した負荷抵抗14とで直列回路を形成する。この直列回路の両端部の端子T1、T2は伝送線L1、L2を介して測定制御回路12Bの出力端子T1’、T2’に接続されている。また、端子T1、T2の間には通信装置30が接続されている。
【0038】
この伝送線L1、L2に流れる伝送電流Ioは4mA〜20mAの範囲で流される。このうち、最小の4mAの伝送電流Ioは測定制御回路12Bで必要な最小電源である。
【0039】
測定制御回路12Bは、端子T1’、T2’の間に、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R2がそれぞれ直列に接続した回路を構成し、負荷抵抗14に供給電圧V02を供給する。この直列に接続した回路のトランジスタQ1のコレクタと、抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)との間には、電流制御手段、即ち、電流制御回路15Bが並列に接続され、一次電圧V2を生成する構成となっている。
【0040】
電流制御回路15Bは、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R1がそれぞれ直列に接続した回路に、トランジスタQ3のエミッタ・ベース・コレクタ、トランジスタQ4のコレクタ・ベース・エミッタを直列に接続した直列回路を、並列に接続した構成となっている。このトランジスタQ3のベースには、一次電圧V2に基づいて基準電圧VREFを作成するレギュレータ31が抵抗R6を介して接続している。トランジスタQ4のベースには、演算増幅器OP2の出力端子が抵抗R5を介して接続されている。又、トランジスタQ2のベースには、演算増幅器OP1の出力端子が接続されている。演算増幅器OP2の反転入力端子(−側)には、レギュレータ31の基準電圧VREFを抵抗R10とR11で分圧した分電圧VCが入力され、非反転入力端子(+側)には一次電圧V2を抵抗R8とR9で分圧した電圧が入力されている。ここで、レギュレータ31、抵抗R6、トランジスタQ3とでリミッタ手段を構成し、一次電圧V2が低下した時に、所定値に制限する機能を有する。
【0041】
演算増幅器OP1の非反転入力端子(+側)は、帰還抵抗R1に発生した帰還電圧Vf1が抵抗R12を介して、並びに信号処理回路17で生成された信号電圧VS1が抵抗R7を介して、それぞれが接続され、両者の加算された電圧が印加される構成となっている。一方、反転入力端子(−側)には、抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)が接続されている。
【0042】
絶縁回路16の端子T7、T8には一次電圧V2が印加され、図示しないトランスによって信号を絶縁する。そして、その端子T7’、T8’には二次電圧である定電圧Vd1が出力され、端子T9、T10を介して信号処理回路17の電源電圧として供給する構成となっている。
【0043】
この絶縁回路16は、端子T7’、T8’に二次電圧として定電圧Vd1を出力するが、この場合にこの入力端子T7、T8の一次電圧V2と一次電流(出力電流)I2との関係は、逆関数関係になるように構成されている。この点については後述する。
【0044】
信号処理回路17の内部には、測定すべき物理量、例えば、カルマン渦の数を検出して電気信号に変換するセンサ18を備え、電気信号に変換された信号電圧VS1は抵抗R7を介して演算増幅器OP1の非反転入力端子(+側)に印加される。又、信号処理回路17と端子T1’との間には受信用通信回路19が接続されている。更に信号処理回路17と演算増幅器OP1の非反転入力端子(+側)との間には、送信用通信回路20を接続した構成となっている。
【0045】
次に、以上のように構成された測定制御回路12Bの動作について説明する。演算増幅器OP1の非反転入力端子(+側)には、信号処理回路17のセンサ18で検出した渦信号等の物理量に対応する信号電圧VS1と帰還電圧Vf1とが加算されて印加され、これ等の電圧が等しくなるようにトランジスタQ2のベースに出力電圧VC1を印加して、そのコレクタ電流を変化させる。このトランジスタQ2のコレクタ電流は、トランジスタQ1のベース電流を変化させて、その内部抵抗を変化させることによって、一次電圧V2及び一次電流I2をコントロールして絶縁回路16に供給する。
【0046】
即ち、絶縁回路16に供給される出力電流I2は、演算増幅器OP1により、
(信号電圧VS1+帰還電圧Vf1=0)
となるようにコントロールされる。
【0047】
ここで、絶縁回路16に供給される一次電圧V2のうち、絶縁回路16で消費されない電流分は、レギュレータ31によりコントロールされるトランジスタQ3と演算増幅器OP2によりコントロールされるトランジスタQ4とにより形成される直列回路を介してバイパスされる。
【0048】
演算増幅器OP2はトランジスタQ4に対して、
((一次電圧V2−分電圧VC)/抵抗R8)=((信号電圧VS1−分電圧VC)/抵抗R9)
となるように制御して、バイパスする一次電圧V2をコントロールする。
【0049】
これは、一次電流I2が大きく負荷抵抗14に供給する供給電圧V02が小さくなると、一次電圧V2も小さくなる。即ち、一次電圧V2と一次電流I2との関係は逆関数関係になるように構成されている。その結果としてトランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間に電位差を残すことができる。
【0050】
一方、トランジスタQ3及び抵抗R6からなるリミッタ手段は、演算増幅器OP2がトランジスタQ4をコントロールした電流をバイパスしようとしても、
(一次電圧V2=基準電圧VREF+トランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧VBE)
の条件を満足すると、トランジスタQ3をオフにして一次電圧V2の低下を防止して制限する。従って、一次電圧V2は(基準電圧VREF+トランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧VBE)以下になる事はない。つまり、不必要に一次電圧V2を小さくし過ぎることはなく、絶縁回路16より電源側の回路、具体的には演算増幅器OP1やOP2の動作を確保することができる。
【0051】
更に、この点について詳細に検討すると、図2に示すように、出力電流I2と一次電圧V2との関係をリミッタ手段(トランジスタQ3と抵抗R6)の有無を比較して説明する。条件として、電源電圧は12V、帰還抵抗R1は50Ω、基準電圧VREFは3.4V、負荷抵抗14は250Ω、一次電圧V2は出力電流I2が4mAで9V、トランジスタQ3のベース・エミッタ間電圧VBEは0.6Vとする。
【0052】
先ず、リミッタ手段を設けない場合には、▲1▼に示すように、一次電流I2が大きくなり16mA、20mA近傍になっても一次電圧V2はこの一次電流I2の増加に逆比例して直線的に小さくなる。これに反して、本願発明に係るリミッタ手段を備えると、先ず、▲3▼に示すように、トランジスタQ1のコレクタ・エミッタ間の電圧は一次電流I2が16mAを過ぎた時点で抵抗R6及びトランジスタQ3によるリミッタ手段により制限され、トランジスタQ3がオフ状態となり、バイパスが阻止される。そのため、帰還抵抗R1を介した帰還電圧Vf1との均衡をとるように演算増幅器OP1が動作し、トランジスタQ2のコレクタ・エミッタ間の内部抵抗が上昇し、トランジスタQ1のエミッタ・コレクタ間の内部抵抗が少なくなる。即ち、▲2▼に示すように、一次電流I2が16mAを超えた時点から抵抗R6及びトランジスタQ3によるリミッタ手段によりバイパスが阻止されると共にトランジスタQ1の導通状態がよくなることにより、一次電圧はリミッタ手段によりプロットされた一次電流I2が略16mAを超えたあたりから一定の電圧になり、その値は略4Vである。このようにして一次電圧V2を不要に小さ過ぎることなく測定制御回路12Bの特に電源側の演算増幅器OP1、OP2等の回路の動作を確保することができるのである。
【0053】
一方、このようにリミッタ手段により一次電圧V2が一定電圧に保持されることによる絶縁回路16への影響は、図3に示すように、先ず▲1▼に示す一次電圧V2が略9V近傍の時に一次電流I2が略4mAであり、一次電流I2が略16mAまで一次電圧V2は直線的に減少し、一次電圧V2が略4V以降は一次電流I2が増加しても4Vを保持する。このような関係のある一次電流I2と一次電圧V2が絶縁回路16に供給されると、▲2▼に示すように、一次電圧V2が略9V近傍から直線的に絶縁回路16に供給される時に、絶縁回路16で消費する電流は4mAから8mAと増加し、一次電圧V2が略4Vの一定値になると消費電流は略8mAを保持することができ、一次電圧V2が不要に小さ過ぎることなく、絶縁回路16の動作を確保することができるのである。
【0054】
次に、本願発明に係る第二の実施の形態の2線式伝送器について、図4を参照して説明する。
【0055】
第二の実施の形態の2線式伝送器は、図4に示すように、負荷側に設け且つこの負荷に伝送電流Ioを供給する電源供給手段、即ち、電源供給回路11と、伝送電流Ioを伝送線L1、L2を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて伝送電流Ioをコントロールして負荷に供給する測定制御手段、即ち、測定制御回路12Cとから構成されている。
【0056】
このような構成において電源供給回路11は、負荷側に設けられた直流電源13と、この直流電源13に直列に接続した負荷抵抗14とで直列回路を形成し、この負荷抵抗14に供給電圧V02を供給する。この直列回路の両端部の端子T1、T2は伝送線L1、L2を介して測定制御回路12Cの端子T1’、T2’に接続されている。
【0057】
この伝送線L1、L2に流れる伝送電流Ioは4mA〜20mAの範囲で流される。このうち、最小の4mAの伝送電流Ioでは測定制御回路12Cで必要な最小限の電源である。
【0058】
測定制御回路12Cは、端子T1’、T2’間に、トランジスタQ1のエミッタ・ベース、トランジスタQ2のコレクタ・ベース・エミッタ、抵抗R2、帰還抵抗R1がそれぞれ直列に接続した回路と、この直列に接続した回路のトランジスタQ1のコレクタと抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)との間に、並列に接続した電流制御手段、即ち、一次電圧V2を発生させる電流制御回路15Bと、カルマン渦等を測定するセンサ18を備えた信号処理回路17Aと、信号処理回路17Aからの信号周波数SFを信号電圧VS1に変換するf/V変換回路26と、コネクタ35によってアナログ/デジタル信号に切り替える切替え手段、即ち、切替え回路36とから構成されている。
【0059】
又、トランジスタQ1による直列回路と端子T1’、T2’との間には、パルス信号PLSを発生させるパルス信号出力回路25がコネクタ35を介して接続してある。
【0060】
パルス信号出力回路25は、所定の条件でデジタル信号であるパルス信号PLSを発生させるもので、その一方の電源端子はコネクタ35の、ピン1及びピン2(アナログの場合)、又は、ピン2及びピン3(パルスの場合)を介して端子T1’に接続できるようにして電源電圧VCCを供給するようになっている。他方の電源端子VEEは端子T2’に接続してある。又、信号処理回路17Aで生成された信号周波数SFに基づいて、端子T3’にパルス信号PLSを出力する構成となっている。このパルス信号出力回路25は、図7に示すように、電源VCC、VEEとの間にトランジスタQ20、21を直列に接続し、このトランジスタQ20、Q21に、抵抗R22、トランジスタQ22のコレクタ・ベース・エミッタを並列に接続してある。抵抗R22とトランジスタQ22のコレクタとの中間点は抵抗21を介してトランジスタQ20、Q21のベースに接続した構成となっている。このトランジスタのQ22のベースにはセットパルス信号SPLSを入力するようになっており、トランジスタQ20、Q21のエミッタの中間点がパルス信号PLSの出力となる。
【0061】
このような構成からなるパルス信号出力回路25の動作は、先ずセットパルス信号SPLSがHIGHで入力すると、トランジスタQ22がオンする。トランジスタQ22がオンすると電源VCCからVEE方向に電流が流れ、トランジスタQ20のベース電位が下がるため、トランジスタQ21がオンし、トランジスタQ20がオフし、パルス信号PLSがLOWになる。セットパルス信号SPLSがLOWで入力するとトランジスタQ22がオフし、トランジスタQ20、Q21のベース電位が上昇し、トランジスタQ20をオンにすると共に、トランジスタQ21をオフする。トランジスタQ20をオンすることによって電源VCCがパルス信号PLS側に流れ、HIGHにする。このようにして、セットパルス信号SPLSがHIGHの時は、パルス信号PLSはLOWに、セットパルス信号SPLSがLOWの時は、パルス信号PLSはHIGHにコントロールすることができるのである。
【0062】
電流制御回路15Bは、帰還電圧Vf1と一次電圧V2をコントロールする演算増幅器OP4を備え、この演算増幅器OP4の非反転入力端子(+側)は、非反転バッファU5及び抵抗R5を介してパルス出力であるパルスモードSP、並びに抵抗R6及び帰還抵抗R1を介して帰還電圧Vf1、並びに抵抗R4を介して信号処理回路17Aからの信号電圧VS1のそれぞれが加算されて入力される。演算増幅器OP4の反転入力端子(−側)は抵抗R2と帰還抵抗R1との接続点(b点)に接続されている。
【0063】
信号処理回路17Aは、カルマン渦の数等の測定流量に対応する電圧信号に変換するセンサ18を備えており、その出力側の信号周波数SFは所定周波数を電圧に変換するf/V変換回路26に入力される。このf/V変換回路26で生成された信号電圧VS1が抵抗R4を介して演算増幅器OP5の非反転入力端子(+側)の一部入力になる。又、信号周波数SFはアナログ出力SAがHIGHの時にゲートを介してセットパルス信号SPLSをパルス信号出力回路25に入力する。又、信号周波数SFはパルス出力SPがLOWの時にゲートU4を介してf/V変換回路26に入力され、所定の電圧に変換された信号電圧VS1を出力する。
【0064】
ここで、切替え回路36で生成されるパルス出力SPとアナログ出力SAは、コネクタ35のピン1、2、3の接続状態によってHIGH/LOWになるものであり、アナログ出力SAの場合はコネクタ35のピン1、2をショートすることによりトランジスタQ6がオンになり、アナログ出力SAはHIGHレベルになり、パルス出力SPはLOWレベルになる。パルス出力の場合は、コネクタ35のピン2、3をショートさせることにより、トランジスタQ6がオフになり、アナログ出力SAはLOWレベルになり、パルス出力SPはHIGHレベルになる。
【0065】
又、信号処理回路17Aと端子T1’との間にはコネクタ35のピン1、2を介在させて受信用通信回路27が、信号処理回路17Aと帰還抵抗R1との間には、抵抗R6、コンデンサC1、抵抗R7を介して送信用通信回路28が、それぞれ接続されている。この送受信用通信回路27、28の信号処理回路17A側でない方は端子T4に接続されている。
【0066】
このような構成からなる測定制御回路12Cは、アナログ出力とパルス出力とではコネクタ35の接続状態をワンタッチで替えることにより行うことができる。
【0067】
先ず、アナログ出力の場合は、図4及び図5に示すように、ゲートU3の出力がLOWレベルを固定し、パルス信号出力回路25には信号は行かない。ゲートU4は、信号周波数SFに等しい信号電圧VS1を出力する。この時、f/V変換回路26で周波数に比例した信号電圧VS1を出力する。ゲートU5は、LOWレベルを出力するので、演算増幅器OP4は、信号VS1/抵抗R4+帰還電圧Vf1/抵抗R6=0となるように、一次電圧V2、一次電流I2をコントロールする。又、コネクタ35のピン1、2間がショートされているので、受信用通信回路27に接続されているため伝送線L1、L2から通信を行うことができる。従って、図5に示すように、信号処理回路17Aからの信号は端子T1’、T2’に入力され、伝送線L1、L2を介して負荷に供給することができる。
【0068】
パルス出力の場合は、図4及び図6に示すように、ゲートU3は信号周波数SFに等しい信号を出力する。ゲートU4はHIGHレベルを固定して出力し、f/V変換回路26の出力VS1は0である。ゲートU5の出力は、HIGHなので、一次電流I2は(基準電圧VREF/抵抗R5+帰還電圧Vf1/抵抗R6=0)にすることにより、回路を安定に動作させるための電流を確保することができるのである。従って、図6に示すように、信号処理回路17Aからの信号は端子T1’、T2’を介して伝送線L1、L2に供給されると共に、端子T3’を介して端子T1、T3に接続されているカウンタ37に出力することができるのである。
【0069】
又、パルス出力の場合は、通信は端子T4から行なう。コネクタ35のピン1、2間がオープンなので、パルス信号出力回路25からのノイズの影響を受けることがないため通信不能となることはない。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る2線式伝送器においては、負荷に供給する伝送電流をコントロールする電流制御手段の動作を確保するために一次電圧を所定値に制限するリミッタ手段を設けたことにより、一次電流が大きくなっても電源側の端子間T1’〜T2’のインピーダンスが小さくなることを防止して通信を正常に維持することができるという効果がある。
【0071】
又、リミッタ手段を設けたことにより、一次電流が最小(4mA)の時であっても、一次電圧を一定値に制限することができるため、設計の自由度を拡大させることができるという効果もある。
【0072】
更に、アナログ出力/パルス出力の切替えを一つのコネクタで行うようにしたことにより、同一回路を使用したアナログ出力/パルス出力の切り替えはワンタッチで行うことができ操作性を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明に係る第一の実施例における2線式伝送器の略示的なブロック図である。
【図2】同リミッタ手段を設けた場合と設けない場合における一次電圧V2と一次電流I2との関係を示したグラフである。
【図3】同リミッタ手段による一次電圧V2と絶縁回路における消費電流との関係を示したグラフである。
【図4】本願発明に係る第二の実施例における2線式伝送器の略示的なブロック図である。
【図5】同アナログ出力の場合の接続状態を略示的に示した回路図である。
【図6】同デジタル出力の場合の接続状態を略示的に示した回路図である。
【図7】同パルス出力回路の接続状態を略示的に示した回路図である。
【図8】従来技術における2線式伝送器であって、第一の実施例に対応した2線式伝送器の回路図である。
【図9】従来技術における2線式伝送器であって、第二の実施例に対応した2線式伝送器の回路図である。
【符号の説明】
11;電源供給回路(電源供給手段)、12;測定制御回路(測定制御手段)、12A;測定制御回路(測定制御手段)、12B;測定制御回路(測定制御手段)、13;電源(直流電源)、14;負荷抵抗、15;電流制御回路(電流制御手段)、15A;電流制御回路(電流制御手段)、15B;電流制御回路(電流制御手段)、16;絶縁回路(絶縁手段)、17;信号処理回路(信号処理手段)、17A;信号処理回路(信号処理手段)、18;センサ、19;受信用通信回路、20;送信用通信回路、25;パルス信号出力回路(パルス信号出力手段)、26;f/V変換回路(f/V変換手段)、27;受信用通信回路、28;送信用通信回路、30;通信装置、31;レギュレータ、35;コネクタ、36;切替え回路(切替え手段)、37;カウンタ
Claims (2)
- 負荷側に設け且つ該負荷に伝送電流を供給する電源供給手段と、
前記伝送電流を伝送線を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて前記伝送電流をコントロールして前記負荷に供給する測定制御手段とを有する2線式伝送器において、前記測定制御手段は、伝送電流に比例する帰還電圧を発生させる帰還抵抗と、前記測定した物理量に対応する信号電圧に前記帰還電圧が一致するように前記伝送電流を制御して一次電圧を発生することができる電流制御手段と、
前記一次電圧を流入する一次電流と逆関数関係を保持しながら直線的に一定の二次電圧に変換する絶縁手段と、該二次電圧を供給して物理量を測定し、該測定した物理量に基づいた信号電圧を生成する信号処理手段と、前記一次電圧が低下してきた時に、前記電流制御手段が動作できる電圧値に前記一次電圧を制限するリミッタ手段と、を具備することを特徴とする2線式伝送器。 - 負荷側に設け且つ該負荷に伝送電流を供給する電源供給手段と、前記伝送電流を伝送線を介して供給し且つ測定した物理量に応じた信号に基づいて前記伝送電流をコントロールして前記負荷に供給する測定制御手段とを有する2線式伝送器において、
前記測定制御手段は、前記伝送電流に比例する帰還電圧を発生する帰還抵抗と、前記測定した物理量に対応する信号電圧に前記帰還電圧が一致するように前記伝送電流を制御してこの伝送電流に関連する一次電圧を発生する電流制御手段と、前記一次電圧を供給して物理量を測定し、該測定した物理量に応じた信号周波数を生成する信号処理手段と、該信号周波数に対応した信号電圧を生成する周波数/電圧変換手段と、
該信号電圧をパルス信号にして出力するパルス信号出力手段と、前記信号周波数をアナログ出力又はパルス出力に切り替えるためのコネクタ及び切替え手段と、を具備することを特徴とする2線式伝送器。
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