JP4679820B2 - ブリッジ・コンデンサ・センサ測定回路 - Google Patents
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Description
しかしながら、フリックらの特許に記述されるように、産業プロセスでの2つの圧力間の差である差圧は、2つのそのようなセンサのキャパシタンス間の差を識別することにより感知される。
NHQH+NLQL、=0
を演算する。
ここで、QH=CHVEX、QL=−CLVEX、およびVEX=V+ REF−V- REFである。従って、NHCL=NLCH、(CH/CL)=(NL/NH)、および(CH−CL)/(CH+CL)=(NL−NH)/(NL+NH)である。当業者は、この種類の送信機が、コンデンサセンサCHおよびCLが互いに排他的な期間に演算されなければならないことことを認識するだろう。
NAQA+NBQB=0
である。
ここで、QA=VEX(C1−C2)、QB=−VEXCREF、NAは(C1−C2)に関する積分処理(integration operations)数、NBはCREFに関する積分処理数、そしてVEX=V+ REF−V- REFである。従って
(C1−C2)/CREF=NB/NA
である。
NA(C1−C2)−NBCREF=0
である。ここで、NAはy=1の時の(C1−C2)に対する積分演算の数、NBはy=0の時のCREFに対する積分演算の数である。従って
(C1−C2)/CREF=(NB/NA)
である。
積分ステップの総数は一定値Nであるので、N=NA+NBであり、(C1−C2)/CREFの関係は、
(C1−C2)/CREF=(N/NA)−1
としてy=1中の積分ステップ数から単独で計算することができる。
NAQA+NBQB=0
を演算する。ここで、QA=−VEX[(C1−C2)−CREF]、QB=−VEX[(C1−C2)+CREF]であり、NAはQAに対する積分サイクル数、NBはQBに対する積分サイクル数である。故に、
(NA+NB)(C1−C2)=(NA−NB)CREF、
および
(C1−C2)/CREF=(NA−NB)/(NA+NB)=(2NA/N)−1である。
ここで、N=NA+NBである。さらに、CREF>|C1−C2|max(|C1−C2|の最大値)を選ぶことにより、QAとQBとは常に反対の極性であるので、積分器は集束し、システムは安定する。
NAQA+NBQB=0
である。
ここで、QA=−VEX[(C1−C2)−CREF]、QB=−VEX[(C1−C2)+CREF]であり、NAは−CREFに関する積分サイクルyの数、およびNBは+CREFに関する積分サイクル ̄yの数である。従って、充電平衡式は、
NA[(C1−C2)−CREF]+NB[(C1−C2)+CREF]=0
となる。
従って、
(C1−C2)/CREF=(2NA/N)−1
である。ここで、N=NA+NBである。CREFの値が、|C1−C2|の予測最大値より大きいかぎり、(C1−C2)−CREFは常に負であり、システムは集束する。
12……キャパシタンス−デジタル変換器
14……センサ
16……充電回路
18……プロセッサ
20……トランシーバ
22……中央制御室
24……通信リンク
26……積分器
28……増幅器
30、32、34、36、38、42、44、46……スイッチ
Claims (8)
- プロセス変数に基づくキャパシタンスC1を有する第1の感知コンデンサ、
前記プロセス変数に基づくキャパシタンスC2を有する第2の感知コンデンサ、
前記第1の感知コンデンサの第1の側を、前記第2の感知コンデンサの第1の側に接続するブリッジノード、
少なくとも第1および第2の電圧レベルに電力供給する励起源、
前記第1および第2の感知コンデンサのキャパシタンス間の予期された最大の差より大きいキャパシタンスCREFを有する基準コンデンサ、
前記基準コンデンサの第1の側および前記ブリッジノードに接続される総和ノード、
前記第1の感知コンデンサの第2の側を前記第1および第2の電圧レベルに選択的に接続する第1のスイッチ、
前記第2の感知コンデンサの第2の側を前記第1および第2の電圧レベルに選択的に接続する第2のスイッチ、
前記基準コンデンサの第2の側を前記第1および第2の電圧レベルに選択的に接続する第3のスイッチ、
前記総和ノードを積分回路に選択的に接続する第4のスイッチ、および
前記第1〜4のスイッチの接続を制御するスイッチ制御部を具備し、
予め定められた期間からなる2つの相反するサイクルを有し、一方のサイクルは2つのフェーズyφ1とyφ2とから、他方のサイクルは2つのフェーズ ̄yφ1と ̄yφ2とからなり、
前記スイッチ制御部は、前記第1および第2のスイッチを、前記フェーズ(yφ1+ ̄yφ1)中に、前記第1の感知コンデンサを前記第1の電圧レベルに、かつ前記第2の感知コンデンサを前記第2の電圧レベルに接続し、前記フェーズ(yφ2+ ̄yφ2)中に、前記第1の感知コンデンサを前記第2の電圧レベルに、かつ前記第2の感知コンデンサを前記第1の電圧レベルに接続するように操作し、前記第3のスイッチを、前記フェーズ(yφ1+ ̄yφ2)中に、前記基準コンデンサを前記第2の電圧レベルに接続し、フェーズ( ̄yφ1+yφ2)中に、該基準コンデンサを前記第1電圧レベルに接続するように操作し、前記第4のスイッチを、前記フェーズ(yφ1+ ̄yφ1)中はオフ、前記(yφ2+ ̄yφ2)中はオンとなるように操作することを特徴とするプロセス変数測定装置。 - 前記スイッチ制御部は、
前記第1および第2の感知コンデンサによって供給される積分された充電値が、前記基準コンデンサによって供給される積分された充電値と等しい、すなわち、(C1−C2)/CREF=(NA−NB)/(NA+NB)となるように、NA回の前記一方のサイクルおよびNB回の前記他方のサイクルの間中、前記第1、第2、および第3のスイッチを操作する請求項1の装置。 - 前記励起源が、前記基準コンデンサに2つの電圧レベルを供給するようにプログラム可能であるプログラム可能な電圧源を含む請求項1の装置。
- 前記基準コンデンサが複数のコンデンサの配列からなり、前記複数のコンデンサと前記総和ノードとの間に接続された第5のスイッチが選択的に前記配列のコンデンサを並列に前記総和ノードに接続する請求項1の装置。
- 中央制御局に処理情報を送信するための、および前記中央制御局から情報を受け取るための通信リンクに接続されたトランシーバ、
前記処理情報を前記トランシーバに接続するためのプロセッサ、
請求項1に記載のプロセス変数測定装置、
および
前記第1および第2のコンデンサのキャパシタンス間の差を表すアナログ情報信号を積分したものをデジタル情報信号に変換し前記プロセッサに供給するための、前記総和ノードに接続された前記積分回路を含むデルタシグマ変換器を具備し、
二線式通信リンクによって前記中央制御局に接続されるように構成された産業用のプロセス制御送信機。 - 前記スイッチ制御部は、
前記第1および第2の感知コンデンサによって供給される積分された充電値が、前記基準コンデンサによって供給される積分された充電値と等しい、すなわち、(C1−C2)/CREF=(NA−NB)/(NA+NB)となるように、NA回の前記一方のサイクルおよびNB回の前記他方のサイクルの間中、前記第1、第2、および第3のスイッチを操作する請求項5の産業用のプロセス制御送信機。 - 第1および第2の感知コンデンサの1つの側が接続されたブリッジノードに基準コンデンサが接続されており、該基準コンデンサは、前記第1および第2の感知コンデンサのキャパシタンス間の予期された最大の差より大きいキャパシタンスC REF を有し、
励起源が第1と第2の2つの電圧レベルを供給し、
予め定められた期間からなる2つの相反するサイクルを有し、一方のサイクルは2つのフェーズyφ1とyφ2とから、他方のサイクルは2つのフェーズ ̄yφ1と ̄yφ2とかなり、
前記フェーズ(yφ1+ ̄yφ1)中に、前記第1の感知コンデンサを前記第1の電圧レベルに、かつ前記第2の感知コンデンサを前記第2の電圧レベルに接続するステップ、
前記フェーズ(yφ2+ ̄yφ2)中に、前記第1の感知コンデンサを前記第2の電圧レベルに、かつ前記第2の感知コンデンサを前記第1の電圧レベルに接続するステップ、 前記基準コンデンサを、前記フェーズ(yφ1+ ̄yφ2)中に前記第2の電圧レベルに接続し、フェーズ( ̄yφ1+yφ2)中に前記第1電圧レベルに接続するステップ、
および
前記ブリッジノードとその後段の回路との接続を、フェーズ(yφ1+ ̄yφ1)中はオフ、前記(yφ2+ ̄yφ2)中はオンとなるようにするステップとからなるプロセス変数測定プロセス。 - 前記第1及び第2の感知コンデンサにより供給される集積電荷が基準コンデンサから供給される集積電荷とバランスし、下記の式が成立するように、NA回の第1サイクルとNB回の第2サイクルを通してプロセス変数の測定をする請求項7のプロセス変数測定プロセス。
(C1−C2)/CREF=(NA−NB)/(NA+NB)
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