JP5886628B2 - 産業プロセス用センサアセンブリ／トランスミッタ、およびセンサアセンブリ／トランスミッタの接続構成方法 - Google Patents

Description

本発明は、産業プロセス用のセンサ／トランスミッタに係り、特に、センサアセンブリと、このセンサアセンブリに接続されかつこのセンサアセンブリの構成データを保存するプロセストランスミッタとからなるセンサ／トランスミッタに関する。

産業プロセス用のセンサアセンブリとプロセストランスミッタは、配管を通過したり容器内に貯蔵されたりするプロセス流体の種々の特性（プロセス特性）を検知し、かつこのプロセス特性に関する情報を、測定地点から遠隔の地にある制御監視保安システムに送信する役割を果たす。

本発明において用いられるセンサアセンブリは、一般に、センサ、ワイヤ、この絶縁被覆、およびアダプタからなる。センサアセンブリは、圧力、温度、ｐＨ、流量等のプロセスパラメータを含むプロセス特性を検知する。このようなセンサアセンブリにケーブルを介して電気的に接続されるプロセストランスミッタは、センサアセンブリから出力信号（センサ信号）を受け取り、プロセス特性を正確に表す情報（プロセス情報）へ変換する。このプロセス情報は、プロセストランスミッタから制御システムへ送られる。

プロセストランスミッタにおいて、センサ信号を、制御システムにとって有益な情報に正確に変換できるか否かは、プロセストランスミッタが、センサアセンブリの検知範囲、校正係数、製造番号等からなるセンサアセンブリの特性に関するデータ（構成データ）の正確な値を保存しているか否かによって決まる。プロセストランスミッタを設定する際には、その過程の一部として、センサアセンブリの構成データをプロセストランスミッタに保存する。仮にセンサアセンブリの検知範囲や校正係数等を誤って保存するなどして、プロセストランスミッタの設定過程に欠陥があると、制御システムに正確なプロセス情報を提供することはできない。

例えば、温度に係るプロセス情報を送信する温度用プロセストランスミッタの場合、正確なプロセス情報を提供するには、温度用センサアセンブリの構成データ（センサの種類（測温抵抗体（ＲＴＤ；Resistive Temperature Device）であるか、または熱電対であるか）、ケーブルの本数（２線式、３線式および４線式のいずれであるか）、センサのタイプ（プラチナＲＴＤか、絶対温度単位の表示か、ジュール単位の表示か等）、カレンダー−ヴァンデューセン係数を含む校正方程式等）が必要である。

センサアセンブリを取り替える場合には、プロセストランスミッタの出力の正確さを保つため、新しいセンサアセンブリの構成データを、プロセストランスミッタに入力しなければならない。

プロセストランスミッタを設定するためには、一つ一つ電気配線を行い、センサアセンブリに関する構成データを手入力しなければならないため、時間がかかる。また、このような手作業を含むプロセストランスミッタの設定は、時間を要するだけでなく、不良品を生み出すおそれもある。特に、プロセストランスミッタに構成データを手入力する際には、細心の注意をもって行わなければならない。しかし、検品の際、テスト出力が、予想される出力と大きくかけ離れ、センサアセンブリの構成データが誤った入力されたと認められる不良品が発見されることもある。しかし、極端な誤入力が存在しない場合には、そのまま出荷され、ユーザが気づかないままに、プロセス情報の正確性について重大な問題が生じるおそれがある。

近年、内部メモリをもつセンサアセンブリが開発されてきている。この内部メモリは、これを内蔵しているセンサアセンブリに関連する構成データをすべて保存している。このようなセンサアセンブリを、内部メモリ中の構成データを読み取ることができるプロセストランスミッタに接続すれば、構成データは、プロセストランスミッタに自動的に入力されるため、構成データを誤って入力するおそれは完全に排除される。このようにしてセンサアセンブリとプロセストランスミッタとを接続する仕組みは、「プラグアンドプレイシステム」と呼ばれる。

プラグアンドプレイシステムが使い勝手のよいものであるためには、センサ信号の正確さを乱すことなく、センサアセンブリの構成データを伝送しうるものでなければならない。このため、プラグアンドプレイシステムを採用する場合には、センサ信号用のケーブルと、プロセストランスミッタ設定時に構成データを入力するためのケーブルは、別々にするのが一般的である。このようにケーブルを分けたネットワーク接続部は、ミックスモードインターフェースと呼ばれている。ケーブルを分けるのは、センサ信号はアナログ式であり、他方、プロセストランスミッタ設定時に、センサアセンブリの内部メモリから伝送されるデータは、デジタル式だからである。

業界の標準仕様であるＩＥＥＥ１４５１．４は、プラグアンドプレイシステムを採用する装置において、部品間の配線と、保存されるデータとを規格化するために定められたものである。このＩＥＥＥ１４５１．４は、内部アンプや加速度計をもつ小型の定電流装置を除いて、センサ信号用のケーブルと、プロセストランスミッタ設定時の構成データ入力用のケーブルとを分けることを規定している。しかし、熱電対、ＲＴＤ、圧力センサ、ｐＨセンサ等を含むセンサアセンブリの大部分は、上記のようにケーブルを分けてプラグアンドプレイシステムを採用すると、製造工程が複雑になって、製造コストが大幅に上昇する。

本発明の一態様によれば、プロセス特性を検知して、検知された当該プロセス特性を表すアナログセンサ信号を生成するアナログセンサ本体を含むセンサアセンブリは、センサケーブルを介してプロセストランスミッタへアナログセンサ信号を送る。また、センサアセンブリは、このセンサアセンブリの特性に関するデータ（構成データ）を保存するメモリ回路を有する。さらに、センサアセンブリは、プロセストランスミッタとの間で、メモリ回路に保存されている構成データのデジタル通信を行うインターフェース回路を有する。デジタル通信は、センサアセンブリとプロセストランスミッタとを結ぶ前記センサケーブルを介して行われる。またこのデジタル通信は、搬送信号を変調してセンサアセンブリに関連する情報をエンコードすることによって行われる。インターフェース回路は、アナログセンサ信号の伝送とデジタル通信とがセンサケーブルを介して同時に実行可能に構成されている。

本発明の他の態様によれば、センサアセンブリとプロセストランスミッタの接続手順が提供される。センサアセンブリは、センサケーブルを介してプロセストランスミッタと接続する。ついで、センサケーブルを介して、プロセストランスミッタからセンサアセンブリへ搬送信号（キャリア信号）を送る。搬送信号は、センサアセンブリ内のメモリ回路へ送られ、メモリ回路に保存されているセンサアセンブリの構成データを含むようにセンサアセンブリで変調される。次に、変調された搬送信号（以下、「変調搬送信号」という）は、プロセストランスミッタの設定時に、センサアセンブリの構成データを得るためにプロセストランスミッタで復調する。センサアセンブリからのアナログセンサ信号の伝送、及びセンサアセンブリとプロセストランスミッタとの間のデジタル通信がセンサケーブルを介して並行して行われるようにセンサアセンブリ及びプロセストランスミッタを構成し、プロセストランスミッタは、このセンサアセンブリの構成データに基づいて設定する。

本発明の一実施形態に係る温度用プロセス測定制御機構を示す模式図である。 図１Ａに示すプロセス測定制御機構の模式的な拡散分解図である。 温度の測定および測定結果の送信を行うことができる温度用センサアセンブリと、温度用センサアセンブリの構成データに基づいて自動的に設定しうる温度用プロセストランスミッタとを示すブロック図である。 ２線式、３線式もしくは４線式のＲＴＤまたは熱電対を装着でき、かつ温度の測定と測定結果の送信を行うことができる温度用センサアセンブリ（４線式ＲＴＤを備える）のブロック図である。 ２線式、３線式もしくは４線式のＲＴＤまたは熱電対を装着でき、かつ温度の測定と測定結果の送信を行うことができる温度用センサアセンブリ（２線式ＲＴＤを備える）のブロック図である。 センサと通信して、センサの測定結果を得ることができる温度用プロセストランスミッタのブロック図である。 センサと通信して、センサの測定結果を得ることができる温度用プロセストランスミッタのブロック図である。 ＲＦＩＤ回路および熱電対センサ本体を含む温度用センサアセンブリ、ならびに温度用プロセストランスミッタのブロック図である。 ＲＦＩＤ回路および２線式ＲＴＤセンサ本体を備える温度用センサアセンブリのブロック図である。 ＲＦＩＤ回路および３線式ＲＴＤセンサ本体を備える温度用センサアセンブリのブロック図である。 ＲＦＩＤ回路および４線式ＲＴＤセンサ本体を備える温度用センサアセンブリのブロック図である。 センサ本体として４線式ＲＴＤのみを装着しうる温度用センサアセンブリのブロック図である。 センサ本体として熱電対センサのみを装着しうる温度用センサアセンブリのブロック図である。

図１Ａと図１Ｂは、業界で周知のプロセス測定制御機構を示す模式図である。

図１Ａは、センサアセンブリ／トランスミッタ１２、伝送ライン１４、制御システム１６および配管１８を備えるプロセス測定制御機構１０を示す。センサアセンブリ／トランスミッタ１２は、種々のプロセス特性を測定することができる。

この実施形態においては、センサアセンブリ／トランスミッタ１２は、プロセス温度を測定する。制御システム１６は、測定された温度に関する情報を、種々の目的（測定結果の記録、当該情報に基づく制御の発令、測定結果の他の制御システムや測定装置への転送等）のために使用する。伝送ライン１４は、マルチワイヤケーブルや光ファイバケーブルからなるが、無線をもって替えることもできる。配管１８は、プロセスタンク、貯蔵タンク、蒸留カラム、反応器等も含む。

センサアセンブリ／トランスミッタ１２は、配管１８に取り付けるとともに、伝送ライン１４を介して制御システム１６に接続する。センサアセンブリ／トランスミッタ１２は、配管１８におけるプロセス温度を測定し、このプロセス温度を表す出力信号（センサ信号）を、伝送ライン１４を介して、制御システム１６へ送る。プロセス測定制御機構１０は、センサ信号からプロセス温度を特定して、これをプロセスの測定・制御のために用いる。

図１Ｂは、温度用センサアセンブリ２０、温度用プロセストランスミッタ２２およびセンサケーブル２４を含むセンサアセンブリ／トランスミッタ１２の主たる構成要素を示す。温度用センサアセンブリ２０は、２線式、３線式または４線式のＲＴＤや熱電対等の数種類のセンサ本体に対応することができる。温度用プロセストランスミッタ２２は、このような数種類のセンサ本体に対応しうる温度用センサアセンブリ２０と接続することができ、当該温度用センサアセンブリ２０の構成データを保存する。温度用プロセストランスミッタ２２は、センサケーブル２４を介して、温度用センサアセンブリ２０と接続する。

温度用センサアセンブリ２０は、配管１８のプロセス温度を検知し、このプロセス温度を表すアナログ式のセンサ信号を、センサケーブル２４を介して温度用プロセストランスミッタ２２へ送る。温度用プロセストランスミッタ２２は、送られてきたアナログ式のセンサ信号をデジタル化するが、デジタル化したプロセス温度に関する情報を制御システム（図示せず）へ送信する前に、メモリ１６０に保存されている温度用センサアセンブリ２０の構成データに基づいて、このプロセス温度を修正する。

温度用センサアセンブリ２０の構成データを温度用プロセストランスミッタ２２に正確に入力するのは、重要なことであるが、手動で行うと、時間を消費するとともに、誤入力が生じやすい。

温度用センサアセンブリ（またはセンサアセンブリ／トランスミッタ１２）の一部をなす内部メモリから、構成データを、ケーブルを介して温度用プロセストランスミッタ１２へ自動的に入力するのは有利なことであるが、現在のところ、これは、センサケーブル２４とは別個のケーブルセットを用いなければ行うことができない。しかし、ケーブルセットを新たに設けるのは複雑でコスト増につながるため、産業プロセス用のセンサアセンブリと温度用プロセストランスミッタにプラグアンドプレイシステムを用いることの大きな阻害要因となっている。本発明は、ケーブルセットを新たに設けることなく、センサアセンブリと温度用プロセストランスミッタ間でセンサ信号を送るセンサケーブル２４だけを用いることによってプラグアンドプレイシステムの機能を発揮しうるようにし、上記の問題を克服するものである。

図２は、センサ−温度用プロセストランスミッタ間の通信、およびセンサアセンブリの構成データの入力を、同一のセンサケーブルを用いて行うことができる、本発明に係るセンサアセンブリ／トランスミッタ１００を示す。

この図に示すように、センサアセンブリ／トランスミッタ１００は、温度用センサアセンブリ１２０、温度用プロセストランスミッタ１２２およびセンサケーブル１２４を備えている。温度用プロセストランスミッタ１２２の構成要素は、インターフェース回路１５０、センサ通信回路１５２、センサ測定回路１５４、マイクロプロセッサ１５８、メモリ１６０および通信ポート１６２である。一方、温度用センサアセンブリ１２０の構成要素は、センサ本体１７０、メモリ回路１７２およびインターフェース回路１７４である。なお、図２には、制御システム１８０も示してある。

温度用センサアセンブリ１２０は、センサケーブル１２４を介して、温度用プロセストランスミッタ１２２のインターフェース回路１５０に接続する。インターフェース回路１５０は、温度用プロセストランスミッタ１２２内で、センサ通信回路１５２およびセンサ測定回路１５４に接続する。一方、センサ通信回路１５２およびセンサ測定回路１５４は、マイクロプロセッサ５８に接続する。他方、マイクロプロセッサ５８は、メモリ１６０と通信ポート１６２に接続する。また、通信ポート１６２は、制御システム１８０に接続する。

センサケーブル１２４は、温度用センサアセンブリ１２０の側においては、インターフェース回路１７４に接続する。一方、インターフェース回路１７４は、センサ本体１７０とメモリ回路１７２に接続する。

温度用プロセストランスミッタ１２２の電源が投入されるか、温度用プロセストランスミッタ１２２に手動で信号が送られるか、または温度用センサアセンブリ１２０がセンサケーブル１２４を介して温度用プロセストランスミッタ１２２に接続されると、温度用プロセストランスミッタのマイクロプロセッサ５８は、温度用センサアセンブリ１２０から構成データを得るため、センサ通信回路１５２に信号を送る。すると、センサ通信回路１５２は、構成データを得るべく、インターフェース回路１５０へデジタル通信信号を送る。

インターフェース回路１５０は、上記のデジタル通信信号を、センサケーブル１２４を介して、温度用センサアセンブリのインターフェース回路１７４へ送る。すると、インターフェース回路１７４は、メモリ回路１７２から、温度用センサアセンブリの構成データを得るとともに、この構成データを表すデジタル通信信号をセンサケーブル１２４へ送り返す。

センサケーブル１２４は、構成データを表すデジタル通信信号を、温度用プロセストランスミッタのインターフェース回路１５０へ送る。すると、インターフェース回路１５０は、このデジタル通信信号を、センサ通信回路１５２へ送る。センサ通信回路１５２は、デジタル通信信号から温度用センサアセンブリの構成データを得て、これをマイクロプロセッサ５８へ送る。マイクロプロセッサ１５８は、この構成データをメモリ１６０に保存する。

温度用プロセストランスミッタ１２２が、温度用センサアセンブリ１２０の構成データを入手した後、センサ本体１７０は、プロセス温度を検知し、このプロセス温度を表すアナログ式センサ信号をインターフェース回路１７４へ送る。インターフェース回路１７４は、このアナログ式センサ信号を、そのままセンサケーブル１２４へ送る。すると、センサケーブル１２４は、このアナログ式センサ信号を、温度用プロセストランスミッタのインターフェース回路１５０へ送る。インターフェース回路１５０は、このアナログ式センサ信号を、センサ通信回路１５４へ向かわせる。アナログ式センサ信号は、センサ通信回路１５４において、デジタル式センサ信号に変換される。この後、デジタル式センサ信号は、マイクロプロセッサ１５８へ向かい、メモリ１６０から読み出した構成データを基に、正確なプロセス温度を反映した信号となるよう調整される。マイクロプロセッサ１５８は、正確なプロセス温度を表すデジタル式センサ信号を、通信ポート１６２を介して、制御システム１８０へ送る。

本発明に係るセンサアセンブリ／トランスミッタは、温度用センサアセンブリ１２０の構成データを、温度用プロセストランスミッタ１２２へ自動的に入力する。ここで、温度用プロセストランスミッタ１２２への自動的な入力は、アナログ式センサ信号の伝送に用いるセンサケーブル１２４を介して行われる。すなわち、本発明によれば、センサ信号を伝送するケーブルとは別個に、構成データ入力用のセンサケーブルを設けることなく、プラグアンドプレイシステムを実現することができる。

本発明に係るセンサアセンブリ／トランスミッタは、双方向のデジタル通信を行うため、温度用センサアセンブリ１２０の構成データを読み出すだけでなく、この温度用センサアセンブリ１２０に関連する他のデータも保存し、読み出すことができる。温度用プロセストランスミッタのマイクロプロセッサ１５８は、温度用センサアセンブリ１２０の構成データを要求する代わりに、センサ通信回路１５２に、温度用センサアセンブリ１２０に関連する他のデータを保存するよう指令を送ることもできる。

この場合、センサ通信回路１５２は、温度用センサアセンブリ１２０に関連する他のデータを保存するよう、デジタル信号をインターフェース回路１５０に送る。すると、インターフェース回路１５０は、センサケーブル１２４を介して、温度用センサアセンブリのインターフェース回路１７４へデジタル信号を送る。このデジタル信号を受けると、インターフェース回路１７４は、メモリ回路１７２に当該他のデータを保存する。その後、当該他のデータは、マイクロプロセッサ１５８の要求に応じて、上述の構成データを読み出す際の手順に則って、適宜読み出される。このような他のデータとは、例えば、温度用センサアセンブリの改訂後の校正係数、累積使用時間、設置の日付等である。

図３Ａと図３Ｂは、温度の測定と測定結果の送信を行うことができる、本発明に係る温度用センサアセンブリの一部を示すブロック図である。両図に示す温度用センサアセンブリは、２線式、３線式もしくは４線式のＲＴＤまたは熱電対を装着することができる。また、温度用プロセストランスミッタのメモリとの間で、温度用センサアセンブリに係る情報の保存や読み出しを行うため、変調搬送信号を、センサケーブルを介してやり取りする。図３Ａに示す温度用センサアセンブリと図３Ｂに示す温度用センサアセンブリには、それぞれ、４線式と２線式のＲＴＤが装着されている。

図３Ａは、４線式ＲＴＤが装着された温度用センサアセンブリの内部構成を示すブロック図である。温度用センサアセンブリ２００の構成要素は、ＲＴＤセンサ本体２２２、バイパスキャパシタ２２３、センサ用リード線２２４Ａ〜２２４Ｄ、センサケーブル２２６Ａ〜２２６Ｄ、インターフェース回路２２８、およびメモリ回路２３０である。また、インターフェース回路２２８の構成要素は、誘電結合変圧器（以下、単に「変圧器」という）２３２、デモジュレータ２３４、モジュレータ２３６、整流型電源バッファ２３８、およびパワーレギュレータ２４０である。なお、変圧器２３２は、巻き線２３２Ａ〜２３２Ｅを有している。さらに、メモリ回路２３０は、マイクロプロセッサ２４２および不揮発性メモリ２４４を備えている。

図３Ａに示すように、ＲＴＤセンサ本体２２２は、センサ用リード線２２４Ａ〜２２４Ｄに接続されている。また、ＲＴＤセンサ本体２２２と並列のバイパスキャパシタ２２３は、センサ用リード線２２４Ｂと２２４Ｃに接続されている。変圧器２３２の巻き線２３２Ａ〜２３２Ｄは、それぞれ、一方でセンサ用リード線２２４Ａ〜２２４Ｄに、もう一方でセンサケーブル２２６Ａ〜２２６Ｄに接続されている。センサケーブル２２６Ａ〜２２６Ｄは、温度用プロセストランスミッタに接続する。他方、変圧器２３２の巻き線２３２Ｅは、デモジュレータ２３４、モジュレータ２３６、および整流型電源バッファ２３８に接続している。また、インターフェース回路２２８のデモジュレータ２３４、モジュレータ２３６およびパワーレギュレータ２４０は、メモリ回路２３０のマイクロプロセッサ２４２に接続し、マイクロプロセッサ２４２は、同じメモリ回路２３０内の不揮発性メモリ２４４に接続している。

典型的な態様として、温度用センサアセンブリについて、構成データをメモリとの間で保存したり読み出したりする必要がなく、温度の測定と測定結果の伝送だけが要求される場合には、温度用プロセストランスミッタからセンサケーブル２２６Ｂに所定レベルの電圧を印加する。この電圧は、変圧器２３２の巻き線２３２Ｂとセンサ用リード線２２４Ｂを経由して、ＲＴＤセンサ本体２２２へ印加される。電圧レベルは、温度に依存する抵抗をもつＲＴＤセンサ本体２２２を通過する際に変化する。レベルが変化した電圧は、センサ用リード線２２４Ｃおよび変圧器２３２の巻き線２３２Ｃを経由して、センサケーブル２２６Ｃへ戻り、最終的に温度用プロセストランスミッタへ加えられる。温度用プロセストランスミッタは、電圧レベルの変化から、ＲＴＤセンサ本体２２２によって検知された温度の値を求める。

一方、温度用プロセストランスミッタが、温度用センサアセンブリの構成データをメモリから読み出すだけで、温度の測定結果は要しない場合（温度用プロセストランスミッタに電源が投入されるか、温度用プロセストランスミッタに手動で信号が送られるか、または一定期間接続を遮断した後、温度用センサアセンブリ１２０がセンサケーブル２２６Ａ〜２２６Ｄを介して温度用プロセストランスミッタ１２２に接続される場合を含む）には、温度用プロセストランスミッタは、搬送信号をセンサケーブル２２６Ｂへ送る。

搬送信号は、巻き線２３２Ｅが変圧器２３２を介して受け取り、電磁誘導を介して、巻き線２３２Ｂへ伝搬する。また、搬送信号は整流型電源バッファ２３８へも伝搬し、その交流電圧が整流、倍加され、蓄電キャパシタを充電するために用いられる。蓄電キャパシタの充電と放電は、パワーレギュレータ２４０によって制御される。整流型電源バッファ２３８によって、パワーレギュレータ２４０に十分な電気量が蓄積されると、パワーレギュレータ２４０は、マイクロプロセッサ２４２へ電力を供給する。

マイクロプロセッサ２４２は、不揮発性メモリ２４４に保存されていた温度用センサアセンブリ２００の構成データ（デジタル式）を読み取り、これをモジュレータ２３６へ送る。モジュレータ２３６は、巻き線２３２Ｅから変圧器２３２を経て巻き線２３２Ｃに至る電磁誘導によって、搬送信号を変調し、構成データをエンコードする。変調搬送信号は、巻き線２３２Ｃからセンサケーブル２２６Ｃへ伝搬し、温度用プロセストランスミッタに、温度用センサアセンブリ２００について保存されていた構成データを提供する。

ここで、温度用プロセストランスミッタに伝送されるべき温度用センサアセンブリ２００の構成データの容量が、整流型電源バッファ２３８に一時に蓄えられている電気量を使ってマイクロプロセッサ２４２が読み取り伝送しうる容量を超えている場合には、構成データの一部だけをまず伝送し、ついで、整流型電源バッファ２３８に再度蓄電した後、残りの構成データを伝送する。この第１の伝送−充電−第２の伝送の過程は、温度用センサアセンブリ２００の構成データを伝送するために、必要に応じて繰り返す。

温度用センサアセンブリの構成データをメモリから読み出し、同時に温度の測定結果を得る必要もある場合には、温度用プロセストランスミッタは、平均的な電圧レベルの搬送信号をセンサケーブル２２６Ｂへ送る。搬送信号は、巻き線２３２Ｂを経由して変圧器２３２とセンサ用リード２２４Ｂを通過し、ＲＴＤセンサ本体２２２へ伝搬する。搬送信号の電圧レベルは、温度に依存する抵抗をもつＲＴＤセンサ本体において変化する。

つぎに、電圧レベルが変化した搬送信号は、センサ用リード２２４Ｃを通過し、かつ巻き線２３２Ｃを経由して変圧器２３２へ戻った後、センサケーブル２２６Ｃに至る。センサケーブル２２６Ｃは、電圧レベルが変化した搬送信号を温度用プロセストランスミッタへ送る。温度用プロセストランスミッタは、搬送信号の電圧レベルの変化から、ＲＴＤセンサ本体２２２によって検知された温度を特定する。

同時に、変圧器２３２の巻き線２３２Ｅは、巻き線２３２Ｂからの電磁誘導を介して、温度用プロセストランスミッタから送られた搬送信号を受け取る。温度用プロセストランスミッタから温度用センサアセンブリ２００に対して指示を与えたり、温度用センサアセンブリに情報を保存したりする場合には、温度用プロセストランスミッタから送られる搬送信号は、デジタル化された情報を含む変調信号となる。すでに説明した変調されていない搬送信号と同様に、変調搬送信号も、整流型電源バッファ２３８に、マイクロプロセッサ２４０が使用する電力を供給する。変調搬送信号は、デモジュレータ２３４へ送られ、ここで復調される。デモジュレータ２３４は、復調されたデジタル情報（温度用センサアセンブリの構成データを含む）をマイクロプロセッサ２４２へ送る。

マイクロプロセッサ２４２は、受け取ったデジタル情報に含まれている指示を実行に移したり、このデジタル情報を不揮発性メモリ２４４に保存したりする。デジタル情報による指示の実行やこのデジタル情報の保存は、整流型電源バッファ２３８に電力が蓄積された段階で、この電力をマイクロプロセッサ２４２が消費するという段取りで、段階的に進められる。

温度用プロセストランスミッタから指示があったときは、マイクロプロセッサ２４２は、不揮発性メモリ２４４からデジタル情報を読み出し、これをモジュレータ２３６へ送る。すでに温度用プロセストランスミッタから指示が送られている場合には、温度用プロセストランスミッタが、変調搬送信号をさらに変調することはなく、搬送信号だけが温度用センサアセンブリ２００へ送られる。モジュレータ２３６は、巻き線２３２Ｅから変圧器２３２を経て巻き線２３２Ｃに至る電磁誘導によって、搬送信号を変調し、デジタル情報をエンコードする。変調搬送信号は、巻き線２３２Ｃからセンサケーブル２２６Ｃへ伝搬し、温度用プロセストランスミッタに、温度用センサアセンブリ２００についてすでに保存されていたデジタル情報を提供する。

図３Ａに示した実施形態は、センサ信号専用のセンサケーブルを用いることなく、温度に係る正確なセンサ信号の送信を確保しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出したり、このメモリに情報を保存したりするものであった。センサケーブルを介して伝送された変調搬送信号を用いると、双方向デジタル通信、および温度用センサアセンブリの関連する回路に対する給電の両方を行うことができる。上述のような内部構成を有する温度用センサアセンブリは、その内部構成に適応しうる内部構成をもつ温度用プロセストランスミッタに接続されると、プラグアンドプレイとなる。

図３Ａに示すように、センサケーブル２２６Ａ〜２２６Ｄは、それぞれ、変圧トランスの巻き線２３２Ａ〜２３２Ｄと接続しているが、なかでも、センサケーブル２２６Ｂと２２６Ｃだけは、情報の読み出しと保存のため、電磁誘導を惹起するように、変圧トランス２３２に巻回する必要がある。しかし、４つのセンサケーブルすべてを、電磁誘導を惹起するように変圧トランスに巻回すれば、本発明を実施する上で柔軟な対応が可能となる。

センサケーブルを温度用プロセストランスミッタに接続する場合には、センサケーブル２２６Ａと２２６Ｂは取り替え可能であり、センサケーブル２２６Ｃと２２６Ｄも同様である。センサケーブル２２６Ａ〜２２６Ｄ、変圧トランスの巻き線２３２Ａ〜２３２Ｄ、およびセンサ用リード線２２４Ａ〜２２４Ｄは、異なる金属間で、熱電対に類似する接合が生じるのを防止するため、すべて同一の材料（金属）から形成するのが望ましい。仮にこれが不可能な場合には、変圧トランスの巻き線２３２Ａ〜２３２Ｄを銅製とするのが合理的である。なぜならば、他のセンサケーブルおよびセンサ用リード線との接合がすべて性質の似通ったものとなり、概ね等温条件が実現されて、センサケーブルおよびセンサ用リード線との接合部に生ずる電圧が相互に補償されるからである。

図３Ａは、センサ本体として４線式ＲＴＤを装着する温度用センサアセンブリの内部構成を示しているが、当業者であれば、センサ本体として２線式もしくは３線式ＲＴＤまたは熱電対を用い、それに対応して、センサケーブル、変圧トランスの巻き線、およびセンサ用リード線のいくつかを適宜省くことができることは理解しうるであろう。

ＲＴＤは、搬送信号を伝搬するセンサ用リード線２２４Ｂと２２４Ｃの間に、図３Ａに示すように、センサ用リード線２２４Ｂと２２４ＣがＲＴＤセンサ本体２２２の両側に位置する場合には、高周波バイパスキャパシタ２２３を必要とする。バイパスキャパシタ２２３は、搬送信号が、ＲＴＤセンサ本体２２２を迂回して伝搬するのを可能にするため、搬送信号がＲＴＤセンサ本体２２２を経由することによって減衰し、温度用プロセストランスミッタとの通信が不可能になるのは避けられる。

この外、３線式または４線式のＲＴＤを用いる際には、搬送信号は、ＲＴＤセンサ本体２２２の同じ側にあるセンサケーブル（例えばセンサケーブル２２６Ａと２２６Ｂ）を経由して伝搬することもできる。この場合、搬送信号がＲＴＤセンサ２２２を通過しないため、バイパスフィルタ２２３は省くことができる。

図３Ｂは、２線式ＲＴＤが装着された温度用センサアセンブリの内部構成を示すブロック図である。図３Ａに示す実施形態とは異なり、センサケーブルは２本（センサケーブル２２６Ｂと２２６Ｃ）しか用いられていないため、３線式または４線式のＲＴＤを用いる場合（バイパスフィルタは設けない）のように、搬送信号がＲＴＤを通過しない訳にはいかない。したがって、図３Ｂに示す、２線式ＲＴＤを用いる実施形態においては、搬送信号が通信不可能となるまで減衰するのを防止するため、バイパスフィルタ２２３が必要となる。

図３Ａと図３Ｂは、変調搬送信号を、温度用センサアセンブリの構成要素と電磁誘導結合させるのに、変圧トランスを用いる実施形態を示すものであった。当業者であるならば、変調搬送信号を、温度用センサアセンブリの構成要素と電磁誘導結合させるには、アンテナその他の装置を用いても可能であることは認識しうるであろう。静電容量結合(capacitive coupling)も、温度用センサアセンブリ内で、変調搬送信号を、その構成要素と関連づけるのに好適な方法である。さらに、マイクロプロセッサ２４２に対する給電も、他の手段（長寿命バッテリ、熱電素子、光電素子等）によって代替することが可能である。

図４Ａと図４Ｂは、センサによる測定結果の受信と、センサ情報についてのやり取りの２つを同一のセンサケーブルを介して行いうる、本発明に係る温度用プロセストランスミッタの２つの実施形態を示す。これらの実施形態は、温度に係る正確なセンサ信号を、センサケーブルを介して受け取る（以下「センサ測定」という）一方で、温度用センサアセンブリの情報を、温度用センサアセンブリのメモリ回路から読み取ったり、これに保存したりする（以下、「センサ通信」という）のに、変調搬送信号を同一のセンサケーブルを介して伝送する。

図４Ａに示す温度用プロセストランスミッタ３００の構成要素は、インターフェース回路３０２、センサ通信回路３０４、センサ測定回路３０６、マイクロプロセッサ３０８、メモリ３１０および通信ポート３１２である。また、センサ通信回路３０４の構成要素は、電源兼クロック３１４、モジュレータ３１６、デモジュレータ３１８および電圧レギュレータ３２０である。一方、インターフェース回路３０２は、信号スプリッタ３２４を備えている。他方、センサ測定回路３０６は、センサフィルタ３２６とＡ／Ｄコンバータ３２８を備えている。図４Ａは、センサケーブル３３０と制御システム３３２も示している。

温度用センサアセンブリから延びるセンサケーブル３３０は、温度用プロセストランスミッタ３００のインターフェース３０２と接続する。より詳細にいうと、センサケーブル３３０は、インターフェース回路３０２内の信号スプリッタ３２４と接続する。信号スプリッタ３２４は、モジュレータ３１６、デモジュレータ３１８およびセンサフィルタ３２６と接続している。一方、モジュレータ３１６は、電源兼クロック３１４およびマイクロプロセッサ３０８と接続している。他方、デモジュレータ３１８は、電圧レギュレータ３２０およびマイクロプロセッサ３０８と接続している。電圧レギュレータ３２０は、デモジュレータ３１８以外にも、電源兼クロック３１４およびＡ／Ｄコンバータ３２８と接続している。さらに、Ａ／Ｄコンバータ３０６は、電圧レギュレータ３２０以外にも、センサフィルタ３２６およびマイクロプロセッサ３０８と接続している。マイクロプロセッサ３０８は、上記Ａ／Ｄコンバータ３２８、モジュレータ３１６およびデモジュレータ３１８の外に、メモリ３１０および通信ポート３１２と接続し、通信ポート３１２は、制御システム３３２と接続している。

温度用プロセストランスミッタ３００の作動は、電源兼クロック３１４が、所定のレベルをもつ交流電圧の搬送信号を発生させると開始する。この搬送信号は、モジュレータ３１６へ送られ、温度用センサアセンブリに対する指示、または温度用センサアセンブリの情報をデジタル式にエンコードするべく変調される。変調搬送信号は、信号スプリッタ３２４を経由し、センサケーブル３３０を介して温度用センサアセンブリへ伝搬する。温度用センサアセンブリに対する指示、または温度用センサアセンブリの情報を送る場合には、所定レベルの電圧をもつ搬送信号は、変調されない形で、温度用センサアセンブリに伝搬する。

温度用プロセストランスミッタ３００は、温度用センサアセンブリから、センサケーブル３３０およびインターフェース回路３０２を経由して、帰還搬送信号も受け取る。所定電圧レベルの搬送信号が、温度用プロセストランスミッタ３００から、変調されない形で伝送される場合には、図２を参照して説明したように、温度用センサアセンブリは、デジタル式の情報（センサアセンブリの構成データを含む）をエンコードすることによって帰還搬送信号を変調する。さらに、図２を参照して説明したように、温度情報を含むアナログ式のセンサ信号を生成するため、帰還搬送信号の電圧レベルは変化する。インターフェース回路３０２に入力した帰還搬送信号は、信号スプリッタ３２４において分割され、デモジュレータ３１８およびセンサフィルタ３２６へ伝搬する。

温度用センサアセンブリから送られてきた帰還搬送信号がデジタル式にエンコードされた情報（センサアセンブリの構成データ等）を含む場合には、デモジュレータ３１８は、この帰還変調搬送信号を復調し、復調されたデジタル情報をマイクロプロセッサ３０８へ送る。マイクロプロセッサ３０８は、受け取ったデジタル情報（温度用センサアセンブリの構成データを含む）を、メモリ３１０に保存するか、または通信ポート３１２を介して制御システム３３２へ送る。

センサフィルタ３２６は、帰還搬送信号における高周波電圧の変動や他の高周波の干渉波を除去した後、アナログ式のセンサ信号をＡ／Ｄコンバータ３０６へ送る。Ａ／Ｄコンバータ３０６は、アナログ式のセンサ信号をデジタル式のセンサ信号に変換した後、これをマイクロプロセッサ３０８へ送る。マイクロプロセッサ３０８は、メモリ３１０から温度用センサアセンブリの構成データを読み出し、この構成データに基づいて、温度の正確な測定結果を反映するように、デジタル式センサ信号を調整する。ついで、マイクロプロセッサ３０８は、調整を経た正確な温度の測定結果を、通信ポート３１２を介して制御システム３３２へ送る。

電圧レギュレータ３２０は、電源兼クロック３１４から給電を受け、電力を調整した後、Ａ／Ｄコンバータ３０６とデモジュレータ３１８の両方へ給電する。

図４Ａに示す実施形態によれば、センサ信号を伝送する専用のセンサケーブルを設けなくても、温度に係る正確なセンサ信号を保持しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出し、またこのメモリへ情報を保存することができる。また、センサケーブルを介して伝送される変調搬送信号を用いるため、双方向デジタル通信と、正確なアナログ式センサ信号の伝送の両方を実現することができる。さらに、センサ通信とセンサ測定を、同時に行うこともできる。これは、たとえ短時間でも温度に係るセンサ信号の途絶が許されない場合には、重要な技術的効果である。

図４Ａに示す実施形態においては、センサ通信とセンサ測定を同時に行うこともできるが、低電力のカレントループや無線送信下では、センサ通信またはセンサ測定の一方だけを行いうる電力しか得られないこともある。

図４Ｂに示す実施形態においては、センサ測定とセンサ通信は、別々の動作モードの間だけ、すなわち、それぞれ測定モードと通信モードの間だけ行うことができる。

図４Ｂに示す温度用プロセストランスミッタ４００の構成要素は、インターフェース回路４０２、センサ通信回路３０４、センサ測定回路４０６、マイクロプロセッ４０８、メモリ４１０および通信ポート４１２である。また、センサ通信回路４０４の構成要素は、電源兼クロック４１４、モジュレータ４１６、デモジュレータ４１８および電圧レギュレータ４２０である。一方、インターフェース回路４０２は、信号スイッチ４２４を備えている。他方、センサ測定回路４０６は、センサフィルタ４２６とＡ／Ｄコンバータ４２８を備えている。図４Ａは、センサケーブル４３０と制御システム４３２も示している。

温度用センサアセンブリから延びるセンサケーブル４３０は、温度用プロセストランスミッタ４００のインターフェース４０２と接続する。より詳細にいうと、センサケーブル４３０は、インターフェース回路４０２内の信号スイッチ４２４と接続する。信号スイッチ４２４は、モジュレータ４１６およびデモジュレータ４１８と接続するとともに、スイッチ位置によりセンサフィルタ４２６とも接続しうる。モジュール４１６は、電源兼クロック４１４およびマイクロプロセッサ４０８と接続している。他方、デモジュレータ４１８は、電圧レギュレータ４２０およびマイクロプロセッサ４０８と接続している。電圧レギュレータ４２０は、デモジュレータ４１８以外にも、電源兼クロック４１４、Ａ／Ｄコンバータ４０６およびマイクロプロセッサ４０８と接続している。さらに、Ａ／Ｄコンバータ４０６は、電圧レギュレータ４２０以外にも、センサフィルタ４２６およびマイクロプロセッサ４０８と接続している。マイクロプロセッサ４０８は、上記Ａ／Ｄコンバータ４２８、モジュレータ４１６およびデモジュレータ４１８の外に、メモリ４１０、通信ポート４１２および信号スイッチ４２４と接続し、通信ポート４１２は、制御システム４３２と接続している。

温度用プロセストランスミッタ４００は、センサ測定回路４０６が遮断されると、通信モードを開始する。マイクロプロセッサ４０８は、Ａ／Ｄコンバータ４２８に対する給電を停止するよう、電圧レギュレータ４２０に指示する。マイクロプロセッサ４０８は、センサケーブル４３０とセンサフィルタ４２６との接続を遮断し、他方、センサケーブル４３０とセンサ通信回路４０４とを接続させるよう、信号スイッチ４２４に指示を与える。この結果、信号スイッチ４２４の位置は、センサフィルタ４２６（したがってＡ／Ｄコンバータ４２８）に対するすべての入力を遮断するものとなり、センサ測定回路４０６による電力の消費は中断する。

一方、電源兼クロック４１４によって生成された交流電圧の搬送信号は、モジュレータ４１６へ送られ、ここで搬送信号は、マイクロプロセッサ４０８からの入力に基づいて、指示または情報をデジタル式にエンコードするために変調される。この後、変調搬送信号は、信号スイッチ４２４を通過し、センサケーブル４３０を経由して温度用センサアセンブリへ伝搬する。温度用プロセストランスミッタから温度用センサアセンブリへ指示を送らない場合には、搬送信号は、変調されないままで伝搬する。

温度用プロセストランスミッタ４００は、通信モードの間は、温度用センサアセンブリからセンサケーブル４３０を介し、さらにインターフェース４０２を経由して帰還搬送信号を受け取る。搬送信号が、変調されないまま温度用センサアセンブリ４００から送られると、図２を参照して説明したように、温度用センサアセンブリは、デジタル式の情報（センサアセンブリの構成データを含む）をエンコードすることによって帰還搬送信号を変調する。インターフェース回路４０２に入力した帰還搬送信号は、信号スイッチ４２４を経て、デモジュレータ４１８へ向かう。

デモジュレータ４１８は、この帰還変調搬送信号を復調し、復調されたデジタル情報をマイクロプロセッサ４０８へ送る。マイクロプロセッサ３０８は、受け取ったデジタル情報（温度用センサアセンブリの構成データを含む）を、メモリ４１０に保存するか、または通信ポート３１２を介して制御システム４３２へ送る。

温度用プロセストランスミッタ４００が、センサ通信回路４０４の動作を停止させ、センサ測定回路４０６の動作を再開させると、測定モードが開始する。マイクロプロセッサ４０８は、Ａ／Ｄコンバータ４２８に対する給電を再開し、デモジュレータ４１８に対する給電を停止するよう、電圧レギュレータ４２０に指示を出す。また、マイクロプロセッサ４０８は、信号スイッチ４２４に対して、センサ通信回路４０４とセンサケーブル４３０との接続を遮断し、センサフィルタ４２６（したがってＡ／Ｄコンバータ４２８）とセンサケーブル４３０とを接続するよう指令を発する。電圧レギュレータ４２０は、電源兼クロック４１４から給電を受けて、Ａ／Ｄコンバータ４０６に給電するべく電力を調整する。

温度用プロセストランスミッタ４００は、測定モードの間は、温度用センサアセンブリからセンサケーブル４３０を介し、さらにインターフェース４０２を経由してアナログ式のセンサ信号を受け取る。このセンサ信号は、測定された温度に係る情報を含んでいる。インターフェース回路４０２に入力した帰還センサ信号は、信号スイッチ４２４を経て、センサフィルタ４２６へ向かう。

センサフィルタ４２６は、アナログ式のセンサ信号に関連する高周波電圧の変動を除去した後、アナログ式のセンサ信号をＡ／Ｄコンバータ４０６へ送る。Ａ／Ｄコンバータ３０６は、アナログ式のセンサ信号をデジタル式のセンサ信号に変換した後、これをマイクロプロセッサ４０８へ送る。マイクロプロセッサ４０８は、メモリ４１０から温度用センサアセンブリの構成データを読み出し、この構成データに基づいて、温度の正確な測定結果を反映するように、デジタル式のセンサ信号を調整する。ついで、マイクロプロセッサ４０８は、調整を得た正確な温度の測定結果を、通信ポート４１２を介して制御システム４３２へ送る。

図４Ｂに示す実施形態によれば、センサ信号を伝送する専用のセンサケーブルを設けなくても、温度に係る正確なセンサ信号を保持しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出し、またこのメモリへ情報を保存することができる。また、センサケーブルを介して伝送される変調搬送信号を用いるため、双方向デジタル通信を実現することができる。さらに、センサ通信とセンサ測定は、それぞれ、通信モードと測定モードの間だけ、別個に行われる。このため、センサ通信またはセンサ測定の一方だけを行いうる電力しか得られない低電力のカレントループや無線送信下でも、プラグアンドプレイの有利な点を生かすことができる。

図５は、ＲＦＩＤ回路を含む温度用センサアセンブリおよび温度用プロセストランスミッタのブロック図である。この図に示す実施形態においては、変調搬送信号を温度用センサアセンブリおよび温度用プロセストランスミッタの構成要素と電磁誘導結合させるために、アンテナを用いている。このような構成にすると、センサ信号を伝送する専用のセンサケーブルを設けなくても、温度に係るアナログ式の正確なセンサ信号を保持しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出し、またこのメモリへ情報を保存することができる。温度用プロセストランスミッタに読み取られたり保存されたりするデジタル情報は、温度用センサアセンブリの構成データである。センサケーブルを介して変調搬送信号を伝送すると、ＲＦＩＤ信号を、公知の無線ＲＦＩＤ技術を用いた場合よりも、はるかに遠くへ伝搬させることができる。この実施形態によれば、双方向デジタル通信と正確なアナログ式センサ信号の送信の両方を実現することができる。

図５は、温度用センサアセンブリ５０２、温度用プロセストランスミッタ５０４およびセンサケーブル５０６Ａ，５０６Ｂを示す。温度用センサアセンブリ５０２の構成要素は、熱電対センサ本体５０８、ＲＦＩＤチップ５１０、およびＲＦＩＤチップアンテナ５１２である。一方、温度用プロセストランスミッタ５０４の構成要素は、送信アンテナ５１４、ブロッキングキャパシタ５１６、センサフィルタ５１８、ＲＦＩＤリーダＩＣ５２４、ＲＦＩＤリーダアンテナ５２６、マイクロプロセッサ５２８、および電源バッファ５３０である。

図５に示すように、温度用センサアセンブリ５０２は、センサケーブル５０６Ａ，５０６Ｂを介して、温度用プロセストランスミッタ５０４に接続されている。センサケーブル５０６Ａと５０６Ｂは、温度用センサアセンブリ５０２の側においては、熱電対センサ本体５０８と接続している。センサケーブル５０６Ａと５０６Ｂの一部は、温度用センサアセンブリ５０２の内部で、コイル状のＲＦＩＤチップアンテナ５１２となっている。ＲＦＩＤチップアンテナ５１２は、ＲＦＩＤチップ５１０に接続されている。

他方、センサケーブル５０６Ａと５０６Ｂは、温度用プロセストランスミッタ５０４の側においては、センサフィルタ５１８と接続している。また、２本のセンサケーブル５０６Ａと５０６Ｂの一方（図５においては５０６Ａ）は送信アンテナ５１４と、もう一方（図５においては５０６Ｂ）はブロッキングキャパシタ５１６と接続している。ブロッキングキャパシタ５１６は、ついで、送信アンテナ５１４と接続している。送信アンテナ５１４は、ＲＦＩＤリーダアンテナ５２６（ついでＲＦＩＤリーダＩＣ５２４に接続している）に類似している。ＲＦＩＤリーダＩＣ５２４は、マイクロプロセッサ５２８および電源バッファ５３０と接続している。なお、マイクロプロセッサ５２８と電源バッファ５３０も接続している。最後にセンサフィルタ５１８は、Ａ／Ｄコンバータ５２０と接続している。

温度用プロセストランスミッタ５０４の電源が投入されるか、温度用プロセストランスミッタ５０４に手動で信号が送られるか、または一定期間接続を遮断した後、温度用センサアセンブリ５０２がセンサケーブル５０６Ａと５０６Ｂを介して温度用プロセストランスミッタ５０４に接続されると、マイクロプロセッサ５２８は、温度用センサアセンブリ５０２から構成データを得るため、ＲＦＩＤリーダＩＣ５２４に信号を送る。

すると、ＲＦＩＤリーダＩＣ５２４は、搬送信号を生成し、温度用センサアセンブリ５０２の要求をエンコードするべく変調し、変調搬送信号をＲＦＩＤリーダアンテナ５２６へ送る。ＲＦＩＤリーダアンテナ５２６は、これからわずかな距離だけ離間した送信アンテナ５１４との電磁誘導を介して、変調搬送信号を送信アンテナ５１４へ送信する。変調搬送信号は、送信アンテナ５１４から、センサケーブル５０６Ａ，５０６Ｂを経て、温度用センサアセンブリ５０２へ伝搬する。

搬送信号は、温度用センサアセンブリ５０２に到達すると直ちに、センサケーブル５０６Ａ，５０６Ｂの一部がコイル状となったＲＦＩＤチップアンテナ５１２の一部分から、互いにわずかな距離だけ離間したセンサケーブル５０６Ａ，５０ＢとＲＦＩＤチップアンテナ５１２との電磁誘導を介して、ＲＦＩＤチップアンテナ５１２へ伝搬する。変調搬送信号は、ＲＦＩＤチップアンテナ５１２からＲＦＩＤチップ５１０へ伝搬する。

変調搬送信号は、構成データを求めるエンコードされた指示を含むだけでなく、ＲＦＩＤチップ５１０に対する給電も行う。これにより、変調搬送信号は、ＲＦＩＤチップ５１０がエンコードされた指示を処理し、求められた構成データをエンコードするための再変調に付されうるようになる。この再変調された搬送信号は、ＲＦＩＤチップアンテナ５１２からの電磁誘導を介してセンサケーブル５０６Ａと５０６Ｂのコイル状となった部分へ送られる。

再変調された搬送信号は、温度用センサアセンブリ５０２から、センサケーブル５０６Ａ，５０６Ｂを経由して、送信アンテナ５１４に到達することにより、温度用プロセストランスミッタ５０４へ伝搬する。送信アンテナ５１４は、再変調された搬送信号を、送信アンテナ５１４から、ＲＦＩＤリーダアンテナ５２６を経由して、ＲＦＩＤリーダＩＣ５２４へ送る。ＲＦＩＤリーダＩＣ５２４は、再変調された搬送信号を復調し、温度用センサアセンブリの構成データをマイクロプロセッサ５２８へ送る。マイクロプロセッサ５２８は、この構成データをローカルメモリに保存する。

温度用プロセストランスミッタ５０４が温度用センサアセンブリの構成データを取得した後、熱電対センサ本体５０８は温度を検知して、アナログ式のセンサ信号を生成する。このセンサ信号は、熱電対センサ本体５０８における２つの接点間の電圧レベルの変化を表すものである。

アナログ式のセンサ信号は、温度用センサアセンブリ５０２から、センサケーブル５０６Ａ，５０６Ｂを経由して、温度用プロセストランスミッタ５０４へ伝搬する。この際、センサ信号は、センサケーブル５０６Ａと５０６Ｂのコイル状部分によって影響されることはない。温度用プロセストランスミッタ５０４において、アナログ式のセンサ信号は、センサフィルタ５１８を通過し、Ａ／Ｄコンバータ５２０へ至る。センサフィルタは、センサケーブル５０６，５０６Ｂ上を伝搬するどのような変調搬送信号をも含めて、高周波による干渉を排除する。

ブロッキングキャパシタ５１６は、送信アンテナ５１４が、アナログ式のセンサ信号を短絡させるのを防止する。Ａ／Ｄコンバータ５２０は、アナログ式のセンサ信号をデジタル式のセンサ信号に変換した後、これをマイクロプロセッサ５２８へ送る。マイクロプロセッサ５２８は、ローカルメモリから構成データを読み出し、この構成データを用いて、正確な温度の測定結果が反映されるよう、デジタル式のセンサ信号を調整する。

図５に示す実施形態によれば、デジタル通信が双方向であるため、温度用センサアセンブリの構成データだけでなく、温度用センサアセンブリに関連する他のタイプのデジタル情報も保存し、読み出すことができる。

図６Ａは、２線式ＲＴＤセンサ本体５３２を備える温度用センサアセンブリ５０２の内部構成を示すブロック図である。この実施形態においては、２線式ＲＴＤセンサ本体５３２と高周波バイパスキャパシタ５３４が並列に接続されている。

図６Ｂは、３線式ＲＴＤセンサ本体５３６を備える温度用センサアセンブリ５０２の内部構成を示すブロック図である。この実施形態において新たに加えられたセンサケーブル５０６Ｃは、ＲＴＤセンサ本体５３６の一方の側に接続し、他のセンサケーブル５０６Ａと５０６Ｂは、もう一方の側に接続している。図５に示す実施形態と同様に、センサケーブル５０６Ａと５０６Ｂは、アナログ式のセンサ信号に加えて、変調搬送信号も伝搬させる役割を担う。他方、センサケーブル５０６Ｃは、アナログ式のセンサ信号だけを伝搬させる。

図６Ｃは、４線式ＲＴＤセンサ本体５３８を備える温度用センサアセンブリ５０２の内部構成を示すブロック図である。この実施形態において新たに加えられたセンサケーブル５０６Ｄ、および前実施形態で現れたセンサケーブル５０６Ｃは、ＲＴＤセンサ本体５３８の一方の側に接続し、センサケーブル５０６Ａと５０６Ｂは、もう一方の側に接続している。
図５に示す実施形態と同様に、センサケーブル５０６Ａと５０６Ｂは、アナログ式のセンサ信号に加えて、変調搬送信号も伝搬させる役割を担う。他方、センサケーブル５０６Ｃと５０６Ｄは、アナログ式のセンサ信号だけを伝搬させる。

図５および図６Ａ〜図６Ｃに示すように、変調搬送信号を、温度用センサアセンブリおよび温度用プロセストランスミッタの構成要素と電磁誘導結合するのにアンテナを用いると、センサ信号を伝送する専用のセンサケーブルを設けなくても、温度に係るアナログ式の正確なセンサ信号を保持しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出し、またこのメモリへ情報を保存することができる。この実施形態は、低コストでかつ汎用されているＲＦＩＤ技術を用いている。しかも、センサケーブルを介して変調搬送信号を伝送すると、ＲＦＩＤ信号は、公知の無線ＲＦＩＤ技術を用いた場合よりも、はるかに遠くまで伝搬する。この実施形態によれば、プラグアンドプレイ機能を担うセンサケーブルだけを用いることによって、双方向デジタル通信と正確なアナログ式センサ信号の送信の両方を実現することができる。

図７は、本発明の一実施形態に係る、センサ本体として４線式ＲＴＤのみを装着しうる温度用センサアセンブリを備えるセンサアセンブリ／トランスミッタのブロック図である。この実施形態によっても、センサ信号を伝送する専用のセンサケーブルを設けなくても、温度に係るアナログ式の正確なセンサ信号を保持しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出し、またこのメモリへ情報を保存することができる。読み出したり保存したりするデジタル情報は、温度用センサアセンブリの構成データとすることができる。この実施形態によれば、双方向デジタル通信と正確なアナログ式センサ信号の送信の両方を実現することができる。ただし、センサ測定とセンサ通信は、別々の動作モードの間だけ、すなわち、それぞれ測定モードと通信モードの間だけ行うことができる。

図７は、温度用センサアセンブリ６１２，温度用プロセストランスミッタ６１４、およびセンサケーブル６１６Ａ〜６１６Ｄを含むセンサアセンブリ／トランスミッタ６００を示す。ここで、温度用センサアセンブリ６１２の構成要素は、センサ本体６１８、メモリ回路６２０、センサケーブルダイオード６２２、およびメモリ回路ダイオード６２４である。なお、センサ本体６１８は、４線式ＲＴＤである。

温度用プロセストランスミッタ６１４は、センサケーブル６１６Ａ〜６１６Ｄを介して、温度用センサアセンブリ６１２と接続している。メモリ回路６２０は、温度用プロセストランスミッタ６１４とセンサケーブルダイオード６２２の間で、センサケーブル６１６Ａに接続している。また、メモリ回路６２０は、メモリ回路ダイオード６２４にも接続しており、このメモリ回路ダイオード６２４は、もう一方の側で、センサケーブル６１６Ｄに接続している。センサケーブル６１６Ａと６１６Ｂは、センサ本体６１８の一方の側に、センサケーブル６１６Ｃと６１６Ｄは、センサ本体６１８のもう一方の側に、それぞれ接続している。

センサ測定の際には、温度用プロセストランスミッタ６１４は、一定の電流を、センサケーブル６１６Ａから、センサ本体６１８を経て、センサケーブル６１６Ｄに戻るように流す。センサ本体６１８（抵抗体）の両端における電圧降下は、検知された温度の関数である。センサケーブル６１６Ｂと６１６Ｃは、この電圧降下を測定し、測定結果を示すアナログ信号を温度用プロセストランスミッタ１６４へ戻す。このような条件下においては、センサケーブルダイオード６２２を経由して流れる電流は、妨害されない。他方、メモリ回路ダイオード６２４は、高電位側のセンサケーブル６１６Ａから、低電位側のセンサケーブル６１６Ｄへ流れる電流を停止させることによって、メモリ回路６２０を流れる電流を妨害する。これら４本のセンサケーブル６１６Ａ〜６１６Ｄのすべては、４線式ＲＴＤにおける通常の機能を発揮する。

センサ通信の際には、温度用プロセストランスミッタ６１４は、電流の極性を反転させる。その結果、センサケーブルダイオード６２２は、センサ本体６１８を通過する電流を妨害し、他方、メモリ回路ダイオード６２４は、メモリ回路６２０へ流れる電流を妨害しない。したがって、温度用プロセストランスミッタ６１４は、センサ本体６１８から何ら影響を受けることなく、センサケーブル６１６Ｄおよび６１６Ａを介して、メモリ回路６２０と送受信を行うことができる。

メモリ回路ダイオード６２４を通過する電流に漏洩があると、センサ測定中に、温度の測定に誤差が生じるため、漏洩電流は非常に小さくなければならない。したがって、漏洩電流が非常に小さいダイオードや、ソースとドレインを結合してダイオードとしたＮ−ＪＦＥＴは、メモリ回路ダイオード６２４として使用できる。なお、このようなＮ−ＪＦＥＴは、電圧が変化しても電流は比較的変化しない定電流ダイオードでもある。

図７に示す実施形態は、４線式ＲＴＤにのみ適したものであるが、このセンサアセンブリ／トランスミッタを用いれば、一般的な使い方で４線式ＲＴＤを用いる場合に比して、センサ信号を伝送する専用のセンサケーブルを設けなくても、温度に係るアナログ式の正確なセンサ信号を保持しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出したり、またこのメモリへ情報を保存したりすることができる。また、この実施形態においては、別々の動作モード、すなわち通信モードの時と測定モードの時に、それぞれ、双方向デジタル通信と正確なアナログ式センサ信号の送信を実現することができる。

図８は、本発明のもう一つの実施形態を示すもので、この実施形態は、センサ本体として熱電対センサを用いる場合にのみ適している。しかし、この実施形態によっても、センサ信号を伝送する専用のセンサケーブルを設けなくても、温度に係るアナログ式の正確なセンサ信号を保持しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出し、またこのメモリへ情報を保存することができる。読み出したり保存したりするデジタル情報は、温度用センサアセンブリの構成データとすることができる。この実施形態によれば、双方向デジタル通信と正確なアナログ式センサ信号の送信の両方を実現することができる。また、図７に示す実施形態と同様に、センサ測定とセンサ通信は、別々の動作モードの間だけ、すなわち、それぞれ測定モードと通信モードの間だけ行うことができる。

図８は、温度用センサアセンブリ７１２，温度用プロセストランスミッタ７１４、およびセンサケーブル７１６Ａおよび７１６Ｂを含むセンサアセンブリ／トランスミッタ７００を示す。ここで、温度用センサアセンブリ７１２の構成要素は、センサ本体７１８、メモリ回路７２０、抵抗器７２２Ａと７２２Ｂ、スピードアップコンデンサ７２４Ａと７２４Ｂ、ｎチャンネルＪＦＥＴ７２６、ｐチャンネルＪＦＥＴ７２８、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ７３０、およびｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ７３２である。これらの両ＭＯＳＦＥＴ７３０と７３２は、エンハンスメントモードデバイスである。センサ本体７１８は、熱電対である。

温度用プロセストランスミッタ７１４は、センサケーブル７１６Ａと７１６Ｂを介して、温度用センサアセンブリ７１２と接続している。メモリ回路７２０は、ＭＯＳＦＥＴ７３０と７３２を介して、それぞれ、センサケーブル７１６Ａと７１６Ｂに接続している。ＭＯＳＦＥＴ７３０と７３２の各ゲート電極は、それぞれ、センサケーブル７１６Ｂと７１６Ａに接続している。センサ本体７１８は、ＪＦＥＴ７２６と７２８を介して、それぞれ、センサケーブル７１６Ａと７１６Ｂに接続している。ＪＦＥＴ７２６のゲート電極は、抵抗器７２２Ａとスピードアップコンデンサ７２４Ａを介して、センサケーブル７１６Ｂに接続している。他方、ＪＦＥＴ７２８のゲート電極は、抵抗器７２２Ｂとスピードアップコンデンサ７２４Ｂを介して、センサケーブル７１６Ａに接続している。

センサ測定の際には、センサ本体７１８は、検知した温度に応じて、大きさが変化する電圧を生成する。電圧の大きさは、センサケーブル７１６Ａと７１６Ｂを介する電気伝導を通じて、温度用プロセストランスミッタ７１４によって測定される。この際、電気伝導がＪＦＥＴ７２６と７２８によって妨害されることはない。なぜならば、ＪＦＥＴ７２６と７２８のゲート電極に印加される電圧の大きさは、これらＪＦＥＴ７２６と７２８をオフにするには不十分だからである。また、メモリ回路７２０がセンサケーブル７１６Ａと７１６Ｂに接続されることもない。なぜならば、ＭＯＳＦＥＴ７３０と７３２のゲート電極に印加される電圧の大きさは、これらＭＯＳＦＥＴ７３０と７３２をオンにするには不十分だからである。

センサ通信の際には、温度用プロセストランスミッタ７１４は、センサケーブル７１６Ａには正のバイアス電圧を印加し、センサケーブル７１６Ｂには負のバイアス電圧を印加する。センサケーブル７１６Ａに印加される正のバイアス電圧は、抵抗器７２２Ｂとスピードアップコンデンサ７２４Ｂを経由して、ｐチャンネルＪＦＥＴ７２８を遮断する。同様に、センサケーブル７１６Ｂに印加される負のバイアス電圧は、抵抗器７２２Ａとスピードアップコンデンサ７２４Ａを経由して、ｎチャンネルＪＦＥＴ７２６を遮断する。スピードアップコンデンサ７２４Ａと７２４Ｂを用いると、センサ本体７１８を隔離状態に置いて、印加された電圧を短絡させるのを防止するため、これらＪＦＥＴのスイッチングを非常に高速に行うことができる。

同時に、センサケーブル７１６Ａに印加される正のバイアス電圧は、ｎチャンネルＭＯＳＦＥＴ７３２のゲート電極に至り、これをオンにする。また、センサケーブル７１６Ｂに印加される負のバイアス電圧は、ｐチャンネルＭＯＳＦＥＴ７０のゲート電極に至り、これをオンにする。ＭＯＳＦＥＴ７３０と７３２がオンであると、メモリ回路７２０は、センサケーブル７１６Ａと７１６Ｂを介して、温度用プロセストランスミッタ７１４に接続する。温度用プロセストランスミッタ７１４は、センサ本体７１８から影響を受けることなく、センサケーブル７１６Ａと７１６Ｂを介して、メモリ回路７２０と通信することができる。

図８に示す実施形態は、電流がきわめて小さく、ＪＦＥＴの両側で電圧降下をほとんど生じないため、熱電対にのみ適したものである。この実施形態においてＲＴＤを用いると、電流が大きくなって、十分な直列抵抗を生み出すため、抵抗の測定に許容限度を超えた誤差を引き起こすおそれがある。

図８に示す実施形態は、電流がきわめて小さく、ＪＦＥＴの両側で電圧降下をほとんど生じないため、熱電対にのみ適したものであるが、この実施形態によっても、センサ信号を伝送する専用のセンサケーブルを設けなくても、温度に係るアナログ式の正確なセンサ信号を保持しつつ、温度用センサアセンブリ内のメモリから情報を読み出し、またこのメモリへ情報を保存することができる。読み出したり保存したりするデジタル情報は、温度用センサアセンブリの構造データとすることができる。この実施形態によれば、双方向デジタル通信と正確なアナログ式センサ信号の送信の両方を実現することができる。また、センサ測定とセンサ通信は、別々の動作モードの間だけ、すなわち、それぞれ測定モードと通信モードの間だけ行うことができる。

上述の各実施形態においては、メモリ回路（マイクロプロセッサと不揮発性メモリを含む）と、これ以外の温度用センサアセンブリに関連づけられた電気回路は、単一のセンサアセンブリ用ハウジング内に収めることができる。

他方、メモリ回路とこれ以外の回路を、温度用センサアセンブリ用ハウジングとは別個のハウジングに収めることもできる。この場合、これらの回路のハウジングは、センサ本体のハウジングから温度用プロセストランスミッタに向かって延びる、センサケーブルのいずれの箇所に取り付けることもできる。この場合、メモリ回路およびこれ以外の回路のハウジング、温度用センサアセンブリ本体のハウジング、ならびにセンサケーブルは、一体となって温度用センサアセンブリを構成する。

また、上述の実施形態は、すべて、ただ１つの温度用センサアセンブリを温度用プロセストランスミッタに接続していたが、複数個の温度用センサアセンブリを、多重的に、単一の温度用プロセストランスミッタに接続する態様も考え得る。

さらに、上述の実施形態は、すべて、測定すべきプロセス変数として、温度を対象としていたが、圧力、ｐＨおよび流量を含む他のプロセス変数の測定にも応用することができる。

本発明は、センサアセンブリの構成データを、センサ信号を送受信するためのセンサケーブルの他に、センサケーブルを追加することなく、プロセストランスミッタに自動的に入力するためのものであり、プロセス機器の分野において、字義通りのプラグアンドプレイシステムを導入するものである。
また、本発明によれば、構成データの読み出しだけでなく、センサアセンブリに関連する他のタイプの情報も保存し、読み出すことができる。なぜならば、デジタル通信は双方向だからである。センサアセンブリに関連する他のタイプの情報には、改訂後の校正係数、累積使用時間、センサアセンブリ設置の日付等がある。

本発明の利点が最大限に発揮されるのは、センサアセンブリがプロセストランスミッタに取り付けられ、両者でプラグアンドプレイシステムを構成する場合である。しかし、本発明のもう一つの独特の利点は、公知のセンサケーブルだけを用いる場合にも発揮される。すなわち、本発明の特徴を有するセンサアセンブリは、本発明の特徴を有しないプロセストランスミッタに接続すれば、通常のセンサアセンブリとして動作することもできる。反対に、本発明の特徴を有するプロセストランスミッタは、本発明の特徴を有しないセンサアセンブリであっても、プロセス変数を入力するためのセンサアセンブリとして接続することができる。いずれの場合でも、センサケーブルを介してのデジタル通信は行われない。したがって、センサアセンブリの構成データが、プロセストランスミッタに自動的に入力されることはない。しかし、センサ／トランスミッタ・プラグアンドプレイシステムは、公知のそれとして動作することができ、アナログ式のセンサ信号が与えられ、プロセストランスミッタにセンサアセンブリの構成データを手動で入力しておけば、調整された測定結果を得ることができる。これは、本発明の特徴を有する部品を、故障の有無に拘わらず、取り替えなければならないときや、本発明の特徴を有するかまたは有しない部品しか、すぐに入手できないときには、有利に働く。このような相互交換性は、純正の交換部品が手に入るのを待つために、プロセスの稼動を休止しなければならなくなる事態を回避するのに役立つ。

以上、本発明を例示的な実施形態を参照して説明してきたが、当業者であれば、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で、これらに種々の変更を加えたり、構成要素を均等物で交換したりすることは、想起しうるであろう。さらに、本発明の要旨の範囲内で、特定の状況や材料を、本発明の教示に適合させるような変形を施すこともできるであろう。したがって、本発明は、上記の実施形態に限定して解されるべきではなく、特許請求の範囲に包含されるあらゆる態様を含むものである。

Claims (15)

1. プロセストランスミッタとともに用いるセンサアセンブリであって、
   プロセスパラメータを検知して、検知された当該プロセスパラメータを表すアナログセンサ信号を生成するアナログセンサ本体と、
   前記アナログセンサ本体からプロセストランスミッタへ前記アナログセンサ信号を送るために、前記アナログセンサ本体を前記プロセストランスミッタに接続するセンサケーブルと、
   センサアセンブリに関連する情報を保存するメモリ回路と、
   前記センサケーブルを介して前記メモリ回路と前記プロセストランスミッタとの間でデジタル通信が行われるように、前記センサケーブルに接続されたインターフェース回路と、
   を備え、
   前記プロセストランスミッタが、前記デジタル通信を行うための搬送信号を前記センサアセンブリに送信し、前記センサアセンブリが、前記アナログセンサ信号と、前記搬送信号が変調されて前記センサアセンブリに関連する情報がエンコードされた変調された搬送信号と、を含む出力信号を出力し、
   前記インターフェース回路は、前記アナログセンサ信号の伝送と前記デジタル通信とが前記センサケーブルを介して同時に実行可能に構成されていることを特徴とするセンサアセンブリ。
2. 前記アナログセンサ本体は、温度センサであることを特徴とする請求項１に記載のセンサアセンブリ。
3. 前記インターフェース回路は、誘導結合及び静電結合のいずれか一方によって、前記メモリ回路を前記センサケーブルに結合するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のセンサアセンブリ。
4. 前記センサアセンブリに関連する情報は、センサアセンブリの特性を含むセンサアセンブリの構成に関するデータを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサアセンブリ。
5. 前記デジタル通信は、前記センサアセンブリに関連する情報を含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサアセンブリ。
6. 前記インターフェース回路は、前記メモリ回路用の電力を、前記センサケーブルを介して受け取られる前記変調された搬送信号から取り出すようになっていることを特徴とする請求項５に記載のセンサアセンブリ。
7. 前記インターフェース回路は、ＲＦＩＤタグを含むことを特徴とする請求項５に記載のセンサアセンブリ。
8. 前記インターフェース回路は、変調／復調回路を含むことを特徴とする請求項５に記載のセンサアセンブリ。
9. センサアセンブリとともに用いるプロセストランスミッタであって、
   前記センサアセンブリからアナログセンサ信号を受け取るために、前記プロセストランスミッタを、前記センサアセンブリから延びるセンサケーブルに接続するインターフェース回路と、
   前記センサアセンブリに関連する情報を受け取るマイクロプロセッサと、
   前記マイクロプロセッサと前記センサアセンブリとの間でデジタル通信を行うよう、前記インターフェース回路に接続されたセンサ通信回路と、
   を備え、
   前記プロセストランスミッタが、前記デジタル通信を行うための搬送信号を前記センサアセンブリに送信し、前記センサアセンブリが、前記アナログセンサ信号と、前記搬送信号が変調されて前記センサアセンブリに関連する情報がエンコードされた変調された搬送信号と、を含む出力信号を出力し、
   前記インターフェース回路は、前記センサケーブルを介して前記アナログセンサ信号の伝送と前記デジタル通信とを同時に実行可能に構成されていることを特徴とするプロセストランスミッタ。
10. 前記センサアセンブリに関連する情報は、センサアセンブリの特性を含むセンサアセンブリの構成に関するデータを含むことを特徴とする請求項９に記載のプロセストランスミッタ。
11. 前記センサ通信回路は、前記センサアセンブリに関する情報を含むデジタル通信を受信するように設定されていることを特徴とする請求項９に記載のプロセストランスミッタ。
12. 前記センサ通信回路はＲＦＩＤリーダ回路を含むことを特徴とする請求項１１に記載のプロセストランスミッタ。
13. 前記センサ通信回路は、前記メモリ回路用の電力を、余剰なトランスミッタ電流から取り出すようになっていることを特徴とする請求項１２に記載のプロセストランスミッタ。
14. センサアセンブリ／プロセストランスミッタの接続を構成する接続構成方法であって、当該接続により前記センサアセンブリから前記プロセストランスミッタへアナログセンサ信号が送信され、
    前記接続構成方法は、
    前記センサアセンブリを、センサケーブルを介して、前記プロセストランスミッタに接続する工程と、
    前記センサケーブルを介して、プロセストランスミッタから前記センサアセンブリへ搬送信号を伝送する工程と、
    前記搬送信号によって、前記センサアセンブリと関連づけられたメモリ回路に給電する工程と、
    前記メモリ回路に保存されているセンサアセンブリの構成データを基にして、前記センサアセンブリで前記搬送信号を変調して当該センサアセンブリの構成データを含む変調された前記搬送信号を生成する工程と、
    前記センサアセンブリが前記アナログセンサ信号と変調された前記搬送信号とを含む出力信号を前記プロセストランスミッタに伝送する工程と、
    前記変調された前記搬送信号を前記プロセストランスミッタで復調して、前記センサアセンブリの構成データを得る工程と、
    前記センサアセンブリの構成データを基に、前記プロセストランスミッタの設定を行う工程とを備え、
    前記センサアセンブリの構成データは、前記センサアセンブリの特性を含む情報から成る、ことを特徴とする方法。
15. 前記搬送信号をプロセストランスミッタにおいて変調して、前記メモリ回路に保存するためのデータを含む変調された搬送信号を生成する工程と、
    前記メモリ回路に保存するためのデータを含む前記変調された搬送信号を前記センサアセンブリで復調する工程と、
    前記メモリ回路に保存するためのデータを前記メモリ回路に書き込む工程とを含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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