JPH0124711Y2 - - Google Patents

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JPH0124711Y2
JPH0124711Y2 JP1981026031U JP2603181U JPH0124711Y2 JP H0124711 Y2 JPH0124711 Y2 JP H0124711Y2 JP 1981026031 U JP1981026031 U JP 1981026031U JP 2603181 U JP2603181 U JP 2603181U JP H0124711 Y2 JPH0124711 Y2 JP H0124711Y2
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winding
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【考案の詳細な説明】 本考案は入出力間の信号変換器を電気的に絶縁
するアイソレータを具備する二線式伝送器に関す
る。
二線式伝送器は例えば温度、圧力、流量等のプ
ロセス変量を測定する現場に設置され、該伝送器
の動作電力は現場から離れている受信側の電源か
ら二線伝送線路により供給され、伝送器はプロセ
ス変量の測定信号を電流信号に変換しこれを同じ
二線伝送線路を通じて受信側に伝送する二線式伝
送方式で使用される。二線式伝送器においては一
般に測定信号の0〜最大値を4〜20mAの電流信
号に変換して受信側に伝送するように統一されて
おり、この電流信号は受信側の電源と負荷の直列
回路に供給される。したがつて送信側伝送器の電
源入力端電圧は同じ入力端から送出される伝送器
の出力電流信号の変化に対応して変動するのでこ
の入力端電圧によつて伝送器内の変換回路を動作
するためには入力端電圧を定電圧回路によつて定
電圧化しなければならない。また、変換回路およ
び定電圧回路で消費し得る電流は伝送器の出力電
流信号の最小値例えば4mA以下に制限される。
これらの理由により従来二線式伝送器で使用され
る変換回路は低消費電力で動作するIC化演算増
幅器の複数回路で構成され、これら増幅器は一般
に伝送器の電源入力端電圧を定電圧化せる単一電
源で動作させる所謂単一電源動作方式である。し
かしながらIC化演算増幅器を単一電源で動作す
れば伝送器の性能を劣化させる欠点が生ずる。単
一電源動作方式によれば後述するように電源電圧
の変動を受け易く、これにより変換回路の変換誤
差を増しまた雑音その他の悪影響を受け易い欠点
がある。したがつて、本考案の目的は二線式伝送
器の変換回路に含まれる演算増幅器を二電源で動
作せしむるために入力端電圧を定電圧化せる電圧
を正負二電源に変成する回路を実現することに存
する。
本出願人は先に、センサで検出せる測定信号を
電流信号に変換する変換回路を前段部と後段部と
に電気的に絶縁するアイソレータを具備する二線
式伝送器において、このアイソレータ内にスイツ
チング・レギユレータを設け該レギユレータのブ
ロツキング発振器の変成器を介して後段部変換回
路の電圧供給回路と電気的に絶縁して前段部の変
換回路に電源電圧を供給する方式を実現し、現在
これを特許として特許庁に出願中である(特願昭
55−第47602号参照)。本考案は前記絶縁形スイツ
チング・レギユレータを改良し、このレギユレー
タにより前段部の変換回路に含まれる演算増幅器
を正負の二電源で動作せしむるとともに該レギユ
レータにより受信側から供給される電圧の定電圧
化電圧と反対極性の電圧を発生せしめ定電圧化電
圧とこれと反対極性の電圧とによつて後段部変換
器に含まれる演算増幅器を動作せしむるように構
成せるものである。
以下、図面を参照して本考案を説明する。
第1図は渦流量計の二線式伝送器に本考案を実
施せる回路例の構成を示す。図において、1は受
信側、2は二線伝送線路、3は測定現場を示す。
30は測定現場に設置されている渦流量計の二線
式伝送器である。伝送器30の動作電力は受信側
1の電源11から伝送線路2を通して供給され伝
送器の電力入力端6,7に入力電圧V1を生ずる。
この渦流量計伝送器30は流体の流れている管路
内に挿入されている渦発生体(図示せず)によつ
て発生する渦により渦発生体に作用する応力の変
化をこの渦発生体と機械的に結合されているセン
サによつて検出する。図ではこのセンサに圧電素
子を使用せる場合を例示しこれをセンサ31で示
す。センサ31は渦の発生周波数fで変化する電
荷を発生する。渦流量計伝送器30はセンサに発
生する電荷の変化を交流信号に変換しこれをさら
に電流信号Ioに変換する変換回路32を具備し、
この変換回路は前段部32aと後段部32bとに
分かれ両者間に両者を電気的に絶縁するアイソレ
ータ34および35が介装されている。
前段部32aはセンサ31で検出される渦周波
数fの電荷を同じ周波数fの交流電圧eに変換す
る電荷・電圧変換器CA,CAの出力電圧eを低域
波特性の能動波回路AF、およびAFの出力を
パルス信号に変換するシユミツト・トリガ形の比
較回路COより構成される。なおAF、およびCO
はこれを構成する演算増幅器OPのみを図示しOP
に付属する演算素子は略示する。
34は後段部の比較器COの出力パルス信号を
電気的に絶縁して後段部32bの変換器に伝送す
るために設けた信号アイソレータである。アイソ
レータ34はトランジスタQ4と変成器T2から成
るブロツキング発振器OSC2と、比較器COの出力
パルスPiに応じてオン・オフ動作するトランジス
タQ3と、Q3のオン・オフ動作によりブロツキン
グ発振を持続するOSC2の発振出力に応じてオ
ン・オフのパルス信号Poを発生するトランジス
タQ5とから構成されている。
後段部32bは信号アイソレータ34を介して
COから伝送されるパルス信号Piにより一定レベ
ルのパルス信号Poをその周波数fに比例する直
流電圧信号に変換するF/V回路、F/V回路の
出力電圧を増幅する直流電圧増幅器A,Aの出力
電圧を電流信号Ioに変換する出力トランジスタ
Q1、および受信側1から伝送される電力によつ
て入力端6,7間に生ずる電圧V1を定電圧化し
一定電圧V2を生ずる定電圧回路33を含む。前、
後段部に含まれる前記諸回路のうちCA,AF,
COおよび直流増幅器Aは何れもIC化線形演算増
幅器OPを含む。
絶縁形スイツチング・レギユレータ35は送信
側入力端6,7に供給される入力電圧V1の定電
圧化電圧V2によつて動作するブロツキング発振
器OSC1を具備する。この発振器はトランジスタ
Q2と変成器T1とで構成されており、変成器T1
発振器の発振巻線n1,n2のほかにn3〜n7の2次巻
線を備える。これら巻線のうちn1〜n4は後段部3
2bの電源回路と電気的に接続しており、残りの
巻線n5〜n7はn1〜n4と電気的に絶縁されており発
振器巻線n1,n2と変成器鉄心を介して磁気的に結
合しかつ前段部32aの電源回路と電気的に接続
する。以下、n1を発振巻線、n3,n4を後段側2次
巻線、n5〜n7を前段側2次巻線と名付ける。ブロ
ツキング発振器OSC1はこれに付属して2次巻線
n3と比較器OP3とから成る発振出力制御回路を具
備する。
ブロツキング発振器OSC1の動作を説明すれば
次の如くである。トランジスタQ2のコレクタは
巻線n1を介して一定電圧V2の正端に、エミツタ
はV2の負端に接続する。Q2がオフの状態にある
とき比較器OP3の出力から抵抗R2を通りQ2のベ
ースに発振起動電流が供給されればQ2はオンに
転じn1に発振電流が生じ、巻線n1とn2の結合によ
り発振器OSC1はブロツキング発振を続ける。ダ
イオードD1はQ2のベース電流の逆流を阻止し、
R1はn2に誘起する発振電流の起電力によるQ2
ベース電流を制限する。C1,C2はベース電流の
スピードアツプ・コンデンサである。第3巻線n3
には発振巻線n1に流れる発振電流に対応する起電
力が誘起しn3に接続するコンデンサC3の電極間に
接続する高抵抗R3に該起電力に対応する大きさ
の直流電圧Vを発生する。比較器OP3の(+)入
力端には所定の基準電圧ESが印加されており、直
流電圧VはESと比較され比較器の出力により発振
器OSC1の発振電流i1は常にVがESと等しくなる
ように制御される。かくして各2次巻線n4〜n7
はそれぞれ発振電流i1に対応する一定の起電力が
誘起する。したがつて各2次巻線の起電力は1次
巻線n1の巻線数に対する各2次巻線の巻線数の比
と発振電流i1のみによつて定まり、Q2の電流増幅
率その他発振器の回路素子の特性等に無関係であ
る。
後段部の2次巻線n4に接続するコンデンサC4
電極間には例えば前記一定電圧V2と等しい直流
電圧V2を発生する。C4の正電圧端は定電圧V2
負端に接続し、後段部の各演算増幅器OP3および
OP4はこれら二電圧±V2によつて動作する。同
様に前段部の各2次巻線n5,n6およびn7に接続す
る各コンデンサC5,C6,C7には一定の直流電圧
が発生し、このうちC5とC7の電極間電圧はとも
に例えばV3であり、C5の負電圧端とC7の正電圧
端は接続し、この接続点COMを前段部各演算増
幅器のボデーに接続しこれを演算基準点とし各演
算増幅器を±V3の二電源で動作させる。また、
2次巻線n6に接続するコンデンサC6の電極間電圧
V4はトランジスタQ3とOSC2のトランジスタQ4
動作せしむるために利用される。
以上説明せる如く、本考案の変換回路に含まれ
ている各演算増幅器は二電源動作方式である。こ
れを単一電源動作方式と比較して次の利点をも
つ。
演算増幅器を単一電源で動作させる場合は、例
えば第2図に示す如く、増幅器OPへの単一電源
電圧Vを2本の高抵抗Rによつて分圧し、分圧点
Aを演算基準点として動作させる。したがつて供
給電圧Vが変動すればA点も変動しこれが入力信
号Eiの変動となり出力信号EOUTに誤差を生ずる。
また、基準点Aは直流的には演算器のボデーから
浮いているので演算器は外部から雑音の影響をう
けやすい。また、2本のRを通り余分の電流が消
費される。二電源動作方式によればこれらの欠点
を少なくとも軽減することができる。いま、渦流
量計が圧電素子をセンサとする場合、電荷、電圧
変換器CAに単一電源動作方式を適用せる場合は、
その構成は第3図に示すごとく、圧電子センサに
かかる直流電圧を遮断するためにセンサと変換器
入力端との間にコンデンサC2を挿入しなければ
ならない。これに対し二電源動作方式の場合は第
1図に例示せる如く、センサに直接変換器CAの
入力端を接続することができ、変換器CAの演算
基準点COMをセンサ31のシールドケースとと
もに直接接地することができ、センサを雑音から
有効に絶縁することができる利点がある。
また、後段部32bにおいて直流増幅器Aと出
力トランジスタQ1から成るV/A変換回路にお
ける直流増幅器Aを単一電源で動作する場合は入
出力線形特性を得るためにAの入力に第4図aに
示すような抵抗R11〜R14で構成されるブリツジ
回路を付加しなければならない。このブリツジ回
路は電源電圧V2による電流を消費するばかりで
なく、各辺の抵抗R11〜R14の温度係数が相違せ
る場合はブリツジの検電端15,16間に温度誤
差が生ずる。いま、抵抗R14に対し帰還抵抗Rf
値を無視すればブリツジ回路の部分は第4図bで
示すことができる。各辺の抵抗値をR1〜R4とし
ブリツジの電源端13,14間に印加される電圧
をVz,R1とR2との温度係数をα1,α2,温度係数
の差Δα=(α1−α2)ppm/゜Cとすれば温度の変
化tに対する検電端間に発生する誤差電圧Δeγは
下式で表される。
Δeγ=2x{1/1−R2Δαt/(R1+R2)(1+1t)
−1}xR1/R1+R2xVz(1) いま、 Δα=20ppm/゜C程度の抵抗モジユ
ールを使用せる場合は、Vzが6.4VのときにΔeγ
として1mV/50゜C程度の誤差電圧Δeγが発生し、
これにより入出力間の変換誤差が生ずる。一方、
直流増幅器Aを本考案の如く二電源で動作する場
合は、ブリツジ回路を付加する必要がなく、第1
図に例示せる如く、前段の出力電圧EIN、ゼロ点
調整用電圧Vo、および帰還抵抗Rfの出力電流Io
による電圧RfIoをそれぞれ入力抵抗R5,R7、お
よびR6を介して演算増幅器OP4の入力端(+)に
導びけばよい。いま、R5=R6=R7とし、R5とR6
の温度係数をα5,α6、その差Δα=(α5−α6)とす
れば温度変化tに対するR5によつて生ずる温度
誤差Δeγは近似的に下式となる。
Δeγ≒Ein Δαt (2) t=50゜C,α=20ppm/゜CとすればΔeγは
Einの0.1%程度であり、ほとんど無視することが
できる。ゼロ点調整用電圧Voの温度誤差はEinの
誤差以下である。ゼロ点調整用電圧Voは通常Io
の最大値に対する電圧RfIoの1/4程度あればよ
い。以上のように、直流増幅器OP4を二電源で動
作することにより、電源の消費電力が小さいばか
りでなく、V−I変換回路における温度誤差を減
少する利点がある。
本考案は第1図に例示せる渦流量計の二線式伝
送器にかぎらず温度、圧力等のプロセス変量の二
線式伝送器に適用して同様の効果をおさめること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の実施例を示す構成図である。
第2図は従来の単一電源動作方式による演算増幅
器の接続図、第3図は渦流量計伝送器の入力変換
回路に単一電源動作方式を適用せる場合の接続図
を例示する。第4図はV−I変換回路に単一電源
動作方式を適用せる場合の接続図を例示する。 第1図において、30……渦流量計の二線式伝
送器、32a……変換回路前段部、32b……変
換回路後段部、33……定電圧回路、34……信
号アイソレータ、35……スイツチング・レギユ
レータ、OSC1……ブロツキング発振器、T1……
発振器用変成器、n1……発振巻線、n3,n4……後
段側2次巻線、n5,n6,n7……前段側2次巻線、
OSC2……ブロツキング発振器、11……受信側
電源、12……受信側負荷。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) センサで検出せる測定信号を電流信号に変換
    する変換回路をアイソレータにより前段部と後
    段部とに電気的に絶縁するとともに、前記アイ
    ソレータは受信側から供給される入力直流電圧
    によつて動作するブロツキング発振器を具備
    し、該発振器の変成器は発振1次巻線のほかに
    後段部の2次巻線と前段部の第1、第2の2次
    巻線を具備し、前記各2次巻線はそれぞれ整流
    素子と平滑用コンデンサとの直列回路と並列に
    接続し前記発振1次巻線の出力電流によつて各
    2次巻線に誘起される起電力によつて各コンデ
    ンサの電極間にそれぞれ直流電圧を発生し、前
    記後段部の2次巻線に接続するコンデンサの電
    極間直流電圧の正端は前記受信側から供給され
    る入力電圧の定電圧化直流電圧の負端に接続し
    該定電圧化直流電圧と共同し前記後段部に含ま
    れる演算増幅器の二電源とし利用され、前記前
    段部の第1の2次巻線に接続するコンデンサの
    電極間直流電圧の負端は第2の2次巻線に接続
    するコンデンサの正端に接続し両電極間直流電
    圧は共同し前記前段部に含まれる演算増幅器の
    二電源として利用されるよう構成されて成る二
    線式伝送器。 (2) 前記変成器は後段部に他の2次巻線を具備し
    該2次巻線は整流素子と平滑用コンデンサとの
    直列回路に並列接続し前記発振1次巻線の出力
    電流によつて該平滑用コンデンサの電極間に発
    生する直流電圧は予め設定されている基準電圧
    と比較され両直流電圧が等しくなるよう前記ブ
    ロツキング発振器の1次巻線に流れる出力電流
    を制御する手段を具備する前記実用新案登録請
    求範囲第1項記載の二線式伝送器。
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