JPH03500584A - しきい値検出回路を備えた２線式送信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 しきい値検出回路を備えた２線式送信機発明の背景 １、発明の分野 本発明は２線式送信機の出力を改善するためのしきい値検出回路に関するもので ある。発明の要約本発明は、検出されるべきパラメータを表わす送信機出力を供 給するための２線式電流送信機に関するものである。

送信機は、パラメータに応答するセンサを有する検出手段と、センサを励起する ための励起出力を供給するための励起手段とから成る。検出手段は、励起出力お よび被検出パラメータの関数として変化するセンサ出力を供給する。送信機は、 センサ出力に結合されて、センサ出力の関数である送信機出力を２線式回路に供 給する出力手段を有する。しかし、励起出力の望ましくない変化は、検出される べきパラメータを実質的に表わさないセンサ出力を生じさせる可能性がある。

本発明によれば、送信機はセンサ出力に結合されたしきい値検知手段を有し、こ のしきい値検知手段は励起出力の上記望ましくない変化に応答して発生される予 定のセンサ出力値に対応する、少なくとも１つの予定のしきい値を有する。しき い値検知手段はセンサ出力をしきい値に対して比較し、この比較の関数として、 その検知出力を出力手段に供給する。

励起出力の望ましくない変化検知に続いて、例えば、出力手段はそのような事象 を表わす明確な送信機出力を供給し、これによって送信機の出力を改善する。

１つの好ましい実施例では、検出手段は、励起出力がセンサ出力の関数として変 化するように、センサ出力を励起手段にフィードバックするための手段をさらに 備えている。他の好ましい実施例では、励起手段は、センサを励起するための、 時間と共に変化する発振器出力を供給する発振手段を備え、フィードバック手段 は、センサ出力および発振手段に結合されて、発振器出力をセンサ出力の関数と して制御する制御手段をさらに備えている。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明によるしきい値検出回路を有する２線式送信機の好ましい実施 例のブロック図である。

第２Ａ図および第２Ｂ図は、しきい値検出回路を有する２線式送信機のもう１つ の好ましい実施例の回路図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図で、本発明に従って作られた２線式送信機の好ましい実施例を総括的に符 号１０で示す。送信機１０は、矢印１２で示すように、検出されるべきパラメー タに結合される。

矢印１２のパラメータは絶対ゲージ圧または差圧、温度、ｐＨ１流量、導電度等 であることができる。送信機１０は矢印１２におけるパラメータを検出し、検出 パラメータを表わす送信機出力を供給する。

送信機１０は、パラメータに応答するセンサ１６と、線２０を介して励起出力を 供給し、センサ１６を励起するための励起手段１８とを有する検出手段１４を備 える。検出手段１４は、励起出力および検出されるべきパラメータの関数として 変化するセンサ出力を供給する。センサ出力は線２２を介して出力手段２４と結 合され、センサ出力の関数としての送信機出力を２線式ループ２６に供給する。

好ましい一実施例では、センサ出力ままた、線２８を介してしきい値検出手段３ ０に結合される。しきい値検出回路については後で詳しく説明する。

送信機１０はさらに、線３６および３８を介して２線式ループ２６に結合された 出力端子３２および３４を備える。

作動用電源４０が、線３６と４２の間でループ２６と直列に接続され、送信機１ ０に給電する。送信機１０はさらに、線４６に結合されて、ループ電流ｌＴの一 部分を受け取り、通常の方法によって制御された励起レベルで他の送信機回路を 付勢する調整器（レギユレータ）４４を備える。はぼ全てのループ電流ＩＴは共 通導体４８に沿って、抵抗５０を介して出力端子３４に戻される。

出力手段２４はさらに、線４６を介して出力端子３２に結合され、また線５２に 沿って抵抗５０を介して出力端子３４に結合された電流制御手段を備える。出力 手段２４はループ２６の電流ｌ、を検出パラメータの関数として制御する。した がって、電流ＩＴは送信機の出力である。ループ電流■Ｔは、好ましくは、４− ２０ミリアンペアの電流等の直流電流であり、さらに検出パラメータに直線的に 比例することが好ましい。出力手段２４はまた、抵抗５０に発生した電位を検出 するため、線５４を介して出力端子３４にも結合される。

このようにして抵抗５０に発生された電位はループ電流ＩＴを表わす。出力手段 ２４はしたがって、ループ電流ＩＴを監視し、かつループ電流ｌＴの閉ループ制 御をもたらすことができる。

抵抗５６はループ２６の線３８と４２の間に接続されている。ループ電流ＩＴは 抵抗５６を通って流れる。抵抗５６に結合された利用装置５８は、抵抗５６に発 生した電位を利用する。利用装置５８は制御コンピュータ、ループ制御装置、表 （チャート）記録装置、計器またはその他の表示、記録または制御装置から成る ことができる。

しかし、励起出力に生ずる望ましくない変化が、実質的に検出パラメータを表わ さないセンサ８力および送信機出力を生じさせる恐れがある。本発明によれば、 しきい値検出手段３０が励起出力のそのような望ましくない変化を検出するよう に働く。

しきい値検出手段３０は、励起出力のそのような望ましくない変化に応答して発 生される予定のセンサ出力値にほぼ対応する少なくとも１つの予定しきい値を有 する。しきい値検出手段３０はセンサ出力をしきい値に対して比較し、このよう な比較の関数として、線６０を介して検出器出力を出力手段２４に供給する。励 起出力の望ましくない変化の検出に続いて、例えば、出力手段２４はそのような 検出された励起出力の変化を表わす特有の送信機出力を供給し、これによって送 信機１０の出力を改善する。

好ましい一実施例では、検出手段１４はさらに、励起出力がセンサ出力の関数と して変化するように、破線６２で示すように、センサ出力を検出手段１４にフィ ードバックするための手段を備える。したがって、センサ１６および励起手段１ ８は閉ループ関係で動作し、励起出力の望ましくない変化が、少なくとも１つの 予定センサ出力値に応答して発生される。そのような予定センサ出力値にほぼ対 応するしきい値が選択され、これに対してセンサ出力が比較され、励起出力の望 ましくない変化が検出される。

本発明のもう１つの好ましい実施例では、圧力差（Ｐ２−Ｐｌ）等の、検出され るべきパラメータを表わす送信機出力を供給するための２線式送信機の一部が、 第２図に符号７７で示される。送信機７７は、差圧を検出するための検出手段８ ０を備え、検出手段８０は、破線で囲まれて示され、圧力差に応答するセンサ８ ８を有する。センサ８８は、励起手段８４に結合されている。前記励起手段は、 励起出力および検出されるべき圧力の差の関数として変化するセンサ出力を、検 出手段８０が発生するように、センサ８８を励起するための励起出力を供給する 。

センサ８８は、固定コンデンサ１４２および１４４を介して整流ダイオードのア レイ１４６に結合された容量性圧力検出セル１４０を備える。センサ８８はさら に、選択された固定抵抗１４８，１５０，１５２，１５４，１５６．１５８およ びサーミスター６２および１６４を備える。これらは、共に検出セル１４０およ び固定コンデンサー４２および１４４と結合され、検出セル１４０のアチログ温 度補償をもたらす補償要素である。

第２図に概略的に示す検出セル１４０は、「差圧トランスジューサ」と題された 、ロジャー・エル・フリック（ＲｏｇｅｒＬ、　Ｆｒｊｃｋ）に対する米国特許 第３．５１８，３９０号、または「分離された検出ダイヤフラムを備えた容量性 圧力ドランスジューサ」と題されたロジャー・エル・フリックに対する米国特許 番号節４．３７０．８９０号に記載されたような、容量差トランスジューサを備 える。これらの特許は本発明と同じ譲受人によって所有されている。

第２のパラメータ、すなわち圧力の差は、例えば、導管内に配置されたオリフィ スを通るプロセス流体の流速を測定するのに有用であり、この場合、オリフィス の下流の第１の圧力Ｐ　とオリフィスの上流の第２の圧力Ｐ２とは、流体がオリ フィスの両側に加える圧力に相当する。

検出コイル１４０は、２つの離隔された固定コンデンサ・プレート１４０Ｂおよ び１４０Ｃの間に配置されている可撓性検出ダイヤフラム１４０Ａを備える。コ ンデンサ・プレー）１４０Ｂおよび１４０Ｃは検出セル１４０の凹状壁土に設け られ、さらに検出ダイヤフラム１４０Ａによって分離され、一対の可変コンデン サＣおよびＣ２を形成する。これらのコンデンサの容量は、コンデンサ・プレー ト１４０Ｂおよび１４０Ｃに対する検出ダイヤフラム１４０Ａの位置に比例して 変化する。

検出ダイヤフラム１４０Ａの一方の側は第１の圧力Ｐ１に結合され、その反対側 は第２の圧力Ｐ２に結合される。検出ダイヤフラム１４０Ａに加えられる圧力の 差はしたがって、ダイヤフラムを低圧側に向かって屈曲させることになり、その 結果、コンデンサＣおよびＣ１の容量を変化させ、それらの容量差は、検出され るべきプロセス流体圧の差（Ｐ２−Ｐ、）を表わすことになる。

１７６および１７８、コンデンサ１８０．１８２，１８４゜１８６．１８８．１ ９０および１９２、増幅器１９４および１９６、トランジスター９８．および励 起を行なうための互いに結合された５つの巻線を有する変圧器２００から成る。

センサ８８と関連した励起手段８４の動作はほぼ、「容量信号を直流電流信号に 変換するためのトランスジューサ回路」と題されたロジャー・エル・フリックに 対する米国特許第３，６４６，５３８号に記載された通りであり、この特許は本 発明と同じ譲受人によって所有され、また引用により本明細書に組み込まれてい る。

送信機７７はさらに出力手段９０を備える。出力手段９゜は線８９Ａを介してセ ンサ出力に結合され、表示、記録または制御目的用の適当な利用装置９４への伝 送のため、２線式ループ９３に結合された送信機出力端子９２に、線９１を介し て送信機出力を供給する。送信機出力は、センサ出力を表わす４−２０　ミリア ンペアの電流等、予定の範囲を有するループ電流ＩＴ等の直流であることが好ま しい。出力手段９０はＡ／Ｄ変換器９９、マイクロコンピュータ９８、Ｄ／Ａ変 換器８２および電流制御装置６６から成る。

センサ出力は、線８９Ａを介して、Ａ／Ｄ変換器９９に結合される。Ａ／Ｄ変換 器９９はセンサ出力のＡ／Ｄ変換を行ない、変換されたディジタル出力をマイク ロコンピュータ９８に供給する。マイクロコンピュータ９８は、Ａ／Ｄ変換器９ ９からのディジタル出力の関数として所望の送信機出力値を計算し、計算された 送信機出力値を表わすマイクロコンピュータ出力をＤ／Ａ変換器８２に供給する 。Ｄ／Ａ変換器８２はマイクロコンピュータ出力のＤ／Ａ変換を行ない、計算さ れた送信機出力値を表わす出力を電流制御装置６６に供給する。

電流制御装置６６は、ループ電流Ｉ、が計算された送信機出力値を表わすように 、ループ電流ＩＴの振幅等をＤ／Ａ変換器８２からの出力の関数として制御する ための手段を備える。センサ８８および励起手段８４と協同する出力手段９０の 動作はほぼ、「２線式送信機の出力を改善するためのディジタル変換装置」と題 された、１９８６年１０月２日出願の関連米国特許出願第９１４，６４８号に記 載された通りである。この出願も本発明と同じ譲受人によって所有され、引用に より本明細書に組み込まれている。

励起手段８４は、時間と共に変化する発振器出力を供給して検出セル１４０を励 起するための通常の発振回路２０１を備える。この実施例では、検出手段８０は さらに、発振器の出力がセンサ出力の関数として変化するように、センサ出力を 発振回路２０１にフィードバックするための手段を備える。

センサ出力は、センサ・コネクタ２および４がら、フィードバックとして、線２ ０３および２０５を介して、それぞれ発振回路２０１に結合され、そのノード２ ０７で加算され、発振器出力の周波数と振幅の積、およびコンデンサｃ１および Ｃ２の容量の和に比例する制御電流“Ｉｃ”を生成する。

センサ８８は、検出された圧力差ＣＰ２−Ｐ、）を表わすセンサ電流“Ｉｓ”を 、線２０２を介してノード２０６に結合する。センサ８８はまた、アナログ温度 補償電流“Ｉｃを、線２０４を介してノード２０６に結合する。したがって、セ ンサ電流１ｓおよび温度補償電流Ｉｔはノード２０６で加算され、発振器出力の 周波数および振幅の積、およびコンデンサＣ１およびＣ２の容量の差に比例する 温度補償済センサ出力を形成する。このセンサ出力は線８９Ａを介して出力手段 ９０に結合される。

励起手段８４はさらに、発振器出力をセンサ出力の関数として制御するための手 段を備える。この実施例では、発振器制御増幅器１９４は、発振器出力の振幅を 制御電流１ｃの関数として制御するための手段を備える。発振器制御増幅器１９ ４は、好ましくは、高利得演算増幅器であり、その反転端子１９４Ａおよび非反 転端子１９４Ｂに供給される電位から得られる差入力信号に応答して、抵抗１７ ０を介し、線２０９に沿って発振器供給（作動）電流“Ｉｏ−を供給する。

反転端子１９４Ａに供給された電位は制御電流１ｃを代表し、非反転端子１９４ Ｂに供給される電位は固定電位である。

非反転端子１９４Ｂにおける固定電位および抵抗器１７０の抵抗値は、通常の条 件下での送信機７７の動作の間、例えば、発振回路２０１の所期の制御が維持さ れている間中、所期の発振器出力が供給されるように選択される。コンデンサ１ ８８は、動的安定性をもたらすように、発振器制御増幅器１９４の出力と反転入 力端子１９４Ａの間に接続される。

動作時には、発振器制御増幅器１９４によって得られた差入力信号が発振器供給 電流Ｉｏに変化を生じさせ、発振器出力の振幅を変化させる。駆動されている検 出セル１４０からの出力は、変化させられた発振器出力および検出されているパ ラメータの関数であり、制御電流Ｉｃとして発振器制御増幅器１９４にフィード バックされる。前記増幅器１９４は、それに応じて、発振器供給電流工０をさら に調節する。励起手段８４およびセンサ８８はしたがって閉ループ関係で動作し 、通常の動作条件の間、比較的一定のレベルに制御電流１ｃを維持する。

発振回路２０１の周波数は変圧器２００のインダクタンス、およびこの回路に関 連した容量、主として、発振器出力によって駆動される可変コンデンサＣおよび Ｃ２の容量によって決定され、これらの全てが共振周波数決定回路として共同作 用する。１つの好ましい実施例においては、発振器出力の周波数は、例えば、検 出セル１４０の動作の通常の範囲内にある圧力差に結合され、発振回路２０１の 所望の制御が維持されるとき、約３０キロヘルツの所望の発振器周波数の付近で 僅かに変動する。

通常の条件下での送信機７７の動作中、発振回路２０１は、例えば、検出された 圧力差を表わすセンサ出力が発生されるように制御される。例えば、圧力差の増 大が送信機７７によって検出されると、ＣおよびＣ２の容量の和の関数であす る制御電流Ｉｃは、制御された発振回路２０１による補正の前に瞬間的に増大す る。発振回路２０１の所期の制御を維持するように、発振器制御増幅器１９４は 、その反転端子１９４Ａに生じた、増大された電位に応答して発振器供給電流！ ０の減少をもたらすであろう。この増大された電位は、増大された制御電流１ｃ の関数である。

そのような調節は、通常の条件下での送信機７７の動作中、発振器制御増幅器１ ９４によって連続的に行なわれるので、事実上はぼ一定の制御電流レベルが維持 され、感知された圧力差に比例する送信機出力が提供される。

しかし、発振回路２０１の所期の制御が失なわれると、発振器出力に望ましくな い変化が引き起こされ、検出されるべき圧力差を実質的に表わさないセンサ出力 および送信機出力がもたらされるようになる。所期の制御のそのような喪失は、 例えば、これらに限られる訳ではないが、変圧器２００１発振制御増幅器１９４ 、検出コイル１４０および整流ダイオード１４６等の励起手段８４またはセンサ ８８を構成する構成素子の欠陥、ならびに、検出セル１４０を、セルの通常の動 作範囲を超える動作条件、例えば、過大圧力にさらすことに起因して生じる可能 性がある。

例えば、コンデンサ・プレート１４０Ｂが配置されている検出セル１４０の凹状 壁に接して検出ダイヤフラム１４０Ａが押圧される（ｂｏｔｔｏｍ　ｏｕｔ）は どに、第２の圧力Ｐ２が第１の圧力Ｐ　よりも十分に大きいときの送信機７７の 動作を考えてみる。

各々の可変コンデンサＣおよびＣ２の容量は検出ダイヤフラム１４０Ａとそれぞ れのコンデンサ・プレート１４０Ｂおよび１４０Ｃの間の間隔に逆比例するので 、過大圧力条件下で、検出ダイヤフラムが検出セル１４０の一方の側に押圧接触 されることは、屈曲を受ける可変コンデンサに大きな容量値を生じる可能性があ り、またときには、検出ダイヤフラムと隣接コンデンサ・プレートの間に短絡が 発生する可能性がある。そして、このような過大圧力条件は制御電流１ｃを大幅 に増大させることがある。

そのような過大圧力条件に起因して生じる制御電流１ｃは、それに応答して発振 器制御増幅器１９４によってなされる発振器供給電流工６の減少が、発振回路２ ０１を所期の周波数で駆動するのには不十分な発振器供給電流１ｏＬか発生させ なくなるほど、十分に大きくなる可能性がある。

その結果、発振回路２０１は、その周波数および振幅が減少された発振器出力を 生じるような、望ましくない共振周波数のモードに移行し、それによって、発振 回路２０１の所期の制御を維持するのに必要とされるレベル以下に制御電流Ｉｃ を減少させる可能性がある。発振器出力のそのような望ましくない変化はセンサ 出力にエラーを生じさせ、検出されているパラメータを実質的に表わさない送信 機出力を発生する恐れがある。

本発明によれば、送信機７７はさらに、ノード２１１における制御電流Ｉｃを表 わす電位に、線８９Ｂを介して結合されたしきい値検出手段１００を備える。し きい値検出手段１００は抵抗器１０２，１０４，１０６，１０８および１１０、 コンデンサ１１２、増幅器１１４、トランジスタ１１６および１１８から成る。

発振器出力の関数である制御電流Ｉｃの実際の値を表わす電位が、線８９Ｂを介 して増幅器１１４の非反転入力端子１１４Ｂに結合されている。

抵抗器１０２および１０４は直列に接続され、固定電位を増幅器１１４の反転入 力端子１１４Ａに供給する抵抗分圧器を形成する。固定電位は、望ましくない制 御電流値に対応する予定のしきい値を形成する。増幅器１１４は差動増幅器とし て動作し、その非反転端子１１４Ｂに与えられた電位を、その反転端子１１４Ａ に与えられた電位と比較し、そのような比較の結果を表わす出力を発生する。

動作時に、例えば、非反転端子１１４Ｂに供給されるような実際の制御電流値が 、反転端子１１４Ａに供給されるような予定のしきい値を超えることが検出され たときは、発振回路２０１の所望の制御が維持され、大きな増幅器出力値が生じ ていることを示す。しかし、そのような予定のしきい値に等しいか、またはそれ よりも小さい実際の制御電流値が検出されたときは、励起手段８４またはセンサ ８８の回路故障状態、または過大圧力状態等のため、所望の発振回路制御がもは や維持できない状態であることを示し、小さな増幅器出力が発生される。

したがって、増幅器１１４の出力は、所望の発振回路制御のそのような喪失に応 じて引き起こされる発振器出力の望ましくない変化の発生を表わす。

好ましい実施例では、抵抗器１０６．１０８および１１０、コンデンサ１１２、 およびトランジスタ１１６および１１８は、増幅器１１４の出力をレベル・シフ トするための手段を構成するように、互いに接続され、しきい値検出手段１００ により、線１０１を介して出力手段９０に供給される検出出力を、マイクロコン ピュータ９８の入力要求に適合させる。

所望の発振回路制御が維持される動作の間、例えば、増幅器１１４によって供給 される高（レベル）出力値はトランジスタ１１６および１１８をオンにバイアス しないので、マイクロコンピュータ９８の入力要求に適合する高論理レベルを有 する検出器出力値を発生するように、抵抗器１１０によってレベル・シフトが行 なわれる。

しかし、所望の発振器回路制御の喪失の検出に続いては、同禄にマイクロコンピ ュータ９８と適合する低論理レベルを有する選択された検出器出力値を発生する ように、低い増幅器出力カルベル・シフトされる。検出器出力はコンデンサ１１ ２によって平滑化される。そのようなレベル・シフトは、例えば、しきい値検出 手段１００およびマイクロコンピュータ９８が、異なる電位を有する電源から付 勢されることを可能にする。マイクロコンピュータ９８はさらに、選択された出 力値に応答する手段を備えるので、そのような望ましくない発振器出力の変化を 表わす明確な送信機出力が出力手段９０によって発生される。

送信機７７によって供給される明確な送信機出力は、例えば、予定の送信機出力 範囲の上または下の予定レベル、例えば、４−２０ミリアンペアのループ電流よ り６大きいか、または小さい電流レベルへのループ電流のシフトであることがで きる。

好ましい実施例では、例えば、明確な送信機出力は、検出ダイヤフラム】４０Ａ をコンデンサ・プレート１４０Ｂに対して押圧接触させることによって引き起こ される正の過大圧力から生じる、発振器出力の望ましくない変化を表わす２０． ８ミリアンペアのループ電流、および、検出ダイヤフラムをコンデンサ・プレー ト１４０Ｃに対して抑圧接触させることによって引き起こされる負の過大圧力か ら生じる、発振器出力の望ましくない変化を表わす３．９ミリアンペアのループ 電流から成ることができる。

好ましい実施例と関連して本発明を説明したが、本発明の精神および範囲から逸 脱することなく、形式および細部において変更を行なうことができることを当業 者は認識するであろう。

国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．検出すべきパラメータを表わす送信機出力を供給するための２線式電流送信 機において、 パラメータに応答するセンサおよび、センサに結合されて、センサを励起するた めの励起出力を供給するための励起手段を有し、励起出力および検出されるべき パラメータの関数として変化するセンサ出力を供給する検出手段と、センサ出力 に結合されて、センサ出力の関数である送信機出力を２線式線路に供給する出力 手段と、少なくとも１つの予定しきい値を有し、送信機出力がさらに励起出力の 望ましくない変化を表わすように、その出力をセンサ出力およびしきい値の関数 として上記出力手段に供給する、センサ出力に結合されたしきい値検知手段とを 具備した２線式電流送信機。
2. ２．上記検出手段は、励起出力がセンサ出力の関数として変化するように、セン サ出力を上記励起手段にフィードバックするための手段をさらに備えた請求の範 囲１の送信機。
3. ３．望ましくない変化は少なくとも１つの予定センサ出力値に応答して発生され 、しきい値は予定のセンサ出力値を表わす請求の範囲２の送信機。
4. ４．上記しきい値検知手段は、センサ出力としきい値を比較し、この比較の関数 として検知出力を供給する手段を備えた請求の範囲３の送信機。
5. ５．上記出力手段は上記しきい値検知手段に結合されており、また選択された検 知手段出力値を表わす明確な送信機出力を供給するための手段を含む請求の範囲 ４の送信機。
6. ６．上記励起手段は、時間と共に変化する発振器出力を供給してセンサを励起す るための発振手段を備えた請求の範囲３の送信機。
7. ７．上記フィードバック手段はさらに、センサ出力および発振手段に結合されて 、発振器出力をセンサ出力の関数として制御する制御手段を備えた請求の範囲６ の送信機。