JPH05166093A - 2線式伝送器 - Google Patents

2線式伝送器

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JPH05166093A
JPH05166093A JP33216291A JP33216291A JPH05166093A JP H05166093 A JPH05166093 A JP H05166093A JP 33216291 A JP33216291 A JP 33216291A JP 33216291 A JP33216291 A JP 33216291A JP H05166093 A JPH05166093 A JP H05166093A
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JP
Japan
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voltage
output
current
circuit
terminal
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JP33216291A
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English (en)
Inventor
Toshiyuki Miyata
敏幸 宮田
Ichizo Ito
一造 伊藤
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2線式伝送器を動作させる最小動作電圧を低
下させることができるように改良された2線式伝送器を
提供するにある。 【構成】 端子電圧V01の最小値を低下できるようにす
るための構成として、負荷側から出力端を介して伝送電
流の供給を受けると共に物理量を測定してこれに対応す
るように先の伝送電流を変換して先の負荷側に伝送する
2線式伝送器において、検出された先の伝送電流に対し
て逆関数関係になるような制御電圧を出力する可変レギ
ュレータと、先の制御電圧が入力されこの制御電圧に対
する入力電流との関係が逆関数関係にあり出力電圧を常
に一定に制御する定電圧回路とを具備し、先の出力端の
端子電圧を先の伝送電流にかかわらずほぼ一定に保持す
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷側から出力端を介
して伝送電流の供給を受けると共に物理量を測定してこ
れに対応するように伝送電流を変換して負荷側に伝送す
る2線式伝送器に係り、特に、この2線式伝送器を動作
させる最小動作電圧を低下させることができるように改
良された2線式伝送器に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の2線式伝送器の構成を示す
構成図である。10は負荷側に設けられた直流電源であ
り、この直流電源10に直列に負荷抵抗11が接続さ
れ、これらで構成された直列回路は、端子T1、T2、
伝送線L1、L2を介して2線式伝送器12の出力の端
子T1’、T2’にそれぞれ接続されている。
【0003】この端子T1’、T2’にはダイオードD
1、トランジスタQ1、抵抗R1、帰還抵抗R2が直列
に接続されている。ダイオードD1のカソードとトラン
ジスタQ1のコレクタとの接続点Aと、抵抗R1と帰還
抵抗R2との接続点Bとの間には抵抗R3とツエナダイ
オードD2との直列回路が接続されている。
【0004】さらに、抵抗R3の両端にはトランジスタ
2のコレクタとベースが接続されそのエミッタとツエ
ナダイオードD2のカソードとの間に1次電圧V1を得
ている。1次電圧V1は増幅器13を付勢しこの増幅器
13の出力でトランジスタQ 1のベース電圧を制御す
る.
【0005】この増幅器13の入力端には、1次電圧V
1で付勢された信号処理回路14の出力が印加されると
共に帰還抵抗R2の両端に発生する帰還電圧Vf1が印加
され、センサ側とはこれにより絶縁される。
【0006】また、この1次電圧は直流的に絶縁してセ
ンサ側の信号処理回路17を付勢するための直流電圧V
d1を供給する電源回路16に印加されている。その入力
端子はT3、T4、出力端子はT5、T6である。
【0007】この信号処理回路17の入力端には、例え
ば測定流量に対応して発生するカルマン渦の数をこれに
対応する電圧信号に変換するセンサ18からの渦信号が
印加されている。
【0008】次に、以上のように構成された2線式伝送
器の動作についてその概要を説明する。測定流量に対応
してセンサ18で発生した渦信号は信号処理回路17で
ノイズなどが除去されて絶縁回路15に供給される。絶
縁回路15ではこの信号処理回路17のアナログ出力を
パルス信号に変換してトランスを介して直流的に絶縁
し、これを再び電圧信号に変換して信号処理回路14に
出力する。
【0009】増幅器13はこの信号処理回路14の出力
と帰還電圧Vf1との偏差を演算してその出力電圧でトラ
ンジスタQ1のベース電流を制御して、出力電流I0が信
号処理回路14の出力に一致するように制御する。出力
電流I0は、例えば0%が4mAで100%が20mA
になるように選定されている。
【0010】一方、この出力電流I0の一部4mAで2
線式伝送器12の回路電源を賄うこととなるが、この電
源は電源回路16で負荷11側とセンサ18側とを直流
的に絶縁して回路で使用する直流電圧Vd1を提供する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成による従来の2線式伝送器は、これを動作させ
るための端子T1’、T2’間の端子電圧V01の最小値
として一般的に12V程度が必要であり、これに負荷抵
抗11として一般に250Ωの抵抗値が選定されるので
ここでの電圧降下が1〜5V、さらに伝送線L1、L2
のライン抵抗によるドロップ電圧があり、直流電源10
はこれ等の合計の電圧として17V以上の電圧を必要と
する。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、端子電圧V01
の最小値を低下できるようにするための構成として、負
荷側から出力端を介して伝送電流の供給を受けると共に
物理量を測定してこれに対応するように先の伝送電流を
変換して先の負荷側に伝送する2線式伝送器において、
検出された先の伝送電流に対して逆関数関係になるよう
な制御電圧を出力する可変レギュレータと、先の制御電
圧が入力されこの制御電圧に対する入力電流との関係が
逆関数関係にあり出力電圧を常に一定に制御する定電圧
回路とを具備し、先の出力端の端子電圧を先の伝送電流
にかかわらずほぼ一定に保持するようにしたものであ
る。
【0013】
【作 用】可変レギュレータは2線式伝送器から負荷側
に伝送する伝送電流に対して逆関数関係になるような制
御電圧を出力する。定電圧回路はこの制御電圧が入力さ
れこの制御電圧に対する入力電流との関係が逆関数関係
にあって出力電圧を常に一定に制御する。これにより、
先の出力端の端子電圧を先の伝送電流にかかわらず所定
の最小電圧に一定に保持する。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて説
明する。図1は本発明の1実施例の構成を示す構成図で
ある。なお、図6に示す従来の2線式伝送器と同一の機
能を有する部分には同一の符号を付して適宜にその説明
を省略する。
【0015】20は負荷側に設けられた直流電源であ
り、この直流電源20に直列に負荷抵抗11が接続さ
れ、これらで構成された直列回路は、端子T1、T2、
伝送線L1、L2を介して2線式伝送器21の出力の端
子T1’、T2’にそれぞれ接続されている。そして、
この出力電流I0は4mA〜20mAの範囲で流され、
このうち最小の4mAの出力電流I0で2線式伝送器2
1の電源が賄われる。
【0016】この端子T1’、T2’には、トランジス
タQ3のエミッタ・ベース、トランジスタQ4のコレクタ
・エミッタ、及び帰還抵抗R2がそれぞれ直列に接続さ
れている。このトランジスタQ3のコレクタと、トラン
ジスタQ4と帰還抵抗R2の接続点Cとの間には負荷2
2が接続され、これらの両端には電圧V2が発生してい
る。
【0017】演算増幅器Q5の反転入力端(−)は共通
電位点COMに接続され、その非反転入力端(+)には
帰還抵抗R2に発生した帰還電圧Vf1が抵抗R4を介し
て印加されている。そして、演算増幅器Q5の出力端に
発生する制御電圧VC1はそれぞれ負荷22とトランジス
タQ4のベースに印加され、これ等の内部抵抗を変化さ
せる。
【0018】可変レギュレータ23には、電源電圧とし
て電圧V2が印加され、更に帰還抵抗R2で検出された
出力電流I0に対応する帰還電圧Vf1が印加され、その
出力端に帰還電圧Vf1に対応する電圧V3と電流I3を出
力する。
【0019】この可変レギュレータ23の入力電圧であ
る帰還電圧Vf1に対応する出力電流I0と、出力電圧と
しての電圧V3との関係は、後述するように逆関数関係
になるように構成されている。つまり、出力電流I0
4mAから20mAに増加するにつれて電圧V3が順次
に低下する関係になっている。
【0020】この電圧V3は、定電圧回路24の入力端
T7、T8に印加され、ここで直流的に絶縁してその出
力端T7’、T8’に定電圧Vd1として出力され、端子
T9、T10を介して信号処理回路25に電源電圧とし
て供給される。この定電圧回路24は端子T1’、T
2’に定電圧Vd1として出力するが、この場合にこの入
力端T7、T8の電圧V3と電流I3との関係は、後述す
るように逆関数関係になるように構成されている。
【0021】信号処理回路25の内部には、測定すべき
物理量を検出して電気信号に変換するセンサが内蔵され
ており、変換された信号電圧はVS1として出力される。
信号電圧VS1は抵抗R5を介して演算増幅器Q5の非反転
入力端(+)に印加されている。
【0022】次に、以上のように構成された実施例の全
体の動作について説明する。反転入力端(−)が共通電
位点COMに接続された演算増幅器Q5の非反転入力端
(+)には、信号処理回路25のセンサで検出した渦信
号などの物理量に対応する信号電圧VS1と帰還電圧Vf1
とが印加され、これ等の電圧が等しくなるようにトラン
ジスタQ4のベースに制御電圧VC1を印加して、そのコ
レクタ電流を変化させる。
【0023】このコレクタ電流はトランジスタQ3のベ
ース電流を変化させ、その内部抵抗を変えて内部回路で
消費されない電流分をトランジスタなどで構成された負
荷22に流すが、負荷22には同時に制御電圧VC1も直
接印加され共同して電流が流される。このようにして、
信号電圧VS1に対応する出力電流I0を負荷抵抗11に
流す。
【0024】一方、可変レギュレータ23には出力電流
0に対応する帰還電圧Vf1が印加されるが、可変レギ
ュレータ23はこの帰還電圧Vf1に例えば逆比例する様
に電圧V3を制御する。
【0025】したがって、出力電流I0が小さいとき
(4mA)は電圧V3が大きくなるので最小動作電圧が
大きくなり、出力電流I0が大きいとき(20mA)は
電圧V3が小さくなるので最小動作電圧が低くなる。例
えば、出力電流I0が4mAのときは電圧V3が11V、
20mAのときは電圧V3が7Vとなるように変化させ
る。
【0026】また、定電圧回路24の入力端に印加され
る電圧V3とこの入力端に流入する電流I3との関係は、
図2に示す様に例えば逆関数関係にあり、例えば電圧V
3が11Vのときは電流I3が3.2mAであり、電圧V
3が7Vのときは電流I3が5.1mAとなっている。
【0027】なお、V3=7Vのときは電流I3が5.1
mAに増加するが、このときは出力電流I0が20mA
なので問題は生じない。このように、出力電流I0に伴
って内部回路の動作電圧である電圧V3を変化させるこ
とにより、消費電流も変化するが、出力電流I0の変化
範囲に収めることにより正常な動作をする。
【0028】負荷抵抗11(=250Ω)での出力電流
0(=4mA〜20mA)による電圧降下VLが1〜5
Vの変化であり、電圧V3の変化範囲が11V〜7Vで
あることを考慮すると、2線式伝送器21への直流電源
20からの供給電圧VBは最小動作電圧Emin+1Vでよ
い。
【0029】これを総合的に示すと、 出力電流I0 電圧V3 最小動作電圧Emin 電圧降下VL 供給電圧VB 4mA 11V Emin 1V Emin+1 20mA 7V Emin−4 5V Emin+1 となる。なお、一般に最小動作電圧Eminとしては12
V程度必要である。したがって、供給電圧VBとして
は、従来は17V程度必要であったものが、本実施例に
よれば、12+1=13V程度で済むこととなる。
【0030】次に、以上のような特性をもつ可変レギュ
レータ23の内部構成について説明する。ESは基準電
圧であり、演算増幅器Q6の非反転入力端(+)にはこ
の基準電圧ESが抵抗R6を介して、また帰還電圧Vf1
抵抗R7を介してそれぞれ印加されている。
【0031】さらに、その反転入力端(−)には出力端
に発生する電圧V4を抵抗R8とR9とで分圧した分圧電
圧が印加されている。この電圧V4は、コレクタに電圧
2が印加されたトランジスタQ7のベースに印加され、
その内部抵抗を制御してエミッタに電圧V3を発生さ
せ、定電圧回路24に出力される。
【0032】演算増幅器Q6は、基準電圧ESと帰還電圧
f1とを加算してその出力端に電圧V4として出力す
る。つまり、出力電流I0が増加すると共通電位点CO
Mに対して負の電圧が増加する形となるので、電圧V4
が減少しトランジスタQ7の内部抵抗を増加させ、定電
圧回路24の入力端に印加される電圧V3を低下させ
る。従って、可変レギュレータ23の出力電流I0に対
する電圧V3の関係は逆関数関係の特性を有する。
【0033】つぎに、定電圧回路24の内部構成につい
て図3を用いて説明する。端子T7とT8との間には
可変レギュレータ23から出力された電圧V3が印加さ
れている。この電圧V3は抵抗R10とツエナダイオード
3との直列回路に印加され、これ等の接続点に基準電
圧VS2を発生させ、この基準電圧VS2は偏差増幅器Q8
の非反転入力端(+)に印加される。
【0034】また、絶縁トランス26は、1次巻線N
1、電圧検出巻線Nv、帰還巻線Nf、2次巻線N2が
それぞれコアなどに巻回されて磁気的に結合されて作ら
れている。1次巻線N1の一端は端子T7に接続され、
その他端はトランジスタQ9のコレクタに接続されてい
る。
【0035】トランジスタQ9のエミッタは、端子T8
に接続されるとともに電圧検出巻線Nvと帰還巻線Nf
の各一端にそれぞれ接続されている。電圧検出巻線Nv
の他端は整流ダイオードD4と抵抗R11の直列回路を介
してトランジスタQ9のベースに接続されている。これ
らの整流ダイオードD4と抵抗R11の各両端にはスピー
ドアップ用のコンデンサC1、C2が並列に接続されてい
る。
【0036】また、帰還巻線Nfの他端には、帰還ダイ
オードD5のカソードが接続され、そのアノードはコン
デンサC3と抵抗R11との並列回路を介して端子T8に
接続されると共に偏差増幅器Q8の反転入力端(−)に
接続されている。この偏差増幅器Q8の出力端の電圧に
よりトランジスタQ9のベース電流を制御する。
【0037】更に、2次巻線N2に発生した電圧は出力
ダイオードD6とコンデンサC4との直列回路に印加さ
れ、このコンデンサC4の両端に得られた電圧は、端子
T7、T8を介して定電圧Vd1として取り出され、ここ
に信号処理回路25の電源端が接続される。
【0038】つぎに、以上のように構成された電源回路
の動作について説明する。偏差増幅器Q8は帰還電圧V
f2と基準電圧VS2との偏差を増幅するが、Vf2>VS2
ときは偏差増幅器Q8の出力電圧を下げて帰還電圧Vf2
を低下させ、Vf2<VS2のときは偏差増幅器Q8の出力
電圧を上げて帰還電圧Vf2を上げて、Vf2=VS2になる
ように制御する。
【0039】このように、帰還電圧Vf2が一定電圧に制
御されるので、出力電圧である定電圧Vd1も一定に制御
されることとなる。この場合、基準電圧VS2は1次電圧
3に依存しないので、定電圧Vd1も1次電圧V3に依存
しない。ここで、帰還ダイオードD5の順方向の電圧降
下をVd5、出力ダイオードD6の順方向の電圧降下をV
d6とすると、定電圧Vd1は、 Vd1=(Vf2+Vd5)X(N2/Nf)−Vd6 (1) で表わせる。しかし、このままでは、定電圧Vd1は帰還
ダイオードD5の順方向の電圧降下Vd5と出力ダイオー
ドD6の順方向の電圧降下Vd6の温度による変化を受け
ることとなる。
【0040】一方、偏差増幅器Q8によりVf2=VS2
る関係に電圧制御がなされることを考慮すると、(1)
式は Vd1=(VS2+Vd5)X(N2/Nf)−Vd6 (2) となる。そこで、帰還ダイオードD5の順方向の電圧降
下Vd5の温度変化(1+βd5Δt)をαd5、出力ダイオ
ードD6の順方向の電圧降下Vd6の温度変化(1+βd6
Δt)をαd6、ツエナダイオードD3の温度変化(1+
βd3Δt)をαd3とする(βd5、βd6、βd3は温度係
数)と、 (VS2+Vd5)X(N2/Nf)−Vd6 =(αd3f2+αd5d5)X(N2/Nf)−αd6d6 (3) の関係を得る。但し、左辺は基準状態、例えば20°C
の状態である。
【0041】この関係から、 (N2/Nf) =[(αd6−1)Vd6]/[(αd3−1)VS2+(αd5−1)Vd5] (4) となる。
【0042】従って、この(4)式の関係を満足するよ
うに、巻数N2とNfを選定することにより、温度の影
響を受けない安定な定電圧Vd1を得ることができる。こ
のような定電圧回路25は、端子T7’とT8’に接続
される信号処理回路25の消費電流は最大値が一定に保
持されているので、信号処理回路25のエネルギ収支の
最大値はほぼ一定とみなせる。
【0043】このため、入力の端子T7とT8に印加さ
れる電圧V3が増大するときは、端子T7とT8に流入
する電流I3を減少させながら信号処理回路25に印加
する電圧を一定に保持する特性となる。つまり、電流I
3に対する電圧V3の関係が逆関数関係となる特性とな
る。
【0044】図4は可変レギュレータより出力側を示す
本発明の他の部分実施例の構成を示す。この実施例で
は、図1に示すような出力電流I0に対してリニアに出
力電圧を変化させるものではなく、あるレベルで段階的
に変える回路構成としたものである。図において27、
28は基準電圧源であり、この基準電圧源27、28か
ら基準電圧VS3、VS4が比較器Q10、Q11の入力の一端
に印加され、その他端には帰還電圧Vf2がそれぞれ印加
されている。
【0045】一方、偏差増幅器Q6の出力端と反転入力
端(−)との間には、抵抗R12、R1 3、R14が直列に接
続され、これ等の抵抗のうち抵抗R12、R13にはそれぞ
れ並列にスイッチSW1、SW2が接続され、比較器
10、Q11の出力で開閉される。また、反転入力端
(−)と共通電位点COMとの間には、抵抗R15が接続
され、抵抗R12、R13、R14と共同して偏差増幅器Q6
増幅度を変更する。これにより、帰還電圧Vf2、つまり
出力電流I0の大きさがこれに対応する基準電圧VS3
S4に達することにより自動的に偏差増幅器Q6の増幅
度が段階的に変更され、これにともない出力電圧が段階
的に変更される。
【0046】図5は出力段の構成を変更した本発明の他
の部分実施例の構成を示す。端子T 1’、T2’の間には
トランジスタQ12と帰還抵抗R2とが直列に接続され、
このトランジスタQ12のベースは増幅器Q13からの出力
電圧で制御される。このような構成にすると、図11に
示す負荷22を省略することができる。
【0047】なお、出力電流I0を帰還抵抗により直接
検出する構成として説明したが、これに限らず、この出
力電流I0に関連する信号があれば、この信号を用いる
ようにしてもよい。
【0048】
【発明の効果】以上、実施例と共に具体的に説明したよ
うに本発明によれば、2線式伝送器から負荷側に伝送す
る伝送電流に対して逆関数関係になるように可変レギュ
レータから定電圧回路に制御電圧を出力し、この定電圧
回路はこの制御電圧に対する入力電流との関係が逆関数
関係にあって出力電圧を常に一定に制御するようにした
ので、回路の最小動作電圧に所定の電圧を加えた低い端
子電圧で伝送電流の全信号範囲をカバーすることができ
る。逆に、従来の供給電圧を用いるならば、2線式伝送
器の最小動作電圧を大きくすることもでき、また回路で
使用できる電圧に余裕が生じることから、例えばバック
ライト付きのLCD表示器等を装備することができ、回
路設計の自由度が増加する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例の構成を示す構成図である。
【図2】図1に示す定電圧回路の入力端の特性を示す特
性図である。
【図3】図1に示す定電圧回路の回路の詳細を示す回路
図である。
【図4】可変レギュレータより出力側を示す本発明の他
の部分実施例の構成を示す構成図である。
【図5】出力段の構成を変更した本発明の他の部分実施
例の構成を示す。
【図6】従来の2線式伝送器の構成を示す構成図であ
る。
【符号の説明】
10、20 直流電源 11 負荷抵抗 12、21 2線式伝送器 16 電源回路 17、25 信号処理回路 18 センサ 23 可変レギュレータ 24 定電圧回路 26 絶縁トランス 27、28 基準電圧源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負荷側から出力端を介して伝送電流の供給
    を受けると共に物理量を測定してこれに対応するように
    前記伝送電流を変換して前記負荷側に伝送する2線式伝
    送器において、検出された前記伝送電流に対して逆関数
    関係になるような制御電圧を出力する可変レギュレータ
    と、前記制御電圧が入力されこの制御電圧に対する入力
    電流との関係が逆関数関係にあり出力電圧を常に一定に
    制御する定電圧回路とを具備し、前記出力端の端子電圧
    を前記伝送電流にかかわらずほぼ一定に保持するように
    したことを特徴とする2線式伝送器。
JP33216291A 1991-12-16 1991-12-16 2線式伝送器 Pending JPH05166093A (ja)

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