JPH0519801A - 電流／圧力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流／圧力変換器をスプリットレンジで使用
したときにも良好な制御が可能になるように改良した電
流／圧力変換装置を提供するにある。 【構成】 複数の電流／圧力変換器で構成され、これ等
は電流信号と帰還信号との偏差を増幅して偏差信号を出
力する偏差増幅器と、この偏差信号と所定の基準電圧と
を制御信号により切り換えて駆動信号を出力する電圧／
電流変換手段と、この駆動信号に対応する空気圧信号を
出力する空気圧変換手段と、この空気圧信号を電気信号
に変換する圧力変換手段と、この電気信号を電流信号の
電流範囲に対応するレンジに変換して帰還信号として出
力するレンジ変換手段と、この電気信号がレンジの電流
最大点と電流最小点を越えたか否かを検出して制御信号
として出力する境界値検出手段とを具備するようにした
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、伝送された電流信号の
互いに異なった電流範囲に対応して選択的に空気圧信号
を出力する複数の電流／圧力変換器を有し選択された前
記空気圧信号を用いて制御対象を制御する電流／圧力変
換装置に係り、特にこの電流／圧力変換器をスプリット
レンジで使用したときにも良好な制御が可能になるよう
に改良した電流／圧力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６はスプリットレンジ用として使用す
る従来の電流／圧力変換器の１例を示すブロック図であ
る。

【０００３】電流／圧力変換器１０には、調節計１１か
ら例えば４〜２０ｍＡなどの統一された電流信号が電流
信号Ｉ_i として２本の伝送線を介して伝送される。そし
て、この電流／圧力変換器１０は給気圧Ｐ_s が供給され
てこの電流信号Ｉ_i に対応する空気圧信号Ｐ₀ に変換す
る。

【０００４】次に、この電流／圧力変換器１０の内部の
構成について説明する。電流信号Ｉ _i は電源回路１２に
供給されてこの電流／圧力変換器１０で付勢される回路
素子の全電源の定電圧Ｅｂが作られる。

【０００５】一方、この電流信号Ｉ_i は電圧信号Ｖ_i に
変換されて偏差増幅器１３で帰還電圧Ｖ_f との偏差が演
算されて電圧／電流変換器１４で駆動電流Ｉ_d に変換さ
れて電磁アクチュエ−タ１５に出力される。

【０００６】電磁アクチュエ−タ１５はこの駆動電流Ｉ
_d に対応する変位信号ＤＳに変換してノズル／フラッパ
機構１６に出力する。ノズル／フラッパ機構１６は給気
圧Ｐ _s が供給されており、変位信号ＤＳをこの変位信号
ＤＳに対応するノズル背圧ＮＢに変換してパイロットリ
レ−１７に出力する。

【０００７】パイロットリレ−１７にも給気圧Ｐ_s が供
給されており、ノズル背圧ＮＢをこのノズル背圧ＮＢに
対応する空気圧信号Ｐ₀ に変換して出力端に出力する。

【０００８】一方、この空気圧信号Ｐ₀ は圧力センサ１
８に供給されてこの空気圧信号Ｐ₀ を対応する電気信号
Ｖ_p に変換される。この電気信号Ｖ_p は、電流信号Ｉ_i
の所定の電流範囲に対応するようにレンジ、ゼロ点が調
整されレンジ変換手段として機能するフイ−バック増幅
器１９を介して帰還電圧Ｖ_f として偏差増幅器１３に出
力される。

【０００９】図７はこのように構成された電流／圧力変
換器をスプリットレンジで使用するときの例を示す構成
図である。この場合は、反応槽の温度を制御する温度制
御を例として説明してある。

【００１０】２０は発熱或いは吸熱のいずれも起こり得
る反応槽である。この中にバルブ２１が取り付けられた
冷水配管２２と、バルブ２３が取り付けられた温水配管
２４とが通してあり、これ等により反応槽２０の温度が
制御される。この反応槽２０の温度は温度測定端２５に
より検出され温度信号Ｔとして調節計２６に出力され
る。調節計２６には設定温度Ｓが設定されており、この
設定温度Ｓと温度信号Ｔとの偏差がゼロになるように調
節計２６は４〜２０ｍＡの統一電流で電流信号Ｉ_i を電
流／圧力変換装置２７に伝送する。

【００１１】電流／圧力変換装置２７は、この場合は説
明を簡単にするために例えば電流／圧力変換器１０Ａと
１０Ｂで構成される簡単な構成として説明する。電流／
圧力変換器１０Ａは測定レンジとゼロ点が電流／圧力変
換器１０Ｂと異なるだけでその他の構成は図６に示す電
流／圧力変換器１０と同じである。

【００１２】電流信号Ｉ_i が４〜２０ｍＡの統一電流で
伝送されたときに、電流／圧力変換器１０Ａは４〜１２
ｍＡで０％〜１００％の空気圧信号Ｐ₀₁（0.2 〜1.0Kgf
/cm ² ）をバルブ２１に出力し、電流／圧力変換器１０
Ｂは１２〜２０ｍＡで０％〜１００％の空気圧信号Ｐ₀₂
（0.2 〜1.0Kgf/cm ² ）をバルブ２３に出力してこれ等
のバルブの開度を制御する。この様に、電流／圧力変換
装置２７は、１台の調節計２６の出力である電流信号Ｉ
_i （４〜２０ｍＡ）の互いに異なった電流範囲（４〜１
２ｍＡ、１２〜２０ｍＡ）によって、２つのバルブ２
１、２３を順次に開閉させていくスプリットレンジとし
て使うことができる。

【００１３】このようなスプリットレンジとして使う場
合には、電流／圧力変換装置２７は、温度信号Ｔが設定
温度Ｓより高いときには冷水配管２２に設けたバルブ２
１を、低いときには温水配管２４に設けたバルブ２３を
操作して１台の調節計で発熱或いは吸熱のいずれも起こ
り得る反応槽２０の温度制御を行なうことができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような電流／圧力変換装置をスプリットレンジとして使
うときには以下に説明する問題がある。図８に示す特性
図を用いてこの問題点について説明する。この電流／圧
力変換装置２７を構成する電流／圧力変換器１０Ａの入
出力特性は図８のＡ特性を、電流／圧力変換器１０Ａの
入出力特性は図８のＢ特性をそれぞれ示している。つま
り、電流／圧力変換器１０Ａは電流信号Ｉ_i が０％以下
に相当する４ｍＡ以下でも空気圧信号Ｐ₀₁が出力され、
また１００％以上に相当する１２ｍＡ以上でも空気圧信
号Ｐ₀₁が出力されている。同様にして、電流／圧力変換
器１０Ａは０％以下に相当する１２ｍＡ以下でも空気圧
信号Ｐ₀₂が出力され、また１００％以上に相当する２０
ｍＡ以上でも空気圧信号Ｐ₀₂が出力されている。

【００１５】したがって、例えば、電流信号Ｉ_i が１２
ｍＡを若干オ−バした電流のときは本来は電流／圧力変
換器１０Ｂの空気圧信号Ｐ₀₂のみが出力されなければい
けないのに電流／圧力変換器１０Ａの空気圧信号Ｐ₀₁も
出力される。これ等の特性は、電流／圧力変換器単体で
使用するときは問題がないが、この様にスプリットレン
ジで使用する場合には、空気圧信号Ｐ₀₁、Ｐ₀₂の双方が
出力される結果として、反応槽２０の正確な温度制御が
できないという問題が発生する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するために、伝送された電流信号の互いに異なった
電流範囲に対応して選択的に空気圧信号を出力する複数
の電流／圧力変換器を有し選択された空気圧信号を用い
て制御対象を制御する電流／圧力変換装置に係り、先の
各電流／圧力変換器は、電流信号と帰還信号との偏差を
増幅して偏差信号を出力する偏差増幅器と、この偏差信
号と所定の基準電圧とを制御信号により切り換えて駆動
信号を出力する電圧／電流変換手段と、この駆動信号に
対応する空気圧信号を出力する空気圧変換手段と、この
空気圧信号を電気信号に変換する圧力変換手段と、この
電気信号を先の電流範囲に対応するレンジに変換して先
の帰還信号として出力するレンジ変換手段と、この電気
信号が先のレンジの電流最大点と電流最小点を越えたか
否かを検出して先の制御信号として出力する境界値検出
手段とを具備するようにしたものである。

【００１７】

【作 用】偏差増幅器は電流信号と帰還信号との偏差を
増幅して偏差信号を出力し、電圧／電流変換手段はこの
偏差信号と所定の基準電圧とを制御信号により切り換え
て駆動信号を出力する。空気圧変換手段はこの駆動信号
に対応する空気圧信号を出力し、圧力変換手段はこの空
気圧信号を電気信号に変換する。そして、レンジ変換手
段はこの電気信号を先の電流範囲に対応するレンジに変
換して先の帰還信号として出力する。

【００１８】また、境界値検出手段はこの電気信号が先
のレンジの電流最大点と電流最小点を越えたか否かを検
出して先の制御信号として出力する。以上のような各電
流／圧力変換器を内蔵する電流／圧力変換装置により、
各スプリットレンジに互いにオ−バラップする部分が除
去されて、制御対象を正確に制御できる電流／圧力変換
装置とすることができる。

【００１９】

【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は本発明の要部を示す電流／圧力変換器の
構成を示すブロック図である。なお、図６に示す従来の
電流／圧力変換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。この場合は、
電流信号Ｉ_i （４〜２０ｍＡ）のうち４ｍＡ（０％）〜
１２ｍＡ（１００％）のスプリットレンジ側を採用する
図７の電流／圧力変換器１０Ａに対応する場合を例にと
って説明する。

【００２０】入力端子Ｔ₁ と入力端子Ｔ₂ との間には、
調節計１１などから電流信号Ｉ_i が伝送され、この入力
端子Ｔ₁ とＴ₂ に電源回路１２と入力抵抗Ｒ_i とが直列
に接続されている。そして、これ等の電源回路１２と入
力抵抗Ｒ_i との接続点は共通電位点ＣＯＭに接続されて
いる。電流信号Ｉ_i は入力抵抗Ｒ_i で入力電圧Ｖ_i に変
換されて偏差増幅器１３の一方の入力端に入力され、他
方の入力端には帰還電圧Ｖ_f が入力され、これ等の偏差
が偏差増幅器１３で演算されてその出力端に偏差電圧Ｖ
_d として出力される。

【００２１】この偏差電圧Ｖ_d は制御電圧Ｖ_c で切り換
えが制御されるスイッチ２８の切換端１に印加され、他
方の切換端２には電源回路１２で作られた電源電圧Ｅ_b
を抵抗Ｒ₁ を介してツエナダイオ−ド２９を介して得た
基準電圧Ｖ_r が印加されている。そして、この基準電圧
Ｖ_r の値は空気圧信号Ｐ₀ が０％に対応する電圧に選定
されている。

【００２２】さらに、スイッチ２８の共通切換端３は電
圧／電流増幅器１４を構成するトランジスタＱ₁ のベ−
スに接続されている。このトランジスタＱ₁ のコレクタ
に流れる駆動電流Ｉ_d で電磁アクチュエ−タ１５を駆動
してノズルフラッパ機構１６のフラッパの変位を制御す
る。このフラッパの変位にともなってこのフラッパに対
向して配置されているノズルのノズル背圧ＮＢを変化さ
せ、これを給気圧Ｐ₀ が供給されたパイロットリレ−１
７で増幅してその出力端に空気圧信号Ｐ₀ を出力する。

【００２３】この空気圧信号Ｐ₀ は圧力センサ１８に出
力され、ここで電気信号Ｖ_p に変換されて更に増幅器２
９で増幅されて電圧Ｖ_n とされる。この電圧Ｖ_n はレン
ジ変換手段として機能する可変増幅器３０の入力端に出
力される。この可変増幅器３０は抵抗Ｒ₂ を変更するこ
とによりスパンを変更することができ、更にゼロ点電圧
Ｖ_z を変更することにより任意にゼロ点を変更してその
出力端に帰還信号Ｖ_f を得て、この帰還信号Ｖ_f を偏差
増幅器１３に出力する。

【００２４】また、電圧Ｖ_n は境界値検出手段として機
能するウインドコンパレ−タ３１に出力される。ウイン
ドコンパレ−タ３１は比較器３２、３３、基準電圧Ｖ_s1
を供給する基準電源３４、Ｖ_s2を供給する基準電源３
５、オアゲ−ト３６とで構成され、その出力端にスイッ
チ２８を切り換える制御電圧Ｖ_c を出力する。

【００２５】比較器３２の反転入力端（−）には基準電
圧Ｖ_s1が、非反転入力端（＋）には電圧Ｖ_n がそれぞれ
印加され、また、比較器３３の非反転入力端（＋）には
基準電圧Ｖ_s2が、反転入力端（−）には電圧Ｖ_n がそれ
ぞれ印加されている。この場合の基準電圧Ｖ_s1は電流信
号Ｉ_i がレンジの電流最大点である１２ｍＡに対応する
電圧に、基準電圧Ｖ_s2は電流信号Ｉ_i がレンジの電流最
小点である４ｍＡに対応する電圧にそれぞれ設定され
る。

【００２６】次に、以上のように構成された図１に示す
回路の動作について図２、図３に示す特性図を用いて説
明する。図２は図７に示す電流／圧力変換器１０Ａ、１
０Ｂに対応する電流／圧力変換器３７Ａ（図１に示す構
成）と３７Ｂを含む電流／圧力変換装置３７の全体の特
性を示すが、図３はこれ等のうち電流／圧力変換器３７
Ａの特性を示している。

【００２７】電流信号Ｉ_i が４ｍＡ以下の場合は、電圧
Ｖ_n はＶ_n ＜Ｖ_s1、Ｖ_s2の関係にあるので、比較器３３
の出力がハイレベル“Ｈ”になり、このためオアゲ−ト
３６の出力電圧である制御電圧Ｖ_c がハイレベル“Ｈ”
になる。この結果、スイッチ２８は切換端２に切り換え
られ基準電圧Ｖ_r がトランジスタＱ₁ のベ−スに印加さ
れて空気圧信号Ｐ₀ は図３に示すように０％に保持され
る。

【００２８】電流信号Ｉ_i が４ｍＡ＜Ｉ_i ＜１２ｍＡの
場合は、電圧Ｖ_n はＶ_s2＜Ｖ_n ＜Ｖ _s1の関係になり、比
較器３２、３３の出力ともロ−レベル“Ｌ”になり、こ
のためオアゲ−ト３６の出力電圧である制御電圧Ｖ_c が
ロ−レベル“Ｌ”になる。この結果、スイッチ２８は切
換端１に切り換えられて図６に示す回路と同様に通常の
動作をする。

【００２９】電流信号Ｉ_i が１２ｍＡ以上の場合は、電
圧Ｖ_n はＶ_s2＜Ｖ_n の関係にあるので、比較器３２の出
力がハイレベル“Ｈ”になり、このためオアゲ−ト３６
の出力電圧である制御電圧Ｖ_c がハイレベル“Ｈ”にな
る。この結果、スイッチ２８は切換端２に切り換えられ
基準電圧Ｖ_r がトランジスタＱ₁ のベ−スに印加されて
空気圧信号Ｐ₀ は図３に示すように０％に保持される。

【００３０】電流／圧力変換器３７Ｂについても同様に
動作するが、この場合は、基準電圧Ｖ_s1は電流信号Ｉ_i
がレンジの電流最大点である２４ｍＡに対応する電圧
に、基準電圧Ｖ_s2は電流信号Ｉ_i がレンジの電流最小点
である１２ｍＡに対応する電圧にそれぞれ設定され、こ
の範囲で動作する点が異なる。

【００３１】以上のように構成される結果、例えば、電
流信号Ｉ_i が１２ｍＡをオ−バした時点では電流／圧力
変換器３７Ｂ側が空気圧信号Ｐ₀を出力し、電流／圧力
変換器３７Ａ側は空気圧信号Ｐ₀ が０％に維持されるこ
ととなる。したがって、図８に示す従来の電流／圧力変
換装置のよう電流信号Ｉ_i が１２ｍＡを若干オ−バした
時点で電流／圧力変換器３７Ａ側からも空気圧信号Ｐ₀
が出力されるようなことはなくなる。

【００３２】図４は本発明の他の実施例の要部を示す要
部構成図である。図１に示す実施例の場合は電流信号Ｉ
_i が１２ｍＡを越えたときに空気圧信号Ｐ₀ を０％に保
持する例として説明したが、図４に示す実施例では図５
に示すように電流／圧力変換器３７Ａが１２ｍＡを越え
たときに空気圧信号Ｐ₀ を１００％に保持する例が示し
てある。

【００３３】この場合は、制御信号Ｖ_c1、Ｖ_c2によって
切換端がセレクトされるセレクタ機能を有するスイッチ
３８が偏差増幅器１３と電圧／電流増幅器１４との間に
接続されている。スイッチ３８の切換端１は偏差増幅器
１３の出力端に、切換端２は基準電圧Ｖ_r1に、切換端３
は基準電圧Ｖ_r2に、共通端４は電圧／電流増幅器１４の
トランジスタＱ₁のベ−スにそれぞれ接続されている。
そして、基準電圧Ｖ_r1は空気圧信号０％相当に、基準電
圧Ｖ_r2に空気圧信号１００％相当にそれぞれ設定されて
いる。

【００３４】また、電圧Ｖ_n は境界値検出手段として機
能するウインドコンパレ−タ３９に出力される。ウイン
ドコンパレ−タ３９は比較器４０、４１、基準電圧Ｖ_s3
を供給する基準電源４２、Ｖ_s4を供給する基準電源４３
とで構成され、その出力端にスイッチ３８を切り換える
制御電圧Ｖ_c1、Ｖ_c2を出力する。

【００３５】比較器４０の反転入力端（−）には基準電
圧Ｖ_s3が、非反転入力端（＋）には電圧Ｖ_n がそれぞれ
印加され、また、比較器４１の非反転入力端（＋）には
基準電圧Ｖ_s4が、反転入力端（−）には電圧Ｖ_n がそれ
ぞれ印加されている。この場合の基準電圧Ｖ_s3は電流信
号Ｉ_i がレンジの電流最大点である１００％に対応する
電圧に、基準電圧Ｖ_s4は電流信号Ｉ_i がレンジの電流最
小点である０％に対応する電圧にそれぞれ設定される。

【００３６】電流信号Ｉ_i が４ｍＡ以下の場合は、電圧
Ｖ_n はＶ_n ＜Ｖ_s3、Ｖ_s4の関係にあるので、比較器４１
の出力がハイレベル“Ｈ”になり、制御電圧Ｖ_c2がハイ
レベル“Ｈ”になる。この結果、スイッチ３７は切換端
２に切り換えられ基準電圧Ｖ _r1がトランジスタＱ₁ のベ
−スに印加されて空気圧信号Ｐ₀ は図５に示すように０
％に保持される。

【００３７】電流信号Ｉ_i が４ｍＡ＜Ｉ_i ＜１２ｍＡの
場合は、電圧Ｖ_n はＶ_s4＜Ｖ_n ＜Ｖ _s3の関係になり、比
較器４０、４１の出力ともロ−レベル“Ｌ”になり、こ
のため制御電圧Ｖ_c1、Ｖ_c2共にロ−レベル“Ｌ”にな
る。この結果、スイッチ３８は切換端１に切り換えられ
て図１に示す回路と同様に通常の動作をする。

【００３８】電流信号Ｉ_i が１２ｍＡ以上の場合は、電
圧Ｖ_n はＶ_s4＜Ｖ_n の関係にあるので、比較器４０の出
力がハイレベル“Ｈ”になり、このため制御電圧Ｖ_c1が
ハイレベル“Ｈ”になる。この結果、スイッチ３８は切
換端３に切り換えられ基準電圧Ｖ_r3がトランジスタＱ₁
のベ−スに印加されて空気圧信号Ｐ₀ は図５に示すよう
に１００％に保持される。

【００３９】なお、以上の実施例では電流信号を空気圧
信号に変換する電流／圧力変換装置として説明したが、
この空気圧信号によりバルブを駆動しその開度を変位／
電気変換手段を介して電気信号に変換し、これを電圧Ｖ
_n として帰還するようにすれば直接バルブを制御させる
ことができる。

【００４０】

【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、所定のレンジを越えたときに０％
或いは１００％を保持するように電流／圧力変換装置を
構成する各電流／圧力変換器を構成したので、この電流
／圧力変換装置をスプリットレンジで使用する場合に、
複数の空気圧信号が同時に出力されることがなく、この
ため例えば反応槽の温度制御などを正確に実行すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例の構成の要部を示す要部ブロ
ック図である。

【図２】本発明の全体構成の特性を示す全体特性図であ
る。

【図３】図１に示す要部実施例の特性を示す特性図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例の構成の要部を示す要部ブ
ロック図である。

【図５】図４に示す実施例の特性を示す特性図である。

【図６】従来の電流／圧力変換器の構成を示すブロック
図である。

【図７】図６に示す電流／圧力変換器を２個用いてスプ
リットレンジとして使用する場合を示す計裝例を示すブ
ロック図である。

【図８】図７に示すスプリットレンジの構成の問題点を
説明する特性図である。

【符号の説明】

１０ 電流／圧力変換器 １０Ａ、１０Ｂ 電流／圧力変換器 １１、２６ 調節計 １３ 偏差増幅器 １４ 電圧／電流増幅器 １５ アクチュエ−タ １６ ノズル／フラッパ機構 １７ パイロットリレ− １８ 圧力センサ ２０ 反応槽 ２２ 温水配管 ２３ 冷水配管 ２７ 電流／圧力変換装置 ２８ スイッチ ３０ 可変増幅器 ３１ ウインドコンパレ−タ ３２、３３ 比較器 Ｖ_r 、_Ｖr1、Ｖ_r2、Ｖ_s1、Ｖ_s2、Ｖ_s3、Ｖ_s4 基準電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西島 剛志 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 久保田 龍作 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 翠川 稔 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 笠原 康男 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内 (72)発明者 井上 晃 東京都武蔵野市中町２丁目９番32号 横河 電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝送された電流信号の互いに異なった電流
   範囲に対応して選択的に空気圧信号を出力する複数の電
   流／圧力変換器を有し選択された前記空気圧信号を用い
   て制御対象を制御する電流／圧力変換装置において、前
   記各電流／圧力変換器は、 前記電流信号と帰還信号との偏差を増幅して偏差信号を
   出力する偏差増幅器と、この偏差信号と所定の基準電圧
   とを制御信号により切り換えて駆動信号を出力する電圧
   ／電流変換手段と、この駆動信号に対応する空気圧信号
   を出力する空気圧変換手段と、この空気圧信号を電気信
   号に変換する圧力変換手段と、この電気信号を前記電流
   範囲に対応するレンジに変換して前記帰還信号として出
   力するレンジ変換手段と、この電気信号が前記レンジの
   電流最大点と電流最小点を越えたか否かを検出して前記
   制御信号として出力する境界値検出手段とを具備するこ
   とを特徴とする電流／圧力変換装置。
2. 【請求項２】前記空気圧信号によりバルブを駆動しその
   開度を変位／電気変換手段を介して前記電気信号とする
   特許請求の範囲第１項に記載された電流／圧力変換装
   置。