JPH0745839Y2

JPH0745839Y2 - 二線式信号処理回路

Info

Publication number: JPH0745839Y2
Application number: JP1528288U
Authority: JP
Inventors: 忠次秋山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1988-02-08
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2003-02-08
Also published as: JPH01120296U

Description

【考案の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本考案は、二線を介して伝送される電流信号を用いて回
路電源と共にこの電流信号を処理してこの電流信号に対
応した出力を出す二線式信号処理回路に係り、特にこの
電流信号が小さいときに生じる誤動作を防止するように
した二線式信号処理回路に関する。

〈従来の技術〉第６図は従来のこの種の二線式信号処理回路の構成を示
すブロック図である。

10は調節計などの二線式計器であり、この二線式計器10
はその内部に信号に応じて変化する可変の電流信号Ｉを
供給する電流源CCが内蔵されている。この電流信号Ｉは
例えば４〜20mAの統一信号とされ、出力端子T₁、T₂を介
して出力される。

11は信号処理回路であり、二線式計器10から伝送される
電流信号Ｉを入力端T₃、T₄を介して受信し、この電流信
号Ｉを用いて電源回路12により回路電圧Vbを作り、さら
に電源回路12に並列に接続された演算回路13により電流
信号Ｉに対応した信号処理をして、例えば弁を開閉する
開閉信号或いは圧力などを発生させる出力信号Voとして
出力端T₅を介して出力する。

入力端T₃とT₄との間にはトランジスタQ₁と抵抗R_Lとの直
列回路が接続され、トランジスタQ₁のコレクタとエミッ
タとの間に回路の電源電圧Vbが発生している。

電源回路12はトランジスタQ₁、抵抗R₁、R₂、基準電源E
_PS、および演算増幅器Q₂などで構成されている。電源電
圧Vbは抵抗R₁、R₂で分圧されてその分圧電圧が演算増幅
器Q₂の非反転入力端（＋）に印加され、一方その反転入
力端（−）には基準電源Epsから基準電圧Esが印加さ
れ、この分圧電圧が基準電圧E_PSに等しくなるように出
力端の電圧でトランジスタQ₁のベースにベース電流を流
す。

すなわち、入力端T₃とT₄に流れる電流信号Ｉによるエネ
ルギーのうち演算回路13などで消費するエネルギー以外
をトランジスタQ₁で消費させ、回路の電源電圧Vbを一定
に保つ。

なお、抵抗R_Lは電流信号Ｉを検出する検出抵抗であり、
この抵抗で検出された信号は演算回路13に供給された所
定の演算が実行される。

ところで、入力端から供給される電流信号Ｉがある一定
の値Ｉ（min）以下ではトランジスタQ₁のコレクタに電
流が流れない。このためトランジスタQ₁での制御が出来
ず、電源電圧Vbは一定にならない。この様な状態で演算
回路13を動作させると、素子の動作範囲から外れている
ので、予期しない動作、例えば誤って弁を全開にする場
合があり、この影響は大きい。

そこで、通常は電源電圧Vbがある値Vb（min）に達して
から初めて演算回路13が起動されるように第６図に示す
ように動作保護回路14が設けられている。

この動作保護回路14は抵抗R₃、R₄、R₅、演算増幅器Q₃な
どで構成されている。

抵抗R₃とR₄で電源電圧Vbを分圧し、この分圧された分圧
電圧はヒステリシスを持たせるために抵抗R₅で正帰還さ
れた演算増幅器Q₃の非反転入力端（＋）に印加され、そ
の他端に印加された基準電圧Esと比較されてこの基準電
圧Esを越えたらハイレベルＨを出力して正常、越えなけ
ればローレベルＬを出力して異常とする動作信号Vaを出
力する。

〈考案が解決しようとする課題〉しかしながら、演算回路13に流れる電流は動作保護回路
14と演算回路13とが並列に接続されているので、演算回
路13に流れる電流はこの動作保護回路14の回路状態によ
り異なる。

すなわち、動作信号VaがローレベルＬのとき演算回路13
は非動作状態にあり、このため演算回路13は内部の演算
増幅器とか論理素子などの静的な状態を保持する静的電
流Isを消費しているに過ぎないが、動作信号Vaがハイレ
ベルＨのときは演算回路13は動作状態にあり、このため
静的電流Isに加えて例えば弁などを動作させるめの動的
電流I_Lが加わって消費される。

従って、これ等の動作状態に対する電流信号Ｉと電源電
圧Vbとの関係は第７図に示す様になる。横軸は電流信号
Ｉ、縦軸は電源電圧Vbであり、パラメータとして動作信
号Vaがとられている。

なお、Vb₁（min）、Vb₂（min）はそれぞれ動作保護回路
14の動作電圧であり、これは演算増幅器Q₃で正帰還によ
るヒステリシスによるものである。

いま、電流信号Ｉがゼロから増加して電源電圧が動作電
圧Vb₁（min）に達するまでは動作信号VaはローレベルＬ
であり静的電流Isが流れているが、動作電圧Vb₁（min）
に達する動作信号VaはハイレベルＨになり動的電流I_Lが
加わる。このための電源電圧Vbが低下するが、この場合
に動作電圧Vb₂（min）より低下すると動作信号vaはロー
レベルＬになる。このためまた最初の状態に戻り、動作
電圧Vb₁（min）に達するとハイレベルになり動的電流I_L
が加わる。

この様にして、Va＝ＬとＨの曲線の間を往復する発振動
作が現れ不安定な動作となる問題が生じる。

〈課題を解決するための手段〉この考案は、以上の課題を解決するために、二線を介し
て伝送される電流信号を分流した分流電流を用いて回路
の電源電圧を一定に保つと共に先の電流信号に対応した
信号を演算手段で処理して出力する二線式信号処理回路
において、先の分流電流が先の演算手段の動作により変
動する変動電流幅より大きい第１所定値より増加したこ
とを検出して際の演算手段を動作させ先の分流電流或い
は先の電源電流が先の第１所定値と先の変動電源幅との
差より小さい第２所定値より減少したことを検出して先
の演算手段での演算を停止させる動作保護手段、或いは
先の分流電流が先の演算手段の動作により変動する変動
電流幅より大きい第１所定値より増加したことを検出し
て先の演算手段を動作させ先の電源電流が先の演算手段
が正常動作を維持できる基準電圧である第２所定値より
減少したことを検出して先の演算手段での演算を停止さ
せる動作保護手段を具備するようにしたものである。

〈作用〉動作保護手段は第１所定値と第２所定値との幅を演算回
路が動作を開始するときの電流の変動幅よりも小さい値
に選定されているので、電流信号が小さいときに確実に
演算回路を停止することができ、この結果、二線式信号
処理回路の動作を安定に保持する。

〈実施例〉以下、本考案の実施例について図面に基づいて説明す
る。第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図
である。なお、第６図に示す従来の構成と同一の部分に
は同一の符号を付して適宜にその説明を省略する。

15は信号処理回路であり、電源回路16、演算回路13、お
よび動作保護回路17などから構成されている。

電源回路16はトランジスタQ₁のコレクタと入力端T₃との
間に抵抗R₆が接続されている以外は、電源回路12と同一
の構成である。なお、この抵抗R₆の両端には必要に応じ
て電流変動を緩和するためにコンデンサC₁を並列に接続
しても良く、或いはトランジスタQ₁のコレクタとエミッ
タとの間にコンデンサを並列に接続しても良い。

17は動作保護回路であり、基準電源E_PR、抵抗R₇、R₈、
比較器Q₄、およびインバータQ₁₀などで構成されてい
る。

比較器Q₄の反転入力端（−）と入力端T₃との間には基準
電源E_PRが接続され、その非反転入力端（＋）は抵抗R₆
とトランジスタQ₁のコレクタとの接続点が抵抗R₇を介し
て接続されている。また、比較器Q₄の出力端と非反転入
力端（＋）との間にはヒステリシスを付与するために抵
抗R₈で正帰還がかけられている。この場合に基準電源E
_PRにおける基準電圧E_Rの大きさは、抵抗R₆での動的電流
I_Lによる電圧降下I_LR₆に対してE_R＞I_LR₆の関係によるよ
うに設定されている。また、比較器Q₄の出力端からはイ
ンバータQ₁₀を介して動作信号Va₁が演算回路13に出力さ
れる。

以上の構成において、電源信号Ｉが小さい間は比較器Q₄
の出力の動作信号Va₁はハイレベルＨになっており、演
算回路13はその動作が停止されている。電流信号Ｉが増
加しE_R＞I_CR₆（IcはトランジスタQ₁のコレクタ電流）の
関係になった時点（第１所定値で動作信号Va₁はローレ
ベルＬになり演算回路13が動作を開始する。この場合に
は動的電流I_Lの分だけコレクタ電流Icが減少するが、比
較器Q₄には抵抗R₇、R₈でヒステリシスをかけておりか
つ、E_R＞I_LR₆の関係に基準電圧E_Rを設定しているので、
コレクタ電流Icが小さくなっても演算回路13の動作が停
止することはない。

逆に、電流信号Ｉが減少してコレクタ電流Icが充分に小
さくなると比較器Q₄の出力である動作信号Va₁がハイレ
ベルＨになり（第２所定値）、演算回路13の動作が停止
する。この場合には、コレクタ電流Icが動的電流I_Lの分
だけ増加するが、比較器Q₄には抵抗R₇、R₈でヒステリシ
スをかけておりかつ、E_R＞I_LR₆の関係に基準電圧E_Rを設
定しているので、再び演算回路13の動作が動くことはな
い。

第２図は本考案の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。

この場合はトランジスタの飽和現象を利用して動作保護
をする実施例である。信号処理回路18は電源回路19、演
算回路13、および動作保護回路20などから構成されてい
る。

電源回路19のトランジスタQ₁のベースにはベース抵抗Rb
₁を介して演算増幅器Q₂の出力端からベース電流を流し
ている。

動作保護回路20は、ベース抵抗Rb₂、トランジスタQ₅、
抵抗R₉、およびシュミットゲートQ₆などから構成されて
いる。

トランジスタQ₁のコレクタとエミッタに並列に、コレク
タに抵抗R₉が直列に接続されたトランジスタQ₅が接続さ
れ、そのベースに演算増幅器Q₂の出力端からベース抵抗
Rb₂を介してトランジスタQ₁のベース電流と同じベース
電流を流し、そのコレクタの電位変位をシュミットゲー
トQ₆で検出して動作信号Va₂として演算回路13に供給す
る。

この場合にも第１図に示す電源回路16と同様に必要に応
じて、トランジスタQ₅のコレクタとエミッタの両端にコ
ンデンサを接続して変動するコレクタ電流を安定化して
も良い。

この場合、動的電流I_Lの変化幅に対してトランジスタQ₁
に対するQ₅の飽和電流の幅が大きくなるように、つまり
Q₅はQ₁早く飽和するように、定数を選定しておき、Q₅の
飽和をシュミットゲートQ₆で検出する。

電流信号Ｉが増加すると、最初にトランジスタQ₅が飽和
してそのコレクタ電圧がローレベルＬになるので、これ
をシュミットゲートQ₆が検出して動作信号V_a2をハイレ
ベルＨに反転（第１所定値）させ、演算回路13が動作を
開始する。このとき、動的電流I_Lが流れトランジスタQ₅
のコレクタに流れる電流が減少するが、シュミットゲー
トQ₆に動的電流I_Lにより変化するトランジスタQ₅のコレ
クタ電圧の変化幅を持つヒステリシスが付与されている
ので、演算回路13の動作が停止することはない。

次に、演算回路13の動作状態から電流信号Ｉが減少する
と、トランジスタQ₅が非飽和になり、そのコレクタがハ
イレベルＨに反転する。これをシュミットゲートQ₆が検
出して動作信号V_a2をローレベルＬに反転（第２所定
値）させ、演算回路13は動作を停止する。この場合に
は、コレク電流が動的電流I_Lの分だけ増加するが、シュ
ミットゲートQ₆に動的電流I_Lにより変化するトランジス
タQ₅のコレクタ電圧の変化幅を持つヒステリシスが付与
されているので、再び演算回路13が動作することはな
い。

第３図は本考案の第３の実施例の構成を示すブロック図
を示す。

これはトランジスタを２個用いてヒステリシスを持たせ
るようにしたものである。信号処理回路21は電源回路1
9、演算回路13、および動作保護回路21などから構成さ
れている。

動作保護回路22は、抵抗R₉とトランジスタQ₅との直列回
路に、抵抗R₁₀とトランジスタQ₇との直列回路を並列に
接続し、トランジスタQ₇のベースにはベース抵抗R_b3が
介してトランジスタQ₇のベース電流と同一のベース電流
を流し、トランジスタQ₇のコレクタはシュミットゲート
Q₈を介して、トランジスタQ₅のコレクタは直接にそれぞ
れフリップフロップFFに接続され、このフリップフロッ
プFFの出力端から動作信号Va₃が演算回路13に出力され
る。

この場合、トランジスタQ₅とQ₇のコレクタの抵抗R₁₀とR
₉の値を異なるようにして（例えば、R₁₀＞R₉）、これ等
のトランジスタのベースに同じベース電流を流すことに
よって、トランジスタQ₇はQ₅より電流信号Ｉが小さい値
で飽和させ、これによりヒステリシスを持たせることが
できる。

以上の点について第４図を用いてさらに詳細に説明す
る。

電流信号Ｉが大きくなり、分流電流が演算回路13の動作
により変動する変動電流幅より大きい電流値I₁（第１所
定値）に達すると（第４図（イ））、トランジスタQ₅が
飽和して（第４図（ハ））プリップフロップFFがセット
されてハイレベルＨに（第４図（ニ））なり、逆に電流
信号Ｉが低下して分流電流が第１所定値と変動電流幅Ｗ
との差より小さい電流値I₂（第２所定値）に達したとき
（第４図（イ））にトランジスタQ₇の飽和が解除されて
リセットされ、ローレベルＬになる（第４図（ニ））。
この電流値I₁とI₂との変動電流幅Ｗ（第４図（イ））で
ヒステリシスが実現できる。

なお、抵抗R₉、R₁₀の両端にはコンデンサC₂、C₃を並列
に接続するとコレクタ電流の変動を小さくすることがで
き、安定な検出をすることができる。

第５図は本考案の第４の実施例の構成を示すブロック図
である。この実施例は電源電圧Vbが所定値に減少した時
点を検出して演算回路13の動作を停止させることにした
ものである。

信号処理回路23は電源回路19、演算回路13、および動作
保護回路24などから構成されている。比較器Q₉の非反転
入力端（＋）には電源電圧Vbを抵抗R₁₁、R₁₂で分圧され
た分圧電圧が印加され、その反転入力端（−）には基準
電圧Esが印加されている。フリップフロップFFの入力の
一端にはこの比較器Q₉の出力端からの出力が印加され、
その他端にはトランジスタQ₅のコレクタの電圧が入力さ
れ、その出力端から動作信号Va₄を演算回路13に出力す
る。

第５図において、電流信号Ｉが小さい間は、比較器Q₉の
出力はローレベルＬで、トランジスタQ₅のコレクタ電位
はハイレベルＨとなっているので、フリップフロップFF
の出力はハイレベルＨ、つまり動作信号Va₄はハイレベ
ルＨとなっている。

次に、電流信号Ｉが増大し、電源電圧Vbが大きくなって
比較器Q₉の出力がハイレベルＨになっても、動作信号Va
₄はハイレベルＨを維持したままであるが、動的電流I_L
以上の余裕電流（第１所定値）がトランジスタQ₅に流れ
ると、トランジスタQ₅が飽和しそのコレクタ電位はロー
レベルＬに反転する。この結果、フリップフロップFFの
出力はローレベルＬになり、演算回路13の動作が開始さ
れる。

一方、演算回路13が動作している状態、つまり比較器Q₉
の出力がハイレベルＨ、トランジスタQ₅のコレクタ電位
はローレベルＬ、動作信号Va₄がローレベルＬの状態か
ら、電流信号Ｉが減少し、トランジスタQ₅が非飽和にな
り、ハイレベルＨに反転しても、動作信号Va₄のレベル
は変化しない。

しかし、電源電圧Vbが低下して、抵抗R₁₁とR₁₂で分圧さ
れた分圧電圧が基準電圧Es（第２所定値）以下になる
と、比較器Q₉の出力がローレベルＬになるので、動作信
号Va₄がハイレベルＨに反転して、演算回路13の動作が
停止される。

従って、演算回路13は、電源電圧Vbの低下が動的電流I_L
の減少に優先されて適用されてその動作が停止されるこ
ととなる。このため、比較器Q₉にはヒステリシスはなく
ても充分に広いヒステリシスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１実施例の構成を示すブロック図、第
２図は本考案の第２の実施例を構成を示すブロック図、
第３図は本考案の第３の実施例の構成を示すブロック
図、第４図は第３図に示す実施例の動作を説明する波形
図、第５図は本考案の第４の実施例の構成を示すブロッ
ク図、第６図は従来の二線式信号処理回路の構成を示す
ブロック図、第７図は第６図に示す従来の二線式信号処
理回路の問題点を説明する特性図である。 10…二線式計器、11、15、18、21、23…信号処理回路、
12、16、19…電源回路、13…演算回路、14、17、20、2
2、24…動作保護回路、Vb…電源電圧、Es…基準電圧、
Ｉ…電流信号、Is…静的電流、I_L…動的電流、Va、Va₁
〜Va₄…動作信号。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】二線を介して伝送される電流信号を分流し
た分流電流を用いて回路の電源電圧を一定に保つと共に
前記電流信号に対応した信号を演算手段で処理して出力
する二線式信号処理回路において、前記分流電流が前記演算手段の動作により変動する変動
電流幅より大きい第１所定値より増加したことを検出し
て前記演算手段を動作させ、前記分流電流が前記第１所定値と前記変動電流幅との差
より小さい第２所定値より減少したことを検出して前記
演算手段での演算を停止させる動作保護手段を具備する
ことを特徴とする二線式信号処理回路。
【請求項２】二線を介して伝送される電流信号を分流し
た分流電流を用いて回路の電源電圧を一定に保つと共に
前記電流信号に対応した信号を演算手段で処理して出力
する二線式信号処理回路において、前記分流電流が前記演算手段の動作により変動する変動
電流幅より大きい第１所定値より増加したことを検出し
て前記演算手段を動作させ、前記電源電圧が前記演算手段が正常動作を維持できる基
準電圧である第２所定値より減少したことを検出して前
記演算手段での演算を停止させる動作保護手段を具備す
ることを特徴とする二線式信号処理回路。