JPS5932840B2 - 電流送信機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、入力信号の平方根にしたがつて変化する信号
を提供する送信機に関する。

流量測定送信機の分野において、入力パラメータの平方
根に比例する信号を提供する回路は知られている。

このような回路は、例えば米国特許第３４９６３４６号
および第３５３９７９２号明細書に示されている。これ
ら公知の回路は、線形な入力信号を受取りその入力信号
の平方根にしたがつて変化する出力信号を提供する。し
かしながら、これらの公知回路は、構成が複雑であり、
また、通常の２線式電流送信機に要求される動作電圧１
２Ｖ、電流４〜２０ｍＡという低消費電力では動作する
ことができず、したがつて、２線式送信機として使用す
るには制限があつた。

本発明の目的は．零附近の入力信号に対する安定性を改
善するために．低信号レベルの入力に対しては、関係に
ある出力信号を提供し、またそれ以上の高信号レベルの
入力に対しては平方根の関係にある出力信号を提供する
ようなスイツチング手段を備えた２線式電流送信機を提
供することにある。

以下において示すように．出力信号は電流信号であり．
送信機は２線式のものであり、直流電源と負荷が２線に
接続され，電力を与え，かつ出力信号を受取るように構
成される。

第１図および第２図に示した実施例において．トランス
ジユーサ１０は測定している可変状態の関数である出力
電圧を端子１１に提供する装置を含む。

すなわち，このトランスジユーサ（変換器）は，２線式
送信機として動作するように．入力端子１２および１３
を介してのみ附勢される。

第１図において、差動入力比較増幅器３０および自乗化
回路５０は線１４により附勢され６線１５が帰線である
。

ゼナーダイオード１６は．線１４と１５の間に接続され
ており．この線間電圧を一定値に安定化させる機能を有
する。比較増幅器３０は，トラ一・″スジユーサ１０の
端子１１から．増幅器の一方の入力に与えられる出力信
号Ｐを．自乗化回路５０から線１７を介して比較増幅器
３０の他方の入力端子に与えられる出力信号。

と比較する。比較増幅器３０は，線１８を介して電界効
果トランジスタＦＥＴｌ９のゲートへ，その出力信号を
与える。

ＦＥＴｌ９のソースは線１５に．またそのドレインはト
ランジスタ２１のベースに．夫夫接続している。トラン
ジスタ２１のコレクタは線１５に．またそのエミツタは
電源帰路端子２２に夫々接続している。トランジスタ１
９および２１（′１１．電流制御噌幅器２０を構成して
おり．電流端子２３から電源帰路端子２２へ流れる全電
流１Ｔは．線１８における増幅器出力信号に応じて制御
される。

フイードバツク抵抗２４は．電流端子２３と線１４の間
に接続されており、電流端子２３と電源帰路端子２２と
の間を流れる電流１Ｔの大部分を流す。

残りの電流は６端子２３と線１５の間の直列抵抗２５お
よび２６を流れる。抵抗２５と２６の共通接続点２７（
ま．線２８を介して自乗化回路５０の入力に接続してい
る。

自乗化回路５０は線１４と１５に接続しており．これか
ら動作電力を受取る。第１図の回路の典型的な応用は流
量の測定である。

その場合のトランスジユーサ１０は．差動圧力（測定）
装置であり．その端子１１における電圧信号Ｖｐは、線
１４と線１５の間の電圧の中間値に対し測つた電圧レベ
ルである。前記電圧信号Ｖｐは．オリフイスを横切る差
圧力ΔＰに比例する。

換言すれば．前記電圧信号は前記オリフイスを通る流速
または流量の自乗にしたがつて変化する。図示しない外
部の直流電源および記録機の如き指示計器が．端子２２
と２３の間に接続される。

典型的な電流送信機における電流１Ｔの変化範囲（ま．
４〜２０ミリアンペアである。抵抗２４，２５および
２６は、Ｋ２を定数として、接続点２７における電圧Ｖ
１が．により電流１Ｔに関係づけられるように選定され
る。

電圧Ｖ１（ま自乗化回路５０において自乗される。

したがつて．線１７における出力電圧Ｖ。（ま．Ｋ４を
定数として．下記の（２）式で表わされる。

差動増幅器３０（ま６増幅器入力端子に接続している端
子１１および線１７の間の電圧差に応答して．増幅器入
力（端子１１および線１７）における電圧差を零に減少
するように．電流制御増幅器２０を流れる電流を変える
。

前記電圧差が零，すなわちＶ。

＝Ｖｐのとき（丸であり．と書ける。

ここで、差圧力ΔＰ（ま流量の自乗に比例するから，上
式から明らかなように、回路素子の値を適切に選定して
定数ｋ１およびＫ４を決めることにより，電流Ｔが測定
する流量範囲において．トランスジユーサの感知した流
量の線形関数として．４ミリアンペアから２０ミリアン
ペアの範囲内で変化するようにすることができる。

したがつて，電流１Ｔは．オリフイスを横切る流量に比
例し，差圧力ΔＰの平方根にしたがつて変化する。第２
図は．本発明の実施例を示す詳細プロツク図であり，同
図において第１図と同一の符号は同一または同等部分を
示している。第２図の回路？１，約４００ミリボルトの
最大トランスジユーサ出力信号に応答して．４〜２０ミ
リアンペアの電流を提供するのに好適である。

他の動作範囲は適切な動作範囲変更により達成できる。
第２図に（ま，本発明に好適な自乗化回路の具体例力３
示されている。

この場合．４ミリアンペアの低電流限度に対して正しく
作動させるために．電力消費の少い回路素子を用いる必
要があることはもちろんである。この回路は．更に「切
換」機能を有している。

この切換機能により．出力信号を，比較的高入力の場合
の．入力信号の平方根で関連づけられた出力信号状態か
ら．予定の低入力信号値より低く零までの場合の、入力
信号に対して線形に関連づけられた線形出力信号状態に
切換えることができる。この切換機能は．平方根関数に
おける変化率が６トランスジユーサの零出力値において
．理論的には無限大であるために．入力変化に伴なう出
力変化が過大となり．しかも低入力それ自体力３不安定
であるので．動作を安定化するために設けるのが好まし
い。また．低い入力値は誤差率も大であり．実用上の測
定には不十分であるが．零点調節などに（ま使用せざる
を得ないので．低入力範囲で線形動作を安定化すること
は．実際の測定器としては極めて重要である。第２図の
トランスジユーサ１０は，第１図のものと同じであり．
附勢端子１２および１３と出力信号端子１１を有する。

第２図の回路で（１２つの主電流供給線が示してあり．
線１４はゼナ一基準ダイオード１６Ａの正側に６線３３
（嘘ゼナ一基準ダイオード１６Ｂの正側に夫々接続して
いる。抵抗３５は．ほぼ一定の電流がゼナーダイオード
１６Ｂに流れて．線３３に正確な電圧レベルが与えられ
るように．線１４と３３の間に接続されている。線１４
は端子１２に．また線１５は端子１３に夫々接続しでい
る。更に．ゼナーダイオード１６Ａおよび１６Ｂの負側
は６共に線１５に接続している。差動入力比較増幅器３
０および電流制御増幅器２０は第１図の同符号の増幅器
と同じ機能を達成する。

比較増幅器３０は、線３９のトランスジユーサ出力信号
Ｖｐを．自乗化回路５０からの出力線１７の出力信号と
比較する。前記の比較増幅器３０の出力は．増幅器２０
への制御信号となり．それにより．比較増幅器３０の制
御のトに全電流１Ｔが変化させられる。

比較増幅器３０の入力に，図示の如く接続されている抵
抗４２および４３とコンデンサ４４は．ノイズを抑制す
るための素子である。比較増幅器３０は．線１４と１５
とに接続した電源端子により附勢され、その出力は．抵
抗４５を介してトランジスタ４７のベースに接続してい
る。

このトランジスタ４７は，第１段の電流調整器として機
能する。トランジスタ４７のコレクタは．主電流調整器
であるトランジスタ４８のベースに接続している。

トランジスタ４８のエミツタは．逆電圧保護ダイオード
４９を介して．電源すなわち電流端子２３に接続し．ト
ランジスタ４８のコレクタは線１４に接続している。「
ターンオン」抵抗５１は．トランジスタ４８のエミツタ
とコｌノクタとの間に接続している。

ＦＥＴ５２は，トランジスタ４７のエミツタと線１５の
間に接続しており．そのゲートは抵抗５３を介して線１
４に接続している。ＦＥＴ５２はターンオンを助けるも
のであり．トランジスタ４７のエミツタ抵抗としても作
用する。低入力の場合に．自乗化回路を不作動にするた
めの「切離し」回路が．第２図の左側に示してある。

この切離し回路は．増幅器５５．ＦＥＴ６０．ポテンシ
ヨメータ５６，６１などから構成される。

まず最初に．切離し回路の構成および動作を．詳細に説
明する。増幅器５５は線１４と１５により附勢され．そ
の反転入力端子はトランスジユーサ１０の出力（端子１
１）に接続し、非反転入力端子はポテンシヨメータ５６
のワイパーに接続している。

ポテンシヨメータ５６は一対の抵抗５７および５８の間
に接続しており．これらの直列回路は．線３３および線
１５の間に接続している。増幅器５５は．端子１１にお
けるトランスジユーサ出力電圧を．ポテンシヨメータ５
６のワイパーに現われる基準電圧と比較し．出力信号を
６抵抗５９を介してＦＥＴ６Ｏのゲートへ与える。

ＦＥＴ６Ｏのソースは．ポテンシヨメータ６１のワイパ
ーに接続している。ポテンシヨメータ６１は抵抗６２お
よび６３の間に接続されている。線３３と接続点６４の
間にこれら抵抗（６１，６２および６３）の組合せは分
圧器を構成している。第１フイードバツク抵抗６５（ま
接続点６４と線１５との間に．よた第２フイードバツタ
抵抗６６は接続点６４と電源帰路端子２２の間に．夫々
接続されている。

ＦＥＴ６Ｏのドレインは線１７に接続している。

それ故に．増幅器５５からの負の出力に応答してＦＥＴ
６Ｏが導通すると．ポテンシヨメータ６１のワイパーは
有効に線１７に接続される。増幅器５５からの負の出力
（′１ｔ．ポテンシヨメータ５６のワイパーの基準電圧
値に比較して．端子１１におけるトランスジユーサ出力
電圧値が大きいか．小さいかに応じて決定される。

第２図の実施例では．トランスジユーサ１０の出力電圧
は．測定している状態がその最大範囲において変化する
につれて、零から最大の負の値まで変化する。

ポテンシヨメータ５６のワイパー（丸増幅器５５の一方
の入力（非反転入力）端子にスｌノツシヨルド（閾値）
電圧を与えるように調節される。これにより． ＦＥＴ
６Ｏは．トランスジユーサ１０の出力信号が零のときタ
ーンオンし．前記出力信号が前記スレツシヨルド電圧値
以トにまで減少したとき，ターンオフされる。

このスレツシヨルド電圧は．例えば．計測範囲の最大値
を基準にして．トランスジユーサ出力電圧が１０％だけ
減少した値に設定することができる。前述のように．ト
ランスジユーサ１０の出力信号が小さい領域で．ＦＥＴ
６Ｏが導通すると．ポテンシヨメータ６１のワイパーの
電圧が．ＦＥＴ６Ｏおよび線１７．抵抗４３を介して．
差動増幅器３０の一方の入力端子に供給され．線３９お
よび抵抗４２を介して他方の入力端子に供給されるトラ
ンスジユーサ１０の出力電圧と比較されることになる。

なお．このとき．前述したところから明らかなように．
増幅器５５の出力は負（ほマ，線１５の電位）であるの
で．増幅器７０の動作用電源は供給されず．また発光ダ
イオード８０Ａは発光しない。

このため，可変ホト抵抗８５の値は十分に大きく．線１
７の電位Ｖ２（ま抵抗７４および８５よりなる回路によ
つては何らの影響も受けない。したがつて．トランスジ
ユーサ１０の出力信号が小さい領域では．前記出力信号
およびポテンシヨメータ６１のワイパーに生ずる電圧が
．比較増幅器３０の非反転入力端子に供給されることに
なる。比較増幅器３０の前記二つの入力に電圧差が存在
すると．この差は増幅され，電流制御増幅器２０の入力
に制御信号として与えられる。それにより．比較増幅器
３０の制御のトに，変化した全電流１Ｔが流れる。線１
７上の信号に比較して６線３９上の入力信号が変化する
と．比較増幅器３０の出力が変化し．これに応じて全電
流１Ｔも変化する。

このために接続点６４の電位が変化し．抵抗６３および
ポテンシヨメータ６１のワイパー．ＦＥＴ６Ｏを介して
前記接続点６４に接続されている線１７には新たな信号
が発生する。前述の新たな信号（ま．比較増幅器３０の
入力における差電圧を零に減少させるように変化する。

したがつて．全電流１Ｔ（１．他の作用力≦ないとき（
ＦＥＴ６Ｏがオンの場合）．低い値のトランスジユーサ
出力電圧に対して．実質的に線形な関係を有する。前述
のような構成は６正確な平方根の値を得ることが実用的
でなく．かつトランスジユーサ出力電圧と全電流１Ｔの
間（ご十分正確な線形関係が存在するとき．低い値のト
ランスジユーサ信号レベルにおいて６円滑な回路動作を
もたらすために設けられている。

前述のような．回路の線形動作の場合における６（端子
１１と１３の間で測つた）トランスジユーサ出力電圧Ｖ
ｐと全電流１Ｔの間の関係？１．次の（３）式であられ
される。

但し．前記（３）式において，Ｒ１は抵抗６２とワイパ
ーより上のポテンシヨメータ６１の部分の抵抗との和で
あり．Ｒ２は抵抗６３とワイパーより下のポテンシヨメ
ータ６１の部分の抵抗との和である。

また，Ｒｆはフイードバツク抵抗６５であり．ＶＲは線
３３と線１５との間の電圧である。前記（３）式はつぎ
のようにして導出される。第２図の回路において．端子
２２と端子２３の電流は同一電流値であり．電流制御回
路２０を通して出力電流１Ｔを制御するので，ただし、
Ｋ，Ｋ′は定数 となり．出力電流は入力差圧に比例する。

したがつて．抵抗Ｒｌ，Ｒ２の電流をＩｌ，Ｒｆの電流
をＩ２とし，増幅器３０の十端子入力電圧がＰに等しい
条件を用いると．明らかにつぎの（４）式が成立する。
↓ム′ これからＩｌ，ｉ２を含まないＴの式を求めると前記（
３）式になる。

トランスジユーサ１０の出力が予定値以下にまで減少し
た結果、増幅器５５の出力信号が増加すると．ＦＥＴ６
Ｏはカツトオフになる。

すなわち．トランスジユーサ１０の出力が．ポテンシヨ
メータ５６のワイパー位置によつて決まるスレツシヨル
ド電圧を超すと．ポテンシヨメータ６１のワイパーは線
１７から切離される。これにより前述の線形動作か停止
され．後述するように．自乗化回路５０の出力が．差動
増幅器３０の一方の入力に関している線１７に供給され
るようになる。

増幅器５５の出力は接続点６９にも接続されており．自
乗化回路５０に含まれている増幅器７０の電源として用
いる。

増幅器７０の電力帰路は，線１５に接続している。ダイ
オード・ホト抵抗素子８０の発光ダイオード部８０Ａは
、接続点６９と増幅器７０の出力端子との間に接続され
ている。

保持用コンデンサ６８は．増幅器７０の出力端子と反転
入力端子の間に接続されている。増幅器７０の非反転入
力端子（ま．抵抗７１を介して接続点２７に接続してい
る。

抵抗７３は．接続点２７と電源帰路端子２２の間に接続
されていると共に．フイードバツク抵抗６６および６５
を介して線１５に接続している。抵抗７４は．接続点２
７と線３３の間に接続されている。更に、計算回路すな
わち自乗化回路５０に（１２つの分圧回路が用いてある
。

すなわち，抵抗７５が．線３３から接続点７６に接続し
ていると共に．線１５に接続した抵抗７７にも接続し．
第１の分圧回路を構成している。

また．抵抗７８が．線３３から接続点７９に接続してい
ると共に，線１５に接続した抵抗８１にも接続し，第２
の分圧回路を構成している。ダイオード・ホト抵抗素子
８０の光感応抵抗（ホト抵抗とも称する）８５の一端は
．接続点７９に接続していると共に，一対のＦＥＴスイ
ツチ８６および８７の第１端子にも接続している。

ホト抵抗８５の他端は．第２の−対のＦＥＴスイツチ８
８および８９の第１端子に接続している。スイツチ８６
の他端は線１７に．スイツチ８７の他端は増幅器７０の
反転入力端子に，スイツチ８８の他端は接続点７６に、
またスイツチ８９の他端は接続点２７に．夫々接続して
いる。保持コンデンサ９２は．線１７と１５との間に接
続されている。フリツプフロツプ回路９１は．常に線１
４と１５の間に接続されており６附勢電力がこれに与え
られると．２種類の出力「Ａ」６ 「Ｂ」を交互に発生
する。

フリツプフロツプ回路９１の出力Ａζ丸スイツチ８７お
よび８８のゲートＡに夫々接続され，一方，出力Ｂはス
イツチ８６および８９のゲートＢに夫々接続されている
。

本実施例で用いられるフリツプフロツプ回路は任意構成
のもので良いが．好ましくは低電流の集積回路形式のも
のであつて．好ましくは．内部に発振器などを含み．電
源が投入されたとき．方形波対称出力を与えるものが用
いられる。

フリツプフロツプ回路９１は．その出力ＡおよびＢの各
々を、交互にローレベル（関連するｈσをオン状態にす
る）およびハイレベル（関連するＦＥＴをオフ状態にす
る）に切換える。

前記出力ＡおよびＢｊま．ＦＥＴスイツチ８６〜８９の
オン・オフを制御し６後述するように６ホト抵抗８５を
，交互に２つの回路に接続する。出力Ａがオン状態すな
わちローレベルになつているときは．ＦＥＴスイツチ８
７および８８のゲートがそれらＦＥＴを導通させるレベ
ルになり．電流路が接続点７９からホト抵抗８５を介し
て接続点７６へと形成される。

一方．この状態のときは．ＦＥＴスイツチ８６および８
９は導通しない。

この状態における自乗化回路５０の要部結線を第４図に
示し．以丁に説明する。前述のように、フリツプフロツ
プ回路９１の出力Ａがローレベルで．ＦＥＴ８７および
８８が導通し．ＦＥＴ８６および８９が非導通である場
合，接続点２７における（線１５における電位に関して
の）電圧Ｖ１はつぎの（５）式で表わされる。

但し．前式において．ＩＴは全電流．ＶＲはゼナーダイ
オード１６Ｂの両端の調整された電圧，ＲＦ（嘘フイー
ドバツク抵抗６５および６６の和抵抗である。

なお，上式の記号のト添数字は第２図に示す抵抗の番号
を表わしている。なお、前記（５）式はつぎのようにし
て導出される。

すなわち．第４図において、抵抗７４，７３，６６，６
５に流れる電流をｉ１とすると．つぎの２つの式が得ら
れる。これらの式からｉ１を消去すれば，前記（５）式
が得られる。

上述の例において．４〜２０ミリアンペアの全電流範囲
を有する場合は．抵抗７３および７４と．フイードバツ
ク抵抗６５および６６の値を適正に選定することにより
．つぎの（６）式で示される関係が成立するようにする
ことかできる。

すなわち．増幅器７０の非反転入力端子に達している接
続点２７の電圧Ｖ１を，全電流Ｔに比例させることがで
きる。

なお．抵抗６５および６６は．ＦＥＴ６Ｏがオ７の状態
では．１つのフイードバツク抵抗として作用する。

また．上式における「０．００４］は４ミリアンペアの
附勢電流を示すものとして用いてある。第２図および第
４図から明らかなように．増幅器７０の非反転入力端子
には，接続点２７の電圧Ｖ１が供給されている。

一方．増輻器７０の反転入力端子は．接続点７９からス
イツチ８７を介して入力を受取る。その他にも．前記反
転入力端子に（丸接続点７６からスイツチ８８、ホト抵
抗８５およびスイツチ８７を介して与えられる他の入力
が加算されている。

抵抗７８は．接続点７９の電圧がＶＲ．／２になるよう
に６抵抗８１に等しいものが選ばれる。

抵抗７３，７４およびＲＦ（抵抗６５と６６の和）は．
所望附勢電流Ｔが４ミリアンペアのときで，かつ前ｄα
５）式が下記の（６）式ただし． で表わされるように選定される。

前記増幅器７０の利得は．十分に大きく．この増幅器７
０は．その出力に応じて．発光ダイオードＬＥＤ８ＯＡ
から成る光源の輝度を変え．ホト抵抗８５の抵抗値を変
化させて２つの入力電圧を強制的に等しい値にさせる。

こ＼で．第４図中の第１の分圧回路（抵抗７５と７７）
、第２の分圧回路（抵抗７８と８１）および両者の接続
点７６および７９間に接続されたホト抵抗８５よりなる
回路網に関して．増幅器７０の反転入力端子に生ずる入
力電圧Ｖ（ニ）を計算すると． −）ぎの（８）式であ
られされる。

前記（８）式中のＲｘは、固定抵抗７５，７７，７８お
よび８１に加えて．可変ホト抵抗８５の値Ｒ８５にも依
存する。そして，前記Ｒｘに対する式（瓢次の（９）式
のとおりである。前記（８）式の導出はつぎのようにし
て行なわれる。

第］，第２の分圧回路．ホト抵抗８５および定電圧源１
６Ｂ（ＶＲ）よりなる回路（ま．鳳−テブナンの定理に
より第６図の等価回路で表わすことができる。第６図の
等価回路において．各抵抗Ｒａ，Ｒｂぉよび電圧Ａ，ｂ
と，第４図の抵抗Ｒ７５，Ｒ７７，Ｒ７８，Ｒ８ｌ，お
よび電圧ＶＲとの間には、つぎの関係が成立する。

ここで．この閉回路に流れる電流をｉとすれば，である
から、電流１はつぎの式であられされる。

また、が成立する。

この式に前記電流１の式を代入すると、が成立する。

前述のように６Ｒ７８とＲ８ｌとは等しく選ばれており
．電圧ＶｂはＶＲ／２であるから，最後の式Ｖ（へ）に
前記のＲａ，Ｒｂ，Ｖａ，Ｖｂを代入すれば，次の式が
得られる。この式の（ニ）内を前記（９）式のごとくＲ
ｘで置きかえれば（８）式が得られる。

明らかなように、差動増幅器７０は．そこへの２入力電
圧Ｖ１およびＶ（へ）が等しくなるように．その出力を
変化する。

すなわち，前記（６）式および（８）式であられされる
Ｖ１およびＶ（一）は等しくなる。それ故に，つぎの０
０）（１０ａ）式が成立する。

以上の説明から明らかなように，フリツプフロツプ回路
９１の出力Ａがローレベルになつて．ＦＥＴ８７および
８８が導通し．第２図の自乗化回路５０が，第４図のよ
うな結線状態に保持されている間に，増幅器７０は発光
ダイオード８０Ａの発光輝度一すなわち，ホト抵抗８５
の抵抗値Ｒ８５を，（９）式および（自）式の関係が成
立するように制御する。

フリツプフロツプ回路９１が，上記と反対の動作状態に
あり６出力Ｂがハイレベルにあるときは．第２図におい
て．ＦＥＴスイツチ８７および８８が開き，ＦＥＴスイ
ツチ８６および８９が閉じる。

この状態における自乗化回路５０の要部結線を第５図に
示し．以トに説明する。このとき．増幅器７０の反転入
力端子における電圧（はほぼ一定に維持される。

その理由は．第５図から明らかなように、この反転入力
端子が．上記動作状態中．保持コンデンサ６８に接続さ
れているだけであるからである。そして，前記コンデン
サ６８は．ＦＥＴスイツチ８７および８８が閉じている
間に、増幅器７０の出力に応じた値に光電される。

それ故に．自乗化回路５０が第５図の結線状態にある間
中．ＬＥＤ８ＯＡには一定の電流が流れる。

これに伴なつて６ホト抵抗８５は．前言α９）式および
（１０）式の関係を満足する値に保持される。第５図か
ら分るように．抵抗７３および７４の接続点２７の電圧
Ｖ１は，この時点では，スイツチ８９を介してホト抵抗
８５に供給され，更に，接続点７９からスイツチ８６を
介して、増幅器３０の非反転入力端子に接続している線
１７に与えられる。線１７の電圧をＶ２で示す。上記状
態の回路を分析すれば．つぎのＡＤ式ＶＯ乙 が得られる。

但し，上記式中のＲＹは，固定抵抗７８，８１，７３，
７４およびＲＦに依存する外．ホト抵抗８５の値にも依
存する。

すなわち．式で表わされる。

ＲＹは次の（自） また６上式（自）式中の定数Ｋ６（ま．抵抗７３，７４
およびＲＦ（抵抗６５と６６の和）の関数である。

前記（自）式の導出はつぎのようにして行なわれる。

第５図中の閉回路１６Ｂ−７４−７３−６６−６５−１
６Ｂを流れる電流１，抵抗６５，６６に流れる全電流を
ＩＴ，抵抗７３，７４，の接続点の電位をＥ１とすると
．つぎの（１２ａ）（１２ｂ）式が成立する。（１２ａ
）式からｉを求め．これを（１２ｂ）式に代入し、また
とおくと， が得られる。

ここでである． さらに．第５図の回路に．鳳一テブナンの定理を適用す
ると、第７図の等価回路が得られる。

ただし．第７図中のＲｌ，Ｒ２，Ｅ２はそれぞれつぎの
ように表わされる。且７８Ｉ且８１１ｉ８１Ｒ ２＝？＝− Ｒ７８＋Ｒ８ｌ２ それ故に．抵抗Ｒ２とＲ８５の接続点の電位Ｖ２はつぎ
の（１２ｄ）式のようになる。

ここで上式の右辺第２項のかつこ内を．前記（１２ｃ）
式を用いて計算すると，ただし， これを前記（１２ｄ） 式に代入すると， ノ となる。

ここで，は、第２図の符号にもどすと．前記（代）式の
右辺となり．これをＲＹと置き換えると．となり．σ０
式が得られる。

全電流１Ｔの変化範囲を４〜２０ミリアンペアとするよ
うな構成例においては．ＩＴが４ミリアンペアのとき、
線１７の電圧Ｖ２はＶＲ／２である。

この条件をσ０式に代入すると６ １ｒ１ｒ 」＝」−ＲＹ（０．００４Ｋ３−Ｋ６ＶＲ）となる．こ
の関係を前ａ鶴Ｄ式に代入すると、電圧Ｖ２の式は次の
ようになる。

ｚ 第２図の回路構成においては、固定抵抗７５，７７，７
８および８１の値を適当に選ぶことにより．つぎの（自
）式が成立するようにすることができる。

この（自）式と前述の（１０ａ）式とをｌ式に代入する
と．下記のようにして（自）式が得られる。以上の説明
から理解されるように．自乗化回路５０は．（６）式で
あられされるように（Ｔ−０．００４）に比例する入力
信号Ｖ１を．０５）式であられされるように．（ＩＴ−
０．００４）の２乗に比例する出力信号Ｖ２に変換する
機能を果している。

第２図および第５図から分るように，トランスジユーサ
１０は電圧Ｖｐを提供し．この電圧Ｖｐは．比較増幅器
３０において電圧Ｖ２と比較される。

この電圧Ｖ２は．スイツチ８６ｉ６よび８９が閉じてい
るときの自乗化回路５０の出力であり．前記（自）式で
あられされる。比較増幅器３０の出力信号は．電流制御
増幅器２０を制御するのに利用される。

すなわち．前記電圧ＶＰ（５Ｖ２（比較増幅器３０への
電圧入力）の差に応答して全電流１Ｔが制御され．これ
ら電圧の差が零に減少される。こ＼で．トランスジユー
サ１０の出力Ｖｐは，その入力差圧力ΔＰに比例するの
で．線１５を基準として前記出力Ｖｐを測定し．かつ差
圧力ΔＰが零のとき．出力ＶｐがＶＲ／２になるように
回路定数を選定すると６電圧ｐ！１（代）式で表わされ
る。

但し６この式中のＫ５は．トランスジユーサ１０の性能
で決まるトランスジユーサ比例定数である。前述のよう
に，電圧Ｖ２とＶｐとが等しくなるように，比較増幅器
３０が動作するので，（１５）および（自）式を等しい
とおくと６σｎ式の関係が得られ、これから次の（自）
式が得られる。

ここで．Ｋ７は計算できる比例定数である。このように
して，第２図における４ミリアンペア以上の全電流１Ｔ
は．感知した差圧力ΔＰの平方根に比例する。保持コン
デンサ９２が６線１５と線１７の間に接続されているの
で．フリツプフロツプ回路９１の出力Ａがローレベルと
なり，スイツチ８７および８８が閉じて、スイツチ８６
および８９が開いている結線状態−すなわち、第４図の
結線状態に自乗化回路５０が戻つたときでも．前記保持
コンデンサ９２により．比較増幅器３０の一方の（非反
転）入力に達している信号電圧Ｖ２（ま、ほマ一定に保
持される。

し１たがつて．前記（自）式の関係は．フリツプフロツ
プ９１の出力状態に関係なく、測定の全期間にわたつて
保持される。

第２図の回路は．４〜２０ミリアンペアの範囲で動作す
る電流送信回路に対し．入力信号の平方根を演算する機
能を有する。

このような動作が可能な理由は、回路の全部分が．低電
力レベルで動作できるからである。第２図に含まれてい
る自乗化回路（ま、上述した応用において特に重要であ
る。

その理由は、この回路が．最少電力を用いて極めて正確
な自乗化機能を達成するからである。１つの低電力光源
（ＬＥＤ８ＯＡ）およびこれに対向配置された１つのホ
ト抵抗を用いることは．４〜２０ミリアンペアの電流範
囲を良好に達成するのに極めて重要である。

第２図の回路に用いる部品の値は，本明細書末尾の表１
に示してある。

フリツプフロツプの周波数（は約１ＫＨｚである。送信
機は１４Ｖと４５Ｖの間の直流電源により附勢されるよ
う設計される。表１に示した値を有した回路素子で構成
した第２図の実施例装置は，トランスジユーサ１０に対
し約１．６ミリアンペアの電流を与え得ると共に．０か
らマイナス４００ミリボルトの間で．トランスジユーサ
１０の出力信号（端子１１において）が変化する場合に
，良好に動作する。上記特性のトランスジユーサの例が
．第３図に示してある。

こ＼では．第２図の端子１１，１２および１３に．第３
図の端子１０１，１０２および１０３を．それぞれ接続
するように設計されている。第３図の回路では６固定し
たコンデンサ極板の間で動くダイヤフラムを有する「Δ
Ｐ」感知器が用いてあり，これに相似なものは米国特許
第３６４６５３８号に開示されている。

［ΔＰ」組立体は「１１０」で簡略化して示してあり，
コンデンサＣ１およびＣ２を形成している。

そして６前記各コンデンサの静電容量は．差圧力（Ｐ１
〜Ｐ２）の変化に応じて相互に逆方向に増減する。トラ
ンジスタ１２１を含む発振器１２０（丸端子１０２およ
び１０３により附勢される増幅器１３０により附勢され
る。

増幅器１３０の出力は．ダンピング抵抗１３１を介して
．一次巻線１２２の第１端子に接続している。巻線１２
２の他端は．トランジスタ１２１のコレクタに接続して
いる。

フイードバツク巻線１２３の第１端子は．端子１０３に
接続すると共に．更にフイルタコンデンサ１２４を介し
て．巻線１２２の第１端子に接続している。また，巻線
１２３の他端子は，トランジスタ１２１のエミツタに接
続している。トランジスタ１２１のベースは，直流バイ
アス抵抗１２５を介して．端子１０２に接続している。

減結合コンデンサ１２６（ま，トランジスタ１２１のベ
ースと巻線１２３の第１端子との間に接続されている。
コンデンサＣ２は．順方向導通ダイオード１４０を介し
て．誘導性巻線１５０の第１端子に接続し．更に．逆方
向導通ダイオード１４１を介して，巻線１５１の第１端
子に接続している。

コンデンサＣ１は６逆方向導通ダイオード１４２を介し
て巻線１５２の第１端子に接続し６更に６順方向導通グ
イオード１４３を介して巻線１５３の第１端子に接続し
ている。

また．巻線１５３の第１端子は．更にコンデンサＣ３の
第１極側に接続している。コンデンサＣ３の他極の側は
．順方向導通ダイオード１４４を介して．増幅器１３０
の非反転入力端子１３２に接続すると共に６更に．逆方
向導通ダイオード１４５を介して，増幅器１３０の反転
端子１３３に接続している。

巻線１５０および１５２の第２端子は．信号出力端子１
０１に接続している。

巻線１５１の第２端子（′１ｔ端子１３２に．巻線１５
３の第２端子は端子１３３に夫々接続している。抵抗１
３４（ま，増幅器１３０の入力端子１３３と端子１０３
の間に接続される。

また．抵抗１３５は，増福器１３０の入力端子１３２と
端子１０２の間に接続されている。これら両抵抗１３４
および１３５は．増幅器１３０への入力端子において加
算される基準電流を提供する。抵抗１３６（ま６入力端
子１３３と接続点１３８の間に接続され．抵抗１３７（
１入力端子１３２と接続点１３８の間に接続される。

これら２つの抵抗１３６および１３７により．コンデン
サＣｌ，Ｃ２およびＣ３からの電流に対する電流集計回
路が構成される。可変抵抗１３９は，接続点１３８と端
子１０１の間に接続されており，トランスジユーサのス
パン（可変範囲）調整を可能にする。

ポテンシヨメータ１４９（嘘．端子１０２と１０３の間
に接続されており，ポテンシヨメータ１４９のワイパー
は．抵抗１４８を介して端子１０１に接続している。

これによつて零バイアス電圧が提供され．トランスジユ
ーサの零調整が達成される。多くのフイルタコンデンサ
が，トランスジユーサ内の交流電流路を完成するのに使
用されている。それらは６図示の如く．抵抗１３９に並
列のコンデンサ１６１，接続点１３８と端子１０２の間
のコンデンサ１６２．接続点１３８と端子１０３の間の
コンデンサ１６３．端子１３３と接続点１３８の間のコ
ンデンサ１６４．および端子１３２と接続点１３８の間
のコンデンサ１６５である。二次巻線１５０〜１５３の
間の濾波作用は、巻線１５０および１５１の各第１端子
間に接続されているコンデンサ１６６、巻線１５１およ
び１５２の各第１端子間に接続されているコンデンサ１
６７．ならびに．巻嘗１５２および１５３の各第１端子
間のコンデンサ１６８で達成される。第３図の回路の動
作は．上記米国特許第 ３６４６５３８号明細書に開示されているものに相似で
ある。

すなわち．二次巻線１５０〜１５３の夫々（ま．関連す
るダイオード１４０〜１４３とコンデンサＣ１またはＣ
２と共に．関連したダイオードの相対的極性に応じて「
±ＣＶｆ」なる直流信号を提供する。

増幅器１３０への２つの入力の差が零であるためには、
発振器１２０の周波数と振幅の積が（Ｃ１＋Ｃ２−２Ｃ
３）−１に比例しなければならない。

なお．電圧Ｖは二次巻線１５０〜１５３のピーク・ピー
ク励振電圧であり、ｆは発振器１２０の発振周波数であ
る。したがつて，端子１０１における電圧は．（Ｃ１−
Ｃ２）Ｖｆ．または （Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２−２Ｃ３）に比例する。

この比例関係は６米国特許第３６４６５３８号に示され
ている如き圧力感知器を用いたとき．圧力Ｐ１およびＰ
２に応じて感知した差圧力に応じて．出力が線形関係に
なることを示している。

第３図の回路に用いる部品は．本明細書の末尾の表２に
示してあり６励振電流か１．６ミリアンペアで． 「Ｃ
１−Ｃ２」が約１５０ピコフアラツド変化するとき．約
４００ミリボルトの出力を発生する。

第３図の回路からの出力信号は６前述のように．感知し
た差圧力に関して「線形」であり．この出力信号は．上
述した第１図また（ま第２図の送信機の入力信号として
使用される。

以上の説明から明らかなように，第２図の実施例では．
増幅器７０と自乗化回路５０の出力とへ交互に結合され
る１つの光感応抵抗８５を用いることにより，相似では
あるが．２つの独立したホト抵抗を用いた回路を使用し
たときに現われる温度変化．または光の変動による問題
が除かれる。

しかしながら．上記問題が重大でない場合（訳２つの別
個のホト抵抗を使用するように．回路構成を変更できる
こと（１当然である。なお、上記実施例のトランスジユ
ーサは差圧力を感知するものであつたが６入力信号は平
方根の開を得たい任意の形式のトランスジユーサから得
ても良い。

例えば．温度トランスジユーサからの信号を．入力とし
て使用することもできる。以上の説明から明らかなよう
に，本発明によれば．零付近の低レベル入力信号に対す
る動作の安定性が改善されるので．零点調節などが極め
て容易かつ安定に実施できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２線式送信機回路における本発明の一実施例の
構成を示すプロツク図、第２図は好適な本発明の実施例
回路を示す図．第３図は第１図および第２図の回路に関
して使用する適切なトランスジユーサ回路図６第４図お
よび第５図は本発明の動作を説明するための回路図．第
６図および第７図（１前記第４、５図の等価回路図であ
る。 １０・・・・・・トランスジユーサ．３０・・・・・・
差動入力比較増幅器． ５０・・・・・伯乗化回路．
８０・・・・・・ダイオード・ホト抵抗素子、９１・・
・・・・フリツプフロツプ回路，１１０・・・・・・差
圧感知組立体．１２０・・・・・・発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２本の電線だけを介して電源に接続する第１および
   第２端子２２、２３を有し、パラメータΔＰの平方根に
   比例する可変出力電流信号Ｉ＿Ｔを前記端子を介して出
   力する電流送信機であつて、パラメータの関数にしたが
   つて変化する入力信号Ｖ＿Ｐを出力するトランスジュー
   サ手段１０と、入力端子に入力された電流制御信号に応
   答して可変出力電流信号を第１、第２端子に出力する電
   流制御回路２０と、該電流制御回路と直列に接続され、
   かつ該直列接続回路が上記第１端子と第２端子との間に
   接続されて上記可変出力電流信号の線形関数であるフィ
   ードバック信号Ｖ＿１を出力する入力手段２５、２６、
   ６５、６６と、該入力手段の出力点２７、６４に接続さ
   れ、上記フィードバック信号の自乗に比例する自乗信号
   Ｖ＿２を出力する自乗化回路５０と、前記トランスジュ
   ーサ手段の出力端子および前記自乗化回路の出力端子に
   それぞれ接続した２入力端子を有し、更に上記入力信号
   Ｖ＿Ｐおよび上記自乗信号の差によつて決まる前記電流
   制御信号を出力する出力端子を、前記電流制御回路の入
   力端子に接続した比較増幅器３０と、前記自乗化回路の
   出力端子と前記入力手段の出力端子との間に接続され、
   開閉制御信号によつて開閉されるスイッチング手段６０
   と、前記トランスジューサ手段から出力された入力信号
   を設定値と比較し、その出力によつて、入力信号が設定
   値以Ｔのときはフィードバック信号が前記比較増幅器の
   入力端子に供給され、また入力信号が設定値より大きい
   ときは自乗信号が前記比較増幅器の入力端子に供給され
   るように、開閉制御信号を前記スイッチング手段に供給
   する比較器５５と、前記トランスジューサ手段、電流制
   御回路、自乗化回路および比較増幅器それぞれの電流端
   子に接続しており、それらに、前記第１および第２端子
   のみから電力が供給されるように構成された電力を与え
   る手段１４、１５、１６Ａ、１６Ｂ、３３、４８とから
   成る電流送信機。