JPS60502025A - 可変式スパンを有する２線式回路 - 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】 可変式スパンを有する２線式回路 発明の背景 この発明は、２線式回路に関するものであり、特１こ、全電流制御フィードバッ クループ内に、スパン調整手段を有する２線式回路に関するものである。

発明の要約 ２線式回路は、感知されようとしているパラメータ（こ応答するセンサー信号を 表わす直流全電流信号■、を有する。全電流信号Ｉ、は、外部電源に接続される 第１の端子、および負荷を介して、第２の端子へ流れる。電流制御手段は、前記 第１および第２の端子、ならびに感知されようとしているパラメーターに応答す る、全電流信号工、の可変部分を制御するためのセンサーに接続されている。フ ィードバック増幅器手段は、増幅フィードバック信号を供給するために、全電流 信号工、を表わすフィードバック信号を増幅する。

前記フィードバック増幅手段に接続されたスパン手段は、前記増幅フィードバッ ク信号の供給を受け、そして、所望により１．が、前記電流制御手段により、少 なくともセンサー信号および調整された増幅フィードバック信号の関数として制 御されるように、前記増幅フィードバック信号を調整する。

加算手段は、センサー信号および調整された増幅フィードバック信号を加算する ために、センサーおよび前記スパン手段へ接続され、前記電流制御手段へ加算信 号を供給する。

好ましい実施例において、フィードバンク増幅手段は、フィードバックオペアン プで構成される。スパン調整手段は、増幅フィードバック信号を調整する増幅器 の出力に接続されたポテンショメータで構成される。加算手段で加算される信号 の一方が変化すると、その後、前記電流制御手段は、センサー信号のスパンが、 調整された増幅フィードバック信号の関数となるように、全電流信号工、の可変 部分を制御する。

したがって、実質的に、センサー信号は要求される直流電流（こスパンを決定さ れる。

センサー信号のスパン制御を達成するために、フィード／、クック信号を調整す るのと対照的に、増幅フィードバック信号を調整することの１つの利点は、フィ ードバック信号が、センサー信号のスパン調整では変化しない安定したレンジを 有するということにある。フィードバック増幅器の入力オフセット、ドリフトお よび温度係数は′、安定したフィードバンク信号に対して、実質的に繰返しく再 現）可能で、固定的な関係にある。従来の回路のようｌこ、スパン調整を達成す るためｌこ、フィードバック信号が増幅に先立って調整されると、フィードバッ ク信号の減少で、スパンが減少するようになる。

したがって、フィードバンク増幅器のオフセット、ドリフトおよび温度係数は、 スパンが調整されると、フィードバック信号とに対して固定的な関係を有さなく なってしまい、また、低いフィードバック信号側で、フィードバック信号の増幅 に実質的な影響を与えてしまう。それ故、本発明の回路においては、フィードバ ック信号に関する、フィードバック増幅器のオフセット、ドリフトおよび温度係 数の固定的な関係は、づンサー信号のスパンの変化にかかわらず、回路の正確さ を向上させる。

全電流信号Ｉ、に関してフィードバック信号が安定であるということから生じる 本発明のもう一つの利点は、回路の正確な動作のために、より小さいフィードバ ック信号しか要求されない、という点にある。センサー信号のスパンが変化され たときｌこ、フィードバック信号が変化しないから、フィードバック信号は、回 路の正確な動作のために必要な、十分低い信号レベルにまで減少される。フィー ドバック信号の減少は、実質的に１０ボルト以上でない電源の使用が可能となる ようＩｃ、２線式回路に要求される全電圧を減少させ、これにより電源から長い 導線を使用することができ、さらに多種の出力装置を同時的に利用することがで きるようになる。

図面の簡単な説明 好ましい実施例の詳細な説明 図（こおいて・２線式回路は・全体的に符号１０で示されている。回路１０の動 作を一般的に述べれば、）’Ｊ　ｙり（Ｆｒｉｃｋ）に与えられた米国特許第４ ，３７０，８９０　号に示される容量的センサー（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　５ｅ ｎｓｏｒ　）のようなセンサー１２は、圧力のような感知されるパラメーターに 応答するセンサー信号を、導線１４−ヒで加算手段またはノード（ｍｏｄｅ　） １８に供給する。加算ノード１８は、導線２１により、符号２０で示される電流 制御手段に接続されてＱＮる。電流宙１ｊ御手段２０は、加算ノード１８にあら れれる信号の関数として、直流全全電流信号Ｉ、は、第１の端子２２および第２ の端子２４の間を流れる。全電流信号Ｉｔは、導線１４上のセンサー信号を代表 する。回路のための（作動）電力は、第１の端子２２および第２の端子２４の間 に接続された外部電源２８から供給される。読取り装置（ｒｅａｄｏｕｔ　ｄｅ ｖｉｃｅ　）のような外部負荷３０は、電源２８および第１の端子２２の間に接 続されている。全電流信号Ｉ、の一部は、電流制御手段２０の共通回路３２を通 して、フィードバック増幅手段３８の共通回路３４ヘフイードバツクされるフィ ードバック信号である。フィードバック増幅手段３８は、スパン調整器４２とし て示されるスパン調整手段に至る導線４０上に、増幅フィートノ（ツク信号を供 給する。

スパン調整器４２は、分圧器（ポテンショメータ）４３であることが望ましい。

増幅フづ−ドパツク信号は、前記スパン調整器４２を通り、さらにコネクタ４５ および摺動子４４を通して共通回路へ流れ、この結果、調整された増幅フ４”ド パツク信号が、加算ノード１８に供給される。加算ノード１８は、少なくとも、 導線１４上のセンサー信号と、摺動子４４から流れる調整さｎた増幅フィードバ ック信号とを加算し、導線２１上に加算信号を供給する。スパン調整器４２は、 もっばら増幅フィードバック信号のみを調整し、センサー信号は調整しない。そ して、電流制御手段２０は、加算信号に応じて全電流信号Ｉ、を制御する。

さらに詳しく言えば、フィードバック増幅手段３８は、さらに・第１の入力５０ 　、第２の入力５２および出力５４を具備したフィードバックオペアンプ４８を 備えている。フィードバック増幅器４８の第１の入力５０は、フィードパック信 号の供給を受けるために、導線５８により、共通回路３４に接続されている。フ ィードバック電流信号は、導線５８およびフィードバック抵抗６０を流れ、これ により、導線６４および導線６２１こ接続された、フィードバック増幅器４８の 第２、の入力５２に対するフィードバック電圧信号を供給する。

導線６４は、抵抗６６．６８および７０を具備した電流減算回路網］こ接続され る。抵抗６８および７ｏは、各々導線６４と一対の基準電圧との間に接続される 。抵抗６６は、導線６４と導線６２との間（こ接続される。抵抗６０を通るフィ ードバック電流信号および抵抗６６を通る減算された電流は７、導線６２上で加 算される。導線６２は、順バイアスダイオード７２を介して、第１の端子２２に 接続されている。

全電流信号Ｉ、は、出番れば、４ないし２０　ミｌＪアンペアの直流電流信号で あることが望ましい。１ｏないし５０ミリアンペアのような、他の工業標準信号 は、本発明の範囲に含まれる。

制御動作時（こおいては、フィードバック増幅器４８の第１の入力５０および第 ２の入力５２１こおける電圧は、事実上等しく保持される。例えば、全電流信号 Ｉ、が４ミリアンペアであるときは、フィードバック増幅器４８の出力１目こは 、はとんど、あるいは全く増幅されていないフィードバック信号が発生すること が望ましい。抵抗６８および７ｏは、各々の基準電圧と共に、抵抗６６を通して 、セクト電流を供給することにより、抵抗６０および６６に生ずる電圧を等しく するように作用する。

センサー信号が増加すると、全電流信号■、はそれに応じて増加し、その結果、 より多くの電流がフィードバンク抵抗６０を介して共通回路３４から流れる。増 幅フィードバック抵抗７２は、抵抗６６に生じる電圧をこれに応じて増加させる ように、フィードバック増幅器４８の出力５４および入力５２の間に接続されて いる。４ミリアンペアの電流は、依然として、フィードバンク増幅手段３８がセ ンサー信号に応じて、導線４０上にフィードバック信号を供給するように減算さ れる。

電流制御手段２０は、第１の入力８２．第２の入力８４゜および出力８８を具備 した制御増幅器８ｏを備えている。第１の入力８２は、共通回路９０に接続され ている。第２の入力８４は、容量９４を介して、制御増幅器８ｏの出力８８に、 導線９２ｉこより接続されている。導線９２はまた、抵抗１１２および分圧器１ １４を介して、制御増幅器８ｏの第２の入力８４を、加算ノード１８ｉこ接続し ている。分圧器１１４の摺動子１１８は、容量　１２０を介して、スパン調整分 圧器４２の摺動子４４に接続されている。摺動子４４は、抵抗　１２１を介して 、加算ノード１８に接続されている。容量１２０　。

分圧器１１４　、抵抗１１２および容量９４は、センサー信号の変化１こ応じて 、回路１０の時定数を所望のように調整するための、可変フィルターを構成する 。

加算ノード１８は、また、導線１２２により、分圧器１２８の摺動子１２６に接 続された抵抗１２４、を備えた零調整回路（ｚｅｒｏｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　 ）に接続されている。分圧器１２８は、正または負の所望の電流が加算ノード１ ８に供給されるように、正の規準電圧に接続された第１の端子１３ｏ１および負 の規準電圧（Ｃ接続された第２の端子１３２を具備していることが望ましい。

電流制御増幅器８０は、望ましくはダーリントン接続されたトランジスタ１３６ および１３８　を備えた電流制御回路に負荷制限抵抗１３４を介して、導線９８ 上に電流制御信号を供給する。トランジスタ　１３６は、ベース　１４ｏ、コレ クタ１４２、およびエミッタ１４４を具備している。トランジスタ１３８は、ベ ース　１４８．コレクタ１５ｏ　、およびエミッタ１５２　を具備している。ト ランジスタ１３６のベース１４０は、導線９８上の電流制御信号ｆこ接続されて いる。ｌ−ランジスタ１３６のコレクタ　１４２は、導線１５４ｃこ接続されて いる。

前記導線１５４は、トランジスタ１３８のコレクタ１５０に接続され、かつ順バ イアスダイオード１５６を介して、第２の端子２４に接続されている。トランジ スタ１３６のエミッタ　１４４．およびトランジスタ１３８のベース１４８は、 導線１５８により接続されている。導線１５８は抵抗　１６０に接続され、前記 抵抗１６０はさらに、導線１５８　Ａ）こよりトランジスタ１３８のエミッタ１ ５２に接続されている。導線　１５８Ａは、さらに、電管制限抵抗１６２を介し て、共通回路３２に接続されている。

第２の端子２４から流れる全電流信号工、の一部は、ダイオード１５６を介して 導線１５４に流れ、そしてそこから、さらにその一部は、トランジスタ１３６の コレクタ１４２に流れ、また、その他の一部は、トランジスタ　１３８のコレク タ　１５０に流ねる。全電流信号■、の残りは、回路動作のため（こｖ４整され た電圧を供給する電圧調整器１６４内に流れる。

電圧調整器　１６４は、共通接続点１６６を介し土、共通回路に接続される。

この実１ｍ列においては、導線１４上のセンサー信号は、圧力に応じた整流信号 であり、前記センサー信号は、下限値および上限値を有し、さらに前記センサー 信号のスパンは、前記上限値および下限値間の差として定義される。電流制御手 段２０は、例えば４ないし２０ミリアンペアの範囲、あるいは他の所望の範囲内 で、全電流信号工、がセンサー信号の全スパンに応じて変化するように、全電流 信号Ｉ、の一部を制御する。

加算信号１こ基づいて、前記電流制御手段は、センサー信号がその下限値のとき は全電流信号Ｉ、が４ミリアンペアとなるように、そしてセンサー信号がその上 限値のときは全電流信号Ｉ、が２０ミリアンペノとなるようし全電流信号Ｉ。

を制御する。分圧器４３の摺動子４４の調整は、前記上限値が選択可能となるよ うに、導線２１上の加算信号を変化させる。分圧器１２８の摺動子１２６の調整 は、上限値および下限値の両方が、実質的に等しく選択的ζこ変化するよう（Ｃ １加算信号を変化させる。

それ故、分圧器４３は、独立したセンサー信号スパン調整器であり、分圧器１２ ８は、独立したセンサー信号零調整器である。

本発明の利点の一つは、センサー信号のスパンと無関係に、フィードバック抵抗 ６０上で、与えられる全電流■、に対して等しいフィードバック信号を有するこ とにより生ずる。フィードバック信号が、センサー信号のスパンを調整するため に、増幅に先だって調整されると、小さいセンサー信号のスパンに対しては、フ ィードバック信号が幾分減少する。−のために、フィードバック増幅器４８のオ フセット、温度係数およびノイズが、減少されたフィードバック信号に比肩でき るようになり、測定の正確さが失なわれる。

本発明は、（従来は）増幅されていなかったフィードバック信号を調整したのに 対し、導線４０上の増幅されたフィードバック信号を調整するものであり、この 結果、フィードバック信号は、フィードバック増幅器４８のオフセット、温度係 数およびノイズｔこ比較して、十分に大きく保たれる。したがって、増幅フィー ドバック信号および調整された増幅フィードバック信号は、より正確なものとな り、このため、電流制御手段２０に、より一層正確な制御信号を供給することが できる。

フィードバック信号を調整するのに対して、増幅フィードバック信号を調整する ことに起因するもう一つの利点は、センサー信号のスパンが変化したときに、フ ィードバック信号が減少しないので、フィードバック抵抗６ｏの抵抗値の減少・ ＄よび抵抗６６の抵抗値の減少によるフィードバック増幅器４８の増幅度の増大 によって、フィードバック信号を全体的に減少されることができる、という点に ある。

センサー信号のスパンが減少したときに、フィードバック信号が減少しないので 、フィードバック信号が、回路１０の正確さに重大に影響を与えることなく、減 少されることができる、ということが分った。この結果の利点は、電源に要求さ れる電圧を、】−２ボルトから、実質的に１０ボルト以上でない電圧に減少させ ることができる点にある。この結果は、過去においては、工業的に受入れられる 性能を維持しては、達成されていなかった。

この結果は、回路１ｏの各構成要素が、次のような値であるような実施例におい て、最も良く現われる。

抵　抗　６８　６００．０００オーム（４：１トリマ）抵　抗　７０　３７９． ０００オーム 抵　抗　７２　１５．８００オーム 抵　抗　６６　１０，００（ｉオーム 抵　抗　６０　５０オ一ム 分圧器　４３　２，０００オーム 抵　抗　１２１　３０．１００オーム 容　量　１２０　２マイクロファラド 分圧器１１４　５００．０００オーム 抵　抗１２４　６３．６００オ一ム 分圧器１２８　５０，０００オーム 抵　抗　ｉ　］　２　１０，００ｏオー４容　量　９４　０．ＯＯ，１マイクロ フアラドフイ一ドバツク増幅器４８　ＬＭ２４６第１の入力５０　非反転入ヵ 第２の入力５２　反転入力 制御増幅器　８０　ＬＭ２４６ 第１の入力８２　非反転入力 筒２の入力８４　反転入力 抵　抗１３４　４，７００オーム トランジスタ１３６　２Ｎ５５５１ トランジスタ１３８　ＭＪＥ３４０ 抵　抗１６０　１０．０００オーム 抵　抗１６２　２４９オーム ダイオード１５６　１Ｎ４００４ ダイオード　７２　１Ｎ４００２ 負　荷　３０　２５０オ一ム 全電流信号Ｉ、が２θミリアンペアであるときの、第２の端子２４から第１の端 子２２までの電圧降下を調べると、ダイオード１５６に０．７ボルトの電圧降下 が生じる。電圧調整器１６４は、０．２ボルトの内部電圧降下で、共通回路に７ ボルトの電圧を供給している。さらに、全電流信号工、が２０ミリアンペアであ るときの、共通回路３４から第１の端子２２までに生じる電圧降下を調べると、 抵抗６０に生じる電圧降下は、約１ボルトであり、そして、さらにダイオード７ ２上に０．７ボルトの電圧降下が生じる。そして、負荷抵抗３ｏが２５０　オー ムであるときは、遮らに５ボルトの電圧降下が生じ、これで線電圧降下は、７． ６ボルトとなる。電圧降下が７．６ボルトしかないことによる利点は、回路１ｏ ｉｃ、さらに読取り手段を接続することができるということである。また、相当 に長い電力供給線も、標準的な実用上の電圧供給手段を用いる回路１０の性能に 、不利な影響を与えないであろう。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　少なくともその一部が、感知されようとしているパラメーターに応答する センサー信号を代表し、そして、外部電源に接続された第１の端子および負荷を 通し、さらに第２の端子を通して流れる直流全電流信号を有する２線式回路であ って、 センサー信号を代表する全電流信号の一部を制御するために、第１および第２の 端子、ならびｆこセンサーに接続された電流制御手段・ 全電流信号の関数であるフィードバック信号を供給するために、前記電流制御手 段に接続されたフィードバック手段； フィードバック信号を増幅して増幅フィードバック信号を供給するように、前記 電流制御手段に接続されたフィードバック増幅手段；および 全電流信号が、センサー信号および調整された増幅フィードバック信号の少なく とも関数として、前記電流制御手段により制御されるように、前記フィードバッ ク増幅手段および前記電流制御手段に接続されて、増幅フィードバック信号だけ を調整するスパン調整手段よりなる２線式回路。 ２　請求の範囲第１項に記載された回路であって、前記電流制御手段が、 センサー信号および調整された増幅フィードバック信号を加算するために、セン サーおよび前記スパン調整手段に接続された加算手段を有するもの。 ：（、請求の範囲第２項に記載された回路であって、加算手段が、・少なくとも センサー信号および調整された増幅フィードバック信号の和である加算信号を供 給する２線式回路。 ４、　請求の範囲第３項に記載された回路であって、前記電流制御手段が、少な くとも、加算信号の関数として、全電流信号の一部を制御する２線式回路。 ５、請求の範囲第４項に記載された回路であって、センサー信号が、加算信号の 関数であるスパンを有している２線式６、請求の範囲第５項ｉこ記載された回路 であって、前記電流制御手段は、センサー信号が所望のレベルのスパンを有する ように、少なくとも全電流信号の一部を制御する２線式７、　請求の範囲第１項 に記載された回路であって、前記フィ−ドパツク増幅手段か、 フィードバック信号の供給を受けるための入力、および増幅されたフィードバッ ク信号を発生するための出力を具備した第１の増幅器よりなる２線式回路。 ８、請求の範囲第７項（こ記載された回路であって、前記増幅手段が、さらに、 全電流信号に関係するそのインピーダンスの関数としてフィードバック信号を供 給するために、第１の増幅器の入力および全電流信号に接続された第１のインピ ーダンス手段を有する２線式回路。 ９、請求の範囲第８項に記載された回路であって、電源が実質的に１０ボルトよ り小さくないとき（こ、当該回路が動作するように、前記第１のインピーダンス 手段のインピーダンスが選択されている２線式回路。 １０、少なくともその一部が、感知されようとしているパラメーターに応答する センサー信号を代表し、そして外部電源に接続された第１の端子および負荷を通 し、さらに第２４の端子を通して流れる直流全電流信号を有する２線式回路であ って、 センサー信号を代表する全電流信号の一部を制御するために、第１および第２の 端子、ならびにセンサーに候枕８れた電流制御手段・ 全電流信号の関数であるフィードバック信号を供給するために、前記電流制御手 段に接続されたフィードバック手段； 全電流信号を代表するフィードバック信号を増幅して増幅フィードバック信号を 供給するように、前記電流制御手段に接続されたフィードバック増幅手段・増幅 フィードバック信号の供給を受け、そして該増幅フィードバック信号を調整する ために、前記フィードバック増幅手段および電流制御手段ｔこ接続されたスパン 調整手段；および 全電流信号が、その加算信号の関数として、前記電流制御手段により制御される ように、センサーおよび前記スパン調整手段１こ接続されてセンサー信号および 増幅フィードバック信号を加算し、加算信号を電流制御手段へ供給するための、 加算手段よりなる２線式回路。 １１、請求の範囲第１０項ｌこ記載された回路であって、前記スパン調整手段が 、単に増幅フィードバック信号を調整するだけのもの。 １ｚ請求の範囲第１１項に記載された回路であっ′て、さらに・前記加算信号が 、少なくともセンサー信号、調整された増幅フィードバック信号および零信号の 和となるように、加算手段へ零信号を供給するための、前記加算手段に接続され た手段を有する２線式回路。 １３、請求の範囲第１２項に記載された回路であって・センサー信号が、前記加 算信号の関数である零信号を有しているもの。 １４、請求の範囲第１３項に記載された回路であらて、センサー信号が、前記加 算信号の関数であるスパンを有しているもの。 １５、請求の範囲第１４項に記載された回路であって、センサー信号が所望のレ ベルにスパンされ、そして零調整されるように、前記電流制御手段が、少なくと も全電流信号の一部を制御するもの。