JPS63500831A - 測定装置における信号伝送装置 - 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】 測定装置における信号伝送装置 本発明は、測定変換装置を備λた測定装置における信号伝送装置であって、上記 測定変換装置はそれとは遠隔に配設されている評価装置に２式線線路を介して接 続されており、該２線式線路を介して一方において測定変換装置の作動に必要な 直流電流エネルギが評価装置から上記測定変換装置に伝送され、他方において測 定量を表示する測定値信号が上記測定変換装置から上記評価装置に伝送され、そ の際上記測定変換装置は上記測定変換装置インターフェースを介して上記２線式 線路に接続されておシ、上記測定変換装置インターフェースは上記測定変換装置 が必要とする直流電流エネルギを上記２線式線路から取り出しかつ測定値信号さ れる測定値信号を受信するように構成されており、かつ上記測定装置は通信イン ターフェースを介して測定変換装置に並列に上記２線式線路に接続可能である少 なくとも１つの通信ユニットを具備しており、その際上記測定変換装置インター フェース、上記評価インターフェースおよびそれぞれの通信インターフェースに それぞれ１つの通信インターフェース回路が設けられており、該通信インターフ ェース回路は測定値信号と区別可能な通信信号を２線式線路を介して送信するた めの信号発生器および別の通信インターフェース回路から到来する通信信号を受 信するための信号受信器とを含んでいる形式のものに関する。

測定変換装置および評価装置が空間的に相互に分離されておりかつ２線式線路に よってのみ相互接続されている測定装置は非常に広範に使用されている。２線式 線路に付刀口的に接続可能であシかつ通信信号を２線式線路を介して送信および 受信することができる通信ユニットによって例えば、測定変換装置の設置場所に おいてまたは別の場所からも評価装置を利用して調整操作、設定操作、試験作業 または保守作業を実施することができる。通信ユニットは例えばキーボード装置 および数字または英数字表示部を偏見、たポケット計算機に類似した装置である 。キーボード装置の操作によって操作員は必要な情報を評価装置から呼び出し、 かつこの呼び出しに基く応答として評価装置から伝送される情報が通信ユニット の表示部にて可視表示される。

このような情報交換のために伝送される通信信号は、２線式線路を介して伝送さ れかつ伝送すべき情報に応じて変調されるパルス列である。その際、測定値信号 が通信信号によって妨害されるかまたは障害を受けるという問題がある。このこ とは殊に、通信信号に対するエネルギーが、評価装置に含まれている同じエネル ギー源から取り出されるときに当てはまる。このエネルギー源は、測定値信号が 、測定変換装置に対する給電直流電流も含んでいる、４ｍＡと２３ｍＡとの間で 変化する直流電流によって形成されている、一般に通例の測定装置においてそう であるように、測定変換装置に対する直流電流エネルギーと測定値信号に対する エネルギーとを提供する。この形式の公邸の装置のには更に、通信能力が制限さ れているという制約がある。

即ち通信二ニットは１つの他の装置、例えば評価装置としか情報交換することが できない。

本発明の課題は、２線式線路に接続されている、測定変換装置および評価装置も 配属している任意の複数の加入者が、それにより同じ２線式線路を介した測定値 信号の同時伝送に障害を及ぼすかまたは妨害することなく、相互に通信信号を交 換すること、ができるようにした、冒頭に述べた形式の装置を提供することであ る。

本発明によればこの課題は、それぞれの通信インターフェース回路の信号発生器 が、通信信号を表示するパルス変調に従って２線式線路において給電直流電圧を パルス状に低減するように構成されており、かつそれぞれの通信インターフェー ス回路の信号受信器が２線式線路におけるパルス状の電圧変化に応答するように したことによって解決される。

本発明の信号伝送装置では、それぞれの通信インターフェース回路の信号発生器 が、評価装置から２籾弐線路に印加される電圧にパルス状に影響を及ぼし、かつ これによシ２緋弐線路に発生するパルス状の電圧変化を、すべての通信インター フェース回路の信号受信器によって受信することができる。従って２線弐緋路に 接続されている加入者の数および形式には何の制限もない。殊に通信ユニットは 、測定変換装置または評価装置のみならず、同じ２線式線路に接続されている別 の通信ユニットにも接続することができる。測定変換装置および評価装置も、通 信ユニットの存在に無関係に、測定値信号の伝送に対して付加的に通信信号も駅 伝送方向に交換することができる。これによシ測定変換装置は評価装置に、測定 値信号の評価および測定変換装置の作動の監視に対して使用することができる付 加情報を送信することができ、かつ評価装置は測定変換装置の作動に制御信号に よって影響を及ぼすことができる。

すべての通信信号はパルス状の電圧変化であるので、測定値信号が、殊に規定の 測定値信号では４ｍＡと２０ｍＡとの間で変化する直流電流である場合のような 電流信号によって形成されているとき、通信信号は測定値信号とは一義的に区別 することができる。それ故に測定値信号の伝送は、障害または妨害の発生なく常 に簡単かつ確実に作動する回路によって発生および受信される。パルス状の電圧 変化の振幅は非常に大きいものとすることができ、それにょシ信号伝送は極めて 障害を受けにくくなる。極端な場合には２線式線路における電圧は、その都度の 電圧パルスにおいて完全な短絡によって零にすることができる。

本発明の有利な実施例および改良例は請求の範囲の実施態様環に示されている。

本発明のその他の特徴および利点は図面に基いた以下の実施例の説明から明らか である。図面について、第１図は、本発明が使用可能な測定装置の原理を示す図 であり、 第２図は、第１図の測定装置の３つのインターフェースを比較的詳細に示す回路 略図であシ、第６図は、信号の時間経過を示す波形図である。

第１図は、測定量Ｓ１０を有する測定装置を示す。

この測定変換装置は２線式線路１１を介して測定変換゛装置とは遠隔に配設され ている評価装置１２に接続されている。測定変換装置１０は測定すべき物理量（ 例えば温度、圧力、湿度、充填状態）を検出するためのセンサ１３と、このセン サ１３に接続されている電子的な測定変換器１４とを含んでいる。この測定変換 器は測定量の瞬時値を表示する電気信号を送出する。測定変換装置１０は独自の エネルギー源を含んでおらず、その作動に必要な直流エネルギーを２線式線路１ １を介して評価装置１２に含まれている電圧源１５がら受取る。同じ２線式線路 を介して、測定量の瞬時値を表示する測定値信号が測定変換装置１０から評価装 置１２に伝送される。測定変換装置１０は、一方において測定変換装置１０の、 ２線式線路１１からのエネルギー供給を保証しかつ他方において測定変換器１４ の出力信号を２線式線路１１を介して伝送するのに適した測定信号に変換する測 定変換装置インターフェース１６を介して２線式線路１１に接続されている。通 例の技術に相応して測定値信号は、給電直流電流工。と補正電流揃とから組み合 わされて成る、２線式線路１１を介して流れる直流電流工、である。補正電流工 えは同様に電圧源１５から取り出されかつ給電直流電流Ｉｏのその都度の量を考 慮して測定変換装置１０によって、全電流−が電流値４ｍＡと２　［］ｍＡとの 間で伝送すべき測定値を表示するように設定調整される。最後に測定変換装置１ ０はその他に、同様測定変換装置インターフェース１６を介して２線式線路１１ に接続されている通信電子装置１７を含んでいる。

評価装置１２を２線式線路１１に接続するために、評価インターフェース１８が 用いられる。このインターフェースは、一方において測定変換装置１０が必要と する直流電流エネルギの、電圧源１５から２線式線路１１への伝送を保証し、他 方において２線式線路１１を介して流れる全電流エヮから測定値の指示または引 き続く処理に適した信号を導出する。評価装置１２は更に、評価インターフェー ス１８を介して２線式線路１１に接続されている通信電子装置１９を含んでいる 。

第１図には更に、通信ユニット２０が図示されている。この通信ユニットは測定 変換装置１０に並列に２線式線路１１に接続されておりかつ、それにより測定装 置の正常な作動を妨げることなく、測定変換装置１０または評価装置１２との情 報交換を実現することができるように構成されている。通信ユニット２０はキー ボード装置２１とデジタル表示部２２並びに信号処理に対して必要な電子装置を 備えたポケット計算機のような装置である。２勝式線路１１との接続は、通信イ ンターフェース２３および、接続端子２５．２６を用いて必要に応じて２籾弐線 路１１に接続形成することができる２心線線路２４を介して行われる。

既述の実施例において、通信ユニット２０には独自のエネルギー源（例えばバッ テリー）を装備しているものと仮定している。しかし、通信ユニットのエネルギ ー供給のために必要な直流電流を同じく評価装置１２における電圧源１５から２ 線式線路を介して取シ出すこともできる。

第２図には第１図の６つのインターフェース１６゜１８および２３の回路が比較 的詳しく図示されている。

測定変換装置インターフェース１６において、２線式線路１１の電圧がダイオー ド２７および定電流発生器２８を介してコンデンサ２９の電極に印加される。

このコンデンサにはツェナーダイオ−ＩＳ３０が並列接続されている。ツェナー ダイオード３ｏは測定変換装置の電子装置に対する作動電圧ＵＢを規定する。コ ンデンサ２９は、電圧低下または２線式線路１１における短絡の際にエネルギー 供給を行うエネルギー蓄積器として用いられる。ダイオード２７によシ、この場 合コンデンサ２９が２線式線路１１を介して放電するのが妨げられる。

測定値を表示する測定電流工Ｍを発生するために、測定変換装置インターフェー ス１６は、制御可能な定電流源３２を含んでいる分岐路３１を含んでいる。この 分岐路３１を介して、同様電圧源１５から取り出されかつ２線式線路１１におい て給電直流電流工。に重畳される連続直流電流が流れる。定電流発生器３２は測 定変換器１４の徐々に変化する出力信号によって、分岐路３１を介して流れる直 流電流が、給電直流電流工。

とともに４ｍＡと２３ｍＡとの間で変化する測定電流ＩＭを形成する補正電流贈 を形成するように、制御される。

定電流発生器２８は、測定変換装置の電子装置に対する一定の給電直流電流工。

全発生する。定電流発生器２８によって規定される電流は、定電流発生器３２に よって監視されるかまたは電流値■。に固定設定されている。定電流発生器２８ および３２は、１つのユニットにまとめることができる。定電流発生器２８に代 わって、電圧調整器を使用することもできる。

評価インターフェース１８において２線式線路１１の一方の導体に、測定電流Ｉ 、＝Ｉ。＋１えが流れる抵抗３３が介挿されている。従って抵抗３３において測 定電流−に比例しかつ測定値情報を含んでいる電圧を取り出すことができる。こ の電圧は測定値の指示のために使用するかまたは測定値情報の評価のために任意 の方法で処理することができる。最も簡単な場合、抵抗３３に代わって、２線式 線路に、相応に較正された電流測定器を介挿することかでき、そうすればこの電 流測定器が測定値を直接指示することになる。

ここまで説明してきた、測定変換装置インターフェース１６および評価インター フェース１８の部分ハ、測定値情報が４ｍＡおよび２３ｍＡの間で変化する直流 電流によって伝送される、２線式線路を有する測定装置の従来の構成に相応する 。

通信ユニット２０の通信インターフェース２３は実質的に、通信ユニットの電子 装置３４に接続されている通信インターフェース回路４０から成っている。完全 に同形式の通信インターフェース回路５０が既述の従来の構成部分に対して付刃 Ｉ的に測定変換装置インク−フェース１６に設けられており、かつ評価インター フェース１８は同形式の別の通信インターフェース回路６０を含んでいる。６つ の通信インターフェース回路４０．５０および６０は同形式の構成および同じ機 能を有しているので、通信インターフェース回路４０の以下の説明が２つの他の 通信インターフェース回路５０および６０にも当てはまる。

通信インターフェース回路４０は、接続線路２４を介して２線式線路１１に接続 されている信号発生器４１おｉび信号受信器４２を含んでいる。相応の仕方にお いて測定器♂Ｊ１０の通信インターフェース回路５０は信号発生器５１および信 号受信器５２を含んでおり、評価装置１２の通信−インターフェース回路６０は 信号発生器６１および信号受信器６２を含んでいる。

信号発生器４１は実質的に、接続線路２４および従って２線式線路１１も橋絡す る制御される分岐路４３から成っている。分岐路４３には図示の実施例ではスイ ッチングトランジスタ４４であるスイッチが設けられている。このスイッチング トランジスタ４４のベースには電子装置３４から、送信すべき情報に相応してパ ルス変調されている制御信号が印刀口される。

信号発生器４１のスイッチングトランジスタ４４が電流を通す状態にあるとき、 ２勝式線路１１は実際には短絡されており、かつ分岐路４３を介して、電圧源１ ５から取シ出された電流が流れる。この短絡電流が許容値に制限されるように、 評価−インターフェース１８において電圧源１５に直列に電流制限器３５が２線 式線路１１に介挿されている。電流制限器３５は最も簡単な場合十分に高抵抗の 抵抗により形成することができるが、後に説明する理由から図示の実施例では制 御される定電流発生器が電流制限器として使用される。

短絡のため、２線式線路１１における電圧Ｕは消失するので、その結果この電圧 は定常値Ｕ０から値０に移行する。従って信号発生器４１によって発生されるそ れぞれの電流パルスには第６図Ａに図示されているように２線式線路１１におけ る負方向に向かう′ば圧パルスが相応し、かつこれら電圧パルスの列はスイッチ ングトランジスタ４４に供給される制御信号によって形成されている。

１１を完全に短絡する代わりに、スイッチングトランジスタ４４に直列に、第２ 図に破線で図示されているように抵抗４５を設けることもできる。その場合２勝 弐緋路１１における電圧は電流パルスの都度定常値Ｕ。

から、第６図Ｂに図示されているように、０とは異なった前身て決められた電圧 値Ｕ１に降下する。

通信インターフェース回路４０の信号受信器４２は、それが、第６図のＡおよび Ｂに図示されているような負方向パルス状の電圧変化に応答するように構成され ている。信号受信器は図示の実施例では、コンデンサ４７および抵抗４８から成 るＲＣＣ壬子介して２線式線路１１の電圧が供給されるシュミットトリガ４６を 有する。従ってシュミットトリガ４６は２線式線路におけるパルス状の電圧変化 にのみ応答しかつ、それを電子装置３４に供給されるデジタル信号に変換する。

同様に、測定変換装置１０の通信インターフェース回路５０における信号発生器 ５１は、通信電子装置１１による制御に基いて、２線式線路１１に負方向パルス 状の電圧変化を発生し、通信ユニツ）２０における信号受信器４２および評価装 置１２における信号受信器６２が上記電圧変化に応答し、かつ評価装置１２の通 信インターフェース回路６０における信号発生器６１は、通信電子装置１９によ る制御に基いて２線式線路１１に負方向パルス状の電圧変化を発生し、それに２ つの別の通信インターフェース回路４０，５０の信号受信器４２，５２が応答す る。

従って２ｍ、式線路１１に接続されているすべてのユニットは任意に相互接続さ れて、２線式線路を介して情報を交換することができる。すべての通信インター フェース回路は同一に構成されておシ、かつそれぞれのインターフェースはそれ ぞれ別のインターフェースから送信される通信信号を受信することができる。そ れ自体公知の技術によシ適当にコード化されたアドレス信号によって、それぞれ の加入者が当該加入者に定められた情報のみを評価するように実現される。すべ てのインターフェースは通信信号の発生に対して同じエネルギー源、即ち評価装 置における電圧源１５を使用し、かつすべてのインターフェースは通信信号を同 じように、即ち２線式線路における電圧のパルス形状の低下という形で発生する 。電圧パルスを通信信号として使用することで、電流値によって表される測定値 情報との明確で一義的な区別が可能になる。通信信号によって伝送すべき情報（ データ）を例えば電圧パルスの繰り返し周波数（パルス周波数変調）、コード化 されたパルス列（パルスコード変調）またはこれら２つの変調形式の組み合わせ において含むようにすることができる。

このようにして相互に接続することができる刀口大者の数は制限されていない。

複数の通信ユニットを通信ユニット２０の形式に従って同時に２線式線路１１に 接続することも勿論可能である。その場合すべての通信ユニットは測定変換装置 １０．評価装置１２および相互に情報を交換することができる。通信ユニットは 殊に、それによシ測定装置の正常な作動を妨害することなく、その都度任意の加 入者によって調整、設定または試験操作を行うことができる。付加的に、測定変 換装置の作動を、評価装置から通信信号の形で到来する制御信号によって影響を 及ぼすことができ、かつ測定変換装置は評価装置に、評価装置が測定変換装置の 作動を監視することができるようにするデータ信号を送出する。これら制御およ びデータ信号は、２線式線路１１に接続されるそれぞれの通信ユニットによって も受信することができる。

測定変換装置インターフェース１６に存在する、エネルギー蓄積器として作用す るコンデンサ２９は、ダイオード２７との関連において、２線式線路１１におけ る短い、パルス状の電圧変化が測定変換装置１０の作動を妨害することがないよ うにする。

多くの場合、２源式線路１１を介して伝送される測定電流ＩＭが通信信号のその 都度の負の電圧パルスの期間中中断されることが不都合であると認められている 。

この事態を避けるために、第２図の評価インターフェース１８に、通信信号が存 在しないときに２線式線路１１を介して流れる測定電流−の瞬時値を連続的に記 憶する瞬時値メモリ（“サンプル・アンド・ホールド”）３６が設けられている 。測定電流ＩＭの値を検出するために線路に抵抗３７が介挿されておシ、かつこ の抵抗３７にて取り出される電圧が瞬時値メモリ３６に供給される。瞬時値メモ リ３６の出力側は、通信インターフェース回路６０の信号受信器６２の出力側に よって制御されるスイッチ３８を介して、電流制限器３５を形成する定電流発生 器の設定調整をすΣ調整素子３９に接続されている。スイッチ３８は電圧パルス の受信の都度閉成され、かつ調整素子３９はその場合電流制限器３５によって規 定される電流値を瞬時値メモリ３６に記憶されている電流値に設定調整する。

従ってそれぞれの電圧パルスの間、抵抗３３を介して電圧パルスの到来前と同じ 電流が流れる。測定電流エヮは通例緩慢にしか変化しないので、短時間の橋絡に より顕著になるほど誤って指示されることはない。

第２図に基いて説明した信号伝送は信号発生および信号受信に対する素子を極め て僅かしか必要としない。

更に信号レベルが高いため比較的価かな障害しか予測されない。最後に通常の電 圧を低下する信号伝送は、パルス状の電圧上昇による信号伝送では問題が惹起さ れるおそれがある、爆発の危険をはらんでいる環境に対して特に有利である。

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Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．測定変換装置を備えた測定装置における信号伝送装置であつて、上記測定変 換装置はそれとは遠隔に配設されている評価装置に２線式線路によつて接続され ており、該２線式線路を介して一方において測定変換装置の作動に必要な直流電 流エネルギーが評価装置から上記測定変換装置に伝送され、他方において測定量 を表示する測定値信号が上記測定変換装置から上記評価装置に伝送され、その際 上記測定変換装置は上記測定変換装置インターフエースを介して上記２線式線路 に接続されており、上記測定変換装置インターフエースは上記測定変換装置が必 要とする直流電流エネルギーを上記２線式線路から取り出しかつ測定値信号を上 記２線式線路に印加し、かつ上記評価装置は評価インターフエースを介して上記 ２線式線路に接続されており、上記評価インターフエースは給電直流電圧を上記 ２線式線路に印加しかつ上記２線式線路を介して伝送される測定値信号を受信す るように構成されており、かつ上記評価装置は通信インターフエースを介して測 定変換装置に並列に上記２線式線路に接続可能である少なくとも１つの通信ユニ ツトに接続されており、かつ上記測定変換装置インターフエース，上記評価イン ターフエースおよびそれぞれの通信インターフエースにそれぞれ１つの通信イン ターフエース回路が設けられており、該通信インターフエース回路は測定値信号 と区別可能な通信信号を送信するための信号発生器および別の通信インターフエ ース回路から到来する通信信号を受信するための信号受信器とを含んでいる測定 装置における信号伝送装置において、 上記それぞれの通信インターフエース回路の信号発生器が、通信信号を表示する パルス変調に従つて２線式線路において給電直流電圧をパルス状に低減するよう に構成されており、かつそれぞれの通信インターフエース回路の信号受信器が２ 線式線路におけるパルス状の電圧変化に応答することを特徴とする装置。
2. ２．それぞれの通信インターフエースの信号発生器は２線式線路を橋絡する分岐 路を含んでおり、該分岐路には送信すべき通信信号のパルス変調に相応して操作 されるスイツチが設けられている請求の範囲第１項に記載の装置。
3. ３．信号発生器の分岐路はスイツチの閉成時には実質的に抵抗零をとり、その結 果２線式線路はスイツチの閉成によつて短絡されておりかつ２線式線路における 電圧は実質的に零に移行するようになつている請求の範囲第２項に記載の装置。
4. ４．信号発生器の分岐路はスイツチの閉成時には零とは異なつた抵抗値を有し、 その結果２線式線路における電圧がスイツチの開成により前以て決められた一定 の値に低減される請求の範囲第２項に記載の装置。
5. ５．評価インターフエースにおいて給電直流電圧源に直列に電流制限器が設けら れている請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の装置。
6. ６．測定変換装置が伝送すべき測定値を２つの限界値の間で変化する測定直流電 流に変換し、該測定値直流電流が２線式線路において給電直流電流を含んでいて 、その際評価インターフエースにおいて、２線式線路に通信信号がない場合に流 れる全電流の瞬時値を連続的に記憶する瞬時値メモリが設けられており、かつ電 流制限器は、設定調整可能でありかつ信号発生器によつて２線式線路に発生され る電圧パルスの受信の都度、２線式線路を介して流れる電流を瞬時値メモリに固 定された電流値に制限するように設定調整される請求の範囲第５項に記載の装置 。
7. ７．測定変換装置インターフエースは、２線式線路における電圧変化の、エネル ギー供給に及ぼす作用を抑圧する電圧調整器またはエネルギー蓄積器を含んでい る請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の装置。