KR100969182B1

KR100969182B1 - 전류 모니터 장치

Info

Publication number: KR100969182B1
Application number: KR1020087005132A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 가지타
Original assignee: 가부시키가이샤 야마다케
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2010-07-09
Also published as: CN100587748C; EP1942477A1; US7633286B2; EP1942477A4; JP2007066035A; KR20080032000A; CN101248468A; WO2007026519A1; JP4888994B2; EP1942477B1; US20090243564A1

Abstract

측정기가 측정한 물리량을 신호 전류로 변환하여 출력하는 2 개의 전송로에 끼워져 삽입되고, 상기 전송로에 출력된 전류치를 검출하는 전류 검출부와, 상기 전송로에 끼워져 삽입되고, 상기 신호 전류가 흐름으로써 발생된 전압을 출력하는 전원 전압 생성부를 구비하고, 상기 전류 검출부는, 상기 전원 전압 생성부가 출력한 전압에 의해 구동된다.

공업용 계측기, 전송로, 트랜지스터, 축전기

Description

전류 모니터 장치{CURRENT MONITOR}

본 발명은, 전류 모니터 장치와 관련된 것으로서, 특히 2 선식의 공업용 전류 전송로에 흐르는 전류를 감시하는 전류 모니터 장치에 관한 것이다.

종래, 광대한 부지에 설치되는 복수의 구성 기기·장치를 갖는 화학 플랜트, 석유 플랜트 등은, 플랜트를 제어하기 위해서, 이들의 구성 기기·장치의 압력이나 온도, 배관을 흐르는 유체의 유속 등의 물리량을 측정하는 공업용 계측기를 구비하고 있다. 이 공업용 계측기 (1) 는, 예를 들어 도 12 에 나타내는 바와 같이 직류 전원 (3 ; 예를 들어, 24V) 및 부하 저항기 (4 ; 예를 들어, 250Ω) 와 함께 2 선식 전송로 (2) 에 직렬로 끼워져 삽입되고, 계측한 물리량을 4mA ∼ 20mA 범위의 전류치로 변환하여 2 선식 전송로 (2) 에 송출한다.

이 도면에 나타나는 바와 같이 플랜트의 경우에는, 일반적으로 공업용 계측기 (1) 가 계측한 물리량을 소정 레벨 범위의 전류치로 변환하여 전송하는 전류 루프 (커런트 루프) 회로가 적용된다. 이것은 플랜트의 경우, 전송 케이블의 전송로 길이가 길어서, 전압 진폭으로 전송하면 케이블의 전기 저항에 의한 신호 열화가 발생하여 전송이 불가능해지기 때문이다.

이 전류 루프 회로는, 일반적으로 20mA 를 공업용 계측기가 계측할 수 있는 물리량의 100％, 4mA 를 물리량의 0％ 로 할당하고, 계측한 물리량에 비례하는 전류를 공업용 계측기로부터 출력한다. 이와 관련하여, 부하 저항을 250Ω 으로 하고 있는 것은, 이 저항에 4mA 의 전류가 흘렀을 때의 전압 강하가 1V, 20mA 의 전류가 흘렀을 때의 전압 강하가 5V 가 되고, 이 1V ∼ 5V 의 범위의 전압치는, 각종 제어 연산에 사용하는 데에 적합하기 때문이다.

한편, 이 종류의 공업용 계측기로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평9-81883 호에 나타나는 바와 같은 2 선식 전송로에 흐르는 전류를 사용하여 공업용 계측기 (이하, 단순히 계측기라고 하는 경우가 있음) 를 작동시키는 동작 전원을 자체적으로 만들어 내고, 계측기 작동용의 전원 장치나 전원 배선, 또는 전지가 불필요한 2 선식 전송기가 알려져 있다. 이 2 선식 전송기는, 2 선식 전송로에 흐르는 전류를 사용하여 전송기 내부의 작동 전원을 만들어 내고, 계측기가 계측한 물리량에 따른 전류를 2 선식 전송로에 출력한다.

그런데, 상기 서술한 공업용 계측기가 계측한 물리량은, 예를 들어 복수의 2 선식 전송로를 집선하여 플랜트를 제어하는 집중 제어 장치에 부여할 수 있다. 이 집중 제어 장치는, 2 선식 전송로를 개재하여 얻어진 데이터에 보정 연산, 제어 연산 등의 여러 가지 처리를 하고, 이들 데이터에 기초하여 플랜트 전체의 제어를 실시한다. 또한, 플랜트의 제어계가 복잡할수록 공업용 계측기의 출력은 다방면에 이른다. 이 때문에 이 종류의 플랜트에서는, 예방 보전의 관점에서 플랜트를 운전·감시하는 유저 등으로부터, 플랜트에 형성된 다수의 공업용 계측기가 각각 출력하는 데이터가 정확한 것인지, 또는 트랜드 경향이 어떠한 것인지를 개별 적으로 모니터하고 싶다고 하는 요구가 나와 있다.

그러나 전술한 플랜트는, 이 플랜트 전체의 제어를 담당하는 집중 제어 장치 이외에, 2 선식 전송기로부터 출력되는 계측 데이터를 다른 용도로 사용하는 등의 경우 (예를 들어, 전송로에 흐르는 전류를 모니터하는 경우), 제어 루프 내의 프로그램이나 시스템의 변경을 수반하는 경우가 있다. 게다가, 기존의 제어계에 사용되고 있는 프로그램으로부터, 개개의 계측기의 데이터를 잘라내어 모니터용으로서 재이용한다는 것은, 측정계가 대규모이고 복잡할수록 곤란해진다. 이 때문에 전술한 플랜트에서는, 각 계측기로부터 출력되는 데이터를, 제어계의 전송로 (2 선식 전송로) 로부터 떼어내어 계측기의 동작을 모니터하는 용도로 한정하고, 별개로 데이터를 수집하는 것이 효과적인 경우가 있다. 그 때문에 일반적으로 전류 모니터 장치가 계측한 계측치는, 2 선식 전송로와는 별도로 부설한 전송로 (유선 전송로 ; 예를 들어, GPIB 등) 를 개재하여 전송된다.

또는 전류 모니터 장치는, 상기 서술한 유선 전송로 방식 대신에 전류 모니터 장치가 검출한 계측치를, 예를 들어 도 13 에 나타내는 바와 같이 무선 전송로로 전송하는 방식을 채용해도 된다. 이 방식은, 전류 모니터 장치가 2 선식 전송로에 흐르는 전류를 계측하고, 이 계측 데이터를 무선으로 송출하는 것으로서, 무선 모니터 장치 (5) 를 형성하여 구성된다. 이 무선 모니터 장치 (5) 는, 이 장치를 가동시키는 전원으로서, 예를 들어 전지 (6) 를 구비하고 있다. 또, 이 종류의 무선 전송 방식을 사용한 전지 구동의 공업용 계측기 및 전류 모니터 장치도 일반적으로 알려져 있다.

그러나, 전술한 전류 모니터 장치는, 계측한 전류치를 전송하기 위해서, 제어용 배선과는 별도로 전송로를 부설할 필요가 있고, 그 때문에 전송선의 전송로 길이가 길어지는 문제가 있다. 또한, 전술한 전류 모니터 장치는, 전류 모니터 장치를 작동시키기 위해서 전원이 필요한 경우, 전류 모니터 장치까지 전송로와 대략 동일한 거리의 전원 라인을 별도로 부설할 필요가 있다. 이 때문에, 전류 모니터 장치와 집중 제어 장치가 떨어져 있는 경우, 즉 전원 라인의 배선의 길이가 길어지는 경우에는, 비용이 증가되는 문제도 있다.

물론, 전류 모니터 장치를 전지 구동으로 하면 전원 라인은 불필요하다. 또, 전지 구동의 무선 전송 방식을 사용하면 전원 라인 및 계측한 전류 데이터를 전송하는 전송로는 불필요하다. 그러나, 전지는 그 수명이 유한하고, 전지를 교환하는 작업이 필수적이다. 이 때문에 전지 구동의 전류 모니터 장치는, 전지 교환 작업에 시간이 걸린다. 또한, 플랜트가 대규모가 됨에 따라 일반적으로 전류 모니터 장치의 수는 많아진다. 그 때문에 종래의 플랜트는, 플랜트의 어디에 전지 구동의 전류 모니터 장치가 설치되어 있는지를 찾아내야 하는 많은 노력도 필요하였다. 또, 상기 서술한 전지 구동의 전류 모니터 장치는, 전지가 다 소모될 때마다 교환 작업을 실시하면 작업 비용이 심대해진다. 이 때문에 전류 모니터 장치는, 그 전지가 다 소모되기 전에, 소정의 주기로 일제히 전지를 교환하는 것이 바람직하다. 그러나 이 방법은, 소정의 주기로 일제히 전지 교환 작업을 실시하면, 전지 교환의 사이클이 매우 짧아진다는 우려가 있을 뿐만 아니라 아직 사용할 수 있는 전지도 폐기하게 되어, 자원의 유효 활용의 관점에서도 문제가 있다. 또 전지 구동의 전류 모니터 장치는, 전지 교환 작업을 할 수 있도록 전류 모니터 장치를 설치할 필요가 있고, 그 장착 장소 등의 제약도 받게 된다.

또는 작업원 등이 디지털 멀티미터나 테스터를 사용하여 2 선식 전송로에 흐르는 전류를 실측하는 것도 생각할 수 있으나, 디지털 멀티미터 등의 계측기를 작동시키기 위한 전원 (상용 전원 또는 전지) 이 필요하고, 또 실시간으로 계측할 수 없다는 문제도 있다.

한편, 상기 서술한 특허 문헌에 기재된 2 선식 전송기 (이하, 단순히 전송기라고 칭하는 경우가 있음) 는, 전송로에 흐르는 전류를 사용하여 그 전송기의 작동에 필요한 전원 전압을 션트 레귤레이터에 의해 발생시킨 후, 이 전송기가 구비하는 센서의 검출치에 따른 전류치가 되도록 2 선식 전송로에 흐르는 전류치를 조정하고 있다. 따라서, 이 전송기는 2 선식 전송로에 흐르는 전류치를 제어는 하고 있으나, 실제 그 전류가 어느 정도로 전송로에 흐르고 있는지를 검출하는 것은 아니다. 보다 구체적으로 전술한 특허 문헌에 개시되어 있는 도 1 의 회로도를 참조하면, 전송로에 흘려 보내는 전류의 제어는, 귀환 저항기 (R2) 의 단자 전압을 사용하여 실시하고 있다. 이 때문에 전술한 특허 문헌에 개시되는 전송기는, 저항기 (R5, R6, R7, R8, 및 R2) 나 트랜지스터 (Q4 및 Q2) 의 열화, 단락 등에 의해 2 선식 전송로에 흐르는 전류치가 원하는 값으로부터 벗어났어도, 전송로에 흐르는 전류를 검출하고 있지 않기 때문에 이들 부품의 고장을 검출할 수 없다는 문제가 있었다. 즉, 계측기 자체가 고장나 있을 때, 전송기는 이 고장난 측정기 의 출력 전류를 사용하여 제어되게 된다. 이 때문에 특허 문헌에 기재된 전송기는, 전송기 자체의 고장 검출이 곤란해질 우려가 있다.

본 발명은, 상기 서술한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 작동 전원을 필요로 하지 않고, 또 계측한 전류치를 전송하는 전송로가 불필요한 전류 모니터 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 서술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 관련되는 전류 모니터 장치는, 측정기가 측정한 물리량을 신호 전류로 변환하여 2 개의 전송로에 출력한 전류치를 계측하는 전류 모니터 장치로서, 상기 전송로에 끼워져 삽입되고, 상기 전송로에 출력된 상기 신호 전류의 전류치를 계측하는 전류 검출부와, 상기 전송로에 끼워져 삽입되고, 상기 신호 전류가 흐름으로써 발생된 전압을 출력하는 전원 전압 생성부를 구비하는 한편, 상기 전류 검출부는, 상기 전원 전압 생성부가 출력한 전압에 의해 구동되는 것을 특징으로 하고 있다.

바람직하게는 상기 전원 생성부는, 상기 전송로에 끼워져 삽입되고, 상기 신호 전류를 흘려 보내는 트랜지스터와, 상기 끼워져 삽입된 트랜지스터의 2 개의 전극에 각각 접속되고, 이들 전극 사이에 상기 신호 전류가 흘러 발생된 전압의 전압치를 검출하는 전압 검출부와, 상기 트랜지스터의 2 개의 전극에 각각 접속되고, 소정의 기준 전압치를 출력하는 기준 전압 생성부와, 이 기준 전압 생성부가 출력한 기준 전압치와 상기 전압 검출부가 검출한 전압치를 비교하고, 상기 트랜지스터의 내부 저항을 변화시켜 이 트랜지스터에 있어서의 2 개의 전극 사이의 전압을 소정의 전압치로 조정하는 전압 비교 조정부를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 서술한 전류 모니터 장치에 사용하는 전원 전압 생성부는, 전송로에 삽입한 트랜지스터의 내부 저항을 제어함으로써, 이 트랜지스터의 양단 (예를 들어, MOSFET 의 경우, 소스·드레인 사이) 에 전압 강하를 발생시킨다. 이때 전송로에 흐르는 전류는 변하지 않는다. 즉, 본 발명의 전류 모니터 장치는, 트랜지스터의 내부 저항을 제어하고, 주전류가 흐르는 트랜지스터의 2 개의 전극 사이 (예를 들어, 소스·드레인 사이) 에 발생하는 전압 강하를 소정의 전압으로 조정하더라도, 계측기가 제어하는 전류치에 의해서만 신호 전류가 변화된다. 따라서, 트랜지스터에 있어서의 2 개의 전극 사이의 전압은, 임의의 값으로 설정할 수 있다. 그리고 본 발명의 전류 모니터 장치는, 트랜지스터의 2 개의 전극 사이에 발생된 전압 (전압 강하) 에 의해 전류 검출부를 작동시켜 전송로에 흐르는 전류를 측정한다.

또한, 본 발명의 전류 모니터 장치는, 상기 전류 검출부가 계측한 상기 전류치를 무선 전송하는 무선부를 구비하고, 이 무선부는, 상기 전원 전압 생성부가 출력한 전압에 의해 구동되도록 구성된다.

이 무선부는, 전원 전압 생성부가 출력한 전압에 의해 구동된다. 따라서 상기 서술한 전류 모니터 장치는, 무선부가 작동하는 전원을 별도로 준비할 필요가 없다. 또한, 이 전류 모니터 장치는, 계측한 전류치를 전송하는 전송로도 불필요하다.

바람직하게는 상기 무선부는 소정의 주기로 간헐 송신하고, 이 무선부의 송신 정지 중에는 상기 전원 전압 생성부로부터 얻어지는 전하를 저장하는 한편, 그 무선부의 송신 중에는 상기 저장한 전하를 방출하여 상기 무선부가 필요로 하는 전류를 보충하는 축전부를 구비하는 것이 바람직하다.

이 전류 모니터 장치는, 예를 들어 2 선식 전송로가 최소 전류치 (4mA) 일 때, 무선부 이외의 회로를 작동할 수 있는 것의 무선부가 데이터를 송출하면 4mA 에서는 전류가 부족한 경우, 무선부를 간헐 동작시킴과 동시에, 이 무선부가 데이터를 송출하고 있지 않는 대기 상태에 있을 때, 상기 전원 전압 생성부가 출력한 잉여 전하 (전류) 를 축전부 (콘덴서) 에 저장한다. 그리고 무선부가 데이터를 송출할 때, 이 전류 모니터 장치는, 전송로로부터 전류의 공급을 받음과 함께 콘덴서에 저장한 전하 (전류) 를 꺼내 무선부를 작동시킨다.

이와 같이 본 발명의 전류 모니터 장치는, 전송로에 흐르는 전류를 사용하여 전류 모니터 장치 내부의 전원 전압 생성부에 의해, 이 전류 모니터 장치를 작동시키는 전압을 만들어 내고 있다. 이 때문에 본 발명의 전류 모니터 장치는, 전류 모니터 장치를 작동시키기 위한 전원 배선이나 전지를 사용하는 일 없이 무전원으로 전송로에 흐르는 전류를 계측할 수 있다. 또 계측한 전류치는, 전송로에 흐르는 전류로부터 만들어 낸 전압에 의해 작동하는 무선부를 사용하여 무선 전송된다. 이 때문에 본 발명의 전류 모니터 장치는, 계측한 전류 데이터를 전송하는 유선 전송로가 불필요하다. 따라서 본 발명의 전류 모니터 장치는, 전원 배선 및 계측한 전류 데이터를 전송하는 유선 전송로가 불필요해지므로, 전원 배선 및 유선 전송로를 부설하는 비용이 들지 않을 뿐만 아니라, 전지의 교환이 불필요하여, 우수한 메인터넌스성을 구비하고 있다.

또 본 발명의 전류 모니터 장치는, 무선부를 소정의 주기로 간헐 송신시킴과 함께, 무선부의 송신 정지 중에 전원 전압 생성부로부터 얻어지는 전하 (전류) 를 콘덴서 저장하는 한편, 이 무선부의 송신 중에 콘덴서에 저장한 전하 (전류) 를 방출하여 무선부가 필요로 하는 전류를 보충하고 있다. 따라서 본 발명의 전류 모니터 장치는, 큰 무선 출력을 얻을 수 있는 무선부를 사용할 수 있고, 유선 전송로를 개재하지 않고 계측한 전송로에 흐르는 전류치의 데이터를 보다 먼 곳으로 전송할 수 있다. 또한, 본 발명의 전류 모니터 장치는, 기존의 플랜트에도 용이하게 적용할 수 있다는 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2 는, 도 1 에 나타내는 전류 모니터 장치의 주요 회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 3 은, 본 발명의 제 2 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치의 주요 회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 4 는, 본 발명의 제 3 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

도 5 는, 도 4 에 나타내는 전류 모니터 장치의 주요 회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 6 은, 본 발명의 제 3 의 실시형태를 변형한 전류 모니터 장치의 주요 회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 7 은, 본 발명의 제 4 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치의 주요 회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 8 은, 본 발명의 제 4 의 실시형태를 변형한 전류 모니터 장치의 주요 회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 9 는, 본 발명의 제 5 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치의 주요 회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 10 은, 본 발명의 제 6 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치의 주요 회로 구성을 나타내는 회로도이다.

도 11 은, 본 발명에 관련되는 전류 모니터 장치의 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 12 는, 종래의 2 선식 전송로를 사용한 공업용 계측 시스템의 원리적 구성을 나타내는 개략 블록도이다.

도 13 은, 종래의 2 선식 전송로를 사용한 공업용 계측 시스템에 무선 모니터 장치를 형성하고, 전송로에 흐르는 전류를 계측하는 전류 모니터 장치를 주입한 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명에 관련되는 전류 모니터 장치에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 도 1 ∼ 도 10 은 발명을 실시하는 형태의 일례를 설명하 기 위한 도면으로서, 이들 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또, 이들의 도면 중, 도 12 및 도 13 과 동일한 부호를 붙인 부분은, 전술한 2 선식 전송로를 사용한 계측 시스템과 동일물을 나타내고, 기본적인 구성은 도 12 및 도 13 에 나타내는 종래의 것과 동일한 것으로 설명을 약술한다.

먼저, 도 1 은, 본 발명의 제 1 의 실시형태를 나타내는 개략 블록도이다. 이 도면에 있어서 1 은, 각종 센서 (도 1 에 도시 생략) 를 구비하여, 계측 대상의 물리량 (예를 들어, 압력, 온도, 유량 등) 을 계측하고, 그 계측한 물리량에 대응하는 신호 전류를 2 선식 전송로 (2 ; 이하, 단순히 전송로라고 하는 경우가 있음) 로 출력하는 공업용 계측기 (이하, 단순히 계측기라고 하는 경우가 있음) 이다. 전송로 (2) 는, 소정 전압 (예를 들어, 24V) 의 직류를 출력하는 직류 전원 (3) 및 소정의 저항값 (예를 들어, 250Ω) 을 갖는 부하 저항기 (4) 가 직렬로 끼워져 삽입되어 전류 루프를 형성한다. 그리고 계측기 (1) 는, 센서가 계측한 물리량을, 예를 들어 4mA ∼ 20mA 의 전류치의 신호 전류로 변환하여 전송로 (2) 에 출력한다. 본 발명의 전류 모니터 장치 (10) 는, 이와 같이 구성된 계측 시스템의 전송로 (2) 에 직렬로 끼워져 삽입되고, 이 전송로 (2) 에 흐르는 전류를 검출하도록 구성된다.

이 전류 모니터 장치 (10) 는, 전송로 (2) 에 직렬로 끼워져 삽입할 수 있도록 2 개의 단자 VP 및 VM 을 가지고, 전송로 (2) 에 흐르는 전류로부터 소정의 전압을 생성하는 전원 전압 생성부 (20), 전송로 (2) 에 흐르는 신호 전류의 전류치를 검출하는 전류 검출부 (30) 및 이 전류 검출부 (30) 가 검출한 전류치 (전류 데 이터) 를 무선 전송하는 무선부 (40) 를 구비한다. 이 전류 모니터 장치 (10) 는, 상세하게는 도 2 에 나타나는 회로 구성을 취하고 있다.

단자 VP 및 VM 사이에는, 전송로 (2) 에 흐르는 신호 전류를 통과시키는 트랜지스터 (Q1), 이 트랜지스터 (Q1) 에 신호 전류가 흐름으로써, 이 트랜지스터 (Q1) 의 2 개의 전극 사이 (예를 들어, 소스·드레인 사이) 에 발생하는 전압 (전압 강하) 을 검출하는 전압 검출부 (21), 소정의 기준 전압을 출력하는 기준 전압 생성부 (22), 이 기준 전압 생성부 (22) 가 출력한 기준 전압과 전압 검출부 (21) 가 검출한 전압을 비교하여, 트랜지스터 (Q1) 에 있어서의 2 개의 전극 사이의 전압을 소정의 전압치로 조정하는 전압 비교 조정부 (23) 가 각각 병렬로 접속된다.

트랜지스터 (Q1) 는, 예를 들어 P 채널 MOS 트랜지스터이고, 소스가 단자 VP 에, 드레인이 후술하는 션트 저항기 (R5) 를 개재하여 단자 VM 에 접속된다. 이 트랜지스터 (Q1) 의 게이트는, 자세한 것은 후술하겠으나, 전압 비교 조정부 (23) 를 구성하는 연산 증폭기 (A1) 의 출력 (제어 신호) 에 접속된다. 또한, 이 단자 VM 에 접속되는 션트 저항기 (R5) 의 타단은, 기준 전위 0V 의 GND 라인 (11) 이라고 부르고, 단자 VP 측은, 전위 VSUP 의 VSUP 라인 (12) 이라고 부른다.

전압 검출부 (21) 는, 직렬로 접속된 2 개의 저항기 (R1 및 R2) 가 VSUP 라인 (12) 과 GND 라인 (11) 사이에 접속되어 구성된다. 또, 기준 전압 생성부 (22) 는, 저항기 (R6) 와 기준 전압원 VREF 가 직렬로 접속되고, VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 사이에 접속된다. 이 기준 전압원 VREF 의 애노드는 GND 라인에, 기준 전압원 VREF 의 캐소드는 저항기 (R6) 를 개재하여 VSUP 라인 (12) 에 접속된다.

또한, 기준 전압원 VREF 는, 제너 다이오드 또는 밴드 갭 레퍼런스 등으로 구성된다. 또한, 기준 전압 생성부 (22) 의 기준 전압원 VREF 는, 제너 다이오드보다 밴드 갭 레퍼런스를 사용하면 온도 안정성을 높일 수 있어 바람직하다.

그리고 전압 검출부 (21) 의 저항기 (R1) 와 저항기 (R2) 의 접속점 (검출 전위 VT) 이 전압 비교 조정부 (23) 를 구성하는 연산 증폭기 (A1) 의 음의 입력 단자에, 기준 전압 생성부 (22) 의 저항기 (R6) 와 기준 전압원 VREF의 접속점 (기준 전위 VR) 이 연산 증폭기 (A1) 의 양의 입력 단자에 각각 접속된다. 또한, 연산 증폭기 (A1) 를 구동시키는 양 및 음의 전원 입력 단자는, VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 에 각각 접속된다.

그렇게 하여 양의 입력 단자의 전위 (기준 전위 VR) < 음의 입력 단자의 전위 (검출 전위 VT) 의 조건을 만족할 때, 트랜지스터 (Q1) 의 게이트에 GND 라인 (11) 의 전위가 인가되어, 트랜지스터 (Q1) 는 컷 오프 상태가 된다. 그러면, 트랜지스터 (Q1) 의 드레인·소스 사이의 전압은 상승하고, VSUP 라인 (12) 의 전위가 상승한다. 이때 전압 검출부 (21) 의 저항기 (Rl 및 R2) 에 더해지는 전압도 상승하므로, 저항기 (R1) 와 저항기 (R2) 의 접속점 전위 (검출 전위 VT) 는 상승한다. 이 검출 전위가 기준 전위 VR 을 상회하면 연산 증폭기 (A1) 의 출력은, VSUP 라인의 전위가 된다. 그러면 트랜지스터 (Q1) 의 드레인 전류가 흐르기 시작한다. 이로써 트랜지스터 (Q1) 의 게이트·소스 사이 전압이 커지므로, 트랜지스터 (Q1) 의 드레인 전류가 증가한다. 그렇게 하여 연산 증폭기 (A1) 는, 전압 검출부 (21) 의 저항기 (R1) 와 저항기 (R2) 의 접속점 (검출 전위) 이 기준 전위 VR 이 되도록 트랜지스터 (Q1) 의 게이트를 제어한다. 이와 같이, 전원 전압 생성부 (20) 는, 션트 레귤레이터를 구성하고 있다.

상기의 트랜지스터 (Q1) 의 소스·드레인 사이 전압은, 전압 검출부 (21) 의 저항기 (R1 및 R2) 및 기준 전압원 VREF 와의 조합으로 결정된다. 예를 들어, 저항기 (R1) 의 저항값이 400kΩ, 저항기 (R2) 의 저항값이 100kΩ, 기준 전압원 VREF 의 브레이크 다운 전압이 1.23V 일 때, VSUP 라인 (12) 의 전위는, 5 배인 6.15V 가 된다. 이와 같이 VSUP 라인 (12) 에는, 전압 검출부 (21) 의 저항기 (R1) 와 저항기 (R2) 의 저항비를 조정함으로써 원하는 전압이 얻어진다.

또한, 저항기 (R1 및 R2) 의 저항값은, 소비 전류와의 트레이드 오프를 고려하여 정한다. 즉, 각각의 저항기를 고저항으로 구성하면, 회로의 소비 전력은 낮아진다. 한편, 기준 전위는, 트랜지스터 (Q1) 의 게이트·소스 사이 전압에 의존하지 않고 일정하다. 이 때문에 회로의 소비 전류를 줄이기 위해서 저항기 (R6) 의 값은 크게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, VSUP 라인의 전위가 6.15V 가 되도록 저항기 (R1 및 R2) 가 설정되고, 저항기 (R6) 는 1MΩ 으로 설정되도록 한다. 그러면 기준 전압원 VREF 에 흐르는 전류는, [(6.15-1.23)/1×10⁶]=4.92μA 가 된다.

또, 저항기 (R6) 는, 도시한 저항기 외에, 특별히 도시하지 않지만 FET 나 트랜지스터 등의 능동 소자 외에, 커런트 미러 회로 등의 회로 블록을 사용하여 구 성해도 관계없다. 또, 트랜지스터 (Q1) 는, 상기 서술한 P 채널 MOS 트랜지스터 대신에 연산 증폭기 (A1) 의 입력 극성을 교체하면, N 채널 MOS 트랜지스터로 구성할 수도 있다. 또는 트랜지스터 (Q1) 는, PNP 트랜지스터나 NPN 트랜지스터를 사용할 수도 있다. 또한, 연산 증폭기 (A1) 의 드라이브 능력이 있는 경우에는, 연산 증폭기 (A1) 하나로 제어해도 된다. 이 경우, 트랜지스터 (Q1) 가 불필요해져, 간단하고 쉬운 회로로 구성할 수 있다.

한편, 전류 검출부 (30) 는, 단자 VP 및 VM 사이에 직렬로 끼워져 삽입되는 션트 저항기 (R5) 와 이 션트 저항기 (R5) 의 양단에 신호 전류가 흐름으로써 발생하는 전압 강하를 검출하여 증폭되는 연산 증폭기 (A2) 를 구비한다. 이 션트 저항기 (R5) 에는, 후술하는 무선부 (40), 연산 증폭기 (A1), 연산 증폭기 (A2), 전압 검출부 (21), 기준 전압 생성부 (22) 및 트랜지스터 (Q1) 의 드레인 전류의 합계 전류가 흐른다.

연산 증폭기 (A2) 의 양의 입력 단자는, GND 라인 (11) 에 접속되고, 연산 증폭기 (A2) 의 음의 입력 단자에는, 이 연산 증폭기 (A2) 의 출력 단자에 이르는 저항기 (R4) 및 단자 VM 에 이르는 저항기 (R3) 가 접속된다. 또한, 연산 증폭기 (A2) 가 구비하는 양 및 음의 전원 입력 단자는, VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 에 각각 접속된다.

그런데, 상기의 저항기 (R3 및 R4) 는, 연산 증폭기 (A2) 의 증폭도를 결정하는 역할을 담당하고 있다. 구체적으로 저항기 (R3) 를 100kΩ 으로, 저항기 (R4) 를 500kΩ 으로 설정하면 증폭도는 [R4/R3=500kΩ/100kΩ=5] 가 된다. 예 를 들어, 션트 저항기 (R5) 에 VP 단자로부터 4mA 의 전류가 흘렀다고 하면, 션트 저항기 (R5) 의 양단에는 0.2V 의 전압 강하가 발생된다. 그러면 연산 증폭기 (A2) 의 출력 단자에는 [0.2×5=1.0V] 의 전압이 나타난다. 또, 션트 저항기 (R5) 에 VP 단자로부터 20mA 의 전류가 흘렀다고 하면, 션트 저항기 (R5) 의 양단에는 1.0V 의 전압 강하가 발생된다. 그러면 연산 증폭기 (A2) 의 출력 단자에는 [1.0×5=5.0V] 의 전압이 나타난다.

또한, 전류 검출부 (30) 의 저항기 (R3 및 R4) 에도 전류가 흐르기 때문에 전류 검출치에는 약간의 오차가 포함된다. 그러나 이 오차는, 저항기 (R3, R4, 및 R5) 의 값을 적절히 설계함으로써 작게 조절할 수 있다. 이 때문에 본 발명의 전류 모니터 장치는, 실용상 문제를 일으키지 않는다. 예를 들어, 4mA 의 전류를 전류 검출부 (30) 가 검출할 때, 상기 서술한 예에서는 저항기 (R5) 에는 0.2V 의 전압 강하가 발생된다. 따라서, 저항기 (R3) 의 양단에 발생하는 전압 강하는 0.2V 가 된다. 지금, 저항기 (R3) 가 100kΩ 이라고 하면, 이 저항기 (R3) 에 흐르는 전류 (오차 전류) 는 2μA 가 된다. 따라서 이 오차 전류는, 4mA 의 측정 전류에 대해서 0.05％ 가 된다. 일반적인 공업용 계측 기기의 경우, 오차 0.1％ 를 허용하고 있고, 따라서 이 정도의 측정 오차는 문제가 되지 않는다.

또 이 오차 전류는, 측정 전류에 대해서 항상 일정한 값이 된다. 즉, 검출 전류의 값을 I 로 하면, 오차 전류 Ierr 은, [Ierr=I×(R5/R3)] 으로 구할 수 있다. 구체적인 예를 들면, 검출 전류가 I=8mA 때의 오차 전류는 Ierr=4μA 이 고, 검출 전류가 I=12mA 때의 오차 전류는 Ierr=6μA, 검출 전류가 I=20mA 때의 오차 전류는 Ierr=10μA 이다. 따라서 본 발명의 전류 모니터 장치는, 이와 같이 검출 전류에 따른 일정 비율의 오차 전류를 포함하는 것이 공지되어 있고, 전류 검출부 (30) 가 출력한 전류 데이터에 오차 전류분을 보정하는 것이 충분히 가능하다.

그런데, 이 전류 검출부 (30) 가 출력한 전류 데이터는, 다음 단의 무선부 (40) 에 부여된다. 이 무선부 (40) 는, 아날로그 전류 신호를 입력으로 하여 변조를 더한 후에 소정의 주파수의 고주파 신호로서 검출한 전류 데이터를 항상 송출하는 기능을 구비한다. 그리고, 도시하지 않은 수신부는, 무선부 (40) 가 송출한 전류 데이터를 받아 소정의 처리를 실시한다.

구체적으로 무선부 (40) 는, 하이브리드화 된 무선 모듈을 적용한다. 이 무선 모듈로는, 전류 검출부 (30) 가 출력한 아날로그 레벨의 전류 데이터 (예를 들어, 직류 전압 1V ∼ 5V) 를 받고, 이 아날로그 레벨 (전류 데이터) 에 맞게 소정의 변조 (진폭 변조, 주파수 변조, 위상 변조, 스펙트럼 확산 변조 등) 를 실시하여 무선 전송하는 기능을 구비한 무선부 (40) 이면 변조 방식은 문제가 되지 않는다. 요컨대, 전류 검출부 (30) 가 검출한 전류 데이터를 무선 전송할 수 있는 것이면, 무선부 (40) 는 그 방식이 한정되지 않는다. 또한, 무선부 (40) 의 내부 구성은, 본원 발명이 특징으로 하는 것과는 상이한 것이므로 설명을 생략한다.

그런데 일반적으로 플랜트에는, 전술한 바와 같이 복수의 계측 대상의 장치 가 배치되어 있다. 이들에 본 발명의 전류 모니터 장치를 접속했을 경우, 각 전류 모니터 장치의 무선부 (40) 가 송출하는 무선 신호가 혼신되지 않도록 무선부 (40) 및 이 무선부 (40) 가 송출한 무선 신호를 수신하는 수신부 (특별히 도시 생략) 에는, 주파수 분할 다원 접속 (FDMA) 방식, 시분할 다원 접속 (TDMA) 방식 외에, 부호 분할 다원 접속 (CDMA) 방식 등의 액세스 방식을 각각 적용하면 된다.

또한, 상기 서술한 전원 전압 생성부 (20), 전류 검출부 (30) 및 무선부 (40) 의 각각 소비 전류의 합계치는, 전송로 (2) 에 흐르는 신호 전류의 최소치 (상기 서술한 예의 경우에는, 4mA) 를 초과하지 않도록 설계할 필요가 있다.

이렇게 하여 상기 서술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제 1 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치는, 전송로 (2) 로 끼워져 삽입되고, 이 전송로 (2) 에 흐르는 신호 전류의 전류치를 계측하는 전류 검출부 (30) 와, 제어 신호의 레벨에 의해, 전송로 (2) 에 끼워져 삽입된, 예를 들어 소스·드레인 사이의 내부 저항을 변화시키는 트랜지스터 (Q1) 와, 이 트랜지스터 (Q1) 의 소스 및 드레인에 각각 접속되고, 이들 전극 사이에 신호 전류가 흘러 발생된 전압의 전압치를 검출하는 전압 검출부 (21) 와, 트랜지스터 (Q1) 의 소스 및 드레인에 각각 접속되고, 소정의 기준 전압치를 출력하는 기준 전압 생성부 (22) 와, 이 기준 전압 생성부 (22) 가 출력한 기준 전압치와 전압 검출부 (21) 가 검출한 전압치를 비교하여 트랜지스터 (Q1) 의 게이트에 부여하는 제어 신호의 전압을 조정하고, 트랜지스터 (Q1) 의 소스·드레인 사이의 전압을 소정의 전압치로 조정하는 전압 비교 조정부 (23) 를 구비하고, 전류 검출부 (30), 및 전류 검출부 (30) 가 검출한 전류 데이터를 무선 전 송하는 무선부 (40) 가 트랜지스터 (Q1) 의 소스 및 드레인 사이에 발생된 전압에 의해 구동되도록 되어 있으므로, 전원 장치나 전지 등의 외부 전원 그리고 전송로 및 검출한 전류 데이터를 전송하는 전송로가 불필요하다. 이 때문에 본 발명의 전류 모니터 장치는, 전원 배선 및 유선 전송로를 부설하는 비용이 들지 않을 뿐 아니라, 전지의 교환이 불필요한 전류 모니터 장치를 실현할 수 있다.

다음으로 본 발명의 제 2 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치에 대해서 도 3 을 참조하면서 설명한다. 이 도면에 있어서, 상기 서술한 제 1 의 실시형태와 동일한 기능를 구비하는 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이 제 2 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치가 상기 서술한 제 1 의 실시형태와 다른 점은, 전류 검출부 (30) 가 출력한 아날로그 레벨의 전압치 (전류 데이터) 를 n 비트의 디지털 데이터로 변환하는 A/D 컨버터 (50) 를 구비하고, 이 A/D 컨버터 (50) 가 변환한 n 비트의 디지털 데이터를 무선부 (40) 가 송출하도록 한 점에 있다. 또한, 이 A/D 컨버터 (50) 를 구동시키는 양 및 음의 전원 입력 단자는, 각각 VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 에 접속된다.

이와 같이 구성된 제 2 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치는, 입력 신호가 디지털 데이터 밖에 허용하지 않는 무선 모듈을 무선부 (40) 에 적용할 수 있으므로, 보다 범용성이 높다. 예를 들어, 제 2 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치는, B1uetooth, Zigbee 등의 무선 전송을 실시하는 모듈을 적용할 수 있고, 간단하게 본 발명의 전류 모니터 장치를 실현할 수 있다. 또 본 실시형태는, 검출한 전류 데이터를 디지털 변환하고 있으므로, 특별히 도시하지 않지만, 수신측에서 디지털 데이터로서 처리하는 경우, 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 필요가 없고, 예를 들어 컴퓨터에서의 데이터 처리에 최적이다.

다음으로 본 발명의 제 3 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치에 대해서 도 4 및 도 5 를 참조하면서 설명한다. 이들의 도면에 있어서 상기 서술한 제 1 및 제 2 의 실시형태와 동일한 기능을 구비하는 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이 제 3 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치가 상기 서술한 제 1 및 제 2 의 실시형태와 다른 점은, VSUP 라인 (12) 과 GND 라인 (11) 사이에 콘덴서 (C1 ; 축전부) 를 삽입한 점, 무선부 (40), A/D 컨버터 (50), 전원 전압 생성부 (20) 및 전류 검출부 (30) 의 작동을 제어하는 CPU (60) 를 구비한 점에 있다. 이 CPU (60) 는, 예를 들어 무선부 (40) 가 소정 주기로 송신하도록 하는 제어 단자 EN 의 제어를 실시하고 있다.

한편, 콘덴서 (C1) 에는, 전기 이중층 콘덴서나 소용량의 2 차 전지가 적용된다. 이 콘덴서 (C1) 는, 상기 서술한 무선부 (40) 의 송신이 정지했을 때, 잉여 전하 (전류) 를 저장하는 한편, 무선부 (40) 가 송신하고 있을 때, 전송로 (2) 를 흐르는 신호 전류에 더하여, 무선부 (40) 가 필요로 하는 전류의 부족분을 보충하는 전류원의 역할을 담당하고 있다.

구체적으로는 무선부 (40) 의 송신이 완료됐을 때의 콘덴서 (C1) 의 양단의 전압, 즉 VSUP 라인 (12) 의 전압 [Qmin/C] 은, 전류 모니터 장치 (10) 의 회로 요소 (전원 전압 생성부 (20), 전류 검출 회로 (30), 무선 회로 (40)) 의 최저 구동 전압을 하회하지 않도록 하면 된다. 여기에 콘덴서 (C1) 의 정전 용량 (2 차 전지의 용량을 포함함) 을 C, 무선부 (40) 의 송신이 정지했을 때 콘덴서 (C1) 에 저장되는 전하의 최대치를 Qmax, 무선부 (40) 의 송신이 완료됐을 때, 콘덴서에 저장된 전하를 Qmin 로 하면, 콘덴서 (C1) 의 정전 용량 C 및 송신 주기는, 무선부 (40) 의 송신이 정지했을 때 콘덴서 (C1) 에 저장할 수 있는 전하의 최대치 Qmax 가 얻어지도록 설정하면 된다.

이렇게 하여 본 발명의 제 3 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치는, CPU (60) 의 제어에 의해 무선부 (40) 를 간헐 작동시키고 있다. 이 때문에 무선부 (40) 가 전류 데이터 등을 송신하고 있지 않을 때, 콘덴서 (C1) 에 저장한 전하 (전류) 를 무선부 (40) 는 이용할 수 있다. 즉, 콘덴서 (C1) 에 저장한 전하 (전류) 는, 전송로 (2) 에 흐르는 전류에 더하여 전류원으로서 이용할 수 있다. 이 때문에 본 실시형태는, 전술한 실시형태에 나타내는 바와 같은, 항시 전류 데이터를 송출하는 형태에 비하여, 무선부 (40) 가 간헐적으로 송출하는 송신 전력을 크게 할 수 있고, 그 때문에 무선 전송의 품질 향상 및 전송 거리의 연신을 도모할 수 있다.

또한, 도 6 은, 상기 서술한 제 3 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치를 변형한 것으로, 단자 VP 와 VSUP 라인 사이에 과전류에 의해 회로를 차단하는 휴즈 (F) 를 직렬로 끼워져 삽입한 회로를 나타내고 있다. 통상적으로, 단자 VP 및 VM 사이에는 공지된 계측기 (1), 직류 전원 (3), 부하 저항기 (4) 가 접속된다. 만일 계측기 (1) 나 부하 저항기 (4) 가 접속되지 않고, 직류 전원 (3) 을 직접 단자 VP 및 VM 사이에 접속하는 등의 오접속이 있을 경우, 트랜지스터 (Q1) 의 소스·드레인 사이에는 과대한 전류가 흐를 우려가 있다. 최악의 경우, 트랜지스터 (Q1) 는 파괴되는 경우도 있다. 이 때문에 본 실시형태는, 단자 VP 와 VSUP 라인 사이에 과전류에 의한 전류를 차단하는 휴즈 (F) 를 끼워서 삽입하여, 트랜지스터 (Q1) 를 보호하는 것이 바람직하다.

물론 휴즈 (F) 이외에도 본 실시형태는, 단자 VP 로부터 단자 VM 사이에 흐르는 전류가 과대해지지 않도록, 과전류를 검출한 시점에서 트랜지스터 (Q1) 의 게이트 회로를 연산 증폭기 (A1) 의 출력 단자로부터 떼어내는 등의 과전류 보호 회로 (도시 생략) 를 형성해도 상관없다. 이들은, 상기 서술한 제 1 및 제 2 의 실시형태에서는 설명하지 않았지만, 동일하게 적용해도 물론 상관없다.

또한, 특별히 도시하지 않지만, 본 실시형태는, 간헐 동작에 필요한 타이머 회로나 카운터 회로, 이들의 프로그램을 저장하는 메모리 등 CPU (60) 의 주변 회로 에 대해서도, VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 에 접속되어 전원 공급을 받으면 된다.

또, 본 실시형태는, CPU (60) 를 사용하여 무선부 (40) 의 간헐 송신 제어 (EN 제어) 를 실시하는 것 외에도, 디스크리트 부품으로 구성한, 예를 들어 멀티 바이브레이터 회로를 사용하여 소정의 주기로 무선부 (40) 의 EN 제어를 실시해도 물론 상관없다. 이런 경우라도, 상기 서술한 바와 같이 콘덴서 (C1) 의 정전 용량 C 와 송신 주기를 조정하여 VSUP 라인 (12) 의 전압 [Qmin/C] 이, 전류 모니터 장치 (10) 의 회로 요소 (전원 전압 생성부 (20), 전류 검출 회로 (30), 무선 회로 (40)) 의 최저 구동 전압을 하회하지 않게 설정하면 된다.

다음으로 본 발명의 제 4 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치에 대해서 도 7 을 참조하면서 설명한다. 이 도면에 있어서, 상기 서술한 제 1 ∼ 제 3 의 실시형태와 동일한 기능을 구비하는 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이 제 4 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치가 상기 서술한 제 1 ∼ 제 3 의 실시형태와 다른 점은, 전류 모니터 장치를 구성하는 아날로그 회로에 공급하는 전원과, 디지털 회로에 공급하는 전원을 다른 회로 구성으로 한 점에 있다. 구체적으로는, 아날로그 회로를 구성하는 전원 전압 생성부 (20) 및 전류 검출부 (30) 는, 상기 서술한 VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 으로부터 전원 공급을 받는 한편, 무선부 (40), A/D 컨버터 (50) 및 CPU (60) 는 VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 사이의 전압을 소정의 전압으로 변압하여 출력하는 레귤레이터 (70) 의 출력으로부터 전원 공급을 받는다.

이 본 발명의 제 4 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치는, 아날로그부의 전원과 디지털부의 전원을 분리하고 있으므로, 디지털 회로가 작동함으로써 전원에 중첩되는 노이즈의 영향이 아날로그부의 전원 라인 (VSUP 라인 (12)) 에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다. 또 본 실시형태는, 아날로그부의 작동 전압과 디지털부의 작동 전압을 각각 별개의 전압으로 설정할 수 있어, 설계의 자유도가 향상된다.

물론, 디지털부의 작동 전압이 단일값이 아닌 경우, 본 실시형태는, 도 8 에 본 발명의 제 4 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치의 변형예를 나타내는 바와 같이, 복수의 레귤레이터 (70) 를 VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 사이에 접 속하여 소정의 전압을 취하여 출력하도록 해도 상관없다. 이와 같이 함으로써 상이한 전압 레벨에 의해 작동하는 구성 부품이 있더라도 본 발명의 전류 모니터 장치는 실현할 수 있다.

다음으로 본 발명의 제 5 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치에 대해서 도 9 를 참조하면서 설명한다. 이 도면에 있어서, 상기 서술한 제 1 ∼ 제 4 의 실시형태와 동일한 기능을 구비하는 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이 제 5 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치가 상기 서술한 제 1 ∼ 제 4 의 실시형태와 다른 점은, 상기 서술한 션트 레귤레이터 대신에 시리즈 레귤레이터를 사용한 점에 있다.

구체적으로 본 실시형태는, 도 9 에 나타내는 바와 같이 VSUP 라인 (12) 및 GND 라인 (11) 사이에 역바이어스가 더해지도록 제너 다이오드 (ZD) 를 접속하고, 이 제너 다이오드 (ZD) 의 캐소드와 전류 모니터 장치를 구성하는 전원 전압 생성부 (20), 전류 검출부 (30), 무선부 (40), A/D 컨버터 및 CPU (60) 의 양의 전원 라인 (VSUP 라인 (12)) 사이에 N 채널의 J-FET (트랜지스터 (Q2)) 를 형성하고, 전원 전압 생성부 (20) 의 연산 증폭기 (A1) 의 출력을 J-FET (트랜지스터 (Q2)) 의 게이트에 접속하여 구성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제 5 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치는, 연산 증폭기 (A1) 의 음의 입력 단자의 전압 (검출 전압 ; VT) 이, 양의 입력 단자의 전위 (기준 전위 ; VR) 보다 높을 때, 즉 VSUP 의 전압이 소정의 전압보다 높을 때, 트랜지스터 (Q2) 의 게이트 단자 전압이 저하되어 드레인 전류가 감소한 다. 따라서 VSUP 전압은 저하된다. 그러면 전압 검출부 (21) 를 구성하는 저항기 (R1) 와 저항기 (R2) 의 접속점 전위 (검출 전압 ; VT) 는 동일하게 저하된다. 이로써 저항기 (R1) 와 저항기 (R2) 의 저항 분할로 정해지는 연산 증폭기 (A1) 의 음의 입력 단자의 전압은 저하된다.

반대로 연산 증폭기 (A1) 의 음의 입력 단자의 전압 (검출 전압 ; VT) 이, 양의 입력 단자의 전위 (기준 전위 ; VR) 보다 낮을 때, 트랜지스터 (Q2) 의 게이트 단자 전압이 상승되어 드레인 전류는 증가한다. 따라서 VSUP 전압은 증가한다. 그러면 전압 검출부 (21) 를 구성하는 저항기 (R1) 와 저항기 (R2) 의 접속점 전위 (검출 전압 ; VT) 도 상승한다. 이로써 저항기 (R1) 와 저항기 (R2) 의 저항 분할로 정해지는 연산 증폭기 (A1) 의 음의 입력 단자의 전압은 상승한다. 이와 같은 일련의 피드백 동작에 의해 VSUP 라인 (12) 의 전압은 일정하게 유지된다.

단, 전류 모니터 장치로 흘러오는 전류는, 전송로 (2) 를 흐르는 신호 전류를 기초로 하고 있다. 이 때문에, 전류 모니터 장치를 구성하는 각부의 소비 전류 이상의 전류는 잉여 전류로서 불필요하다. 바꿔 말하면, 잉여 전류가 흐르는 통로가 없으면 계측기 (1) 가 전송로 (2) 에 송출하는 신호 전류가 흐르지 않기 때문에, 제너 다이오드 (ZD) 에는, 이 잉여 전류를 흘려 보내는 통로의 역할을 담당하게 하고 있다.

다음으로 본 발명의 제 6 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치에 대해서 도 10 을 참조하면서 설명한다. 이 도면에 있어서, 상기 서술한 제 1 ∼ 제 5 의 실시형태와 동일한 기능을 구비하는 부위에는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 이 제 6 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치가 상기 서술한 제 1 ∼ 제 5 의 실시형태와 다른 점은, 상기 서술한 시리즈 레귤레이터 또는 션트 레귤레이터 대신에 DC-DC 컨버터를 사용하여 구성한 점에 있다.

이 DC-DC 컨버터는, 휴즈 (F) 를 개재하여 단자 VP 와 GND 라인 (11) 사이에, 역바이어스가 더해지도록 제너 다이오드 (ZD) 를 접속하고, 이 제너 다이오드 (ZD) 와 병렬로 평활 콘덴서 (C2) 를 접속한다. 그리고 이 제너 다이오드 (ZD) 의 캐소드와 전류 모니터 장치를 구성하는 전원 전압 생성부 (20), 전류 검출부 (30), 무선부 (40), A/D 컨버터 및 CPU (60) 의 양의 전원 라인 (VSUP 라인 (12)) 사이에는 인덕터 (L) 및 다이오드 (D1) 를 직렬로 끼워서 삽입한다. 이 다이오드 (D1) 는, 인덕터 (L) 측에 애노드가 접속되고, VSUP 라인 (12) 측에 캐소드가 접속된다. 그리고, 이 인덕터 (L) 와 다이오드 (D1) 의 애노드의 접속점에는 MOSFET (Ml) 의 소스가 접속된다. 이 MOSFET (M1) 의 드레인은 GND 라인 (11) 에 접속된다. 전압 검출부 (21) 를 구성하는 저항기 (R1) 와 저항기(R2) 의 접속점, 및 기준 전압 생성부 (22) 의 저항기 (R6) 와 기준 전압원 VREF 의 접속점은, 각각 DC-DC 컨버터의 제어를 담당하는 제어 회로 (80) 에 접속된다. 이 제어 회로 (80) 는, 기준 전압 생성부 (22) 로부터 출력되는 기준 전압을 베이스로 하고, 전압 검출부 (21) 가 검출한 VSUP 전압을 소정의 전압이 되도록 제어 회로의 출력이 MOSFET (M1) 의 게이트에 부여되어, MOSFET (M1) 를 스위칭한다. 이 MOSFET (M1) 를 스위칭함으로써 VSUP 라인 (12) 의 전압은, 인덕터 (L) 에 발생되 는 역기전력과, 평활 콘덴서 (C2) 의 양단에 있어서의 전압과의 합으로서 생성된다. 즉 VSUP 라인 (12) 의 전압은, 단자 VP 및 VM 사이의 전압보다 높게 설정할 수 있다.

이렇게 하여, 상기 서술한 바와 같이 구성된 본 발명의 제 6 의 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치는, 단자 VP 및 VM 사이의 전압보다 VSUP 의 전압을 높게 설정할 수 있다. 이 때문에 본 실시형태에 관련되는 전류 모니터 장치는, 전류 검출부 (30), 무선부 (40), A/D 컨버터 (50) 및 CPU (60) 가 단자 VP 및 VM 사이의 전압보다 높은 작동 전압을 요구하더라도 전송로 (2) 에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 물론, 본 실시형태는, DC-DC 컨버터에서 일단 승압된 전압을 상기 서술한 제 4 의 실시형태에 나타낸 레귤레이터를 적용하여 강압하고, 임의의 전압을 만들어 내어도 상관없다.

여기서, 본 발명에 관련되는 전류 모니터 장치가 올바르게 작동하는지 평가 시험한 결과를 도 11 에 나타낸다. 이 도면는 4mA ∼ 20mA 의 전류가 흐르는 전송로 (2) 에 본 발명의 전류 모니터 장치를 삽입하여 연산 증폭기 (A2) 의 출력 전압을 계측한 결과를 나타내는 그래프이다. 이 도면의 가로축은 전송로 (2) 에 흐르는 전류를 [mA] 단위로 나타내고, 세로축은 연산 증폭기 (A2) 의 출력을 [V] 단위로 나타내고 있다. 이 도면이 나타내는 바와 같이 전송로 (2) 에 흐르는 전류가 4mA 일 때, 연산 증폭기 (A2) 의 출력은 1V 이고, 전송로 (2) 에 흐르는 전류가 20mA 일 때, 연산 증폭기 (A2) 의 출력은 5V 가 되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 전송로 (2) 에 흐르는 전류에 따라 연산 증폭기 (A2) 의 출력이 직선적으로 변화되고, 본 발명에 관련되는 전류 모니터의 직선성이 확보되어 있는 것을 검증할 수 있었다.

또한, 연산 증폭기 (A2) 의 출력 전압은, 상기 서술한 바와 같이 저항기 (R3) 와 저항기 (R4) 의 비로 결정되는 것이기 때문에, 상기 서술한 전압 레인지 이외에도 원하는 전압 레인지가 되도록 저항기 (R3) 와 저항기 (R4) 의 비를 설정하면 된다.

이와 같이 본 발명에 관련되는 전류 모니터는, 연산 증폭기 (A2) 의 출력에 따라, 그 출력 전압치를 무선부 (40) 에 의해 무선 전송할 수 있다. 또한, 본 발명에 관련되는 전류 모니터는, 특별히 도시하지 않지만, 전류 모니터 장치에 액정 표시판을 형성하여, 전송로 (2) 에 흐르는 전류를 외부 전원이 없어도 표시시킬 수도 있다.

또한, 본 발명에 관련되는 전류 모니터 장치는, 상기 서술한 션트 레귤레이터, 시리즈 레귤레이터, DC-DC 컨버터 외에, 어떠한 레귤레이터의 방식을 채용하더라도, 계측기가 출력한 신호 전류를 사용하여 전류 모니터 장치가 작동하는 내부 전원을 생성할 수 있으면 되고, 상기 서술한 회로로 레귤레이터의 구성이 한정되는 것은 아니다.

또, 본 발명의 전류 모니터 장치는, 상기한 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지 변경을 더하더라도 상관없다.

Claims

계측기가 계측한 물리량을 신호 전류로 변환하여 2 개의 전송로에 출력한 전류치를 검출하는 전류 모니터 장치로서,

상기 전송로에 끼워져 삽입되고, 그 전송로에 출력된 상기 신호 전류의 전류치를 검출하는 전류 검출부와,

이 전류 검출부에 의해 계측된 상기 전류치를 무선 전송하는 무선부와,

상기 전송로에 끼워져 삽입되고, 그 전송로에 상기 신호 전류가 흐름으로써 발생된 전압을 출력하는 전원 전압 생성부를 구비하고,

상기 전원 전압 생성부는, 상기 전송로에 끼워져 삽입되고, 상기 신호 전류를 흘려 보내는 트랜지스터와,

상기 전송로에 끼워져 삽입된 트랜지스터의 2 개의 전극에 각각 접속되고, 이들 전극 사이에 상기 신호 전류가 흘러 발생된 전압의 전압치를 검출하는 전압 검출부와,

상기 트랜지스터의 2 개의 전극에 각각 접속되고, 소정의 기준 전압치를 출력하는 기준 전압 생성부와,

이 기준 전압 생성부가 출력한 기준 전압치와 상기 전압 검출부가 검출한 전압치를 비교하고, 상기 트랜지스터의 내부 저항을 변화시켜 이 트랜지스터에 있어서의 2 개의 전극 사이의 전압을 소정의 전압치로 조정하는 전압 비교 조정부를 구비하고,

상기 전류 검출부 및 상기 무선부는, 상기 전원 전압 생성부가 출력한 전압에 의해 각각 구동되며,

상기 무선부는 소정의 주기로 간헐 송신하고, 이 무선부의 송신 정지 중에는 상기 전원 전압 생성부로부터 얻어지는 전하를 저장하는 한편, 상기 무선부의 송신 중에는 상기 저장한 전하를 방출하여 상기 무선부가 필요로 하는 전류를 보충하는 축전부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전류 모니터 장치.
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