WO2003005319A1 - Intrinsically safe explosion-proof sensor circuit - Google Patents

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Takashi Masuda
Yasuhide Yoshikawa
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Yamatake Corporation
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/008—Intrinsically safe circuits

Definitions

  • the present invention drives a sensor that measures pressure, temperature, and other physical quantities having a resistive or capacitive impedance by supplying a constant power from the outside, and receives a response signal from the sensor unit.
  • the present invention relates to a sensor signal processing circuit extracted as a function of a measured physical quantity, and more particularly to a sensor signal processing circuit for realizing an explosion-proof structure for limiting accident energy supplied to a sensor element disposed in a hazardous area.
  • a sensor having an impedance corresponding to the physical quantity of the device under test is passive without itself having an energy source, and it is necessary to apply driving power from outside the sensor. Therefore, in order to realize intrinsically safe explosion-proof, large-scale ones that include a circuit for maintaining safety in a non-hazardous area and that consist of a resistor for limiting current and voltage, a Zener diode, and a fuse have been widely used. I have.
  • the drive power supply structure of the sensor element is generally driven by a DC power supply, Since the change has a large effect on the sensor accuracy, it was difficult to avoid the effect.
  • the present invention it is possible to limit the voltage and the current applied to the sensor element disposed in the hazardous area to the limit that does not generate energy that ignites and explodes due to sparks, arcs, heat or the like generated electrically.
  • the purpose is to provide a small-sized, low-cost, and simple configuration that allows the safe maintenance circuit to be installed in a non-hazardous area or inside the instrument in a flameproof structure case. Disclosure of the invention
  • FIG. 1 and FIG. 2 show the overall configuration for implementing the present invention.
  • a sensor element is installed in a hazardous area
  • a safety circuit and a main body of the instrument are installed in a non-hazardous area (Fig. 1) or a safety area (Fig. 2) in a danger area but a flameproof structure case.
  • Fig. 1 or Fig. 2 a non-hazardous area
  • Fig. 2 a safety area
  • Fig. 2 a safety area in a danger area but a flameproof structure case.
  • a method is adopted in which only sensor elements that do not have a power supply have an intrinsically safe explosion-proof structure.
  • Fig. 3 shows a circuit system that maintains safety with a current limiting resistor. This limits the energy flowing to the hazardous area by the current limiting resistor even when a high voltage, which is the maximum expected voltage at the time of a fault, for example, 25 OV (DC or commercial 50/60 Hz) is applied. It's what you do.
  • the voltage may be limited separately (not shown) by a Zener diode, or the energy may be limited only by limiting the current without limiting the voltage.
  • the current value obtained including not only the impedance ZS of the sensor but also the current limiting resistance impedance R h is expressed by Equation (1) according to Thevenin's theorem.
  • the current limiting resistance R h changes with temperature. In such a case, a measurement error occurs because the noise component increases.
  • the first means is to provide operational amplifiers for driving and feedback at both ends of the signal line from the sensor terminal so that the impedance of the current limiting resistor can be ignored.
  • the operational amplifiers are ideal hereinafter, and that the open gain Av of the operational amplifier is infinite, the input impedance is infinite, and the output impedance is 0. If the sensor terminals are point A and point ⁇ , respectively, the voltage at point ⁇ is given by the following equation (2).
  • Vb 0
  • the current measured by the ammeter is given by the following equation (4). From this, if the sensor impedance ZS is obtained, the impedance of the sensor element can be measured without being affected by the current limiting resistance.
  • the second method relates to a circuit system that realizes current limiting in the event of an accident without using a somewhat large resistor such as a current limiting resistor, as shown in Fig.5.
  • a blocking capacitor for maintaining safety is provided between the sensor drive and the AC drive power supply for driving the measurement sensor having a frequency sufficiently higher than the commercial power supply of 50/60 Hz. Because the impedance of these capacitors is inversely proportional to the applied frequency, they have sufficient impedance to limit energy in the frequency band of 50/60 Hz or less for commercial power sources assumed at the time of an accident. At the time of measurement, the impedance can be realized so small that the influence on the measured value can be ignored due to the considerably high measurement drive frequency.
  • Figure 5 circuit The current value measured by is given by Equation (5) according to Thevenin's theorem
  • the sensor drive circuit configuration using the drive and feedback operational amplifiers takes advantage of the means for ignoring the impedance of the current limiting resistor, and the fact that the impedance of the blocking capacitor can be ignored when used in the high frequency band.
  • a circuit of intrinsically safe explosion-proof structure in sensor signal processing is realized and the problem is solved.
  • V in of the voltage 7 a applied to the sensor 1 is buffered by the driving operational amplifier 10 and applied to the sensor 1.
  • the feedback operational amplifier 20 measures the value of the current flowing through the sensor 1 by feeding it back.
  • the impedance Z S of the sensor 1 is obtained from the applied voltage V in and the measured current I according to the equation (4).
  • the physical quantity of the object to be measured can be obtained by performing various calculations on ZS.
  • the driving and feedback operational amplifier circuits are equipped with four current limiting resistors R h in series (through the terminals A and B from the sensor) on all lines connected to sensor 1. Assuming that all components except the current limiting resistor are broken, for example, each current limiting resistor R h If 250V is applied to all of them, it is assumed that the condition for safety is to limit the total current flowing from the four Rhs to the ground FG through the sensor to 10 mA or less. In that case, the design should be made so that the current from each Rh is limited to 2.5mA with each of the four Rhs being 100 ⁇ or more.
  • the current given to the sensor 1 during normal measurement by the effect of the blocking capacitor Ch is given by the following equation (2). It is measured as shown in 6), and when commercial power is simply applied to Vin, the current is limited to a small value as in equation (5).
  • the blocking capacitor Ch has a multi-stage configuration of at least two stages due to the requirement of intrinsic safety.
  • R h is added for current limiting and DC bias. In the event of an accident, for example, when 250 V is applied to each current limiting resistor R h and each blocking capacitor, it is necessary for safety maintenance to limit the total current flowing from these to the ground FG through the sensor to 10 mA.
  • each of the two Rh should be 100 ⁇ or more, the path current should be limited to 2.5 mA or less, and the capacitance of at least one surviving path should be 2 f'Ch (where f is the commercial frequency of 60 Hz).
  • the value of Ch should be designed to be about 26nF or less to limit the current obtained by the product of 250V and 250V to 2.5mA or less.
  • the effect of the blocking capacitor Ch can be ignored at measurement regardless of the frequency ⁇ by using an operational amplifier. It is.
  • the measured current value is given by the following equation (7) (based on the principles shown in the above equations (2) and (3)). Also in this case, the two operational amplifiers 10 and 20 in the figure are assumed to be ideal.
  • the driving and feedback operational amplifier circuits 10 and 20 are connected to sensor 1. All lines must be equipped with current limiting resistors or blocking capacitors. If all components except the current limiting resistor or the blocking capacitor are broken in the event of an accident, for example, if 250V is applied to all the paths of each current limiting resistor R h and Ch, the current path is 8 The values are determined as described above. R h should be designed to be 200 ⁇ or more, and Ch should be designed to be about 13nF or less.
  • the current value is measured by an ammeter.
  • the current measurement is not practical in terms of mounting an electric circuit, and voltage measurement is desirable.
  • simply measuring this with the output of the feedback operational amplifier 20 in FIG. 4 depends on the accuracy of the current limiting resistor R h as in the following equation (8), which is inconvenient.
  • V -— -Vin ⁇ ' ⁇ (8)
  • the output voltage of the operational amplifier 20 can be expressed by the following equation (9). It is possible to obtain the sensor impedance ZS with high accuracy by dividing the voltage measurement result by Vin and ZREF, etc., without obtaining such Rh.
  • the reference resistance ZREF is an element that is not related to explosion protection and has a value similar to that of the sensor (also common to the invention according to claim 5 below). It is also possible to configure with holding. (5) Embodiment of the invention according to claim 5
  • the embodiment according to claim 3 (FIG. 6) is also unrealistic because it measures current.
  • the output of the operational amplifier is to be measured as it is, from the calculation of the negative feedback voltage amplification of the operational amplifier consisting of the impedance due to R h and Ch and the impedance Zs of the sensor element, the measured voltage is expressed by the above equation (7). Is the product of the negative feedback impedance of the operational amplifier and the following equation (10).
  • V — ⁇ Vin-(10)
  • the sensor impedance ZS cannot be obtained with high accuracy because it includes the blocking capacitor and the limiting resistor Rh. Therefore, as an improvement of the invention according to claim 3, by configuring the circuit shown in FIG. 8, the output voltage of the operational amplifier 20 can be obtained by the equation (11) using the reference resistor 100 (ZREF). Therefore, the sensor impedance can be obtained with high accuracy.
  • v _ ⁇ L. Vin ... (H)
  • the current limiting resistor R h and the blocking capacitor Ch are all provided between the terminals of the operational amplifiers 10 and 20 and the sensor 1 and are intrinsically safe. The function is secured.
  • the current paths are assumed to be 10 and the values of R h and Ch are determined as described above.
  • R h should be designed to be 250 ⁇ or more and C h should be designed to be about 10nF or less.
  • Fig. 2 shows an overall configuration diagram of instrumentation equipment in which a sensor element is placed in a hazardous location and an instrument body including a safety circuit is placed in a flameproof structure case in the hazardous location.
  • Fig. 3 shows an example of an intrinsically safe explosion-proof circuit using only a current limiting resistor Rh, which is a conventional example.
  • Non-hazardous locations shown in the figure include the explosion-proof structure case in the hazardous location. The same applies to the following figures.
  • FIG. 4 shows an example of a current measuring circuit system using a current limiting resistor R h and an operational amplifier according to the first embodiment.
  • FIG. 5 shows an example of a blocking capacitor circuit configuration according to the second aspect of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit configuration including a blocking capacitor and an operational amplifier according to the invention of claim 3, showing an example of a current measurement type circuit.
  • FIG. 7 is an improved circuit configuration according to claim 1 which is the invention according to claim 4, and shows an example of a voltage measurement type circuit.
  • FIG. 8 is an improved circuit configuration according to claim 3, which is the invention according to claim 5, and shows an example of a voltage measurement type circuit.
  • an operational amplifier circuit for driving and feedback is configured to measure the impedance of the sensor
  • the invention which can accurately measure the impedance of the sensor by the action of a blocking capacitor having the function described above, and the invention of a negative feedback circuit configuration using a reference resistor for voltage detection, has a small space and cost.
  • a sensor signal processing circuit with a simple intrinsically safe explosion-proof structure can be constructed. Since the safety holding circuit according to these inventions is realized by a small circuit, it can be easily installed in a non-dangerous place or a dangerous place, but also in a case of a flameproof structure. As a result, the user of this instrument can easily install an explosion-proof instrument as well as a non-explosion-proof instrument without requiring any special external equipment.

Landscapes

  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Air Bags (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Description

明細書
本質安全防爆型センサ回路 技術分野
本発明は、 抵抗性または容量性のィンピーダンスを有する圧力、 温度、 その他の物理量を計測するセンサに対して、 外部から一定の電源を供給 することで駆動し、 センサ部からの応答信号を被測定物理量の関数とし て取り出すセンサ信号処理回路に関し、 特に危険場所に配備されたセン サ素子に供給する事故エネルギーの制限を図る防爆構造を実現するセ ンサ信号処理回路に関する。 背景技術
被測定対象の物理量に対応するインピーダンスを有するセンサは、 そ れ自体エネルギー源を持たずに受動的なものであり、 駆動電源をセンサ 外部から加える必要がある。 そこで、 本質安全防爆の実現のためには、 非危険場所に安全保持用の回路を設け、 電流電圧制限の抵抗、 ツエナー ダイォー ド、 およびフューズなどにより構成する大規模なものが多く採 用されている。
そこでは、 当該電流制限用の抵抗その他のインピーダンス分と真のセ ンサ測定イ ンピーダンス値が直列に接続するため両者の区別が困難で あり、 電流制限用の抵抗の温度特性などによる雑音のために、 精度の良 いセンサ信号処理が測れない問題があつた。
また従来、 他の分野では、 ブロッキングコンデンサを用いて本質安全 防爆の条件を満足する技術はマイク ロ波帯の受信アンテナ部のバリ ア 装置に応用されている （特開平 10- 13130号）。 このように、 交流信号で 変調された信号を取り扱う場合にはブロッキングコ ンデンサが有効で あることが知られている。
しかし、 本発明の産業上の利用分野である圧力その他の物理量測定セ ンサ装置においては、 センサ素子の駆動電源構造が直流電源駆動による ものが一般的であることと、 さらにブロッキングコンデンサの容量値の 変化によるセンサ精度への影響も大きいため、 その影響を回避すること が困難であった。
これらどのようなセンサ計測方式においても、 センサを含めた計器全 体のさらに外部の電源周りに安全保持器 （ツエナ一バリア） を備えて計 器を一括で本質安全防爆構造とするのが最も簡易確実でであるが、 その 場合には計器の使用者にとって外部保持器を計装する必要があるため、 配線、 設置面積その他の負担があった。
従って、 本発明は、 危険場所に配備するセンサ素子に印加する電圧と 電流を制限して、 電気的に発生する火花、 アーク、 熱などにより点火し 爆発するエネルギーが発生しない限度に制することができる安全保持 回路を、 非危険場所または耐圧防爆構造のケース内の計器内部に配備す ることが出来る程度の小規模かつ低コス トの簡便な構成とすることを 目的としている。 発明の開示
本発明を実施するべき全体構成を図 1 および図 2 に示す。 ここでは危 険場所にセンサ素子を配備し、 非危険場所 （図 1 ) または危険場所であ るが耐圧防爆構造のケース内の安全領域 （図 2 ) に安全保持回路および 計器の本体を配備することで、 電源を持たないセンサ素子のみを部分的 に本質安全防爆構造にする方式を採用する。
はじめに従来の回路例として、 電流制限抵抗にて安全を保持する回路 方式を図 3に示す。 これは故障事故時の最大想定電圧である高電圧、 例 えば 2 5 O V ( DC又は商用 5 0 / 6 0 Hz) が印加された場合にも、 電流 制限抵抗によって危険場所に流出するエネルギーを制限するものであ' る。 電圧の制限は別途 （図外） ツエナ一ダイオー ドにより行われる場合 があるが、 あるいは電圧の制限なしに電流の制限のみでエネルギーを制 限する場合もある。
通常の計測時には、 センサのィンピ一ダンス Z Sのみならず電流制限 抵抗イ ンピーダンス R h も含めて得られる電流値はテブナンの定理に より式 （ 1 ) に示すようになる。 これでは電流制限抵抗 R hが温度変化 したような場合にノイズ成分が上昇するため計測誤差が生じるもので ある。
I = _ …①
ZS + 2 - Rh
かかる課題を解決するために大きく二つの手段がある。 第一の手段は 図 4に示すように、 駆動用および帰還用のオペアンプをセンサ端子から の信号線の両端に装備して、 電流制限抵抗のィンピーダンス分を無視で きるようにする手段が考えられる。 この場合、 説明の簡略化のために、 以降すベてのオペアンプは理想的なものであり、 オペアンプの開放利得 A vは無限大、 入力インピーダンスは無限大、 かつ出力インピーダンス は 0 と仮定する。 センサの端子をそれぞれ A , Β点とすると、 Α点の電 圧は下式 （ 2 ) となる。
Va = Vin · ' · (2)
次に Β点の電圧は下式 （ 3 ) となる。
Vb = 0 · ' · (3)
よって電流計で計測される電流は下式 （ 4 ) となり、 これからセンサイ ンピーダンス Z Sを求めれば、 電流制限抵抗に影響されずセンサ素子の インピーダンスが計測できることになる。
, Vin 、
I =—— · · · f 4)
ZS ノ
次に第二の手段として、 電流制限抵抗のようにある程度大きな抵抗を 用いずに事故時の電流制限を実現する回路方式に関するものであり、 そ れを図 5に示す。 そこでは、 商用電源である 5 0 / 6 0 Hz よりも十分高 い周波数を持つ計測用のセンサ駆動のための交流駆動電源とセンサ素 子の間に安全保持のためのブロッキングコンデンサを設ける。 それらコ ンデンザのイ ンピーダンスは印加周波数に反比例する性質を持っため、 事故時に想定される商用電源 5 0 / 6 0 Hz 以下の周波数帯域においては エネルギーを制限するべく十分なイ ンピーダンスを持ち、 通常の計測時 には相当高い計測用駆動周波数によ りイ ンピーダンスは計測値への影 響を無視できる程度に小さいインピーダンスが実現できる。 図 5の回路 にて計測される電流値は、 テブナンの定理により式 （ 5 ) になる
Figure imgf000006_0001
1 + - · ί - ω - Ch -Rh …
3
ここで計測用駆動周波数 ωを数 KHz 以上とし C hと R hの相関にお いても十分に大きく とれば、 式 （ 5 ) の分母第 2項が小さな値となり無 視できて下式 （ 6 ) になる。
/= ZS …(
以上のように、 駆動用および帰還用のオペアンプによるセンサ駆動回路 構成をとることで電流制限抵抗のインピーダンスを無視する手段、 さら にブロッキングコンデンサのイ ンピーダンスが高周波帯での使用時に 無視できることを利用する手段により、 センサ信号処理における本質安 全防爆構造の回路を実現し、 課題を解決する。 発明を実施するための最良の形態
以下に図面を参照して、 具体的な本発明の実施の形態について説明す る。
( 1 ) 請求項 1 に係る発明の実施例
前述の第一の手段に関するもので、 図 4に示すようなセンサ信号処理 回路において、 センサ 1 に印加する電圧 7 aの V i nを駆動用オペアン プ 1 0でバッファしてセンサ 1 に与える。 帰還用オペアンプ 2 0はセン サ 1 に流れる電流値を帰還させて計測する。 その結果、 式 （ 4 ) により、 与えた電圧 V i n と計測した電流 I からセンサ 1 のイ ンピーダンス Z Sが求められる。 その結果、 Z Sに種々演算を行うことによって被測定 対象の物理量が求められるものである。
事故時を想定すると、 駆動用および帰還用のオペアンプ回路はセンサ 1 につながる全てのラインに （センサから端子 A， Bを通じて） 直列に 電流制限抵抗 R hを 4つ装備するものであるので、 もし電流制限抵抗以 外の全ての部品が壊れたと仮定した場合、 例えば、 各電流制限抵抗 R h 全てに 250Vが加わったような場合には 4つの R hからセンサを通して グランド F Gに流れ込む総電流値を 10mA以下に制限することが安全保 持の条件であるとする。 その場合、 4つの R hを各々 100ΚΩ以上として 各 R hからの電流を 2.5mAに制限するように設計すればよい。
( 2 ) 請求項 2に係る発明の実施例
前述の第二の手段に関するもので、 図 5に示すようなセンサ信号処 理回路において、 安全保持部品であるブロッキングコンデンサ C hの効 果により、 通常の計測時にセンサ 1に与えられる電流は式 （ 6 ) の如く 計測され、 単純に V i nに商用電源が印加した時には電流が式 （ 5) の 如く小さく制限される。 なお、 ブロッキングコンデンサ C hは本質安全 上の要請により少なく とも 2段の多段構成を取るものとする。 また、 R hは電流制限と直流バイァスのために付加するものである。 さらに事故 時として、 例えば、 各電流制限抵抗 R hと各ブロッキングコンデンサに 250V が加わったような場合には、 それらからセンサを通してグランド F Gに流れ込む総電流値を 10mAに制限することが安全保持に必要であ る とする。 その場合、 2つの R hを各々 100ΚΩ以上と し経路電流を 2.5mA以下に制限し、 また経路に少なく とも 1つ生存したコンデンサ容 量は、 2 f ' C h ( f は商用周波数 60Hz とした場合） と 250Vの積で 求まる電流を 2.5m A以下に制限するために、 C hは 26n F以下程度に 設計すればよい。
( 3 ) 請求項 3に係る発明の実施例
前述の第一の手段と第二の手段の組み合わせに関するもので、 図 6に 示すように、 計測時においてもオペアンプの利用により周波数 ωに関係 なく ブロッキングコンデンサ C hの影響を無視できるようにするもの である。 計測される電流値は下式 （ 7 ) となる （前述の式 （ 2 ) と （ 3 ) に示す原理による）。 この場合も図中二つのオペアンプ 1 0 ,2 0は理 想的なものと仮定した。
/= zs … ） }
駆動用および帰還用のオペアンプ回路 1 0と 2 0はセンサ 1につな がる全てのライ ンに電流制限抵抗またはブロッキングコンデンサを装 備するものである。 事故時にもし電流制限抵抗またはプロッキングコン デンサ以外の全ての部品が壊れた場合、 例えば、 各電流制限抵抗 R hと C hの経路全てに 250Vが加わったような場合には、 電流経路は 8つと して各値を定めるのは前述の通りで、 R hは 200ΚΩ以上、 C hは 13nF 以下程度に設計すればよい。
( 4) 請求項 4に係る発明の実施例
請求項 1 に係る発明の実施例 （図 4 ) では電流値を電流計で測るもの であるが、 電流計測は電気回路の実装上現実的でなく、 電圧測定が望ま しい。 しかし、 これを単純に図 4における帰還用オペアンプ 2 0の出力 で計測するだけでは、 下式 （ 8 ) のように電流制限抵抗 R hの精度に依 存することになり不都合である。
V = -— -Vin ·'·(8)
ZS '
そこで請求項 1 にかかる発明の改良発明として、 図 7 に示すように、 基準抵抗 1 0 0 (ZREF) をもって負帰還回路を構成すれば、 オペアン プ 2 0の出力電圧は下式 （ 9 ) のような R hを含まない形で得られて、 電圧測定の結果を V i n と Z R E Fで除算等して、 センサインピーダン ス Z Sが精度の良く求めることが可能である。
v = ≡ . m ー(9)
zs '
事故時に想定される高電圧がかかる部分であるオペアンプ 1 0 , 2 0 の入出力端子からセンサ 1 の間には全て電流制限抵抗 R hが備えられ ているので、 事故時にもし制限抵抗以外の全ての部品が壊れた場合、 例 えば、 各電流制限抵抗 R hの経路全てに 250Vが加わったような場合に は、 電流経路は 5つとして R h値を定めるのは前述の通りであり、 125K Ω以上程度に設計すればよい。
なお、 基準抵抗 Z R E Fは防爆とは関係ない素子で、 センサと同程度 の値のものを用いる（次の請求項 5に係る発明にも共通である）もので、 抵抗の代わりに容量性素子を持って構成することも可能である。 ( 5) 請求項 5に係る発明の実施例
請求項 3にかかる実施例 （図 6 ) でも電流を計測するものであるので やはり現実的でない。 しかし、 そのままオペアンプの出力を計測しょう とすると、 R hと C hによるインピーダンスとセンサ素子のインピーダ ンス Zs からなるオペアンプの負帰還電圧増幅の計算から、 計測される 電圧は前記式 （ 7 ) の電流をオペアンプの負帰還インピーダンスとの積 となるため下式 （ 1 0 ) となる。
V = — ^ Vin --(10)
Ζ5·(1 + -· ΐ-ω-Ch-Rh) これではブロッキングコンデンサと制限抵抗 R hを含むため精度よ くセンサインピーダンス Z Sは得られない。 そこで、 請求項 3に係る発 明の改良発明として、 図 8に示す回路を構成することで、 基準抵抗 1 0 0 (ZREF) を用いた式 （ 1 1 ) でオペアンプ 2 0の出力電圧が得られ、 センサイ ンピーダンスが精度良く求めることができる。 v = _^L.Vin ...(H)
zs ，
請求項 4に係る発明の実施例の場合と同様に、 電流制限抵抗 R hおよ びブロッキングコンデンサ C hはオペアンプ 1 0,2 0の端子とセンサ 1の間には全て備えられて本質安全防爆機能を確保しているものであ る。 事故時に、 例えば、 各電流制限抵抗 R hと C hの経路全てに 250V が加わったような場合には、 電流経路は 1 0コとして各 R h , C hの値 を定めることは前述の通りであり、 R hは 250ΚΩ以上、 C hは 10nF 以下程度に設計すればよい。
なお、 以上の設計上の R hおよび C hはあく まで実施例での参考的数 値であり、 発明の構成要件としてはこの数値範囲に限定するものではな い。 図面の簡単な説明
【図 1】 センサ素子のみ危険場所に配備する計器装備の全体構成 図を示す。
【図 2】 センサ素子を危険場所に、 安全保持回路を含む計器本体 を危険場所における耐圧防爆構造ケース内に配備する計 装器装備の全体構成図を示す。
【図 3】 従来例である電流制限抵抗 R hだけによる本質安全防爆 回路の例を示す。
(図中に示すところの非危険場所には、 危険場所内の耐圧防爆構造 ケース内も含める。 以降の図でも共通とする。）
【図 4】 請求項 1 に係る発明の電流制限抵抗 R hおよびオペアン プによる電流測定回路方式の例を示す。
【図 5】 請求項 2に係る発明のブロッキングコンデンサ回路構成 の例を示す。
【図 6】 請求項 3に係る発明のブロッキングコンデンサおよびォ ペアンプによる回路構成であり、 電流計測方式回路の例 を示す。
【図 7】 請求項 4に係る発明である請求項 1 の改良回路構成であ り、 電圧計測方式回路の例を示す。
【図 8】 請求項 5 に係る発明である請求項 3の改良回路構成であ り、 電圧計測方式回路の例を示す。
【符号の説明】
1 センサ素子
2 センサ素子以外の計器全体
3 計器内の安全保持回路
4 計器内のその他内部回路
5 受信器
6 商用電源
7 a 計測用センサ駆動電源 （直流）
7 b 計測用センサ駆動電源 （交流）
1 0 駆動用オペアンプ
2 0 帰還用オペアンプ R h 安全保持用電流制限抵抗
C h ブロッキングコンデンサ
V i n 7 aまたは 7 bの計測用駆動電圧
Z S センサインピーダンス
F G フレームグランド
V c c オペアンプ電源
3 0 電流計
3 1 電圧計
1 0 0 基準抵抗 産業上の利用可能性
以上のように、
電流制限抵抗を用いる場合には、 駆動用および帰還用のオペアンプ回 路を構成してセンサの持つインピーダンスを測定する発明、
また、 ブロッキングコンデンサを用いる場合には、 信号処理のための 駆動用交流電源 V i nの周波数は大きいため容量性イ ンピーダンスは 無視できる程度に小さくかつ商用周波数においての容量性イ ンピーダ ンスは大きくなる性質を持つブロッキングコンデンサの作用によりセ ンサの持つインピーダンスを精度よく測定することができる発明、 および、 電圧検出のための基準抵抗による負帰還回路構成の発明、 によりスペース的かつコス ト的にも小規模な本質安全防爆構造のセン サ信号処理回路を構成できる。 これらの発明に係る安全保持回路は小さ な回路で実現されるため、 非危険場所または危険場所であるが耐圧防爆 構造のケース内にも容易に装備することができる。 これにより、 本計器 のユーザは計器に外付けの特別な機器を必要とせずに、 防爆型の計器を, 非防爆型の計器と変わりなく、 簡便に計装することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 危険場所に配備された被測定物理量を測定するセンサ部と、 非危険場所 または危険場所内の耐圧防爆構造ケース内に配備された安全保持回路の構 成において、 前記の安全保持回路でセンサ部に接続する信号線の全てに電流 制限用の抵抗を直列に接続し、 かつそれぞれの抵抗をオペアンプの出力端子 と負入力端子に接続する駆動用と帰還用のオペアンプ回路から構成される 安全保持回路を有することを特徴とする本質安全防爆型のセンサ信号処理 回路。
2 . 危険場所に配備された被測定物理量を測定するセンサ部と、 非危険場所 または危険場所内の耐圧防爆構造ケース内に配備された安全保持回路の構成 において、 前記の安全保持回路でセンサ部に接続する信号線の全てに電流制 限用のブロッキングコンデンサを直列に接続する安全保持回路を有すること を特徴とする本質安全防爆型のセンサ信号処理回路。
3 . 危険場所に配備された被測定物理量を測定するセンサ部と、 非危険場所 または危険場所内の耐圧防爆構造ケース内に配備された安全保持回路の構成 において、 前記の安全保持回路でセンサ部に接続する信号線の全てに電流制 限用のプロッキングコンデンサを直列に接続し、 かつそれぞれのプロッキン グコンデンサをオペアンプの出力端子と負入力端子に接続する駆動用と帰還 用のオペアンプ回路から構成される安全保持回路を有することを特徴とする 本質安全防爆型のセンサ信号処理回路。
4 . 請求項 1 に記載の安全保持回路において、 センサからの信号線のうちセ ンサ端子と帰還用オペアンプの出力端子に接続する電流制限用抵抗との間に 基準抵抗を配置して帰還用オペアンプに負帰還する構造を備えることで、 セ ンサ信号を電圧値として得ることを特徴とする本質安全防爆型のセンサ信号 処理回路。
5 . 請求項 3 に記載の安全保持回路において、 センサからの信号線のうちセ ンサ端子と帰還用オペアンプの出力端子に接続する電流制限用ブロッキング コンデンザとの間に基準抵抗を配置して帰還用オペアンプに負帰還する構造 を備えることで、 センサ信号を電圧値として得ることを特徴とする本質安全 防爆型のセンサ信号処理回路。
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