JP2002531908A - プロセス変数伝送器用の帯域幅可調整フィルタ - Google Patents

プロセス変数伝送器用の帯域幅可調整フィルタ

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Abstract

(57)【要約】 プロセス変数伝送器用の帯域幅可調整フィルタを提供する。 【解決手段】センサ（１８）によって感知されたプロセス変数（１４）を表わす伝送器出力を供給するプロセス変数伝送器（１０）。伝送器（１０）は、センサ出力内の検出されたノイズに基づいて自動的に調整された帯域幅を有するフィルタを備える。伝送器（１０）が高いセンサノイズレベルを感知すると、帯域幅を自動的に狭くして伝送器出力内のノイズを減衰する。伝送器（１０）が低いセンサノイズレベルを感知すると、プロセス変数の変化により迅速に応答するように、帯域幅を自動的に広くする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、プロセス施設（プラント）内の流体を監視するために用いられる型
式のプロセス変数伝送器に関する。
【０００２】 発明の背景 プロセス変数伝送器は、化学物質、パルプ、石油、ガソリン、薬品、食物、お
よびその他の流体処理施設における、スラリー、液体、蒸気および気体などの流
体に関連するプロセス変数を監視するために用いられる。プロセス変数は圧力、
温度、流量、（液）面の高さ（レベル）、ｐＨ、伝導率、濁度、密度、濃度、化
学組成、およびその他の流体の諸特性を含む。プロセス変数伝送器はセンサを含
むか、あるいはセンサに接続され、そのセンサは、プロセス変数を感知してプロ
セス変数を表わす出力を供給する。センサ出力は信号処理回路に接続される。
【０００３】 典型的には、信号処理回路は伝送器出力のための、局所的（現場で）かまたは
遠隔的に、手動で設定されることができるような減衰時間調整を含む。ノイズを
強力に制限するように伝送器の減衰時間が長く設定された場合には、伝送器出力
は、感知されたプロセス変数が変化する時に、より一層緩慢に応答するだろう。
伝送器の減衰時間が短かく設定されると、伝送器の出力は、より一層速く応答し
て、より多くのノイズがセンサ出力から伝送器出力へ通過するであろう。ノイズ
を低減するような他の信号濾波は、プロセス変数に関する伝送器出力に、より一
層の時間遅延を生じさせる傾向がある。
【０００４】 本発明では、フィルタは、プロセス変数伝送器内のセンサ出力内に検出された
ノイズに基づいて、フィルタの帯域幅を自動的に調整する。プロセス変数伝送器
は、センサが感知したプロセス変数を表わすような、減衰された伝送器出力を供
給する。伝送器がより高いセンサノイズレベルを感知すると、伝送器はフィルタ
帯域幅を自動的に狭くして伝送器出力内のノイズを減衰させる。伝送器がより低
いセンサノイズレベルを感知すると、伝送器はフィルタ帯域幅を自動的に広くし
てプロセス変数の変化に迅速に応答する。
【０００５】 図面の簡単な説明 図１は、本発明によるプロセス変数伝送器のブロック図である。 図２および３は、図１のプロセス変数伝送器のためのセンサ配列のブロック図
である。 図４は、本発明によるフィルタの実施例の、一部ブロック化した回路図である
。 図５は、本発明によるプロセス変数伝送器の応答のタイミング図である。 図６は、二次プロセス変数ＰＶ2の異なる値における、信号処理回路の遅延時
間と誤差限界との関係のグラフである。 図７は、本発明による圧力伝送器の実施例のブロック図である。 図８は、本発明による磁気式流量計の実施例のブロック図である。 図９は、本発明による信号処理方法のフローチャートである。 図１０は、プロセス変数伝送器のブロック図である。 図１１は、帯域幅可調整フィルタを有する制御システム装置のブロック図であ
る。 図１２は、ノイズを効果的に補償するようにセンサ励起が変更されるような伝
送器のブロック図である。
【０００６】 図１には、プロセス変数伝送器１０が示される。プロセス変数伝送器１０は、
化学物質、パルプ、石油、ガソリン、薬品、食物、およびその他の流体プロセス
施設内のスラリー、液体、蒸気および気体などのプロセス施設１６内の流体に関
連するプロセス変数１４を監視するように構成されることができる。監視される
プロセス変数１４は流体の圧力、温度、流量、（液）面の高さ（レベル）、ｐＨ
、伝導率、濁度、密度、濃度、化学組成、およびその他の諸特性であってよい。
プロセス変数伝送器１０は少なくとも１つのセンサ１８に接続され、そのセンサ
１８は、プロセス施設１６の設備要求にしたがって、伝送器１０の外部にあって
もよいし、（破線１１で示されるように）伝送器１０内に含まれてもよい。プロ
セス変数伝送器１０は、センサ１８を介してプロセス施設１６内の流体に関する
少なくとも１つのプロセス変数１４を感知するセンサ回路１２を含む。
【０００７】 プロセス変数伝送器１０内のフィルタ２２は、センサ回路１２からの線１３上
の出力を受信するように接続されたフィルタ入力を有する。線１３上の濾波回路
２６への入力は、センサ１８およびセンサ回路１２を介してプロセスプラント１
６から受信される。フィルタ２２は、より高いセンサノイズレベレでは、センサ
１８から受信されたノイズを減衰するように自動的に狭くなるような帯域幅を有
する。より低いセンサノイズでは一層良く応答するように、フィルタ２２の帯域
幅は自動的に広くなる。
【０００８】 本明細書において用いられる用語「ノイズ」とは、変数内のあらゆる不所望な
妨害を意味する。それは、正しい値から逸脱はしていないけれども、伝送器ある
いは伝送器出力を受信するシステムの動作を妨害するような周波数範囲内にある
変動はもちろんのこと、正しい値からの逸脱をも含む。タンクのレベル信号を伝
送するためにタンクの底に結合された圧力伝送器の場合は、タンク内の流体が波
打つことで、圧力の高い周波数変動を実際に生じることがあるが、これらの高い
周波数変動はタンク内の流体の量の変化ではないのでノイズとして扱われること
ができる。
【０００９】 線２３上の濾波回路２６の出力は、濾波回路によって制限された帯域幅であり
、プロセス変数の大きさを表わす。典型的には、濾波回路２６は、調整可能な遮
断（カットオフ）特性あるいは調整回路２８によって制御された帯域幅を有する
低域回路を含む。調整回路２８は、センサ１８を介してプロセス施設１６から線
２７上の第２の信号を受信して、濾波回路２６の帯域幅または遮断周波数を制御
または調整するような出力を、濾波回路２６への線２９上に供給する。調整回路
２８は、フィルタ２２の帯域幅の調整範囲を制限するようなリミッタ回路３０を
含む。
【００１０】 リミッタ回路３０は、線３１上の伝送器出力を仕様限界内に保つように、自動
帯域幅調整を規定された範囲に制限する。リミッタ回路３０は、通信回路２４お
よび線３１、３４を介して、予め規定された範囲を調整するための情報を通信リ
ンク３２から受信する。フィルタ２２は、アナログフィルタ、デジタルフィルタ
、内蔵マイクロコンピュータ内で実行されるソフトウェア、あるいはそれらの技
術の組合せとして実現されることができる。
【００１１】 通信回路２４は、線２３上のフィルタ２２の出力を受信する入力を有する。通
信回路２４は、監視されたプロセス変数を表し、センサノイズに対して自動的に
調整される減衰を有する伝送器出力を、線３１上に供給する。通信回路２４は、
プロセス変数を表わす伝送器出力を通信リンク３２に接続する。通信回路２４は
また、帯域幅を示す付加的出力を通信リンク３２に供給するように適合されるこ
ともできる。さらに、通信回路２４は、通信リンク３２からの命令を調整回路２
８に伝達するように適合されることができ、調整回路２８はさらに、限界を設け
るか、または制御システム（図示されず）からの命令を自動帯域幅調整よりも優
先させるかの、どちらかの方法によって帯域幅を調整する。
【００１２】 典型的には、通信リンク３２は２線式４−２０ｍＡ電流ループであり、伝送器
全体に給電し、ＨＡＲＴ（登録商標）デジタルプロトコルなどのプロセス制御産
業標準によって２線式電流ループ上に畳重されるデジタル信号を有する。この装
置では、低周波数の４−２０ｍＡ供給電流は、伝送器によって制御され、監視さ
れたプロセス変数を表わす大きさを有する。フィールドバスプロトコルとして知
られる、他のプロセス制御産業通信リンク装置を用いることもできる。
【００１３】 図２および３には、図１のセンサ１８の別の配列が示される。図２では、１つ
のセンサ４０が線４２上のプロセス変数１４（図１）を感知して、センサ回路１
２（図１）への線４４上にセンサ出力を供給し、また調整回路２８（図１）への
線４６上に同じセンサ出力を供給する。図２に示される実施例では、プロセス変
数内のノイズ自身が濾波の帯域幅を調整するために用いられる。
【００１４】 図３では、センサ（複数）１８は、第１のプロセス変数５２を感知するセンサ
５０および二次的（補助的）なプロセス変数５３を感知する第２のセンサ５１を
含む。センサ５０はセンサ回路１２（図１）への線５４上にセンサ出力を供給し
、センサ５１は調整回路２８（図１）への線５６上に第２のセンサ出力を供給す
る。図３の配列は、第２のプロセス変数が、センサ回路出力自身内のノイズの示
数よりも良好な、線５４上でのセンサ回路出力内のノイズレベル示数を供給する
場合に用いられる。
【００１５】 図３の配列は例えば、センサ回路出力内のノイズが感知されたプロセス変数の
変動の周波数と同じ周波数範囲の近くにあるが、第２のプロセス変数がセンサ回
路出力内のノイズと共変（covariant）関係にある大きさか、またはノイズのい
ずれかを有する場合に用いられる。伝導率のノイズがより大きくなって磁気式流
量センサのノイズがより大きくなるような状況では、例えば、流量センサ回路出
力を濾波するための帯域幅を調整するために、伝導率センサを用いることができ
る。図３の配列では、センサ回路１８は二次的（補助）変数５３を感知し、フィ
ルタは当該二次的変数に基づいてその帯域幅を調整する。
【００１６】 図４には、図１のフィルタ２２の好ましい実施例であるフィルタ６０が示され
る。明確にするために、図４では、いくつかの要素には図１の同じ要素に対応す
る符号が付けられている。図４では、センサ回路出力は濾波回路への線１３上に
接続され、第２のセンサ信号は調整回路２８への線２７上に接続され、調整回路
２８からの調整または制御出力は、線２９を介して濾波回路２６の帯域幅制御入
力に接続される。フィルタ６０はリミッタ３０を含む。リミッタ３０は、伝送器
出力内の時間応答および誤差を仕様限界内に維持するように調整の限度を設定す
る。その限度は線３４上の制御信号によって変えられることができる。線３４上
の制御信号は、通信リンクに接続された制御システムによって、そのように命令
されたときに前記限度を変えることができ、あるいは濾波回路２６の出力に示さ
れるようなプロセス変数の変化に基づいても、同様にすることができる。
【００１７】 図４では、センサ回路出力が線１３で受信され、濾波回路２６によってノイズ
を除去するように調整的に濾波され、濾波された出力がデジタル形式でバス２３
上に供給される。図４の濾波回路２６では、ＲＣ低域フィルタは抵抗器６２、６
３、６４、６５およびコンデンサ６６を含む。低域フィルタの遮断周波数は、ス
イッチ７２、７３、７４、７５の選択された組合せを閉じることによって調整さ
れることができる。アナログ／デジタル変換器７６は、コンデンサ６６の電極間
電位をデジタル信号に変換して、通信回路（図１に示される）へのバス２３上に
伝送する。ノイズをも含む第２の信号は線２７上に受信される。帯域フィルタ７
７は、線２７上の、ノイズを含む信号を濾波し、典型的にはプロセス変数より高
い周波数のノイズを選択的に通過させる。
【００１８】 フィルタ７７の出力に生ずるノイズは、単極性を有するようにノイズを整流す
る整流器７８に接続される。整流器７８の出力に生ずる単極性ノイズは積分器７
９に供給され、積分器７９はノイズの平均値を算出し、閾値検出器８０にその平
均値を供給する。閾値検出器８０は、前記平均ノイズがあらかじめ選択された閾
値の上か下かを感知して、スイッチ制御論理回路８１にデジタル出力を供給する
。スイッチ制御論理回路８１は、ノイズ閾値データを論理的に結合して線２９上
の信号を制御または調整し、スイッチを制御する。スイッチは、ノイズが増大す
るにつれてＲＣフィルタの帯域幅が狭くなり、所望のプロセス変数情報よりも周
波数が高いノイズを減衰させるように制御される。
【００１９】 図５には、本発明によるプロセス変数伝送器出力のステップ応答の自動調整の
タイミングチャートが示される。図５では、互いに異なるノイズ状態の下で、プ
ロセス変数は、９０に見られるように、非常に急峻な、すなわち「階段状の」様
々な変化を受ける。これらの階段状の変化に応答したプロセス変数伝送器出力の
変化は、むだ時間９２だけ遅延される。むだ時間９２はセンサおよび伝送器回路
の応答遅れによって生じる。むだ時間後に、プロセス変数伝送器出力は９４に示
されるように階段状の変化に応答する。符号９４で示した応答は時によって変化
して、単一の軌跡（特性）を有せず、時には速く、時には遅い多くの軌跡を有す
る。ノイズレベルが高い時には、伝送器は自動的に伝送器出力軌跡を調整して、
９６で示した限界内でより一層遅くなる。ノイズレベルが低い時には、伝送器は
自動的に伝送器出力軌跡を調整して、９８に見られる限界内で、より一層速くな
る。異なる軌跡を実現するのに作業者が介在する必要はなく、本発明の伝送器は
ノイズレベルに基づく限界内で自動的に調整する。
【００２０】 図６は、信号処理回路１６の遅延時間１０２および誤差限界１０４と、二次（
補助的）プロセス変数５３（ＰＶ２）との関係の一例を示す。調整回路２８は、
ＰＶ２の関数として線１３上のセンサ回路出力（ＰＶ１）を信号処理するための
遅延時間および誤差限界の公称値１０８に濾波回路２６を調整する。公称値の組
合せは、ＰＶ１（図２）、他のプロセス変数（図３）、あるいはそれらの組合せ
のいずれかからのノイズに基づいて選択されることができる。公称値は、伝送器
の性能仕様範囲１０６と比べて、速さと誤差との間の均衡のとれた伝送器１０の
動作を維持するように選択される。
【００２１】 このようにして、リミッタ３０内に設定される濾波と限界は、公称値ライン１
０８に沿って、誤差と時間遅延との間の好ましい均衡が得られるように、ＰＶ２ の関数として調整される。公称値情報はリミッタ内に記憶される。もちろん、伝
送器は、一時的に「範囲（仕様範囲１０６）外」で動作をし、そして低い誤差限
界および低い時間遅延のどちらかを供給するという命令を通信リンク３２から受
信することができる。図６に示される媒介変数（パラメータ）曲線および限界は
、各伝送器の設計および性能仕様ごとに異なる形状を有することができる。
【００２２】 図７には、デジタル式圧力伝送器の実施例１２０が示される。図７では、伝送
器１２０は、プロセス施設内の流体圧力Ｐ１およびＰ２であるプロセス変数間の
差を表わす伝送器出力を伝送する差圧伝送器である。伝送器１２０は、プロセス
施設内の環境、すなわち局所的な周囲圧力ＰＡおよび局所的な電子回路温度ＴＡ
の影響も受ける。圧力センサ１２２は圧力Ｐ１を受け、流体温度Ｔ１にさらされ
る。圧力センサ１２４は圧力Ｐ２を受け、流体温度Ｔ２のさらされる。温度セン
サ１２６は伝送器の電子回路の温度を感知する。典型的には、センサ１２２、１
２４は、温度感知抵抗器ばかりでなく、圧力感能静電容量および基準静電容量を
有するような静電容量型圧力センサである。
【００２３】 センサ１２２、１２４は、図示されるように伝送器１２０の内部に存在するか
、あるいは何らかの支援回路と共に伝送器から離れて配置されることもできる。
信号処理集積回路セット１２８は、典型的にはスイッチング回路であるようなセ
ンサ回路１３０を含む。センサ回路１３０はセンサ１２２、１２４、１２６に接
続されて、プロセス変数を表わすセンサ回路出力１３２、１３４、１３６、１３
８を供給する。センサ回路出力１３２は差圧ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ１を表わす。センサ
出力１３４は圧力Ｐ１を表わす。センサ出力１３６は圧力Ｐ２を表わす。センサ
出力１３８は伝送器の電子回路内の温度ＴＡを表わす。物理的には、センサ１２
２、１２４、１２６、および信号処理回路１３０は、所望されるならば他の伝送
器電子回路とは独立に較正されることができるようなセンサカプセル１４０内に
配列されることができる。
【００２４】 回路１３０はまた、バス１４２を介して調整回路１４４にプロセス変数を表わ
す出力も供給する。調整回路１４４は、プロセス変数を表わす受信出力内のノイ
ズを感知し、バス１４６および１４８を介して命令を送る。信号処理回路１３０
へ送出されるバス１４６上の命令は信号処理回路１３０を変更して、線１３２、
１３４、１３６、および１３８上を伝わる信号内のノイズを濾波して除去する。
典型的には、信号処理回路１３０はデジタルスイッチング回路を含み、線１４６
上の命令は、帯域制限された濾波を実行するように、ノイズレベルに基づいて異
なる切替の形式（パターン）あるいはタイミングを選択する。調整回路１４４が
バス１４８上に供給する命令は、可変周波数シグマデルタ（ΣΔ）変調器１５０
、１５２、１５４、１５６に接続されて、シグマデルタ変調器内の切替タイミン
グを変更し、必要な場合には、さらにノイズに応じて帯域幅限界を調整する。
【００２５】 線１３２上の差圧を表わす出力は、増幅器１５８およびフィルタ１６６を介し
てシグマデルタ変調器１５０に接続される。線１３４上の圧力Ｐ１を表わす出力
は、増幅器１６０およびフィルタ１６８を介してシグマデルタ変調器１５２に接
続される。線１３６上の圧力Ｐ２を表わす出力は、増幅器１６２およびフィルタ
１７０を介してシグマデルタ変調器１５４に接続される。線１３８上の温度を表
わす出力は、増幅器１６４およびフィルタ１７２を介してシグマデルタ変調器１
５６に接続される。シグマデルタ変調器は、センサ信号のために、好ましい、高
精度でむだ時間の短い、アナログ形式からデジタル形式への変換を実行する。
【００２６】 シグマデルタ変調器１５０、１５２、１５４、１５６からのそれぞれの感知さ
れたプロセス変数ΔＰ、Ｐ１、Ｐ２、ＴＡの全てのデジタル表示は、それぞれバ
ス１７４を介して通信回路１７６に接続される。通信回路１７６は、線１７８を
介して通信リンク（図示されず）に接続される。通信回路１７６は、バス１８０
を介して調整回路１４４と通信する。通信リンクから調整回路への命令は、同回
路内に設定された限界を調整するために線１８０を介して接続されることができ
る。回路１４４は、そのノイズの調整についての情報をバス１８０を介して、通
信リンクへの伝送用の通信回路１７６に接続することができる。
【００２７】 調整回路１４４はまた、所望される場合には、センサおよび電子回路の温度に
対する圧力測定の補償、ライン圧効果（センサ１２２および１２４が単一装置と
して形成される場合には）用の差圧測定の補正、用途によっては必要な線形化あ
るいは診断などの、他の調整機能を果たすこともできる。ノイズに対する調整可
能な帯域幅調整は、信号処理回路１３０内、シグマデルタ変調器内、あるいはそ
れら双方内のどこかのいずれでも実行されることができる。
【００２８】 図８には、磁気式流量計２００が示される。図８では、流体管２０６内に、パ
ルス状、交番状あるいは正弦波状の磁場を生じるように、コイルの組２０２がコ
イルドライバ２０４によって励起される。流体管２０６には前記磁場を流通する
液体が入っている。前記磁場を通る流体の動きは、電極２０８間に、対応するパ
ルス状か、交番状、あるいは正弦波状の電圧を誘起する。電極２０８間に誘起さ
れた電圧は、前記磁場と同期する周波数、および流体管２０６内の流量の大きさ
を表わす振幅を有する。流量感知回路２１０は、誘起された電圧を感知して増幅
し、増幅された流量出力を可調整フィルタ２１２へ供給する。
【００２９】 可調整フィルタ２１２は、帯域幅を制限する帯域を有し、その帯域幅限界によ
って減衰された出力を通信回路２１４に供給する。通信回路２１４は、通信リン
ク（図示されず）へ伝送されることができるような流量を表わす出力２１６を供
給する。伝導率ノイズ感知回路２１８は、電極２０８間および流体管２０６内の
流体に流れる伝導率感知電流を供給する。伝導率ノイズ感知電流の周波数は磁場
の周波数とは異なるので、伝導率感知は流体感知の妨げにはならない。伝導率ノ
イズ感知回路２１８は、伝導率ノイズ感知電流の周波数に近い周波数範囲内の電
極間の電圧を感知し、流体の伝導率に含まれるノイズの総量を測定する。伝導率
ノイズ感知回路２１８によって測定されたノイズは調整回路２２０へ供給される
。
【００３０】 調整回路２２０は、測定されたノイズに基づいて帯域幅制御信号を生成する。
伝導率ノイズレベルが高い時には、可調整フィルタ２１２は自動的に、より狭い
帯域幅に調整される、すなわちより多くの減衰が適用される。伝導率ノイズレベ
ルが低い時には、可調整フィルタ２１２は自動的により広い帯域幅に調整される
、すなわち、より少量の減衰が適用される。電極２０８からのノイズが低レベル
の時には、受信可能な出力は過度に減衰されることなく、さまざまなノイズ状況
の下で通信回路２１４から自動的に取得される。すなわち、磁気式流量計２００
は泡、不完全に混合された化学物質および粒子などの様々な過渡的な流体状況で
も、作業者が過渡的なノイズ状況を調整する必要なしに用いられることができる
。
【００３１】 図８では、調整回路２２０は可調整フィルタの代わりにコイルドライバを制御
することができる。励起周波数に近い帯域内のノイズが出現すると、調整回路２
２０は、異なる励起周波数を供給するようにコイルドライバを制御することがで
きる。図８では、調整回路はさらに、流量感知回路２１０からそのノイズ信号を
受信することもできる、その場合、伝導率ノイズ感知回路２１８は省略されても
よい。
【００３２】 図９には、プロセス論理（シーケンス）のある実施例２３０が示される。図９
に示されるようなプロセス要素２３２、２３４、２３６、２３８、２４０が実行
されると、前記要素を反復的に実行するように、プロセスは２４２で始めに戻る
。前記各要素は反復的に実行されるので、開始点および前記要素が実行される特
定の順序は変更されることができる。プロセス要素の順序はまた、必要に応じて
は、伝送器内の他のプロセスによって割込まれ、前記他のプロセスが実行された
後に継続されることもできる。
【００３３】 図１０には、プロセス変数伝送器２５０が示される。図１０では、センサ回路
２５１がセンサ２５４を介してプロセス変数２５２を感知するように適合される
。
【００３４】 センサ回路２５１は、ノイズ信号を通過させるのに十分な帯域幅を有する。フ
ィルタ制御回路２５６は、センサ回路の出力２５８に接続されて、より高いセン
サノイズではノイズを減衰するように自動的に狭くなり、より低いセンサノイズ
では自動的に広くなるような帯域幅を指示するフィルタ制御出力２６０を生成す
る。通信回路２６２はフィルタ制御回路２５６およびセンサ回路２５１に接続さ
れて、デジタル制御システム２６４に接続するように適合される。通信回路２６
２は、プロセス変数を表わす第１の伝送器出力２６６、およびフィルタ制御出力
を表わす第２の伝送器出力２６８を供給し、それによって、デジタル制御システ
ム２６４がセンサノイズに対してデジタル制御システム濾波回路２７０を自動的
に調整できるようになる。
【００３５】 図１１では、デジタル制御システム２７２が、２つのプロセス変数伝送器２７
４および２７６に接続されるように適合される。デジタル制御システム２７２は
、デジタル制御システム２７２へ第１のプロセス変数を供給する第１の伝送器２
７４に接続されるように適合された第１の伝送器入力２７８を有する。デジタル
制御システム２７２は、前記第１のプロセス変数内のノイズと関連（相関）させ
るように、既知の第２のプロセス変数を供給する第２の伝送器２７６に接続する
ように適合された第２の伝送器入力２８０を有する。
【００３６】 デジタル制御システム２７２は、第２のプロセス変数２８０によって、第１の
プロセス変数内のノイズが増大すると帯域幅が狭くなるように、設定された調整
可能な帯域幅で第１の伝送器入力２７８を受信および濾波する濾波回路２８２を
有する。さらにデジタル制御システム２７２は、第２のプロセス変数を受信し、
帯域幅を設定する濾波回路に制御信号を供給するフィルタ制御回路２８４を含む
。デジタル制御システム内の前述のような濾波は、制御ループの同調を調整する
ことによって実行されることができる。
【００３７】 図１２では、プロセス変数伝送器２９０は、プロセス変数２９４を感知するよ
うに適合されたセンサ回路２９２を含む。センサ励起回路２９６はセンサ２９８
を励起するように適合される。センサ励起制御回路３００はセンサ回路２９２か
ら信号を受信して、センサ励起回路２９６による励起を制御する。センサ励起回
路２９６は、伝送器出力３０２内のノイズを低減するように、センサ回路信号内
のノイズの関数として励起を調整する。濾波回路３０６に接続された、調整可能
性を必要としない通信回路３０４は、センサノイズに対して自動的に調整された
プロセス変数を表わす伝送器出力３０２を供給する。励起周波数はノイズを回避
するように調整されることができる。励起の大きさもまた、ノイズが高い時に信
号対ノイズ比を増大することによってノイズを避けるように調整されることがで
きる。図１２の伝送器２９０は磁気式流量伝送器であってよく、例えばコイル励
起の周波数が、ノイズ周波数からセンサ信号を引き離すように調整される。
【００３８】 本発明を好ましい実施態様を参照して説明してきたが、本発明の精神や範囲か
ら逸脱することなく、形式や詳細な点において変更が可能であることが当業者に
は明らかであろう。例えば、本発明の様々な機能ブロックが回路（要素）用語で
述べられてきたが、機能ブロックは、デジタル、アナログ、ソフトウェア、ある
いはそれらの組合せなどいかなる形式で実現されてもよい。
【００３９】 ソフトウェア内で実現される場合には、マイクロプロセッサがその機能を果た
し、信号は、それに対してソフトウェアが動作するデジタル値よりなる。プロセ
ッサに所望のプロセス要素（処理）を実行させる命令でプログラムされた汎用プ
ロセッサ、前記所望の要素を実行するように結線された回路を含むアプリケーシ
ョン仕様ハードウェア部品、および汎用プロセッサおよびハードウェア部品のあ
らゆる組合せを用いることができる。
【００４０】 複雑なデジタル回路の特性のために、センサ回路、調整回路および濾波回路は
、典型的には、アナログ回路のように、区分されたブロックに、簡単には分割さ
れないけれども、様々な機能のために用いられる部品は混合されて共有されるこ
とができる。さらに、ソフトウェアによる実行の場合と同様に、典型的には、１
つのマイクロプロセッサが、調整、濾波、およびセンサ回路機能を分担してい指
示・命令を実行するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるプロセス変数伝送器のブロック図である。
【図２】 図１のプロセス変数伝送器のためのセンサ配列のブロック図である
。
【図３】 図１のプロセス変数伝送器のためのセンサ配列のブロック図である
。
【図４】 本発明によるフィルタの実施例の、一部ブロック化した回路図であ
る。
【図５】 本発明によるプロセス変数伝送器の応答のタイミング図である。
【図６】 二次プロセス変数ＰＶ2の異なる値における、信号処理回路の遅延
時間と誤差限界との関係のグラフである。
【図７】 本発明による圧力伝送器の実施例のブロック図である。
【図８】 本発明による磁気式流量計の実施例のブロック図である。
【図９】 本発明による信号処理方法のフローチャートである。
【図１０】 プロセス変数伝送器のブロック図である。
【図１１】 帯域幅可調整フィルタを有する制御システム装置のブロック図で
ある。
【図１２】 ノイズを効果的に補償するようにセンサ励起が変更されるような
伝送器のブロック図である。
【符号の説明】
１０……プロセス変数伝送器、１２……センサ回路、１４……プロセス変数、
１６……プロセス施設（プラント）、１８……センサ、２２……フィルタ、２４
……通信回路、２６……濾波回路、２８……調整回路、３０……リミッタ回路、
３２……通信リンク、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｌ 13/06 Ｇ０８Ｃ 19/02 ３０１ ５Ｋ０５２ Ｇ０８Ｃ 19/02 ３０１ Ｈ０４Ｂ 15/00 Ｈ０４Ｂ 15/00 Ｇ０１Ｄ 3/04 Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ウェールス，デビッド，エル． アメリカ合衆国 55346 ミネソタ州、エ デン プレイリー、ノース ヒルクレスト コート 16480 Ｆターム(参考） 2F014 AA02 BA10 2F035 CA02 CB10 2F055 AA40 BB05 CC60 DD20 EE25 FF11 GG44 2F073 AA11 AB02 AB14 BB04 BC01 CC01 CC07 CD03 CD28 DD01 FG20 GG01 GG03 GG07 GG08 GG09 2F075 AA05 BB03 EE01 EE18 5K052 AA01 AA03 BB18 DD07 EE12 EE32 FF07 GG13

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロセス変数を感知するように適合されたセンサ回路、 前記センサ回路に接続されて、高いセンサノイズではノイズを減衰するように
    自動的に狭くなり、低いセンサノイズでは自動的に広くなる帯域幅を有するフィ
    ルタ、および 前記フィルタに接続されて、プロセス変数を表わす伝送器出力を供給し、セン
    サノイズに対して自動的に調整された減衰を有する通信回路よりなるプロセス変
    数伝送器。
  2. 【請求項２】 前記フィルタが、伝送器出力を仕様限界内に維持するように
    、あらかじめ定められた範囲に自動帯域幅調整を制限するようなリミッタ回路を
    さらに含む請求項１のプロセス変数伝送器。
  3. 【請求項３】 前記あらかじめ定められた範囲が調整可能である請求項２の
    プロセス変数伝送器。
  4. 【請求項４】 前記通信回路が通信リンクに接続可能であり、前記通信リン
    クから、前記リミッタ回路があらかじめ定められた範囲を調整する情報を受信す
    る請求項３のプロセス変数伝送器。
  5. 【請求項５】 前記センサ回路が、プロセス変数伝送器の外部にあるセンサ
    に接続される請求項１のプロセス変数伝送器。
  6. 【請求項６】 前記センサ回路に接続されたセンサをさらに含む請求項１の
    プロセス変数伝送器。
  7. 【請求項７】 前記センサ回路がさらに第２の変数を感知し、前記フィルタ
    が前記第２の変数に基づいてその帯域幅を調整する請求項１のプロセス変数伝送
    器。
  8. 【請求項８】 前記帯域幅フィルタが可調整アナログ式フィルタである請求
    項１のプロセス変数伝送器。
  9. 【請求項９】 前記帯域幅フィルタが可調整デジタル式フィルタである請求
    項１のプロセス変数伝送器。
  10. 【請求項１０】 自動的な帯域幅濾波を制御する内蔵マイクロプロセッサを
    さらに含む請求項１のプロセス変数伝送器。
  11. 【請求項１１】 プロセス施設から第１の信号を受信し、濾波回路によって
    制限された帯域幅であり、かつプロセス変数の大きさを表わすような、濾波され
    た信号を供給するように適合された濾波回路、 前記濾波された信号を受信し、プロセス変数を表わす伝送器出力信号を通信リ
    ンクへ伝送するように適合された通信回路、および プロセス施設から第２の信号を受信し、伝送器出力のノイズを低減するように
    、濾波回路の帯域幅を自動的に調整するように適合された調整回路よりなる、プ
    ロセス施設に接続可能なプロセス変数伝送器。
  12. 【請求項１２】 前記第１の信号を供給するセンサをさらに含む請求項１１
    のプロセス変数伝送器。
  13. 【請求項１３】 前記第１の信号および第２の信号が同じ信号である請求項
    １１のプロセス変数伝送器。
  14. 【請求項１４】 前記第２の信号が第２の変数を表し、前記第１の信号とは
    異なる請求項１１のプロセス変数伝送器。
  15. 【請求項１５】 前記通信回路が帯域幅を表わす出力を供給するようにさら
    に適合された請求項１１のプロセス変数伝送器。
  16. 【請求項１６】 前記通信回路がリンクから命令を受信するように適合され
    、前記調整回路が前記命令に基づいて帯域幅をさらに調整する請求項１１のプロ
    セス変数伝送器。
  17. 【請求項１７】 前記濾波回路が、内蔵マイクロプロセッサによって実行さ
    れるように適合されたソフトウェアで実現される請求項１１のプロセス変数伝送
    器。
  18. 【請求項１８】 前記濾波回路がアナログ回路で実現されるフィルタを含む
    請求項１１のプロセス変数伝送器。
  19. 【請求項１９】 前記濾波回路がデジタル回路で実現行されるフィルタを含
    む請求項１１のプロセス変数伝送器。
  20. 【請求項２０】 前記通信回路が２線式プロセス監視ループに接続されるよ
    うに適合された請求項１１のプロセス変数伝送器。
  21. 【請求項２１】 前記２線式ループが伝送器の動作電流のすべてを供給する
    請求項２０のプロセス変数伝送器。
  22. 【請求項２２】 前記センサが圧力センサを含む請求項１２のプロセス変数
    伝送器。
  23. 【請求項２３】 前記伝送器出力信号が流量を表わす請求項１１のプロセス
    変数伝送器。
  24. 【請求項２４】 プロセス変数センサ信号を受信すること、 前記プロセス変数センサ内のノイズを感知すること、 前記プロセス変数センサ信号を調整可能な帯域幅で濾波すること、 前記濾波されたプロセス変数センサ信号の関数として、減衰されたプロセス変
    数伝送器出力を生成すること、および 前記センサ内の感知されたノイズの関数として、調整可能な帯域幅を自動的に
    調整することによって、プロセス変数出力内のノイズの減衰を調整することより
    なるプロセス変数センサ信号を濾波する方法。
  25. 【請求項２５】 取得されたプロセス変数センサ信号が磁気式流量計電極信
    号であり、感知されたノイズが磁気式流量計電極信号内の伝導率ノイズである請
    求項２４の方法。
  26. 【請求項２６】 複数の、一連の命令を記憶しているコンピュータ読み取り
    可能な媒体であって、前記複数の命令が、プロセッサによって実行される時に、
    前記プロセッサに下記の手順を実行させる複数の、一連の命令を含む媒体。 プロセス変数センサ信号を取得すること、 前記プロセス変数センサ信号を調整可能な帯域幅で濾波すること、 前記濾波されたプロセス変数センサ信号の関数として、減衰されたプロセス変
    数伝送器出力を供給すること、 前記プロセス変数センサ内のノイズを感知すること、および 前記センサ内の感知されたノイズの関数として、調整可能な帯域幅を自動的に
    調整することによってプロセス変数出力内のノイズの減衰を調節すること。
  27. 【請求項２７】 プロセス変数を感知するセンサ回路、 前記センサ回路に接続されて、調整可能な帯域幅を有するフィルタ、 前記フィルタに接続されて、前記プロセス変数を表わす、減衰された伝送器出
    力を供給する通信回路、および センサノイズを感知し、かつセンサノイズが高い時には減衰を増大し、センサ
    ノイズが低い時には減衰を低減するように調整可能な帯域幅を自動的に調整する
    ための装置よりなるプロセス変数伝送器。
  28. 【請求項２８】 プロセス変数を感知するように適合されたセンサ回路、 前記センサ回路に接続され、センサノイズが高い時には自動的に狭くなってノ
    イズを減衰させ、低いセンサノイズでは自動的に広くなるような帯域幅を示すフ
    ィルタ制御出力を有するフィルタ制御回路、および 前記フィルタ制御回路および前記センサ回路に接続されており、かつデジタル
    制御システムに接続するように適合された通信回路であって、プロセス変数を表
    わす第１の伝送器出力、およびフィルタ制御出力を表わす第２の伝送器出力を供
    給し、それによってデジタル制御システムがセンサノイズに対する前記デジタル
    制御システムの濾波を自動的に調整することができるようにする通信回路よりな
    るプロセス変数伝送器。
  29. 【請求項２９】 第１のプロセス変数を供給する第１の伝送器に接続する
    ように適合された第１の伝送器入力と、 第２の伝送器に接続するように適合され、前記第１のプロセス変数内のノイズ
    と相関する既知の第２プロセス変数を供給する第２の伝送器入力と、 前記第１の伝送器入力を受信し、かつ前記第１のプロセス変数内のノイズが増
    大するときに、帯域幅が狭くなるように、前記第２のプロセス変数によって設定
    される調整可能な帯域幅で濾波する濾波回路とよりなる、プロセス変数伝送器に
    接続するように適合されたデジタル制御システム。
  30. 【請求項３０】 前記第２のプロセス変数を受信し、前記濾波回路への制御
    信号を供給するフィルタ制御回路をさらに含む請求項２９のデジタル制御システ
    ム。
  31. 【請求項３１】 プロセス変数を感知するように適合されたセンサ回路、 センサを励起するように適合されたセンサ励起回路、 前記センサ回路から信号を受信し、前記センサ励起回路によって供給される励
    起を、前記センサ励起回路が、センサ信号内のノイズの関数として調整して伝送
    器出力内のノイズを低減するように制御するセンサ励起制御回路、および 前記フィルタに接続されて、センサノイズに対して自動的に調整されたプロセ
    ス変数を表わす伝送器出力を供給する通信回路よりなるプロセス変数伝送器。
  32. 【請求項３２】 前記励起周波数がノイズを避けるように調整される請求項
    ３１の伝送器。
  33. 【請求項３３】 前記励起振幅がノイズを避けるように調整される請求項３
    １の伝送器。
  34. 【請求項３４】 前記伝送器が磁気式流量計であり、前記励起の周波数がノ
    イズ周波数から離されている請求項３１の伝送器。
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