JP5113334B2 - 二線式バス機器 - Google Patents

Description

本発明は、二線式バス機器の分野に関し、具体的には、危険な環境用の完全且つ本質的に安全な二線式バス機器に関する。
課題の記述
流量計は、流れる材料の質量流量、密度及び他の特性を測定するのに使用される。流れる材料には液体、気体、液体と気体の組合せ、液体に懸濁した固体、並びに気体及び懸濁した固体を含む液体を含むことができる。例えば、流量計は、石油及び石油製品の坑井生産及び精製に広く使用されている。流量計は、流量を測定することによって（すなわち、流量計を通る質量流量を測定することによって）坑井生産を判定するのに使用でき、流れの気体成分及び液体成分の相対比率を判定するのに使用することさえできる。

一つの流量計環境は、可燃性の蒸気又は粒子が存在する危険な環境である。そのような条件で動作する機器は、可燃性の蒸気又は粒子を発火させないように設計され、製造されなければならない。危険な環境で安全に動作するように設計された機器は、通常、「本質的に安全」（Ｉ．Ｓ．）として示される。例えば、そのような機器は、典型的には、危険な環境での発火を引き起こすことができないことがわかっている低レベルの電圧及び低レベルの電流を使用する。

図１は、産業計装に一般的に使用されるＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）二線式バスなどの従来技術による二線式バスを示している。用語ＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）は、典型的には複数の機器を一緒に接続するのに使用され、また、機器間のディジタル通信を提供するのに使用できる二線式計装バス規格を指す。更に、フィールドバス障壁デバイスは、例えば監視局及び制御局など、外部装置にディジタル通信信号を渡すことができる。バス障壁デバイスは電源に接続され、二線式バスを介して電力を供給する。バス障壁デバイスは、典型的には、Ｉ．Ｓ．でない電力を受け取り、電流制限、電圧制限及び電力制限された電力を供給する。

複数のＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）規格が存在する。１つのＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）規格では、障壁デバイスは、約１３０ミリアンペア（ｍＡ）の最大電流及び約１５ボルト（Ｖ）の最大電圧を全ての接続された機器に供給できると規定されている。従来技術では、通常のフィールドバス機器は約１０〜２０ｍＡを引き出すように設計された。したがって、従来技術の手法では、二線式バスに接続できるデバイスの個数が、使用可能な障壁電圧でのデバイス総電流消費によって管理される。

図２は、二線式バスに接続された典型的な従来技術の機器を示して二線式バスからの電力がどのように使用されるかを示している。従来技術の機器は、信号プロセッサ及び電気的インターフェースを含む。電気的インターフェースはＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）などの二線式バス及び電源に接続する。電気的インターフェースは二線式バスに接続されるバス電気障壁を含む。バス電気障壁はバスからの電気絶縁を提供し、二線式バスから取られる電力の電流、電圧及び電力の制限を提供する。二線式バスはバス電気障壁に直流（ＤＣ）電力を供給する。電気的インターフェースは、更に、信号プロセッサに接続される信号電気障壁を含む。信号プロセッサは図示のようにセンサに接続される。信号電気障壁は信号プロセッサからの電気絶縁を提供し、信号プロセッサを介してセンサに供給される電力の電流、電圧及び電力の制限を提供する。センサがコリオリ流量計などの流量計センサである場合に、信号プロセッサは通常は九線ケーブルによってセンサに接続される。電気的インターフェースは更に通信システムを含む。通信システムは信号プロセッサからデータ信号を受け取り、データ信号をディジタル通信信号として変調して二線式バスに乗せる。ＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）規格は、ディジタル通信信号が３２キロヘルツ（ｋＨｚ）を中心とする周波数帯で発生することを規定している。

理解されるように、この従来技術の構成において、二線式バスから取られる電力は、通信システムに電力を与えることだけに使用される。したがって、最小限の量の電力が二線式バスから取られる。例えば、通信システムは、通常、二線式バスから約１０〜２０ｍＡだけを引き出す。従来技術の外部電力源は、ドライバ又は能動要素（流管ドライバなど）を動作させるのに使用され且つ信号プロセッサに電力を与えるのに使用される比較的大きい電力を供給する。その結果、機器を本質的に安全にすることは困難且つ複雑である。その結果、電気的インターフェースはバス電気障壁及び信号電気障壁を備えなければならない。更に、機器自体が防爆ハウジングに封入されることが多い。従来技術においてこれが行われるのは、ＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）二線式バス規格が本質的に安全なバス・システムとして造られても、電源が本質的に安全ではないからである。

解決手段の概要
本発明は、二線式バス機器を提供することによって上の問題を解決する。
二線式バスと共に使用するように適合された二線式バス機器が、本発明の実施の形態に従って提供される。二線式バス機器は、第３の電流を受け取って１つ又は複数のセンサ測定信号を生成する機器要素を含む。二線式バス機器は、第２の電流を受け取ってデータ信号を作るために機器要素からの１つ又は複数のセンサ測定信号を処理する信号プロセッサを更に含む。二線式バス機器は、第１の電流を受け取り、信号プロセッサからデータ信号を受け取り、データ信号を含むディジタル通信信号を作り、ディジタル通信信号を二線式バス上で変調する通信システムを更に含む。二線式バス機器は、通信システムに接続された通信電源を更に含む。通信電源及び通信システムは二線式バスを介して接続されることができる。通信電源は、第１の電流、実質的に一定の電圧及び第１の電力を通信システムに供給するように構成される。二線式バス機器は、信号プロセッサに接続された信号処理電源を更に含む。信号プロセッサ及び信号処理電源は、二線式バスを介して、通信電源及び通信システムに並列に接続されることができる。信号処理電源は、第２の電流、実質的に一定の電圧及び第２の電力を信号プロセッサに供給するように構成される。二線式バス機器は、機器要素に接続された駆動電流電源を更に含む。機器要素及び駆動電流電源は、二線式バスを介して、通信電源及び通信システムに並列に、更に信号処理電源及び信号プロセッサに並列に接続されることができる。駆動電流電源は、第３の電流、実質的に一定の電圧及び第３の電力を機器要素に供給するように構成される。

二線式バスと共に使用するように適合された二線式バス機器が、本発明の実施の形態に従って提供される。二線式バス機器は、第３の電流を受け取って１つ又は複数のセンサ測定信号を生成する機器要素を含む。二線式バス機器は、第２の電流を受け取ってデータ信号を作るために機器要素からの１つ又は複数のセンサ測定信号を処理する信号プロセッサを更に含む。二線式バス機器は、第１の電流を受け取り、信号プロセッサからデータ信号を受け取り、データ信号を含むディジタル通信信号を作り、ディジタル通信信号を二線式バス上で変調し、第１電流レベル・コマンドを通信電源に転送する通信プロセッサを更に含む。二線式バス機器は、通信プロセッサに接続された通信電源を更に含む。通信電源及び通信プロセッサは二線式バスを介して接続されることができる。通信電源は、第１の電流、実質的に一定の電圧及び第１の電力を通信プロセッサに供給するように構成される。第１の電流が実質的に第１電流レベル・コマンドに従って供給される。二線式バス機器が信号処理電源と信号プロセッサとの間に接続され、所定の電圧レベルを信号プロセッサに供給するように構成された電圧ステップダウン装置を更に含む。二線式バス機器は、信号処理電源及び電圧ステップダウン装置に接続された分岐電圧調整器を更に含む。分岐電圧調整器は信号プロセッサによって要求されない余分な電流を分流する。二線式バス機器は、電圧ステップダウン装置及び分岐電圧調整器に接続された信号処理電源を更に含む。信号処理電源、信号プロセッサ、電圧ステップダウン装置及び分岐電圧調整器は、二線式バスを介して、通信電源及び通信プロセッサに並列に接続されることができる。信号処理電源は、第２の電流、実質的に一定の電圧及び第２の電力を信号プロセッサに供給するように構成される。二線式バス機器は、機器要素に接続された駆動電流電源を更に含む。機器要素及び駆動電流電源は、二線式バスを介して、通信電源及び通信プロセッサに並列に、更に信号処理電源、信号プロセッサ、電圧ステップダウン装置及び分岐電圧調整器に並列に接続されることができる。駆動電流電源は、第３の電流、実質的に一定の電圧及び第３の電力を機器要素に供給するように構成される。

二線式バス機器を形成する方法が、本発明の実施の形態に従って提供される。方法は、第３の電流を受け取って１つ又は複数のセンサ測定信号を生成する機器要素を提供するステップを含む。方法は、第２の電流を受け取り、データ信号を作るために機器要素からの１つ又は複数のセンサ測定信号を処理する信号プロセッサを提供するステップを更に含む。方法は、第１の電流を受け取り、信号プロセッサからデータ信号を受け取り、データ信号を含むディジタル通信信号を作り、ディジタル通信信号を二線式バス上で変調する通信システムを提供するステップを更に含む。方法は、通信システムに接続された通信電源を提供するステップを更に含む。通信電源及び通信システムは二線式バスを介して接続されることができる。通信電源は、第１の電流、実質的に一定の電圧及び第１の電力を通信システムに供給するように構成される。方法は、信号プロセッサに接続された信号処理電源を提供するステップを更に含む。信号プロセッサ及び信号処理電源は、二線式バスを介して、通信電源及び通信システムに並列に接続されることができる。信号処理電源は、第２の電流、実質的に一定の電圧及び第２の電力を信号プロセッサに供給するように構成される。方法は、機器要素に接続された駆動電流電源を提供するステップを更に含む。機器要素及び駆動電流電源は、二線式バスを介して、通信電源及び通信システムに並列に、更に信号処理電源及び信号プロセッサに並列に接続されることができる。駆動電流電源は、第３の電流、実質的に一定の電圧及び第３の電力を機器要素に供給するように構成される。

本発明の一態様においては、二線式バス機器は流量計送信器を構成する。本発明のもう１つの態様では、二線式バス機器は流量計送信器を構成し、機器要素は少なくとも１つの流管ドライバと１つ又は複数のピックオフセンサとを含む。本発明のもう１つの態様においては、二線式バス機器はコリオリ流量計送信器を構成する。本発明のもう１つの態様によれば、二線式バス機器はＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）規格準拠二線式バスに接続するように適合される。本発明のもう１つの態様では、機器要素を通って流れる第３の電流に対する変更が、ＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）規格準拠二線式バスの通信周波数と干渉しない周波数に制限される。

同一の符号は、全ての図面で同一の要素を表す。
発明の詳細な説明
図３〜図８及び以下の説明は、本発明の最良の態様を作って使用する方法を当業者に教示するために、本発明の特定の例を説明する。発明的原理の教示において、本発明のいくつかの普通の態様を単純化し又は省略した。当業者は、これらの例から、本発明の範囲に含まれる変形形態を理解することができる。当業者は、下で説明する特徴を、本発明の複数の変形形態を形成するために様々な形で組み合わせることができることを理解する。その結果、本発明は、下で説明する特定の例に制限されるものではなく、請求項及びその同等物によってのみ限定される。

機器―――図３
図３は、本発明の実施の形態による機器３００のブロック図である。機器３００は機器要素３０４及び電気的インターフェース３０２を含む。電気的インターフェース３０２は機器要素３０４に接続され、二線式バス３０８に接続される。

一つの実施の形態における機器３００は、バス調整デバイスに接続される唯一のデバイスであり得る（図４及び付随する説明を参照されたい）ので、電気的インターフェース３０２は二線式バス３０８からほぼ全ての使用可能な電流及び電力を引き出すことができる。例えば、機器３００は完全にＩ．Ｓ．であるＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）から約１３０ミリアンペア（ｍＡ）までを引き出すことができる。いくつかの応用例では、認可位置及び危険な環境の特性に応じて、この１３０ｍＡ電流はＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）バス調整デバイスがＩ．Ｓ．制限下で供給できる最大電流量である。したがって、機器３００は、必要な場合、電気障壁デバイスの必要や追加の外部電力源の必要もなしに、完全に本質的に安全なデバイスとすることができる。更に、機器３００は、完全に本質的に安全なので、大型で高価な防爆ハウジングを必要としない。代わりに、機器３００を危険でない環境又は危険の少ない環境で使用することができる。

二線式バス３０８は機器３００に全ての電力を供給することができ、機器３００と他のデバイスとの間のディジタル通信を提供することができる。一つの実施の形態における二線式バス機器３００のインピーダンスは、二線式バスが通信を行っている間は実質的に一定である。二線式バス３０８は、電流制限、電圧制限及び電力制限された電力を供給することができる。二線式バス３０８は本質的に安全な（Ｉ．Ｓ．）電流及び電圧を供給することができる。いくつかの実施の形態の二線式バス３０８は、機器３００に約１３０ｍＡまでの電流を供給することができ、典型的には約１５ボルト（Ｖ）までを供給することができる。しかし、環境での発火の可能性に応じて、より高い電圧電流レベルを使用することができる（また、他の危険位置規格に従うことができる）。

機器要素３０４は電力を消費し、物理現象に関連するセンサ測定信号などの１つ又は複数の信号を作ることができる。機器要素３０４は、任意の形のセンサ、トランスジューサ、ドライバなど、及びこれらの組合せを含むことができる。一つの実施の形態では、機器要素３０４は流管を振動させる流管ドライバを含み、更に、流管の振動を感知する１つ又は複数のピックオフセンサを含む。１つ又は複数のピックオフセンサは、機器要素３０４を通って流れる電流及び／又は電流の位相関係を変調して、センサ測定信号を作ることができる。機器要素３０４はコリオリ流管、タービン流量計、磁気流量計などを含むことができる。

電気的インターフェース３０２は機器要素３０４と二線式バス３０８との間をインターフェースする。電気的インターフェース３０２は、二線式バス３０８の特性と一貫した形で機器要素３０４（及び全ての関連する処理回路）に電力を供給する。電気的インターフェース３０２は二線式バス３０８を介するディジタル通信も行う。したがって、電気的インターフェース３０２は通信システムに電力を供給し、ドライバ要素に電力を供給し、信号プロセッサ及び関連するセンサに電力を供給する。

電気的インターフェース３０２はＩ．Ｓ．対応とすることができ、Ｉ．Ｓ．二線式バスに接続することができる。しかし、Ｉ．Ｓ．二線式バス３０８が完全にＩ．Ｓ．である場合には、電気的インターフェース３０２は全体的な電流制限、電圧制限及び電力制限を実行する必要がない。これによって、有利なことに、機器３００内の電気障壁の必要をなくすことができる。これによって、有利なことに、機器３００のための大型且つ高価な防爆ハウジングの必要をなくすことができる。更に、これによって、付随するコスト要件、配線要件及び障壁要件を伴う別々の外部電力源の必要もなくすことができる。

機器３００は、オプションとして、追加のレベルのセキュリティとして防爆ハウジングを備えることができる。機器３００は、更に、オプションとして、当該技術分野で既知の他の保護方法を利用することができる。

動作環境―――図４
図４は、３つの機器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃを含む動作環境４００を示している。各機器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃは、二線式バス３０８Ａ、３０８Ｂ、３０８Ｃによって、対応するバス調整器４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃに接続される（バス終端装置デバイスは、図を明瞭にするために図示されていない）。二線式バス３０８Ａ〜３０８ＣはＩ．Ｓ．バス又は非Ｉ．Ｓ．バスとすることができる。バス障壁４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃは電源４０４に接続され、電源４０４はＩ．Ｓ．電源デバイスである必要はない。バス障壁４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃは二線式バス３０８Ａ、３０８Ｂ、３０８Ｃのそれぞれに電気絶縁、電流制限、電圧制限及び電力制限を提供する。機器３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃはバス調整器デバイス４００Ａ、４００Ｂ、４００Ｃを介して供給される電力の全てを引き出すことができる。これは、図１に示す従来技術の手法と対照的である。代りに、複数の機器３００を単一のバス調整器４００に接続することができる（破線を参照のこと）。

機器―――図５
図５は、本発明の実施の形態による機器５００を示す図である。前の図と共通する符号は共通の構成要素を示す。機器５００は通信システム５１１、信号プロセッサ５１２及び機器要素３０４を備える。機器５００は更に、通信電源５０１、センサ電源５０２及び駆動電流電源５０３を備える。機器５００は二線式バス３０８と共に使用されるように設計されている。

機器５００は例えば流量計電子回路を構成することができる。図示し且つ本明細書で説明する様々な実施の形態では、機器５００は、流量計測定信号を生成して送信する流量計送信器を構成することができる。具体的には、機器５００は、コリオリ流管装置によって測定された流量計信号を生成して送信するコリオリ流量計送信器を構成することができる。

一つの実施の形態では、二線式バス３０８はＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）規格に準拠する二線式バスを備える。ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）物理層シグナリング機構は、定義された周波数帯にわたる一定の特性インピーダンスを要求する。したがって、バス上のデバイスは、特定のシグナリング周波数でそのデバイスが引き出す電流を変更することによって、データを送信する。バス上のデバイスは、電流変化の結果として特性インピーダンスにおいて生じる電圧を観察することによって、データを受信する。

この機構の１つの派生的問題は、ＤＣ電流を通信に影響せずにバスから引き出すことができることである。これは、ＤＣ電流がＡＣ特性インピーダンスを変えないからである。この機構のもう１つの派生的問題は、機器５００が、ＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）プロトコルにおいて通信信号として解釈されるのに足るほど高速な電流変化を許容してはならないことである。機器５００が流量計を備える場合に、センサ電流の迅速な変化はこの制約のゆえに直接には可能でない場合がある。これが発生し得る状況の１つは、例えば、流量計を通って流れる液体材料に気泡が混入するときである。

バス調整器デバイス４００（図４参照）は、所望の場合、二線式バス３０８を介して本質的に安全なレベルの電流、電圧及び電力を供給することができる。一つの実施の形態においては、バス調整器デバイス４００がＦｉｅｌｄｂｕｓ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｌｌｙ Ｓａｆｅ ＣＯｎｃｅｐｔ（ＦＩＳＣＯ）ＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）障壁デバイスを含むことができる。本発明による機器５００は、バス調整器デバイス４００から実質的に最大の使用可能な電流を引き出すように設計することができる。これは、通信に必要な特性インピーダンスを維持するように総デバイス電流Ｉ_Ｔを調整しながら、且つ、サポート回路に対して調整されたＤＣ電圧を調整しながら行われる（図６及び付随する説明を参照のこと）。代りに、機器５００は最大使用可能電流より少ない電流を引き出すことができ、したがって、複数の機器５００を単一のバス調整器デバイス４００に接続することができる。

通信電源５０１、信号処理電源５０２及び駆動電流電源５０３は電流調整デバイスを備えることができる。そのような電流調整電源は、電流源の特性である高出力インピーダンスを利用するように、二線式バス３０８を介して他の要素と直列で使用される。これによって、機器５００の内部インピーダンス（センサ負荷、ＤＳＰ電流ドロー又は他の内部無効成分）が二線式バス３０８に見られる外部特性インピーダンスに影響するのを防止する。したがって、３つの独立の電源／電流源は、信号プロセッサ５１２（又は、信号プロセッサ５１２及び図６に示された関連回路）に電力を与えるのに必要な第１の（通信送信）電流Ｉ_１、第３の（センサ駆動）電流Ｉ_３及び第２の（信号処理）電流Ｉ_２を制御する。

機器要素３０４は駆動電流電源５０３から電力を受け取り、或るやり方で駆動電流を変調する。一つの実施の形態では、機器要素３０４は、例えばコリオリ流管ピックオフセンサなどの１つ又は複数の流管ピックオフセンサを備える。各ピックオフセンサは流管の動きに基づいて電流を変調するが、センサ測定信号間の位相差は、流れる材料の質量流量を表す。

信号プロセッサ５１２は信号処理電源５０２から電力を受け取る。更に、信号プロセッサ５１２は、バス又は信号線５２３を介して駆動電流電源５０３に駆動電流レベル信号を送る。駆動電流レベル信号は、例えば流管ドライバによるなど、機器要素３０４の能動要素を通って流れる駆動電流を制御する。また、信号プロセッサ５１２は、バス又は信号線５２３を介して、機器要素３０４によって変調されたセンサ測定信号を受け取る。信号プロセッサ５１２は、材料の質量流量及び／又は密度を表すデータ信号を生成するために、センサ測定信号の較正及び操作を実行することができる。

バス又は信号線５２３を介して、信号プロセッサ５１２は、質量流量の大きい変化の発生期間に駆動電流を調整及び／又は制限するなど、第３電流Ｉ_３を調整することができる。更に、駆動電流電源５０３は、二線式バス３０８を介するディジタル通信に干渉するのを避けるために、機器要素３０４を通る第３電流Ｉ_３の変化率を制限することができる。駆動電流電源５０３は、典型的な３２ｋＨｚ帯域通信速度に干渉しない速度（又は周波数）で発生するように電流変化を制限することができる。

通信システム５１１は通信電源５０１から電力を受け取る。通信システム５１１は、通信システム５１１が通信電源５０１によって供給される第１の電流Ｉ_１を制御／変調できるようにするフィードバック経路５２１を備えることができる。通信システム５１１は、バス又は信号線５２２を介して信号プロセッサ５１２からデータ信号を受け取り、二線式バス３０８を介して送信されるディジタル通信信号を生成する。

通信システム５１１は、二線式バス３０８を流れる電流を３２ｋＨｚを中心とする周波数帯で変調することによって、送信ディジタル通信信号を生成する。例えば、第１の電流Ｉ_１は、ディジタル１の表現又はディジタル０の表現を反映する２つの離散的電流レベルＩ_１Ａ及びＩ_１Ｂを含むことができる。したがって、第２の電流Ｉ_２を信号処理電源５０２によって制御して、第２の電流Ｉ_２が実質的に直流であるようにすることができる。

流量計の応用では、第３の電流Ｉ_３を流量計の流管内の材料の流れに応答して変更することができる。その結果、総電流Ｉ_Ｔの変化は第１の電流Ｉ_１の変化だけを反映することができる、すなわち、総電流Ｉ_Ｔの変化はディジタル通信信号のみを反映する。一つの実施の形態では、これは、図６に関して説明するように、機器５００の信号処理電源分岐を介して過剰電流を分流することによって行われる。更に、通信システム５１１はコマンド、較正などのディジタル信号を二線式バス３０８を介して受信して信号プロセッサ５１２に中継することができる。

機器―――図６
図６は、本発明のもう一つの実施の形態に係る機器６００を示す図である。前の図と共通する符号は共通の構成要素を示す。この実施の形態の機器６００は通信電源５０１、信号処理電源５０２、駆動電流電源５０３及び機器要素３０４を備える。この実施の形態では、信号プロセッサ５１２はディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含むことができ、更に、電圧ステップダウン装置６０４及び分岐電圧調整器６０５を含むことができる。更に、この実施の形態では、通信システム５１１は通信プロセッサ６１６を備える。

信号プロセッサ５１２は駆動電流レベル信号及びセンサ測定信号を駆動電流電源５０３から受け取る。信号プロセッサ５１２はセンサ測定信号を処理して、機器６００に関連する流管を通って流れる材料の質量流量を得る。更に、信号プロセッサ５１２は、前に説明したように駆動電流を調整することができる駆動電流電源５０３にフィードバック信号を供給することができる。

分岐電圧調整器６０５は、信号プロセッサ５１２の電流ドローがディジタル電流源設定点より小さいときの信号処理電源５０２の飽和を防ぐために、信号処理電源５０２に直列に追加される。分岐電圧調整器は信号プロセッサ５１２が必要としない過剰電流を分流して、電圧ステップダウン装置６０４に対して実質的に一定の電圧を維持する。

電圧ステップダウン装置６０４は信号プロセッサ５１２に供給される電圧を一層低い電圧レベルに変換する。したがって、二線式バス３０８から入手可能な電圧は、信号プロセッサ５１２に供給される電圧に影響しない。電圧ステップダウン装置６０４は例えばＤＣ電圧調整器チップ又はＤＣ電圧調整回路を備えることができる。

通信プロセッサ６１６は信号プロセッサ５１２からデータ信号を受け取る。通信プロセッサ６１６は、前述のように、データ信号をディジタル直流（ＤＣ）通信信号として二線式バス３０８を介して通信するために、第１の（すなわち、通信）電流Ｉ_１を測定して電流ドローを変調し、二線式バス３０８上に送ることができる。

分岐電圧調整器―――図７
図７は、本発明の実施の形態に係る分岐電圧調整器６０５の詳細を示す。図示の実施の形態では、分岐電圧調整器６０５は増幅器Ａ_１、トランジスタＱ_１、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２及び電圧源Ｖ_ＲＥＦ１を備える。

トランジスタＱ_１はパワートランジスタなどの任意の適宜のトランジスタを含むことができる。適宜の種類のトランジスタの１つは、大電流レベルを扱うことができる金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。図示の実施の形態のトランジスタＱ_１は米国カリフォルニア州エルセグンドのＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ社から入手できるＩＲＦ２２０ ＭＯＳＦＥＴトランジスタなどのｎチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴを含む。

増幅器Ａ_１は演算増幅器などの任意の適宜の増幅器を含むことができる。増幅器Ａ_１の正入力は抵抗Ｒ_１、Ｒ_２を含む分圧器網によってバイアスを与えられる。一つの実施の形態では、Ｒ_１は約５０ｋオームの値を有し、Ｒ_２は約５ｋオームの値を有し、正入力にバス電圧の約５／５５の入力電圧を供給する。他の値を使用することができる。電圧基準Ｖ_ＲＥＦ１は増幅器Ａ_１の負増幅器入力に実質的に一定の電圧を供給する。一つの実施の形態では、電圧基準Ｖ_ＲＥＦ１は負増幅器入力に約２．５ボルトを供給する。電圧基準Ｖ_ＲＥＦ１は実質的に一定の電圧を供給する電圧調整器その他の装置を含むことができる。代りに、電圧基準Ｖ_ＲＥＦ１は電池などの個別の電源を含むことができる。

動作において、分岐電圧調整器６０５は、抵抗Ｒ_１、Ｒ_２を通る電流を調整し、したがって負荷７００に実質的に一定の電圧Ｖ_{ＣＯＮＳＴＡＮＴ}を維持するように、トランジスタＱ_１にバイアスを加える。負荷７００は抵抗性／容量性負荷を含むことができる。

電流制限回路―――図８
図８は、本発明の実施の形態に係る電流制御回路８００の詳細を示している。電流制御回路８００は、通信電源５０１、信号処理電源５０２及び駆動電流電源５０３のいずれにおいても使用することができる。電流制御回路８００は分岐電圧調整器６０５と組み合わせて使用することができ、この場合に、負荷８０８及び負荷７００は１つの共通の負荷を含む。電流制御回路８００はトランジスタＱ_２、増幅器Ａ_２、抵抗Ｒ_３及び電圧源Ｖ_REF２を備える。電流制御回路８００は負荷８０８を通って流れる電流を制限し、したがって、負荷８００を通る実質的に一定の電流ドローＩ_{ＣＯＮＳＴＡＮＴ}をもたらす。負荷８０８は抵抗性／容量性負荷を含むことができる。

トランジスタＱ_２はＭＯＳＦＥＴトランジスタを含む、パワートランジスタなどの任意の適宜のトランジスタを含むことができる。図示の実施の形態のトランジスタＱ_２は、米国カリフォルニア州エルセグンドのＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ社から入手できるＩＲＦ ９１３０ ＭＯＳＦＥＴトランジスタなどのｐチャネルエンハンスメント型ＭＯＳＦＥＴを含む。

増幅器Ａ_２は演算増幅器などの任意の適宜の増幅器を含むことができる。増幅器Ａ_２の正入力は、バイアス抵抗Ｒ_３を通って流れる固定された電流Ｉ_{ＣＯＮＳＴＡＮＴ}によって生成される電圧によってバイアスを与えられる。一つの実施の形態では、Ｒ_３は約１０オームの値を有する。Ｉ_{ＣＯＮＳＴＡＮＴ}が約１３０ミリアンペアの場合に、正増幅器入力での電圧は約１．３ボルトである。しかし、他の値を使用することができる。

電圧基準Ｖ_ＲＥＦ２は増幅器Ａ_２の負増幅器入力に実質的に一定の電圧を供給する。一つの実施の形態では、電圧基準Ｖ_ＲＥＦ２は負増幅器入力に約１ボルトを供給する。電圧基準Ｖ_ＲＥＦ２は、実質的に一定の電圧を供給する電圧調整器その他の装置を含むことができる。代りに、電圧基準Ｖ_ＲＥＦ２は電池などの個別の電源を含むことができる。

動作において、増幅器Ａ_２は実質的に一定の電圧によってバイアスされ、トランジスタＱ_２にバイアスをかけて、実質的に固定された出力電流Ｉ_{ＣＯＮＳＴＡＮＴ}を維持させる。Ｉ_{ＣＯＮＳＴＡＮＴ}が増減した場合、バイアス抵抗Ｒ_３における電圧が変化し、増幅器Ａ_２の出力が調整されるので、トランジスタＱ_２のバイアスが補償される。

本発明に係る機器は、複数の利益を提供するために、いずれかの実施の形態に従って構成することができる。機器は、所望の場合、完全に本質的に安全になるように構成することができる。機器を、非Ｉ．Ｓ．構成要素又は非Ｉ．Ｓ．部分を除外するように構成することができる。単一の機器のためのバス調整器デバイスを使用することができるので、機器内の電気障壁デバイス／回路の必要なしに機器を構成することが可能になる。一つの実施の形態では、機器毎のバス調整器デバイスの使用が、防爆ハウジングなどの機器の特殊化されたハウジングの必要なしに機器を構成することを可能にする。

産業計装に一般的に使用されるＦＩＥＬＤＢＵＳ（商標）二線式バスなどの従来技術による二線式バスを示す図である。 二線式バスからの電力がどのように使用されるかを示す、二線式バスに接続された典型的な従来技術の機器を示す図である。 本発明の実施の形態による機器を示すブロック図である。 ３つの機器を含む動作環境を示す図である。 本発明の実施の形態による機器を示す図である。 本発明のもう１つの実施の形態による機器を示す図である。 本発明の実施の形態による分岐電圧調整器の詳細を示す図である。 本発明の実施の形態による電流制御回路の詳細を示す図である。

Claims (19)

1. 二線式バス（３０８）と共に使用するように適合された二線式バス機器（５００）であって、
   第３の電流を受け取り、１つ又は複数のセンサ測定信号を生成する機器要素（３０４）と、
   第２の電流を受け取り、データ信号を作るために前記機器要素（３０４）からの前記１つ又は複数のセンサ測定信号を処理する信号プロセッサ（５１２）と、
   第１の電流を受け取り、前記信号プロセッサ（５１２）から前記データ信号を受け取り、前記データ信号を含むディジタル通信信号を作り、前記ディジタル通信信号を変調して二線式バス（３０８）上に送出する通信システム（５１１）と、
   を備える二線式バス機器（５００）において、
   前記通信システム（５１１）に接続され、前記通信システム（５１１）に前記第１の電流、実質的に一定の電圧及び第１の電力を供給するように構成される通信電源（５０１）と、
   前記信号プロセッサ（５１２）に接続され、前記信号プロセッサ（５１２）に前記第２電流、実質的に一定の電圧及び第２の電力を供給するように構成される信号処理電源（５０２）と、
   前記機器要素（３０４）に接続され、前記機器要素（３０４）に前記第３電流、実質的に一定の電圧及び第３の電力を供給するように構成される駆動電流電源（５０３）と
   を備え、
   前記通信システム（５１１）と前記通信電源（５０１）が前記二線式バス（３０８）間に接続されることができ、
   前記信号プロセッサ（５１２）と前記信号処理電源（５０２）が前記二線式バス（３０８）間に、且つ、前記通信電源（５０１）及び前記通信システム（５１１）と並列に接続されることができ、
   前記機器要素（３０４）及び前記駆動電流電源（５０３）が前記二線式バス（３０８）間に、且つ、前記通信電源（５０１）及び前記通信システム（５１１）と並列に、更に前記信号処理電源（５０２）及び前記信号プロセッサ（５１２）と並列に接続されることができ、
   前記第１の電流が、ディジタル通信信号を生成するように前記通信システム（５１１）によって制御され、前記第３の電流が、アナログ測定信号を生成するように前記信号プロセッサ（５１２）によって制御される
   ことを特徴とする二線式バス機器（５００）。
2. 流量計送信器を構成する、請求項１に記載の二線式バス機器。
3. 流量計送信器を構成し、
   前記機器要素が少なくとも１つの流管ドライバと１つ又は複数のピックオフセンサとを含む、
   請求項１に記載の二線式バス機器。
4. コリオリ流量計送信器を構成する、請求項１に記載の二線式バス機器。
5. 前記二線式バス機器が実質的に本質的に安全（Ｉ．Ｓ．）である、請求項１に記載の二線式バス機器。
6. 前記二線式バス機器のインピーダンスが、前記二線式バス機器が通信を行っている期間実質的に一定である、請求項１に記載の二線式バス機器。
7. 前記機器要素を通って流れる前記第３の電流に対する変更が、前記二線式バスの通信周波数と干渉しない周波数に制限される、請求項１に記載の二線式バス機器。
8. 二線式バス（３０８）と共に使用するように適合された二線式バス機器（６００）であって、
   第３の電流を受け取り、１つ又は複数のセンサ測定信号を生成する機器要素（３０４）と、
   第２の電流を受け取り、データ信号を作るために前記機器要素（３０４）からの前記１つ又は複数のセンサ測定信号を処理する信号プロセッサ（５１２）と、
   第１の電流を受け取り、前記信号プロセッサ（５１２）から前記データ信号を受け取り、前記データ信号を含むディジタル通信信号を作り、前記ディジタル通信信号を変調して二線式バス（３０８）上に送出し、第１電流レベル・コマンドを通信電源（５０１）に転送する通信プロセッサ（６１６）と、
   を含む二線式バス機器（６００）であって、
   前記通信プロセッサ（６１６）に接続された前記通信電源（５０１）であって、第１電流、実質的に一定の電圧及び第１の電力を前記通信プロセッサ（６１６）に供給するように構成され、前記第１の電流が実質的に第１電流レベル・コマンドに従って供給される、前記通信電源（５０１）と、
   信号処理電源（５０２）と前記信号プロセッサ（５１２）との間に接続され、所定の電圧レベルを前記信号プロセッサ（５１２）に供給するように構成された電圧ステップダウン装置（６０４）と、
   前記信号処理電源（５０２）及び前記電圧ステップダウン装置（６０４）に接続され、前記信号プロセッサ（５１２）によって要求されない余分な電流を分流する分岐電圧調整器（６０５）と、
   前記電圧ステップダウン装置（６０４）及び前記分岐電圧調整器（６０５）に接続され、前記信号プロセッサ（５１２）に前記第２の電流、実質的に一定の電圧及び第２の電力を供給するように構成される信号処理電源（５０２）と、
   前記機器要素（３０４）に接続され、前記機器要素（３０４）に前記第３電流、実質的に一定の電圧及び第３の電力を供給するように構成される駆動電流電源（５０３）と
   を備え、
   前記通信電源（５０１）及び前記通信プロセッサ（６１６）が前記二線式バス（３０８）間に接続されることができ、
   前記信号処理電源（５０２）、前記信号プロセッサ（５１２）、前記電圧ステップダウン装置（６０４）及び前記分岐電圧調整器（６０５）が前記二線式バス（３０８）間に、且つ、前記通信電源（５０１）及び前記通信プロセッサ（６１６）に並列に接続されることができ、
   前記機器要素（３０４）及び前記駆動電流電源（５０３）が、前記二線式バス（３０８）間に、且つ、前記通信電源（５０１）及び前記通信プロセッサ（６１６）に並列に、更に前記信号処理電源（５０２）、前記信号プロセッサ（５１２）、前記電圧ステップダウン装置（６０４）及び前記分岐電圧調整器（６０５）に並列に接続されることができ、
   前記第１の電流が、ディジタル通信信号を生成するように前記通信システム（５１１）によって制御され、前記第３の電流が、アナログ測定信号を生成するように前記信号プロセッサ（５１２）によって制御されることを特徴とする二線式バス機器（６００）。
9. 流量計送信器を構成する、請求項８に記載の二線式バス機器。
10. 流量計送信器を構成し、
    前記機器要素が、少なくとも１つの流管ドライバと１つ又は複数のピックオフセンサとを含む、
    請求項８に記載の二線式バス機器。
11. コリオリ流量計送信器を構成する、請求項８に記載の二線式バス機器。
12. 前記二線式バス機器が実質的に本質的に安全（Ｉ．Ｓ．）である、請求項８に記載の二線式バス機器。
13. 前記二線式バス機器のインピーダンスが、前記二線式バス機器が通信を行っている期間実質的に一定である、請求項８に記載の二線式バス機器。
14. 前記機器要素を通って流れる前記第３の電流に対する変更が、前記二線式バスの通信周波数と干渉しない周波数に制限される、請求項８に記載の二線式バス機器。
15. 二線式バス機器を形成する方法であって、
    第３の電流を受け取り、１つ又は複数のセンサ測定信号を生成する機器要素を設け、
    第２の電流を受け取り、データ信号を作るために前記機器要素からの前記１つ又は複数のセンサ測定信号を処理する信号プロセッサを提供し、
    第１の電流を受け取り、前記信号プロセッサから前記データ信号を受け取り、前記データ信号を含むディジタル通信信号を作り、前記ディジタル通信信号を変調して二線式バス上に送出する通信システムを提供する、二線式バス機器を形成する方法であって、
    前記通信システムに接続された通信電源を提供するステップであって、前記通信電源が、前記第１電流、実質的に一定の電圧及び第１の電力を前記通信システムに供給するように構成されるステップと、
    前記信号プロセッサに接続された信号処理電源を提供するステップであって、前記信号処理電源が前記第２電流、実質的に一定の電圧及び第２の電力を前記信号プロセッサに供給するように構成されるステップと、
    前記機器要素に接続された駆動電流電源を提供するステップであって、前記駆動電流電源が前記第３電流、実質的に一定の電圧及び第３の電力を前記機器要素に供給するように構成されるステップと、
    を備え、
    前記通信電源及び前記通信システムが前記二線式バス間に接続されることができ、
    前記信号プロセッサ及び前記信号処理電源が前記二線式バス間に、且つ、前記通信電源及び前記通信システムに並列に接続されることができ、
    前記機器要素及び前記駆動電流電源が前記二線式バス間に、且つ、前記通信電源及び前記通信システムに並列に、更に前記信号処理電源及び前記信号プロセッサに並列に接続されることができ、
    前記第１の電流が、ディジタル通信信号を生成するように前記通信システム（５１１）によって制御され、前記第３の電流が、アナログ測定信号を生成するように前記信号プロセッサ（５１２）によって制御されることを特徴とする方法。
16. 前記二線式バス機器が流量計送信器を構成し、前記機器要素が少なくとも１つの流管ドライバと１つ又は複数のピックオフセンサとを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記二線式バス機器がコリオリ流量計送信器を構成する、請求項１５に記載の方法。
18. 前記二線式バス機器のインピーダンスが、前記二線式バス機器が通信を行っている期間実質的に一定である、請求項１５に記載の方法。
19. 前記二線式バス機器が実質的に本質的に安全（Ｉ．Ｓ．）である、請求項１５に記載の方法。

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