JPH0124705Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、特に脈動の大きいプロセス制御系に
好適な信号変換装置に関する。

工業計測機器において、プロセス物理量を電気
信号に変換するものとして、電源の供給と電気信
号の送出とを２本の配線で共用した２線式伝送器
がある。

この２線式伝送器を用いてプロセス制御系を構
成するものにおいて、特にコンプレツサ、ポン
プ、ブロアーを含む系統の圧力、流量を測定する
ときに脈動が非常に大きいため、このままでは制
御系を不安定にし計測機器に疲労を与えるばかり
でなく、制御そのものが不可能な場合を生ずる。

これを抑制する方法として、絞り機構などによ
る機械的な方法と時定数回路による電気的な方法
が考えられる。しかしながら、前者は技術的な問
題で、また後者は本質安全、防爆上の問題から、
いずれの方法も満足すべき抑制機能を２線式伝送
器に内蔵することは困難な現状である。

このために従来、電気的方法による一次遅れ演
算器を制御系に別途付加し対策していた。この方
法によつた場合、次のような不都合があつた。

すなわち、脈動のプロセスは上述の系統以外
に、プラントの設置条件や配管条件などによつて
も発生し不特定な場合が多く、試運転で確認しな
ければ判明しない点である。しかしながら試運転
時には、制御系を構成する計装盤の設計、機器取
付け、配線などすべてが完成した後であり、現地
で新に一次遅れ演算器を付加することは、スペー
ス、改造配線など支障をきたし、簡単に付加でき
ない場合が多い。また、予想される制御系のすべ
てに、あらかじめ一次遅れ演算器を追加すれば高
価となり、特策ではない。

一方、２線式伝送器を用いてプロセス制御系を
構成する場合、２線式伝送器を駆動するための電
源が必要である。また、制御系を構成する受信機
器の回路構成が簡単で安価に実現でき、かつ計算
機との信号授受も容易なことから、制御信号とし
てたとえば１〜5VDCの電圧信号が用いられる。
このため、２線式伝送器からの電流信号、たとえ
ば４〜20mADCを電圧信号に変換する信号変換
機能を必要とする。

本考案の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、脈動抑制機能および電源供給機能を有する
信号変換装置を提供するにある。

このため本考案は、２線式伝送器からの信号を
一担電圧信号に変換し、一次遅れの時定数回路を
介した後、演算増幅器とトランジスタから成る電
圧電流変換回路で、再び電流信号に戻して電位の
レベルシフトを行なうように成し、これらの回路
を１電源で動作するように構成したものである。

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

第１図において、１，２は入力端子であり、こ
こに２線式伝送器TRが接続される。そして、ゼ
ナーダイオードZD、抵抗Ri、伝送器TRの順で
直列接続され、ゼナーダイオードZDの一端が配
線ｌ１を介して直流電源３の正極側に、伝送器
TRの一端が入力端子２、配線ｌ２を介して直流
電源３の負極側に各々接続される。これによつ
て、直流電源３から直流電圧Esとしてたとえば
24VDCが前記直列回路に印加され、物理量に対
応した伝送器TRからの出力電流Iiが図示矢印の
如く直列回路に流れて、ゼナーダイオードZDの
両端にゼナー電圧Vzが、抵抗Riの両端にRi・Ii
なる電圧がそれぞれ発生する。抵抗Ri両端の発
生電圧は、可変抵抗器Rv、コンデンサＣから成
る脈動抑制用の一次遅れの時定数回路を介して、
ゼナーダイオードZDと抵抗Riの交点を基準電位
CMとして動作する演算増幅器OPの正相入力端
に入力される。ここに、可変抵抗器Rvの抵抗変
化によつて信号が減衰されて誤差が発生しないよ
うに、演算増幅器OPとしては高入力抵抗の電界
効果トランジスタを初段に用いたICが望ましい。
また、演算増幅器OPの出力はPNPトランジスタ
Ｑ１のベース電極に接続され、エミツタ電極から
は演算増幅器OPの逆相入力端と抵抗Reを介して
基準電位CMにそれぞれ分岐して接続される。ま
た、コレクタ電極は抵抗Roを介して配線ｌ２に
接続され、抵抗Roの両端は出力端子４，５に
各々接続される。ここに、入力端子２と出力端子
５は配線ｌ２によつて共通に接続され、前記〔用
件４〕を達成している。また、演算増幅器OPの
正負の電源端は配線ｌ１，ｌ２を介して直流電源
３に直接接続されているが、演算増幅器OPは基
準電位CMを基準として動作するから、正電圧Vz
と負電圧−（Es−Vz）の正負２電源で駆動した場
合と等価である。

このように構成された第１図の実施例におい
て、トランジスタＱ１のコレクタ電流Ioは、(1)式
で与えられる。

Io＝〔１／１＋TSRi・Ii〕／Re …(1) ここに、Ｔは時定数でＴ＝Rv・Ｃ，Ｓはラプラ
ス変換の演算子である。また、出力端子４，５の
出力電圧Eoは(2)式で与えられる。

Eo＝Ro・Io …(2) (1)式において、抵抗Riと抵抗Reの値を等しくRi
＝Reに選定すれば、(3)式を得る。

Io＝〔１／（１＋TS）〕Ii …(3) したがつて、(2)式、(3)式から(4)式を得る。

Eo＝〔１／（１＋TS）〕Ro・Ii …(4) (3)，(4)式において、たとえば２線式伝送器TRの
出力電流Iiを４〜20mADC、抵抗Ri，Re，Roの
値をすべて等しくRi＝Re＝Ro＝250Ω、可変抵
抗器Rvの値を200kΩコンデンサＣの値を100μF
に選定すれば、出力端子４，５から時定数０〜20
秒まで連続可変可能な一次遅れの演算を施した１
〜5VDCの出力電圧Eoを得ることができる。この
時定数の値は、プロセスの脈動を十分抑制し得る
値である。なお、時定数の値は可変抵抗器Rvま
たはコンデンサＣの定数を変更することによつて
自由に選定することができる。また、抵抗Roを
回路から取り除けば、伝送器の出力電流Iiと等し
い４〜20mADCの出力電流Ioを同電位で得るこ
ともできる。

なお、第１図の実施例において、電圧Vzを得
るためにゼナーダイオードZDを用いたが、これ
に限るものではなく、演算増幅器OPが安定に動
作し得る電源電圧レベルを確保できればよいか
ら、ダイオードや抵抗など電流を流すことによつ
て電圧の発生する電圧発生素子を適用できる。

また、時定数の設定用として可変抵抗器Rvを
用いたが、固定抵抗器や線輪（チヨークコイル）
など、一次遅れの時定数を設定できるものであれ
ばよい。

また、第１図の実施例では入出力の基準電位は
配線ｌ２、すなわち直流電源３の負極側になるよ
うに構成したが、第２図の実施例に示すように配
線ｌ１、すなわち直流電源３の正極側が入出力の
基準電位になるように構成することもできる。な
お、第２図において、第１図と同一部分は同一符
号で示してある。同図においては、電流に変換す
るためのトランジスタとしてNPNトランジスタ
Ｑ２に変える必要があるのみで、その他の動作は
第１図と同様であり、当業者には容易に理解され
るので説明を省略する。

以上本考案によれば、脈動抑制機能および電源
供給機能を有する信号変換装置を得ることができ
る。また、入力端子と出力端子の一方が共通接続
されているため、プロセス制御系の検出端（２線
式伝送器）と受信端または操作端が同時に２点接
地された場合でも支障が生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る信号変換装置の実施例を
示す図、第２図は本考案に係る信号変換装置の他
の実施例を示す図である。 １，２……入力端子、３……直流電源、４，５
……出力端子、TR……２線式伝送器、Ri，Re，
Ro……抵抗器、Rv……可変抵抗器、Ｃ……コン
デンサ、ZD……ゼナーダイオード、OP……演算
増幅器、Ｑ１，Ｑ２……トランジスタ、ｌ１……
正側電源配線、ｌ２……負側電源配線、CM……
OPの基準電位。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ２線式伝送器を用いてプロセス制御系を構成す
   るものにおいて、入力端子間に前記２線式伝送器
   を接続し、この２線式伝送器に第１の抵抗および
   電圧発生素子の直列回路を接続し、この直列回路
   に並列に直流電源を接続し、前記第１の抵抗に時
   定数回路を接続し、この時定数回路に正負の電源
   端が前記直流電源の両端に接続された演算増幅器
   の正相入力端を接続し、この演算増幅器の逆相入
   力端に第２の抵抗を介して前記第１の抵抗と前記
   電圧発生素子との交点を接続し、前記演算増幅器
   の出力端にトランジスタのベース電極を接続し、
   このトランジスタのエミツタに前記演算増幅器の
   逆相入力端および前記第２の抵抗を接続し、前記
   トランジスタのコレクタに前記直流電源を接続し
   たことを特徴とする信号変換装置。