JPH06502940A - 送信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 送信機 本発明は送信機に関し、より具体的には、それに限られるわけではないが、熱電 対温度センサと共に使用するための温度送信機に関する。

温度または圧力等の物理変数の遠隔監視用の「２線式」電流送信機を設備するこ とは周知であり、送信機は一般にセンサの近くに置かれ、遠隔監視ステーション に置かれたＤＣ電圧源に２本の線によって続されている。そのような通常の送信 機は、それらを遠隔監視ステーションに接続するため２本の線しか必要としない という利点を有し、検出された変数を表わす信号をこれらの線に沿って送信する ための電流変調回路を備える。

マイクロプロセッサを備えた「スマート（Ｓ■ａｒｔ）　Ｊ送信機も周知であり 、このマイクロプロセッサを使って、送信信号のダイナミック・レンジを、変数 の所要測定レンジに整合するように、さらに選択されたセンサのための較正デー タを含むようにプログラムすることができる。

そのようなスマート送信機はこれまで、送信機と遠隔監視ステーションの中間の 線に接続されるか、またはステーション自体に配置されるかしたインターフェー ス装置によって対話的（ｉｎｔｅｒａｃｔｔｖｅｌｙ）にプログラム可能であり 、送信機との通信は、線を介して伝送される信号によっていた。

本発明によれば、電源線を介してＤＣ電圧源に接続されると共に、物理変数の電 気的測定のための定義可能な特性を有するセンサにも接続された送信機が開示さ れ、この送信機はハウジングを有し、ハウジングは、電源線に接続される端子を 有し、かつ電源線の電流を変調して物理変数の検出値を表わす信号を送信するよ うに動作可能な送信回路を含む。送信回路がマイクロプロセッサと、マイクロプ ロセッサによって設定される伝達特性を定義するデータを含むためのメモリとを 備えるので、信号は、検出値または、センサの上記特性に関する検出値の予定の 関数を表わすようになる。送信機はさらに、伝達特性を定義する上記データに関 連した信号を電子プログラミング装置から受け取るための通信手段と、通信手段 により受け取られた信号に応答して上記データをメモリにロードするための手段 を備え、通信手段は誘導ループを含む。

そのような構成の利点は、マイクロプロセッサに対してデータを入力するための 信号が、送信機の外側に設けられた電気的端子を介して受け取られる必要がない ので、そのような端子を無線周波数妨害および偽信号の入力の影響を受け難くす ることができることである。送信機上で必要とされる端子の数も最少にすること ができる。

好ましい一実施例では、既存の取付は部品に適合し、また既定の規格に合致する ように、温度送信機の外形は従来の送信機の寸法に適応する。

ループは、信号を通信手段に送るためプログラミング装置のフィンガを挿入する ことができる開口を画定するように、計器のハウジング内に装着されたコイルで あれば好都合である。

ハウジングは開口を有する金属部材を含むことができ、したがってコイルは開口 外周の背後に装着することができる。

金属部材は実質的に短絡コイルであるので、金属部材の存在はコイルの漂遊磁界 に対する感受性を非常に鈍くする。このことは、さもない場合は記憶データの破 壊をもたらすか、または回路の動作を妨害する可能性がある漂遊電磁界の存在下 で送信機を使用する場合に重要である。

好ましくは、ハウジングは、センサに接続されたセンサ・ワイヤに接続するため の端子をさらに備え、ワイヤは、そのように接続されるとき金属部材の開口内に 収容され、開口とフィンガの相対的寸法は、センサ・ワイヤがそのように収容さ れたとき、フィンガを開口に挿入することができないようになされている。ワイ ヤの存在がフィンガの挿入を妨げるので、送信機が元の位置に設置され、センサ に接続されている限り、プログラミング装置のそれ以上の動作は妨げられる。

このことは、いたずらに対して送信機の保全性を保持するのに有用である。

好適には、プログラミング装置のフィンガはコイルを巻かれた強磁性コアを含み 、フィンガが開口に挿入されたとき、コア上のコイルとハウジング内のコイルと の間に誘導結合が発生されるようにする。

好ましくは、通信手段はまた、メモリに記憶されたデータを表わす信号を電子プ ログラミング装置に送るよう動作することもできる。したがってデータが正しく 入力されたことを確認し、送信機がどのようにプログラムされたかを判断するた め送信機に問い合わせることが可能である。

好適には、メモリは電気的消去可能なプログラマブルＲＯＭ　（ＥＥＦＲＯＭ） である。そのようなメモリは、送信機に対する電力が切られたときにメモリのデ ータが失われないという点で不揮発性であるという利点を有する。

本発明の好ましい一実施例では、センサは熱電対の形態の温度センサである。ｄ ンサは、別の形態では、抵抗温度計または圧力センサでもよい。

本発明のもう１つの態様によれば、マイクロプロセッサによって制御される装置 およびプログラミング装置のそれぞれに設けた第１および第２のコイルから成る 誘導リンクにより、プログラミング装置とマイクロプロセッサ制御の装置の間で ディジタル信号を転送する方法が開示されており、この方法は、第１および第２ のコイルを、それらが誘導結合される位置に持来たすステップと、ディジタル信 号をコイルの一方に入力するステップと、他方のコイルの出力において、ディジ タル信号の立上りおよび立下りエツジに対応するインパルスを検出するステップ と、ディジタル信号を復元するようにインパルスを双安定フリップフロップ素子 に入力するステップとから成る。

好ましくは、上記方法では、上記装置は、第１のコイルに接続された第１の回路 を含み、この第１の回路は、プログラミング装置から受け取ったディジタル信号 を復元するように第１の回路が動作可能な受信モードと、プログラミング装置へ の送信のためにディジタル信号を第１のコイルに入力するように、第１の回路が 動作可能な送信モードの間で切り換えられる。

好適には、プログラミング装置は第２のコイルに接続された第２の回路を含み、 この第２の回路は、上記マイクロプロセッサで制御される装置から受け取ったデ ィジタル信号を復元するように第２の回路が動作可能な受信モードと、上記装置 への送信のためにディジタル信号を第２のコイルに入力するように第２の回路が 動作可能な送信モードの間で切り換えられる。

上記マイクロプロセッサで制御される装置は、物理変数を測定するための定義可 能特性を有するセンサに接続された送信機でよく、上記方法は、第１の回路の受 信モードで、センサから受け取ったセンサ信号を処理する際に、マイクロプロセ ッサによって設定される伝達特性を定義するデータを表わすディジタル信号をプ ログラミング装置から送信機に転送するステップと、データをマイクロプロセッ サに入力するステップと、センサ信号を処理して物理変数の検出値または検出し た変数の予定の関数を表わす出力信号を発生するステップとから成る。

好ましくは、そのような方法では、上記マイクロプロセッサで制御される装置に よって受け取られたディジタル信号に含まれたデータがマイクロプロセッサに付 随したメモリに記憶され、上記信号はさらに、それと応答して第１の回路が送信 モードに切り換えられる命令を含み、上記方法は、記憶データを表わす信号をプ ログラミング装置に送信するステップをさらに含む。

第１のコイルは、プログラミング装置のフィンガが挿入される開口を画定するよ うに上記マイクロプロセッサで制御される装置のハウジングに装着することがで き、フィンガは第２のコイル備え、第１および第２のコイルは、フィンガを開口 に挿入することにより誘導結合される位置にそれぞれ配置される。

添付の図面を参照して、本発明の一実施例を例示的にのみ以下に説明する。

図１は、温度測定用の本発明による送信機の分解図である。

図２は送信機およびプログラミング装置のアインガの概略部分断面図である。

図３は、送信機のコイルと関連した送信機の一部の回路図である。

図４はプログラミング装置の回路図である。

図５は使用時の送信機の概略断面図である。

図６はプログラミング装置および送信機の部分断面図である。

図７は、図１ないし図６の温度送信機を取り付けられたサーモウェルを示す部分 断面図である。

図１では、送信機１は分解図で示され、ブラスチッ゛り材で形成された蓋５をか ぶせられた亜鉛板の形のクロージャ１５を備えた開口型亜鉛ダイカスト本体４か ら成るハウジング３を備える。

ハウジング３はほぼ円筒形であり、使用時には図５に示すように、取付板７と接 触して保持されるハウジングのベース６を取り付けられる。取付板７は管状シー ス６０を支持し、温度センサを構成する一対の熱電対ワイヤ５３がシース６０に 収容される。

蓋５は互いに直径方向反対側にあるねじ穴１０を有し、さらにこれらのねじ穴の 間で本体４およびベース６を貫いて延在する中央開口１１を備えている。

送信機は、溝９に収容されたばね押しねじ８により、サーモウェル２１内に装着 される。ねじ穴１０を介してねじ８を調節することにより、送信機が偏倚されて サーモウェル２１と接触し、シースの末端５２と、温度が検出されるべきサーモ ウェル２１の先端７４との間での良好な熱接触がなされる。

図５に示すように、本体４が取付板７と結合されたとき、中央開口１１がシース ６０と連通ずるので、熱電対５３のワイヤが開口を通って延在する。プラスチッ ク材から成形されたインサート１２が、図１に示すように本体４内に設けられ、 回路板１４、およびばね押し取付けねじ８を収容する溝９のための支柱１３を画 定する。マイクロプロセッサ２７および電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ　 （ＥＥＰＲＯＭ）　２９が回路板１４上に装置される。亜鉛板クロージャ１５は Ｎ５と平行にかつこれと近接して延在するよう水平に設けられ、蓋に形成された 開口１１と整合した中央開口１６を画定する。１００回巻かれた第１のコイル１ ７は、コイル１７が板１５に近接しかつ開口１６を取り巻くように、組立て時に 回路板１４上に装着される。蓋とコイルの間の間隔はＩＩＩｍである。

組立て時に、本体４および板１５は回路板１４を取囲み、電磁シールドを形成す る。２つの電源端子１８が４個のセンサ端子１９と共に蓋５上に取り付けられる 。端子１８および１９は、蓋５の下に配置された柔軟な回路板６１に接続され、 組立て時に、これらの端子を、板１５と一体的に取り付けられたフィルタ・コン デンサの端子を構成するそれぞれのピン端子６２と接続する。ピン端子６２は組 立て時に回路板１４のそれぞれの端子６３と接続される。

蓋５は、中央開口１１を画定し、本体４を貫通して延在し、かつねじ込みキャッ プ６５を収容する管状のねじ付き突起６４を備える。組立て中に、インサート１ ２および回路板１４は本体４内に収容され、本体はクロージャ板１５によって閉 じられる。次に蓋５が重ねられ、キャップ６５により固定される。キャップ６５ は送信機１の上記構成部品をまとめる。

次に適当な注封材料が本体４に注入され、内部の構成部品を振動および湿気の影 響から保護する。

図６に示されたプログラミング装置２０は、図２に概略的に示されるフィンガ２ ３すなわち円筒状突起を備える。フィンガ２３はプログラミング装置２０の円筒 状の凹部６６内に同軸的に突出し、送信機１は、フィンガ２３が開口１１に滑り 嵌めされるように、凹部に挿入可能である。

ばね押し接点６７が、送信機１の端子１８および１９と接触するように凹部６６ 内に設けられる。

図２に概略的に示すように、フィンガ２３は１００回巻かれた第２のコイル２５ を収容し、フィンガが開口１１に挿入されたとき、フェライトコア２６が第１コ イル１７と同軸的に整合された第２のコイルを貫いて軸方向に延在するような向 きに置かれる。

図７で、送信機１はシース６０と共に、その温度が監視される工程のタンク５０ に結合された保護ケーシングすなわちサーモウェル２１内に装着された状態で示 されている。タンク５０は、送信機１がタンク５０の外側にあり、かつシース６ ０がタンクの内部に突出するように、サーモウェル２１を収容する中ぐり穴５１ を有する。図５に示すように、熱電対ワイヤ５３はシース６０の近接端５４から 末端５２に延在し、末端５２でワイヤが結合されて熱電対センサの熱接点を構成 する。ワイヤ５３は、熱電対の冷接点を構成する送信機１の入力端子１９に接続 される。送信機１は、冷接点の温度を検出するための冷接点補償センサ（図示せ ず）を備える。

送信機１は電源線５５を介して電力を供給され、電源線５５は温度測定データを 送るためのデータ送信線路としても働き、送信機に供給される電流は４〜２０ミ リアンペアの間で変調（コード化）され、この変調は電源（図示せず）側におい て復２（デコード）される。

送信機１は、図３に示すように、第１コイル１７に接続された第１回路３０を備 える。第１回路３０は、プログラミング装置２０が送信機１に結合されたとき、 送信機の伝達特性を特徴づけるデータを第２コイル２５を介して受信または送信 するためコイル１７を使用できるようにする。送信されるデータは送信モード時 に端子３１を介して第１回路に入力され、受信信号は受信モード時に端子３２を 介して出力される。

第１回路３０の受信／送信状態は、端子３３を介する「方向」信号入力により判 定される。

方向信号端子３３は３状態ドライバチツプ３４および３５に接続され、方向信号 の論理状態は、送信または受信動作をそれぞれ選択するためチップ３４および３ ５を付勢または消勢するように調整される。

受信モードでの動作時に、端子３２における出力信号が、反転ＳＥＴおよびＲＥ ＳＥＴ端子７０および７１を有する双安定フリップ・フロップ３６により供給さ れるので、第１回路は可変マーク／スペース波形の逐次符号化された２進信号を 受け取るようにされる。

第１回路３０はまた、第１コイル１７の電圧出力を制限するように配置された保 護ダイオード３７を含む。

プログラミング装置２０も同様に、図４に示すように、第２コイル２５に接続さ れた第２回路４０を備える。第２回路４０は、送信モードのときに信号を受け取 るための入力端子４１を備え、受信動作モードのときに受信信号を出力するため の出力端子４２を有する。第２回路を受信モードと送信モードの間で切り換える ための「方向」信号指令を受け取るため、端子４３が設けられる。

方向信号端子４３は３状態ドライバチツプ４４および４５に接続され、方向信号 の論理状態がチップ３４および３５を付勢または消勢して送信または受信動作を それぞれ選択するように調整される。

３状態ドライバチツプ４４および４５は入力端子４１を第２コイル２５に接続し て、プログラミング装置３０が送信機１に結合されたとき、可変マーク／スペー ス波形の逐次符号化された２進信号が第２コイル２５を介して送信され、第１コ イル１７により受信されることを可能にする。

上記信号は交番極性のインパルスとして第１回路３０で誘導結合により受信され 、前記インパルスは、端子４１への元の信号入力と同じマーク／スペース波形を 有する２進信号として、フリップ・フロップ素子３６により復元される。

上記信号はデータを送信機１のメモリ２９に入力するために使用され、このデー タは、適切な伝達特性、および計器に接続される特定のセンサ２３と共に使用す るため必要とされるその他の動作データをマイクロプロセッサ２７に提供する。

方向信号端子３３に適当な信号を供給することによって第１回路が送信モードを 選択するように指示することにより、メモリ２９の内容をプログラミング装置２ ０によって読むこともできる。同時に、方向信号端子４３における適当な信号に より、プログラミング装置２０の第２回路４０は受信モードに切り換えられる。

この動作モードで、第１回路３０の送信端子３１に入力された逐次符号化２進信 号は、３状態チツプ３４および３５を介して第１コイル１７に接続される。誘導 結合により、これらの信号は第２コイル２５を介して受け取られ、交番極性のイ ンパルスとして現われ、これらのインパルスは、非反転ＳＥＴおよびＲＥＳＥＴ 端子７２および７３を有し、出力信号を端子４２に供給する双安定フリップ・フ ロップ素子４６で２進信号として復元される。

使用時には、物品（タンク）５０の温度を測定するための好適なセンサが選択さ れるが、この例におけるセンサは熱電対ワイヤ５３であり、測定温度の範囲が特 定される。センサノ特性が判定され、送信機１のメモリ２９にダウンロードする 準備ができているプログラミング装置２０で好適なデータか発生される。送信機 １は、端子１８または１９にワイヤを接続されることなく、凹所６６に挿入する ことによって作動可能とされ、接点６７を介して電力を受け取る。この位置で、 フィンガ２３は開口１１を通って延在する。

この位置で、フェライトコア２６は第１および第２コイル１７および２５の間の 結合をもたらす。送信機１の第１回路３０は、始動時に自動的に選ばれる通常受 信動作モードにある。方向信号を端子４３に入力することにより、第２回路４０ は送信モードで作動可能となされ、次にプログラミング装置２０から送信機１へ のデータ送信が行なわれる。

データが正しく受信されて記憶されたことの確認は逆方向の通信によって行なわ れ、この場合、第１回路３０は送信モードに切り換えられ、第２回路４０は受信 モードに切り換えられる。

一旦、送信機１が所要データで適切にプログラムされてしまうと、送信機はプロ グラミング装置２０から切り離され、次に図５に示すように取付板７に結合され る。熱電対ワイヤ５３は、熱接点が末端５２に位置され、かつ開口１１を通って 挿入されて端子１９に接続されるように、シース６０内に配置される。このよう にして一旦組立てられると、開口１１における熱電対ワイヤ５３の存在がフィン ガ２３の挿入を妨げるので、プログラミング装置２０を送信機１に接続すること はもはや不可能である。

送信機１は、別の態様として、第１回路３０の個別部品を交換するために、アプ リケーション特定集積回路を含むことができる。

本発明による送信機は、抵抗温度計等のその他の種類の温度センサにも使用する ことができる。別の態様では、圧力等の他の物理変数のセンサを使用することが でき、具体的には、容量性圧力センサを使用することができる。

マイクロプロセッサにより操作される伝達特性は一般に、検知された物理変数の 値を表わす送信信号を発生するタイプのものである。例えば、センサの非線形性 を考慮した伝達特性を選択することにより、検出温度に比例した信号が発生され るであろう。しかし、ある応用では、検出値の予定の関数を表わす信号を供給す るよう伝達特性を選択することが可能である。例えば、検出された差圧の平方根 を表わす信号を発生することが望ましい場合があり、この場合は、伝達特性は差 圧センサの非線形特性を考慮するだけでなく、検出値の必要な平方根関数を含む ことができる。

ハウジングは、好ましい実施例ではハウジングの外面上のねじ込み形継手である 端子を有するものとして説明した。その代りに、ハウジング内に配置でき、恒久 的に取り付けられる接続ワイヤを有するはんだ端子等の他の端子を設けることも できる。

／ワダ／ ／乙へｆ　・ ／λりＪ ２夕ジ゛ｉ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．電源ワイヤを介してＤＣ電圧源に接続すると共に、物理変数の電気的測定の ための定義可能な特性を有するセンサに接続するための送信機であって、 上記送信機は電源ワイヤヘの接続のための端子を備えたハウジングを有し、さら に電源ワイヤに流れる電流を変調して、物理変数の検出値を表わす信号を送信す るように動作可能な送信回路を含み、 上記送信回路は、信号が検出値またはセンサの上記特性に関する検出値の予定の 関数を表わすようにするために、マイクロプロセッサと、上記マイクロプロセッ サによって設定される伝達特性を定義するデータを含むためのメモリとを含み、 上記送信機はさらに、伝達特性を定義する上記データに関連した信号を電子プロ グラミング装置から受け取るための通信手段と、上記通信手段によって受け取ら れた信号に応答して、上記データをメモリに格納するための手段とを含み、上記 通信手段は誘導ループを含む送信機。
2. ２．上記ループは、上記信号を通信手段に送出するために、プログラミング装置 のフィンガが挿入され得る開口を画定するように、ハウジング内に装着されたコ イルである請求項１の送信機。
3. ３．上記ハウジングは開口を有する金属部材を含み、上記コイルは上記開口の外 縁の背後に装着された請求項２の送信機。
4. ４．上記ハウジングはさらに、上記センサに接続されたセンサ・ワイヤに接続す るための端子を備え、上記ワイヤは、そのように接続されたとき、金属部材の上 記開口に収容され、上記フィンかおよび開口の相対的寸法は、上記センサ・ワイ ヤがそのように収容されたとき、上記フィンガが開口内に挿入できないように設 定された請求項３の送信機。
5. ５．上記フィンガを有する上記プログラミング装置と組み合わされ、上記フィン ガはコイルを巻かれた強磁性コアを含み、上記フィンガが上記開口に挿入された とき、上記コア上のコイルと上記ハウジング内のコイルの間に誘導結合を生じる ようになされた請求項２ないし４のいずれかの送信機。
6. ６．上記通信手段は、上記メモリに記憶されたデータを表わす信号を上記電子プ ログラミング装置に送信するよう動作可能である、請求項１ないし５のいずれか の送信機。
7. ７．上記メモリは電気的消去可能プログラマブルＲＯＭである請求項１ないし６ のいずれかの送信機。
8. ８．上記センサは温度センサである請求項１ないし７のいずれかの送信機。
9. ９．マイクロプロセッサにより制御される装置およびプログラミング装置のそれ ぞれに設けた第１および第２のコイルから成る誘導リンクにより、上記プログラ ミング装置と上記マイクロプロセッサで制御される装置との間でディジタル信号 を伝送するための方法であって、上記第１および第２のコイルを、それらが互い に誘導待合される位置に配置するステップと、ディジタル信号を上記コイルの一 方に入力するステップと、上記ディジタル信号の立上りおよび立下り端に対応す るインパルスを、他方のコイルの出力において検出するステップと、上記ディジ タル信号を復元するよう、上記インパルスを双安定フリップ・フロップ素子に入 力するステップとから成る上記方法。
10. １０．上記マイクロプロセッサで制御される装置は上記第１コイルに接続された 第１回路を含み、上記第１回路は、上記プログラミング装置から受け取ったディ ジタル信号を、上記第１回路が復元するように動作可能な受信モードと、上記プ ログラミング装置への送信のためのディジタル信号を、上記第１回路が上記第１ コイルに入力するように動作可能な送信モードとの間で切り換えられる請求項９ の方法。
11. １１．上記プログラミング装置は上記第２コイルに接続された第２回路を含み、 上記第２回路は、上記マイクロプロセッサで制御される装置から受け取ったディ ジタル信号を、上記第２回路が復元するように動作可能な受信モードと、上記マ イクロプロセッサで制御される装置への送信のためのディジタル信号を、上記第 ２の回路が上記第２コイルに入力するように動作可能な送信モードとの間で切り 換えられる請求項９または１０の方法。
12. １２．上記マイクロプロセッサで制御される装置は、物理変数の測定のための定 義可能な特性を有するセンサに接続された送信機であり、 第１回路の受信モードで、上記センサから受け取ったセンサ信号の処理時に上記 マイクロプロセッサによって設定される伝達特性を定義するデータを表わすディ ジタル信号を、第１回路の受信モードの間に、上記プログラミング装置から上記 送信機に転送するステップと、上記データを上記マイクロプロセッサに入力する ステップと、物理変数の検出値または検出値の予定の関数を表わす出力信号を発 生するようにセンサ信号を処理するステップとから成る請求項１０および１１の いずれかの方法。
13. １３．上記マイクロプロセッサで制御される装置によって受け取られるディジタ ル信号に含まれるデータは、上記マイクロプロセッサに付随したメモリに記憶さ れ、上記信号はさらに、それに応答して上記第１回路が送信モードに切り換えら れる命令を含み、さらに記憶データを表わす信号を上記プログラミング装置に送 信するステップを含む請求項１０，１１および１２のいずれかの方法。
14. １４．上記第１コイルは、上記プログラミング装置のフィンガが挿入される開口 を規定するように、上記マイクロプロセッサで制御される装置のハウジング内に 装着され、上記フィンガは上記第２コイルを含み、それによって上記第１および 第２コイルは、上記フィンガの開口への挿入時に、それらが互いに誘導結合され る位置に配置される請求項９ないし１３のいずれかの方法。