JPS596434B2 - 伝送器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔開示の摘要〕 周波数が測定変数の関数として変化する出力信号を発生
する計器と関連して作動する二線式伝送器を開示する。

計器信号はアナログ信号にされ、伝送器によつて該当出
力電流に変えられ二線式線路を介して受信部に送られる
。この二線式線路はまた伝送器へ作動電流を送る。伝送
器においては、アナログ電圧を差動増幅器に加える。こ
の差動増幅器はその電圧を伝送器によつて引き出された
作動電流と出力電流との差を補給するため線路に可変イ
ンピーダンスとして作用するトランジスタを介して出力
電流に変える。この補給電流は計器を通過する変数の総
量をきめるために計器に結合した積算カウンタを作動す
るエネルギ源とするために貯えられる。〔発明の背景〕 この発明は測定値を表わすアナログ電圧を受信部に一対
の線路を経由して伝送する該当電流に変える二線式電子
式伝送器に関するものであり、より詳細には、伝送器の
作動に何等の支障を及ぼすことなく測定値を積算するた
めのカウンタを組み込んで成る二線式電子式伝送器に関
する。

二線式伝送器は指示器、記録計、プロセス制御装置を作
動する受信部に伝送される電流信号に感知した値を変更
するプロセス制御装置に有用である。

この種の二線式伝送器の重要な利点に同一の線が信号電
流を伝送器から受信部へ伝送するのに役立つだけでなく
、受信部の電源から直接作動電圧を伝送器へ導くのにも
役立つことにある。電力供給用リード線を信号出力用の
導線として兼用することは遠隔で信号を利用するに当つ
て特別の線路を必要とすることがない。また、電流出力
が電圧雑音スパイクに感じやすいことを最小限に少くし
、線路電圧降下の支障をなくす。線形集積回路を利用す
る代表的な市販の二線式伝送器はナシヨナル、セミコン
ダクタ、コーポレーシヨン（ＮａｔｉＯｎａｌＳｅｍｉ
ｃＯｎｄｕｃｔＯｒＣＯｒｐＯｒａｔｉＯｎ）によつて
製造され、その製品を説明する同社の説明書に記載され
ているモデルＬＨＯＯ４５及びＬＨＯＯ４５Ｃ二線式伝
送器である。二線式伝送器についての多くの実用面にお
いて、送られるべき測定値は測定計器の出力で、その出
力は周波数のそれぞれ異なる信号で表わされる。

たとえば、周波数が流量に比例する出力電圧を生ずる流
量計の一種はタービン原理で作動するような容積式流量
計である。また、流れ管内で流体の振動が生ずる渦流型
あるいはうず発生型流量計では、これら振動は変換器に
よつてその周波数が流量によつて変わる電気信号に変え
られる。変周波数信号を送るためには、その信号を先ず
大きさが周波数の関数として変わるアナログ電圧にする
必要があり、次でこの電圧を伝送器において、通常４乃
至２０ｍＡｄｃの範囲で、場合により１０乃至５０ｍＡ
ｄｃの範囲の該当電流に変える。

取引用その他の産業上の応用に当つては計器を通過する
総流量を知ることが大切である。総流量の読みは計器に
関連づけた積算カウンタで得ることができるが、二線式
伝送器に積算カウンタを組み込んで二線式伝送器の通常
の作動に何等の支障を及ぼすことがないようにしたもの
は、これまで得られなかつたのである。〔発明の要約〕 以上に述べた点からして、この発明の主目的は測定値を
表わすアナログ電圧を該当電流に変える二線式電子式伝
送器であつて、しかもその伝送器の作動に何等の支障を
及ぼすことなく測定値を積算するカウンタを組込んだ二
線式電子式伝送器を提供することにある。

さらに詳しく述べると、この発明の目的は変動周波数の
信号として表わされる出力を出す計器と関連して作動す
る伝送器を提供するもので、計器の出力信号はアナログ
電圧に変えられ、そのアナグ電圧は該当信号に変えられ
る。

この発明の重要な特徴は積算カウンタがデイジタルカウ
ンタであつて、計器信号の約数に応答し、カウンタの出
力電流に支障を加えることなく伝送器からのエネルギに
よつて付勢されることにある。

さらにこの発明の目的はアナログ出力信号を発生する計
器と関連して作動する伝送器のデイジタル積算カウンタ
を提供することにある。また、この発明の目的は積算カ
ウンタに組み込む有効で信頼のおける価格が安い伝送器
を提供することにある。

簡単に述べると、以上の諸目的は出力信号が計器変数の
関数として周波数が変動する計器と関連して作動する二
線式伝送器によつて達成され、その信号周波数は積算デ
イジタルカウンタに比較的低パルス繰返し数の計数パル
スを与えるために分割される。

信号周波数はアナログ電圧に変換され、この電圧は伝送
器の差動増幅器に加えられ、その増幅器がアナログ電圧
をトランジスタを経て出力電流に変える。

このトランジスタは伝送器によつて引込まれた作動電流
と出力電流との差を補うため二線式線路についての可変
インピーダンスとして作用する。この補給電流は計数パ
ルスによつて作動される積算カウンタを付勢するエネル
ギ源とするために貯えられる。〔発明の説明〕 第一の実施態様： 第１図について説明する。

同図には出力信号の周波数が測定変数の関数として変化
する計器１１と関連して作動する二線式伝送器１０の好
ましい実施態様が示してある。その計器はタービン流量
計または容積流量計、あるいは渦流型またはうず発生型
流量計とすることができ、あるいは感知した変量の変化
をその変化を反映する周波数を有する信号に変換する計
器によつて構成することもできる。一例として、第１図
にはうず発生型流量計１１を用いるものとして説明する
。

このうず発生型流量計１１は流量を測定しようとする流
体を導く流れ管１２と、その管内に取付けうず発生現象
をおこす障害体１３とを具備する。それによつて生じた
流体パルスを任意のセンサ１４で検出する。センサは流
量に比例する周波数を有する出力信号を発生するように
した圧電素子のような任意適当なトランスデユーサとす
ることができる。渦流型流量計の障害体の型式について
は米国特許第３１１６６３９号および同第３５８７３１
２号に詳しく述べてある。

流量計１１からの可変周波数出力信号は前置増幅器１５
に加えられ、この増幅器の出力はシユミツト・トリガ１
６に送られる。

シユミツト・トリガ１６は方形波Ｐｓを発生する。この
方形波の繰返し率は信号の周波数に相当する。これらの
パルスを周波数一電圧変換器１７でアナログ電圧Ｖａに
変換する。したがつてアナログ電圧の大きさは測定され
た流量を反映する。伝送器１０はアナログ電圧Ｖａをそ
の強度が標準商用範囲（たとえば４〜２０ｍＡｄｃ）内
にある該当電流に変換する機能を果す。

この電流は二線式線路Ｌｌ，Ｌ２を経て負荷抵抗１８で
示してあり、同一線路を経て伝送器に作動電圧を供給す
る直流電源１９を備える遠隔部に送られる。したがつて
、線路Ｌｌ，Ｌ２は伝送器１０から遠隔部に電流信号を
搬送するだけでなく、遠隔部から伝送器へ供給電圧をも
送るのである。

遠隔部に於ては、測定した流量に比例する受信電流を指
示するため、または記録あるいはプロセス制御その他の
応用面に使用する。伝送器１０においては、基準電圧Ｖ
ｆがツエナ・ダイオード２１と直列に接続してある定電
流ダイオード２０の接続点に生ずる。

この基準電圧は差動増幅器２２の正の入力端子に加えら
れる。この増幅器２２の作動電圧は線路Ｌｌ，Ｌ２のダ
イオード２３を経て遠隔部の電源１９から誘導され、そ
の低インピーダンス出力側に定電圧ＶＯを生ずる。定電
圧ＶＯは第二の差動増幅器２４の作動電圧として役立つ
と同時に流量計１１とＮ除算カウンタ（後で説明する）
に結合した信号プロセス段階１５，１６，１７の作動電
圧としても役立つものである。したがつて、伝送器１０
の総作動電流消費量は流量計と関連する信号プロセス段
階とＮ除算段階とで消費される電流を含んでいる。実際
には、伝送器１０とこれに関連させた計器の段階とは集
積回路で構成されているので、総電流消費量は４ｒ］１
ＡｄＣ未満である。変換器１７の出力側からのアナログ
信号Ｖａは差動増幅器２４の非反転側入力に送られ、こ
の増幅器２４の出力は電流制御トランジスタ２５のベー
ス回路に加えられる。

このトランジスタは線路Ｌｌ，Ｌ２を効果的に分路する
可変インピーダンス素子として動作するので、その線路
の出力電流はアナログ電圧Ｖａによつて定まるようなイ
ランジスタ２５の変動インピーダンスに従つて変化する
。それゆえ出力電流は測定した流量を反映する。前に述
べたように、伝送器１０は作動電流の４ｍＡｄｃ未満を
消費する。４ｍＡｄｃ未満の作動電流と４〜２０ｍＡｄ
ｃ範囲内の出力電流との差は制御トランジスタ２５を流
れる電流によつて補給される。

たとえば、作動電流を３ｍＡとすると、最小流量から最
大流量に至るスパンを表わすアナログ電圧Ｖａに応答し
て、トランジスタ２５によつて与えられる補給電流は４
ｍＡの最小出力電流を出すための最小１ｍＡの補給値か
ら２０ｍＡの最大出力電流を出すための最大補給値１７
ｍＡに至る範囲内でなければならない。なお、以上の値
は単に一例にすぎない。この発明の重要な特徴はデイジ
タル電磁積算カウンタ２６にあり、しかもこのカウンタ
は補給電流によつて得られるエネルギで付勢されるもの
で、伝送器の出力電流が積算カウンタの作動によつて実
質的に影響を受けることがないものである。

この発明によれば、制御トランジスタ２５を通過する補
給電流内に含まれる壬ネルギの一部が貯えられ、流量計
１１を通る流量を積算するためにカウンタ２６を周期的
に作動するのに用いられるのである。このエネルギを貯
えるために、トランジスタ２５の出力回路に蓄電用コン
デンサ２７が挿入してあり、このコンデンサはツエナ・
ダイオード２８で分路されている。

作動に当つて、トランジスタ２５を通る補給電流はコン
デンサ２７の電荷が所定値に達するまでコンデンサ２７
を充電し、その電荷が所定値に達するとツエナ・ダイオ
ード２８が導通状態となつて補給電流がこのダイオード
を通過する。コンデンサ２７の電圧は抵抗２９とコンデ
ンサ３０とによつて構成してあるフイルタに加えられ、
その不変出力が通常に非導通状態のスイツチング・トラ
ンジスタ３１と直列の電磁カウンタ２６に加えられる。
スイツチング・トランジスタ３１のベースにワンシヨツ
ト装置３２の出力側が接続してあり、ワンシヨツト装置
が一つの信号パルスを生ずるように動作すると、トラン
ジスタ３１が導通状態になつて貯えられた電圧をカウン
タ２６に送り、カウンタを作動させる。

ワンシヨツト装置３２はシユミツト・トリガ１６の出力
側から送り出されるパルスＰｓに応答するＮ除算カウン
タ３３から出る出力パルスＰｎによつて作動する。

トリガ１６によつて発生されるパルスＰｓの数は測定流
量の総量に正比例するが、パルスＰｎのパルス数はＮ除
算カウンタ３３を選択設定することによつて異なるが、
パルスＰｓの数の正確な約数である。実際例を示すため
に、流量計１１を１００ガロン（３７８．５１）の液体
が流れて１４００パルスＰｓを発生し、１００ガロン毎
の流量を積算しようとする場合には、Ｎ除算カウンタ３
３を１４００で割るように設定する。

したがつて、カウンタから１４００Ｐｓパルス毎に１個
のパルスＰｎが生ずる。ワンシヨツト装置３２が一回作
動する毎に１個のパルスＰｎが生じて積算カウンタ２６
を作動する。それゆえ、このカウンタが、たとえば３０
を読みとれば、それは合計３０００ガロンの液体が流量
計を通過したことを示すもので、各カウントは液体１０
０ガロンを示すのである。補給電流から得られるエネル
ギの量は流量の体積に左右されるので、体積が大きけれ
ば余分にエネルギが得られる。流量の体積が大きければ
積算カウンタを作動する頻度がはげしくなり、多量のエ
ネルギをそのために用意しなければならない。この発明
によるエネルギ系統はこうした変化のある要望に順応す
るものである。所定時間の補給電流が例えば２ｍＡであ
るとすれば、これは流量の体積が少いことを示すもので
、比較的僅かなエネルギしか得られない。しかし、それ
で良いのである。何故なれば、積算カウンタを頻繁に作
動する必要がないからである。ところが、もしも、ほと
んど最大の流量を反映する１６ｍＡに補給電圧が上昇す
れば、頗る多量のエネルギが得られ積算カウンタを極め
て頻繁に作動させる。したがつて、この発明の装置はエ
ネルギ・アベラビテイの見地から良く動作する。第二の
実施態様： 第２図に示す積算計においては、その伝送器は第１図に
示すものと類似であるけれども、第１図に含まれている
蓄電コンデンサ２７の代りに再充電可能電池３４が配設
してあり、装置中のすべての段階と関連する積算計の作
動電力はこの電池から得られる。

電池３４は第一の実施態様において蓄電用コンデンサが
充電されるのと同様にして制御トランジスタ２５を通る
補給電流によつて充電され、電池が所定の電荷になると
補給電流がツエナ・ダイオードを通過する。

しかし、第一の実施態様のものと違う点は、比較的短期
間に電力がなくなつた場合で、この場合には充電可能電
池は電池が充分に充電されている限り流量計とそれに関
連する積算計とに電力を供給しつづける。このバツクア
ツプする特徴によつて短期間に電力が欠乏することによ
る計器の作動の中断する恐れを解消し、計器をして取引
用により好適のものとする。第三の実施態様 第１図と第２図とに示す装置では、伝送器１０は出力信
号の周波数が測定量の関数として変化する流量計と関連
されていて、その測定量を積算するようにしてある。

ところが、第３図に示す実施態様では、流量計３５は測
定量に比例するアナログ電圧Ｖａをじかに発生する型式
のものであるので、この場合には可変周波数出力信号を
アナログ電圧に変換する必要がない。この種流量計の代
表的なものは伝送式ロータメータで、それは可変面積流
れ管内のフロートの垂直位置をアナログ電圧に変換して
いる。

また差動電圧伝送器その他があり、これらに於ては、圧
力、密度または温度のような感知した量を適当なトラン
スデユーサによつて該当するアナログ電圧に変換するも
のである。流量計３５に関連された適切な信号プロセス
段階３６で生じたアナログ電圧ａは伝送器の差動増幅器
２４に加えられ、そこで前述したように出力電流に変換
される。流量計３５の出力を積算するために、アナログ
電圧をそのパルス数がアナログ電圧の大きさによつて異
なるパルスＰｓに変換することが必要である。

そうするには電圧一周波数変換器３７を用いている。こ
の変換器３７はそのパルス数がアナログ電圧Ｖａの関数
であるパルスＰｓを発生する。パルスＰｓはＮ除算カウ
ンタ３３に加えられてパルスＰｎを生ずる。このパルス
Ｐｎはワンシヨツト装置３２を作動して、前述したよう
に積算カウンタ２６を作動する。したがつて、この第三
の実施態様においては、流量計の出力信号は変動周波数
のものでなくてアナログ電圧であるから、それを出力電
流に変換するために伝送器の入力側にじかに加えること
ができる。しかしデイジタル式積算計を作動するために
は、その出力信号をアナログ値からデイジタル値に変換
し、それを分割してデイジタルカウンタ２６で記録すべ
きカウントパルスにしなければならない。以上、この発
明による二線式伝送器に積算カウンタを配設して成る好
ましい実施態様について説明したけれども、この発明の
根本的精神から逸脱することなく多くの変更と修正とを
加えることができることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は流量計に関連させ積算カウンタを配設して成る
二線式伝送器の好ましい実施態様を示す略図、第２図は
この発明の第二の実施態様の略図、第３図はこの発明の
第三の実施態様の路線図である。 図面において主要な部分を表わす符号を説明すると次の
通りである。 １０・・・・・・二線式伝送器、１１・・・・・・計器
（流量計）、１２・・・・・・流れ管、１３・・・・・
・障害体、１４・・・・・・センサ、１６・・・・・・
シユミツト・トリガ、１７・・・・・・周波数−・電圧
変換器、Ｌｌ，Ｌ２・・・・・・二線式線路、１８・・
・・・・負荷抵抗、１９・・・・・・直流電源、２０・
・・・・・定電流ダイオード、２１・・・・・・ツエナ
・ダイオード、２２・・・・・・差動増幅器、２３・・
・・・・ダイオード、２４・・・・・・第二の差動増幅
器、２５・・・・・・電流制御トランジスタ、２６・・
・・・・デイジタル電磁積算カウンタ、２７・・・・・
・蓄電コンデンサ、２８・・・・・・ツエナ・ダイオー
ド、３１・・・・・・スイツチング・トランジスタ、３
２・・・・・・ワンシヨツト装置、３３・・・・・・Ｎ
除算カウンタ、３４・・・・・・再充電可能電池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 関連する計器により発生された測定変数を表わすア
   ナログ電圧に応答して該当出力電圧を発生する伝送器で
   あつて、前記該当出力電流を直流電源を具備する受信局
   に二線式線路を介して送り、前記直流電源の電圧を同じ
   線路を介して所定量の作動電流を引き込む伝送器と計器
   とを附勢するために伝送器へ送るようにし、前記伝送器
   が（Ａ）前記線路を効果的に分路し前記線路によつて送
   られる電流を変化する可変インピーダンスとして作用す
   る制御トランジスタを具備し、（Ｂ）出力側を前記トラ
   ンジスタに結合しそのトランジスタのインピーダンスを
   変える増幅器を具備し、前記アナログ電圧を前記増幅器
   の入力側に加え前記インピーダンスを前記アナログ電圧
   の関数として変え前記トランジスタを流れる電流をして
   前記作動電流と前記出力電流との差を補給するものとし
   、（Ｃ）測定変数を積算する装置を具備し、その積算装
   置が前記計器に結合し変数によつて異なるパルス数を有
   する計数パルスを発生する装置と、前記計数パルスを記
   録するディジタルカウンタと、制御トランジスタと線路
   との間に挿入され線路を通る補給電流よりエネルギを取
   出し前記エネルギを貯えて積算装置を附勢する電源とす
   る装置を包含することを特徴とする伝送器。 ２ 制御トランジスタと線路との間に挿入した前記装置
   を蓄電コンデンサとそれと分路したツェナ・ダイオード
   とによつて構成し、前記コンデンサをツェナ・ダイオー
   ドが導通になつて補給電流を通すまで補給電流によつて
   充電されるようにした特許請求の範囲第１項に記載の伝
   送器。 ３ さらに前記コンデンサに結合したＲ−Ｃフィルタを
   具備する特許請求の範囲第２項に記載の伝送器。 ４ 前記トランジスタと線路との間に挿入した前記装置
   を充電可能電池とそれと分路したツェナ・ダイオードと
   によつて構成し、前記コンデンサをツェナ・ダイオード
   が導通になつて補給電流を通す時点に達するまで補給電
   流にて充電するようにした特許請求の範囲第１項に記載
   の伝送器。 ５ さらに前記ディジタルカウンタと前記電源との間に
   接続した通常非導通のスイッチング・トランジスタと、
   前記計数パルスに応答して作動用制御パルスを発生する
   ワンショット装置を具備する特許請求の範囲第１項に記
   載の伝送器。 ６ 前記計器が計測変数に従つて周波数が変わる出力信
   号を発生するものであり、さらにその出力信号を前記ア
   ナログ電圧に変換する装置を具備する特許請求の範囲第
   １項に記載の伝送器。 ７ 前記計器と結合し計数パルスを発生するようにした
   前記装置を前記出力信号の周波数に応答するＮ除算カウ
   ンタにて構成した特許請求の範囲第６項に記載の伝送器
   。 ８ 前記計器が測定変数に従つて大きさの変わるアナロ
   グ電圧を構成する直流出力信号を発生するものとした特
   許請求の範囲第１項に記載の伝送器。 ９ 計数パルスを発生する前記装置を前記アナログ電圧
   に応答して前記計数パルスを発生する電圧−周波数変換
   器とした特許請求の範囲第８項に記載の伝送器。