JPS6013237B2 - 隔離した変換回路を具備した２線式電流送信機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、典型的には熱電対である直流的に隔離された
感知素子の大きさに対応するように直流電源レベルを制
御する２線式電流送信機に関する。

従釆の送信機は例えば米国特許第３５７３５９■号明細
書に開示されており、それによれば変成器結合手段が２
線式電流送信機において電源回路から感知回路を直流的
に隔離するために使用されている。

感知回路は直流感知回路および直流フィードバック回路
からの信号を反復的にサンプルし比較する入力を有した
交流増幅器を含み、フィードバック回路は変成器結合で
電源回路に結合されている。電源側の直流増幅器は電源
回路に対する電流制御装置として作用する。多数の交流
結合手段が感知回路と電源回路の間に必要である。要約
すれば本発明は１つの変成器を用いて２線式送信機の変
換回路と電源回路の間に直流的隔離を与える。

変換回路は感知回路と直流増幅器の入力に信号を与える
フィードバック抵抗とを含む。直流増幅器の出力には電
流制御装置が接続されており、制御装置の電流は直流−
直流コンバータの直流出力側に直列接続されているフィ
ードバック抵抗を流れる。電源回路はコンバータの入力
側に接続され、例えば４〜２印ｈＡの如き送信機の電流
範囲にわたり電源回路からコンバータへ調整した電圧を
与える電圧調整器を含む。電圧調整器はコンパ−外こ必
要な動作電圧の調整機能を与えるために、小さなほぼ一
定の動作電流を必要とするだけである。第１図において
、遠隔の地に設けられる直流電源１０と直列の負荷抵抗
１１とは線１３および１４を介して電圧調整回路２川こ
直列接続されている。

負荷抵抗１１は例えば、作動装置、制御装置、記録装置
あるいは単なる電流表示計器、から成る。電圧調整器２
０は電源１０および負荷１１と共に「電源」回路と称さ
れる。電圧調整器２０は電流供給回路を含み、この回路
調整した直流電圧レベルにおいて入力端子４０Ａおよび
４０Ｂを介して電流を直流−直流コンバータ４０へ供給
する。

コンバータ４０は１つの変成器を含みその入力側に適切
なスイッチングトランジスタを出力側に復調器を有し、
直流出力電圧を変換回路へ供給する。変換回路は感知回
路６０を含み、この感知回路は例えば１つ以上のブリッ
ジアームの抵抗の関数で出力電圧を与える抵抗ブリッジ
で構成される。フイ−ドバック抵抗６２はコンバータ回
路の出力と直列接続され更に感知回路６川こも接続され
ている。ッェナーダィオード６５は感知回路６０の入力
間においてコンバータ４０の出力線５６と５８に接続し
ており感知回路に基準電圧を与える。感知回路６０から
の出力端子は差敷入力直流増幅器８０の入力端子に接続
されている。増幅器８０は線５６と５９によりコンバー
タ４０の出力で附勢される。直流電流制御回路９０は、
コンバータ４０の出力線５６と５８の間に接続されフィ
ードバック抵抗６２に直列接続された可変インピーダン
スである。直流電流制御装置９０は線８０Ａにより送ら
れる増幅器８０からの出力信号により制御される。

動作において、調整器２川まコンバータ４０の入力へ調
整した電圧信号を与え、コンバータは変換回路へ直流電
圧を与える。例えば温度の如き、感知器で測定される状
態の変化により感知回路の信号の変化、例えば電圧また
は抵抗の変化が生じる。その結果感知回路の出力の信号
が変化する。変換回路は感知回路６０の出力における信
号の変化に応答して、直流電流制御装置９０を流れる電
流、したがってフィードバック抵抗６２を流れる電流を
調整する。変換器の調整された電流がフィードバック抵
抗を流れるので、この電流は測定される状態の変化の関
数である。変換回路における一次電流の流れる方向は第
１図に矢印で示してある。

コンバータの入力側における（電圧調整器とコンバータ
の間の）電流は、変換回路に流れるコンバータの出力側
の電流に関し既知の関係を有する。電圧調整器の入力に
おける電流したがって電圧調整器の入力回路の負荷抵抗
１１を流れる電流はその出力電流と所定の関係を有し、
したがって負荷１１を流れる電流は測定している状態の
変化に応じて正確に変化する。第２図には詳細な送信機
の回路が示されており、この回路は温度を測定する感知
素子として作用する熱電対７６を含み負荷抵抗１１に測
定可能な電流を提供する。この電流は熱電対７５におけ
る温度の関数で変化する。負荷抵抗１１と直流電源１０
から成る直列回路は線１３と１４を介して一対の端子１
５，１６に接続されている。負荷抵抗１１と電源１０は
送信機の残りの部分から離れた所に通常設けられ、それ
と線１３および１４のみによって接続される。負荷抵抗
１１は例えば記録装置、制御素子あるいは表示器である
。もし必要なら、電圧調整器は送信機の残りの部分と端
子４０Ａおよび４０Ｂを介して接続された独立した離れ
たユニットとして構成しても良い。電圧調整器２０は直
列制御トランジスタ２２、電流増幅トランジスタ２１、
および電圧制御トランジスタ２３を含む。

抵抗３７と直列のッェナーダィオード２４は線３５と３
９の間に接続されており、正確な電圧基準を与える。ト
ランジスタ２２のコレクタとトランジスタ２１のェミツ
タの間に接続されているダイオード２５，２６はトラン
ジスタ２２の供給する電流を通過させ、トランジスタ２
３にほぼ一定の電圧を供給する。

トランジスタ２２のェミッタ‘ま送信機端子１５に接続
されている。トランジスタ２１に小さな「ターンオン」
電流を与える抵抗２７はトランジスタ２２のェミツタと
コレクタの間に接続されている。トランジスタ２１のコ
レク外ょ電流制御抵抗２８を介してトランジスタ２２の
ベースに接続されている。コンデンサ２９は動作安定化
のためにトランジスタ２１のベースとコレクタの間に接
続されている。負荷抵抗３０はトランジスタ２２および
２３の両コレクタ間に接続され、トランジスタ２１のベ
ースはトランジスタ２３のコレクタに直接接続されてい
る。コンデンサ３１は動作安定化のためにトランジスタ
２３のベースとコレクタの間に接続されている。直列接
続の抵抗３２、ポテンションメータ３３および抵抗３４
を含む分圧回路はトランジスタ２１のェミッタと線３９
の間に接続されている。

トランジスタ２１のェミッタは電圧調整器の出力線３５
を成しており、線３９は帰路線であり端子１６にも接続
されている。線３５と３９はコンバータ４０の端子４０
Ａと４０８に接続されている。ポテンションメータ３３
の可動アームは抵抗３６を介してトランジスタ２３のベ
ースに接続されており、それにより線３５の電圧が調整
できる。電流制限抵抗３７は線３５とツェナーダィオー
ド２４のカソードとの間に直列に接続されている。ダイ
オード２４のカソードは更にトランジスタ２３のェミツ
タに接続されている。コンデンサ３８は線３５と３９の
間に接続されておりフィル夕の作用をする。動作におい
て線３５の電圧は、制御トランジスタ２３とツェナーダ
ィオード２４の作用により、電流の要求量が変化しても
一定に維持される。線３５における電圧が変化しようと
すると、トランジスタ２３のベースの電圧が変化し、こ
のトランジスタ２３は適正な極性の制御信号をトランジ
スタ２１のベースへ、トランジスタ２１のコレクタから
トランジスタ２２のベースへ順に与えて線３５における
電圧変化すなわち電圧偏差を零にするように作用する。
ツェナーダイオード２４および抵抗３４を通して電圧調
整器に流れる電流は小さく、広範囲の調整器出力電流に
対いまぼ一定である。直流−直流コンバータ４０は低損
失で巻回コアのトロイダル型変成器を含み、その一次巻
線４１の中心タップは端子４０Ａを介して線３５に接続
されている。

この型式の変成器は極めて良好な性能を回路に与える。
フィードバック巻線４２と４３は抵抗４４を介して巻線
４１の中心タップに接続されている。巻線４２と４３の
反対側端子はスイッチングトランジスタ４５と４６のベ
ースに夫々接続されている。トランジスタ４５と４６の
コレクタは巻線４１の両端に、ェミツタは端子４０Ｂを
介して線３９に夫々接続されている。一対のダイオード
４７と４８のカソードはトランジスタ４５と４６のベー
スに夫々接続され、アノードは一緒に抵抗４９の一端に
接続されている。抵抗４９の他端は端子４０Ｂを介して
線３９に接続されている。抵抗４９は温度に応答するも
ので作られ、電流制御機能とスイッチングトランジスタ
４５と４６に対する温度補償機能を有する。コンデンサ
５０は抵抗４９に並列に接続されており、トランジェン
ト電圧のピーク抑圧機能を有する。変成器の入力回路は
コア（鉄心）の飽和特性による発振を行ない、発振周波
数はコアのィンダクタンスと線３５および３９間の電圧
とにより決まる。スイッチングトランジス外ま巻線４１
にパルス状直流を与え、それにより変成器の出力巻線４
１Ａと４１Ｂに電流が流れる。変成器のインピーダンス
は電源回路に流れる電流を決定し、二次巻線における電
流につれて変化する。変成器の二次回路すなわち出力回
路は２つの出力巻線を有し、夫々独立して復調整流回路
５２と５４を有する。

各復調整流回路は独立の二次巻線に接続した全波ダイオ
ードブリッジを含む。ブリッジ５２の正出力端子は線５
６に俵綾され、負出力端子は線５７に接続されている。
ブリッジ５４からの正出力端子は線５８に接続され、負
出力端子は線５９に接続されている。コンデンサ５３と
５５はブリッジ５２と５４の出力端子間に接続されてお
り直流出力電力をろ波し平滑する作用をする。感知回路
６川ま熱電対７５を有する抵抗ブリッジを含み、この熱
電対の一端はブリッジ出力端子６１に他端は抵抗６１Ａ
を介して差動入力増幅器８０の一方の信号入力端子に接
続されている。

他方のブリッジ出力端子はポテンショメータ６３の可動
アームタップを含み、このタップは抵抗６４を介して増
幅器８０の他方の信号入力端子に接続されている。ポテ
ンショメータ６３は２つの直列アームから成るブリッジ
の１つのアーム内にあり、一端は上側のブリッジアーム
６３Ａに他端は下側のブリッジアーム６７に接続されて
いる。ポテンショメータの抵抗は分割されており一部は
上側アームに含まれ残りは下側アームに含まれる。ブリ
ッジの平行なブランチ（分岐）は抵抗６８を含む上側ア
ームを有し、この抵抗の一端は端子７３に他端は端子６
１に夫々接続されている。下側ブリッジアームは抵抗６
９を有し、この抵抗の一端は端子６１に他端は抵抗７０
とポテンショメ−夕７１の並列回路に夫々接続され、ポ
テンショメー夕７１は抵抗７１Ａを介して端子７２に接
続されている。抵抗６７は入力端子７２とポテンショメ
ータ６３の間に接続されている。ッェナーダイオード６
５のアノードは端子７２に、ダイオード６５のカソード
は端子７３と抵抗６３Ａおよび６８の接続点とに接続さ
れている。抵抗６６の一端は端子７３に他端は線５６に
接続されている。線５８は端子７２にポテンショメータ
７１の可動アームは線５７に接続されている。抵抗７０
、抵抗７１Ａおよびポテンショメータ７１はフィードバ
ック抵抗６２を成している。ブリッジ抵抗６９は正の温
度係数を有するように選定され、一般にブリッジから離
れて設けられる熱電対７５に対する「冷点」補償を行な
う。フィードバック抵抗６２は、ダイオードブリッジ５
２と５４の与える電流のほとんどをフィードバック抵抗
６２に通過させるように、ダイオードブリッジ５２と５
４の間に接続されている。動作においてポテンショメー
タ７１の可動アームは、常に端子７２と直接接続しない
位置に置かれる。抵抗７１Ａが端子７２とポテンショメ
ータ７１の間に接続されており、抵抗７１Ａはポテンシ
ョメー夕７１の可動アームが直接端子７２に接続するの
を阻止している。ポテンショメータ７１は抵抗７０と協
働して感度制御を行なう。増幅器８０は線５６と５９に
接続されると附勢され、その出力は電流制限抵抗８１と
ダイオード８２を介してトランジスタ８３のベースに接
続される。

トランジスタ８３のェミッタは線５８に接続され、コレ
ク夕は抵抗８４と抵抗８５を介して線５６に接続されて
いる。抵抗８６はトランジスタ８３のベースとェミツタ
の間に接続されており電流漏洩抑圧用抵抗として作用す
る。トランジスタ８７のベースは抵抗８４と８５の共通
接続点に接続されている。トランジスタ８７のェミッ外
ま線５６に接続され、トランジスタ８７のコレクタは抵
抗８８を介してトランジスタ８３のェミッ夕に接続され
ている。トランジスタ８３と８７はカスケード増幅器と
して作用し、増幅器８０の出力を変化させる感知回路６
０からの変化する出力に応答して電流制御を行なう。動
作の安定化は、トランジスタ８３のベースと増幅器８０
の反転入力との間に接続されているコンデンサ８９と、
トランジスタ８７のベースと増幅器８０の非反転入力と
の間に接続されているコンデンサ８９Ａとにより達成さ
れる。別のコンデンサ９１は増幅器８０の両入力端子間
に接続されており、コンデンサ９１は抵抗６１Ａおよび
６４と共にノイズ抑圧素子を成している。演算増幅器は
、信号入力に関して正の電源がかなり高い電位にあり負
の電源がかなり低い電位にあるとき満足すべき動作をす
る。

コンバータ４０は２つの二次巻線を使用することにより
、増幅器８０の電源端子における電圧より小さい電圧で
ブリッジを励振することが可能であり、増幅器の電源に
関して所望の電位レベルにあるブリッジ信号を増幅器へ
与えることになる。なおブリッジの端子間電圧は端子７
３と線５８の間の電圧降下であり、増幅器の電源端子は
線５６と５９の間に接続されている。ツェナーダィオー
ド６５は感知回路の抵抗ブリッジの励振用の定電圧を発
生し、ポテンショメータ６３はこのブリッジの出力の零
調整を行なうものである。熱電対７５により温度変化が
感知されると信号が増幅器８０の非反転入力端子へ与え
られる。この不平衡により増幅器の出力信号が変化し、
トランジスタ８３と８７を流れる電流が変化する。この
電流変化はフィードバック抵抗６２により感知され、端
子６１の電圧が変化する。この変化は熱電対の信号と反
対である。電流変化の大きさは、増幅器８０の非反転端
子における電圧を変化させて反転信号入力端子における
電圧とほぼ等しくさせ電流出力を新しいレベルに安定化
させるに十分なものである。その結果、フイードバツク
抵抗６２を流れる電流は熱電対７５の感知した温度に正
確に関連する。抵抗６９が温度応答性であるので、温度
変化による抵抗値の増加もフィードバック抵抗を流れる
変化電流で平衡され、全電流は抵抗６９における温度と
熱電対７５で感知された温度との関数となる。もし所望
なら抵抗６９が遠隔地点の温度を測定するために抵抗温
度計として使用することができる。この場合端子６１は
抵抗６１Ａに直接接続され、熱電対７５は除かれる。図
示の例では、抵抗６９は従来におけるように、熱電対７
５の「冷接続点」補償として作用する。コンバータ４０
の出力回路の電流変化により変成器のインピーダンスが
変化する。

変成器への入力回路は出力回路の電流が変化したとき駆
動（励振）電力を変化させる。コンバータ４０の入力回
路に供給される電圧が電圧調整器２川こより一定に維持
されるので、電圧調整器を流れる電流はフィードバック
抵抗６２を通る電流の変化にしたがって変化する。した
がって線３５から変成器一次巻線４１、すなわち線３９
へ流れる電流の変化はフィードバック抵抗６２を流れる
電流の変化に正比例する。端子１５から１６へ流れる残
りの電流は、電圧調整器２０の要求する動作または励娠
電流と変成器一次およびスイッチングトランジスタ励振
用電流とである。これら電流は相対的に小さく装置の通
常の動作範囲において安定なしベルにとどまる。この励
振電流は変換器ブリッジのポテンショメータ６３による
零調整機能によりオフセットされあるいは補充される。
上述した回路の典型的な応用は温度に比例した電流出力
を発生する場合である。

このとき負荷１１を流れる４ミリアンベアの電流レベル
は測定される最低温度に対応し、２０ミリアンベアの電
流は測定される最高温度に対応する。４ミリアンベアの
「零セツティング」はポテンショメータ６３により行な
われ、測定範囲はポテンショメータ７１により調節され
る。

以上温度感知回路について述べたが、上述した回路は他
の状態を測定するのに使用することもできる。

例えば、抵抗変化や電気的出力をもたらす変換器を用い
て圧力を測定することができる。感知回路に対応する電
流制御回路は直流−直流コンバータ４０‘こより電源か
ら直流的に隔離されている。回路の隔離された側には交
流増幅器は必要ではなく、回路の電源側には電流制御回
路が必要でない。このように本発明の回路は隔離した変
換器を提供しながら極めて構成が簡単である。また、以
上の説明から明らかなように、本発明によればつぎのよ
うなすぐれた効果が達成される。ィ 変換回路６０，８
０，９０，６２がすべて直流−直流コンバータの出力側
に接続されたため、入出力間の絶縁が、１個のトランス
を用いるだけで可能になる。

ロ チョツパ、同期整流器や余分なトランスなどが不要
になるため部品点数を減らすことができ、構造が簡単と
なって信頼性が向上するばかりでなく、部品増加による
精度や安定性の低下も防止できる。

このため、従来装置（例えば、椿公昭４５−３１８２１
号公報）において、最終の出力信号を入力側へ負帰還す
る場合と比べても、精度（直線性、感度、ドリフトなど
）や安定性の面で遜色のない電流送信機ができる。

ハ 直流−直流コンバータ４０１こ定電圧調整回路２０
から一定電圧が供給されるので、直流−直流コンバータ
４０の入力側電流の変化は変換回路６０，６２，８０，
９０内における消費電力の変化に比例するようになる。

さらに、直流コンバータ４０の入力側電流、すなわち定
電圧調整回路２０の出力電流の変化は、電源１０から負
荷１１を通って流出する電流の変化に比例する。したが
って、変換回路内の消費電力の変化は、負荷１１を通る
電流の変化に比例することになり、正確な電流送信が可
能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の送信機のブロック図、第２図は第１図
の送信機の詳細な電気回路図、である。 図面において、２０は電圧調整器、４０‘ま直流−直流
コンバータ、４１は入力巻線、４１Ａ，４１８は出力巻
線、６０は感知回路、６２はフィードバック抵抗、８０
‘ま直流増幅器、９０は直流電流制御装置、７５は熱亀
対、を夫々示す。Ｚ−？９−Ｚ ｒｉ９−２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ その入力端子に直流電源１０および負荷１１が直列
   に接続され、かつその出力端子から一定の直流電圧を出
   力する電圧調整回路２０の出力端子に、２線によって接
   続される一対の端子４０Ａ，４０Ｂを有する２線式電流
   送信機であって、前記電流送信機は、（イ） 前記一対
   の端子に接続された入力巻線４１、および入力巻線４１
   に誘導結合され、かつ、これから電気的には絶縁された
   出力巻線４１Ａ，４１Ｂを有する直流−直流コンバータ
   ４０と、（ロ） 被測定状態の関数として、その物理量
   を変化する感知手段７５、および前記感知手段に接続さ
   れて前記物理量に応じた感知直流信号を出力する抵抗ブ
   リツジ回路６３Ａ，６７，６８，６９，７０を含む感知
   回路６０と、（ハ） 感知回路６０の出力端子に接続さ
   れる入力端子を有する直流増幅器８０と、（ニ） 直流
   増幅器８０の出力端子に接続されている入力端子を有し
   、この装置の電源兼出力端子の一方が前記直流−直流コ
   ンバータの出力巻線の一方の端子に接続された直流電流
   制御装置９０と、（ホ） 直流増幅器８０の入力に供給
   される感知直流信号を平衡させるような、前記抵抗ブリ
   ツジ回路の位置に接続されたフイードバツク抵抗６２と
   を具備し、（ヘ） 前記フイードバツク抵抗は、直流電
   流制御装置９０の電源兼出力端子の他方と、直流−直流
   コンバータの出力巻線の他方の端子との間に接続され、
   （ト） 直流増幅器８０および感知回路の動作電源端子
   が直流−直流コンバータの直流出力端子に接続されたこ
   とを特徴とする２線式電流送信機。