JPS60181999A - ２線式伝送回路 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、圧力、変位等の物理量全検出する検出器の出
力信号を対応する電流に変換し、２線式の伝送路を介し
て遠隔の受信部へ伝達する２線弐枡逆同畝ｆ聞千入− 〈従来技術〉 ２線式伝送回路は周知のように１検出器の出力信号を対
応する電流に変換した後、２線の伝送路に供給するもの
であり、伝送線が２本で済むことに示す。端子Ｌ工、Ｌ
２は電源ＥＢと電流を受信する受信部Ａを介して接続さ
れている。電源Ｅ８は例えば直流２４Ｖ等の電源である
。端子Ｌ１．Ｌ２には出力トランジスタＱ１と帰還抵抗
Ｒ１が直列に接続されている。出力トランジスタＱ１の
両端には定電流回路ＣＣ１とゼナーダイオードｚＤが接
続され、ゼナーダイオード２゜の両端に定電圧Ｅ２を得
ている。ＳＣＩは物理量を検出し電気信号に変換するセ
ンサ回路であり、定電圧Ｅ２により端子Ｔ１．Ｔ２を介
して附勢されている。センサ回路ＳＣＩの出力は、端子
Ｔ３から抵抗Ｒ２を介して演算増幅器Ｑ２の非反転入力
端に接続されている。非反転入力端はまだ抵抗Ｒ工の分
圧点と抵抗Ｒ３ヲ介して接続され、演算増幅器Ｑ２の反
転入力端には定電圧Ｅ７を抵抗Ｒ４で分圧した電圧が印
加されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ンよびＲ４で１つ
の抵抗回路網を構成している。演算増幅器Ｑ２の出力に
より出力トランジスタＱ０が！＋制御されるように接続
されている。

センサ回路ＳＣ１からの電圧信号と抵抗Ｒ４からのゼロ
点設定電圧信号との差は演算増幅器Ｑ２ヲ介して出力ト
ランジスタＱ□の電流を制御する。出力トランジスタＱ
１および定電流回路ＣＣ：Ｌ　電流れる電流は抵抗Ｒ１
を流れ、この電流に比例した電圧信号が抵抗Ｒ３を介し
て演算増幅器Ｑ２に帰還され、演算増幅器Ｑ２の両入力
端間の電位差がゼロになるように動作する。その結果、
センサ回路Ｓ０１の出力は端子Ｌ□、Ｌ２間を流れる伝
送電流工、と対応し、これが受信部人に表示され、いわ
ゆる２線式伝送回路として機能する。

しかしながら、この様な従来の２線式伝送回路では、セ
ンサ回路８Ｃ１で物理量を検出して電気信号に変換した
後、端子Ｔ３より演算増幅器Ｑ２にその電気信号を供給
して例えば４ｍＡ〜２０　ｍＡなどの比較的大きな電流
信号に変換するのであるが、センサ回路ＳＣＩの端子Ｔ
ｉＣ得られる出力電圧は一般に微弱であるため、この部
分に外部から誘導雑音を受けると対応する伝送電流工、
に誤差を生ずる欠点がある。

〈発明の目的〉 本発明は、前記の従来技術に鑑み、物理Ｉを電気信号に
変換するセンサ回路の出力端に誘導雑音等を受け・ても
伝送電流にその影響が現われ難い２線式伝送回路を提供
することを目的とする。

〈発明の構成〉 この目的を達成する本発明の構成は、受信部に２＃Ｊ式
の伝送路を介して伝送電流を供給する２線式伝送回路に
係り、測定すべき物理ＩＨｃ応じてデ均化する平滑回路
と、この平滑回路の出力により伝送電流を制御する伝送
電流制御部と、伝送電流に対応する帰還電圧を出力する
帰還回路とを有し、この帰還電圧をセンナ回路部の電源
へ供給することを特徴とするものである。

〈実施例〉 に 以下、本発明の実施例につき図１嘩づき詳細に（。

説明する。第２図は本発明の要部を成すセンナ回路の１
実施例を示すブロック図、第５図はその各部の波形を示
す波形図、第４図はセンサ回路の出力パルスの波形図、
第５図は本発明の実施例の全体構成を示すブロック図で
ある。

部ｐｃｃと検出部ＰＣＣＫおける静電容量の変化をデー
ティ比に変換する容−１／デユティ比比変部ＣＤＣとか
ら構成されている。

検出部ｐｃｃは固定電極ｓｐ　と８２２間に可動電極Ｍ
Ｐが設けられており、検出すべき物理的変位に応じて機
械的変位ΔＰが生ずる様になっている。固定電極ｓｐ　
は端子ＴＫ、固定電極ｓｐ　は端子Ｔ５に１１　４　２ 可動電極ＭＰは端子Ｔ６にそれぞれ接続されている。

固定電極ｓｐ□と可動電極ＭＰとの間には静電容量Ｃ１
が、固定電極ＳＰ２と可動電極ＭＰとの間には静電容１
ｃ９がそれぞれ形成されており、これ等は可動電極ＭＰ
の機械的変位ΔＰにより差動的に変化する様になってい
る。ΔＰ＝０のときの静電容ｔｃ　ｃ　を１′２ ｃｏとすれば、各々次式で示される。

Ｇ２−ｃｏｌ　＋ｋｘ　ＪＰ　（’） ただし、ｋｌは定数である。

容量／デユティ比変換部ＣＤＣは正電源端子Ｔ１負電源
端子Ｔ８、および出力端子Ｔ９ヲ有している。

端子Ｔ６はインバータＧ１の入力端と電圧分割用の靜電
容ｌｌＣＤの１端に接続され、その出力端はインバータ
Ｇ２を介してｎビットのカウンタＣＴの入力端ＣＬに接
続されている。カウンタＣＴのｎピットの出力端Ｑｎは
インバータ６３ヲ介して容量／デユティ変換部ＣＤＣの
出力端子Ｔに接続されると同時にゲートＧ４の入力端の
１端に接続され、静電容１ｉｃ１．　Ｇ２の切換を制御
する。インバータＧ□の出力端はゲートＧの入力端の他
端に接続されると同時にゲートＧ５の入力端に接続され
ている。ゲートＧ４の出力端は端子Ｔ５に、ゲートＧ５
の出力端は端子Ｔ４にそれぞれ接続され、これ等の間に
ゲートＧ６の入力端が接続されている。ゲートＧ６の出
力端と端子Ｔ６との間には静′亀容量Ｃ□、Ｃ２の充放
′Ｉｔｔ流金−流電一定電流値する電流制限回路ＣＣ２
が接続されている。なおインバータ０１〜Ｇ３、ゲート
０４〜Ｇ６、カウンタＣＴの各正電源は正電源端子Ｔ７
に、各負電源端子は負電源端子Ｔ８にそれぞれ接続され
ている。

以上の如く構成されたセンサ回路ＳＣ２の動作について
第５図の波形図を参照して説明する。

今、カウンタＣＴの出力端Ｑｎが・１）ｉｌ＋状態にな
っている場合を考える。この上きはゲートＧ４の入力端
の１端はＩＩ　Ｈｌ＋状態である。この状態でインバー
タＧ２の出力端がＩＩ　Ｌ　Ｉ＋状態になったときには
、ゲートＧ４およびＧ５の各出力端は共にＩＩ　ＨＩ＋
状態となり、第５図（４）のごとく端子で７に与えられ
る正電源電圧ｖＤＤにほぼ等しくなる。このため、固定
電極ＳＰＩ。

ＳＦ３は共に正電源電圧ｖＤＤになるので、インバーＣ
２の並列容量（Ｃ□＋０２）と静電容量ＣＤで分圧した
電圧に急激にほぼ垂直に立上る。一方、ゲートＧ６の入
力端は共に゛１Ｈ°１状態になっているので、その出力
端は“Ｌ“状態で嫌ぼ負電源電圧ｖＳ８に保持されてい
る。このため、静電容量Ｃ１ｔＣ２および静電容量ＣＤ
の充電電荷は電流制限回路ＣＣ２およびゲートＧ６の出
力インピーダンスを介して直ちに放電を開・始するが、
この放電電流は、電流制限回路ＣＣ２により一定電流値
に規制されるので、インバータＧ□の入力端の電圧は第
５図（Ｂ）の様に直線的に低下する。インバータＧ□の
入力端の電圧がその出力が反転するスレシホールドレベ
ル■　まで低下するとＨ インバータＧ１の出力（第３図（Ｃ））が”’　Ｈ”に
転じ、これによシゲートＧ４とＧ５が共Ｋ　ＩＩ　Ｌ　
Ｉ＋状態となるため静電容量Ｃ□、Ｃ２および静電容量
ＣＤの電荷が急速に放電し、このため第３図（Ｂ）に示
すようにインバータＧ１の入力端の電圧はほぼ垂直に低
下する。このとき釦は、ゲートＧ６の両入力端の電圧は
ＩＩＬＩ＋状態であるので、その出力端は’１１’“状
態となり、第３図（Ｂ）　Ｋ示す様に電流制限回路ＣＣ
２を介して静電容量ｃ１．ｃ２および靜電容１ｔｃ−充
電し、イン・最Ｇ□の入力端の電圧は直線的に上昇する
。インバータＧ１の入力端の電圧がスレシホールドレベ
ルｖＴＨに達すると、インバータＧ工の出力端はＩＩ　
Ｌ　１１へ転じ、ゲートＧの他端とゲートＧ５の入力端
は共にＩＩ　Ｌ　ＩＩになるためこの出力端は共に＋＋
Ｈ＋＋となり、再びインバータＧ１の入力端の電圧は急
激に上昇し、以下、上記の動作を反復する。

一方、インバータＧ１の出力はインバータＧ２を介して
カウンタＣＴによりカウントされており、一定数のカウ
ントが行なわれると、カウンタＣＴの出力端Ｑｎの状態
が゛Ｈ゛状態から“°Ｌ゛°状態に転じ、再び一定数の
カラン）１行なうまでこの状態を維持する。カウンタＣ
Ｔの出力が゛ｌＬ＋＋状態になると、ゲートＧ４の１端
がＩｔ　Ｌ　ｌ・となるため、その出方端は他端の状態
にかかわらずｆ・Ｈ・ｒ状態となる。したがって固定電
極ＳＰ２はほぼＶ　の電圧に固定される。−Ｄ 方、ゲートＧ５の出力端はインバータＧ□の出力端の状
態により反転し、これに対応してゲートＧ６の出力端も
反転する。ゲートＧ５とグー’トＧ６の出方端の状態は
互いに反対の状態となる。従って、今度は端子Ｔ４−Ｔ
６間の静電容量ｃ１において上述と同様の充放電が反復
して行なわれ、カウンタＣＴの出力が＋＋Ｈ・τに転ず
れば、再び前記の充放電が行なわれる。

ここで、スレシュホールドレベルｖｔ基準とＨ したインバータＧ工の入力端の電圧変化ｅ□は次式によ
って示される。

マタ、電圧変化ｅ１がスレシュボールドレベルｖＴＨま
で減少するのに必要とする時間ｔ□は、電流制限回路Ｃ
Ｃ２Ｋよって規制される一定値の放電電流をｉとすれば
、電流制限回路ＣＣ２から見ると静電容量Ｃ１，Ｃ２’
の並列容ｉＣ１＋　Ｃ２と静電容量ＣＤが並列接続され
た構成となるので、次式の様になる。

１ｊｔ１＝ｅ工（（Ｃ１＋０２）＋ｃＤ）（４）（’）
　、（４）式から請求めると、次式となる。

ｖＤＤ＋ｖＳＳ ｔ１寓（Ｃ１＋Ｃ２）１（５） なお、１〜が反復される中に静電容量ＣＤには、スレシ
ーホールドレベルｖＴＨに応じた電荷が蓄積され、これ
を基準電位として充放電が行なわれるため、充電側の電
圧変化ｅと放電側の電圧変化ｅ２とは等しくなり、この
電圧変化の充電を電流制限回路ＣＣ２Ｋよる一定値の電
流１によって行うので充電時間ｔ２も放電時間ｔ□と等
しくなる。これ等の関係は、カウンタＣＴの出力がＩＩ
　Ｌ　１１の状態でも同じであるが、この場合の充放電
は静電容量Ｃ□とＣＤで行なわれるため（５）式は次式
の様になる。

　ｖ ＤＤ＋　３８　（６） 　１　１ 以上を総合すると、カウンタＣＴの出力端Ｑｎが・・１
ｕｌｌ状卵の期間Ｔで波高値Ｖ　％”Ｌ’・状態の期間
Ｉ　ＤＤ Ｔ２で波高値ｖ８８のパルス電圧が得られる。カウンタ
ＣＴの出力はインバータＧ３で反転されているので、容
量／デーティ比変換部ＣＤＣの端子ＴＫ得られるパルス
Ｐは第４図の如くなる。期間Ｔはカウンタｓ　Ｈ ＣＴの出力端ＱｎがＩＩ　ｌ（Ｉ＋状態に対応している
ので静電容量（Ｃ工＋０２）に比例し、期間ＴＬはカウ
ンタＣＴの出力端ＱｎがＩＩ　Ｌ　Ｉ＋状態に対応して
いるので静電容量ｃ１に比例している。したがって、比
例定数をに２とすれば、 Ｔ１■−に２（Ｃ１＋Ｃ２）（６） ＴＬ＝に２Ｃ１（７） となる。

次に、以上のセンサ回路ＳＣ２ヲ用いて２線式伝送回路
を構成した第５図の実施例について説明する。

端子Ｌ□、Ｌ２には出力トランジスタＱ３、ダイオード
Ｄ１および帰還抵抗Ｒ５が直列に接続されている。

出力トランジスタＱ３とダイオードＤ１の直列回路の両
端には定電流回路ｃｃ１とゼナーダイオードｚＤが直列
に接続され、ゼナーダイオードの両端に定電圧Ｅ？得て
いる。この定電圧Ｅ２により演算増幅器Ｑ４が附勢され
、その出力電圧で出力トランジスタＣ３ヲ制御する。演
算増幅器Ｑ４と出力トランジスタＱ３で伝送電流制御部
を構成する。一方、演算増幅器Ｑ４の反転入力端は定電
圧Ｅ２を抵抗Ｒ４で分圧した電圧ｖ１が与えられる。演
算増幅器Ｑ４の非反転入力端にはセンサ回路ＳＣ２のパ
ルス出力が抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３で構成される平滑
回路を介して平滑された電圧ｖ２として与えられている
。容量／デユティ比変換部ＣＤＣの端子Ｔ７には定電圧
Ｅ２を抵抗Ｒ７で分圧比αで分圧した電圧ｖＤＤが印加
されている。

容ｌｌ／デユティ比変換部ＣＤＣの端子Ｔ８には、帰還
抵抗Ｒ５の両端に生じた帰還電圧Ｒ５Ｉ、からバイアス
電圧ｖ３を引いた′電圧を抵抗Ｒ８で分圧比βで分圧し
た電圧ｖ８８が印加されている。

容量／デーティ比変換部ＣＤＣの出力の端子Ｔ９には第
４図に示すパルスｐｓが得られるので、抵抗Ｒ６とコン
デンサＣ３で平滑した電圧ｖ２は次の様になる。

ここで、ｖＤＤ−αｖｚ”ｓｓ”’β（ｎ５Ｉ、−Ｖ３
）の関係を（８）式へ代入すると、 となる。この電圧ｖ２と抵抗Ｒ４の分圧点の電圧Ｖ□が
等しくなる様に演算増幅器Ｑは出力トランジスタＣ３を
制御するのでＶ２−Ｖ□とおき、次式を得る。

ここで、（１）、（２）、（６）および（７）式を用い
るととなるのでこれヲｏＱ式へ代入して整理すると、と
なる。α力式の第１項はＩＬ＝４〜２０　ｍＡのレンジ
の場合はＶ３／Ｒ５＝　４　ｍＡに設定し、第２項はα
；３ｖ１１２ｖ７゜とすることによりゼロとすることが
できる。第３項は可動電極λｉＰの機械的変位ΔＰに比
例した伝送電流工りを与える項である。抵抗Ｒ８の分圧
比βを変えることによりスパン調整をすることができる
。

〈発明の効果〉 以上、実施例とともに具体的に説明した様に、本発明に
よれば、センサ回路の電源に伝送電流に対応した電圧を
帰還する構成としてセンサ回路の−出力をＩ帰還ループ
の中に入れたので、センサ回路の出力端に雑音を受けて
もその影響が伝送電流に現われ難く、全体として雑音に
強い２線式伝送回路が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の実施例を示すブロック図、第２図は本発
明の要部を成すセンサ回路の１実施例を示すブロック図
、第３図は第２図の実施例の各部の波形を示す波形図、
第４図は第２図のセンサ回路の出力パルスの波形を示す
波形図、第５図は本発明の実施例の全体１成を示すブロ
ック図である。 Ｇ３・・・出力トランジスタ、Ｇ４・・・演算増幅器、
ＳＣＩ。 ＳＣ２・・・センサ回路部、ｐｃｃ・・・検出部、ＣＤ
Ｃ・・・容置／デユティ比変換部、Ｇ工、Ｇ２．Ｇ３　
・・・インバータ、０４１　Ｇ５１　Ｇ６　・・・ケー
ｉ・、ＣＣＩ・・・定電流回路、ＣＣ２・・・Ｙｌｉｌ
側流回路、ｃＴ・・・カウンタ。 第３図 第５図 、ＳＣ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受信部に２線式の伝送路を介して伝送電流を供給する２
   線式伝送回路において、測定すべき物理量に応じてデユ
   ティ比が変化するパルス信号を出力するセンサ回路部と
   、前記センサ回路部からのパルス信号を平均化する平滑
   回路と、前記平滑回路の出力により前記伝送電流を制御
   する伝送電流制御部と、前記伝送電流に対応する帰還電
   圧を出力する帰還回路とを有し、前記帰還電圧を前記セ
   ンサ回路部の電源へ供給することを特徴とする２線式伝
   送回路。