(57)【要約】      （修正有）【課題】２線式／４線式フィールド機器に対応できる小型で低コストの電流入出力装置を実現する。【解決手段】フィールド側ブロックは、線式フィールド機器からの入力電流が与えられる第１端子及び絶縁トランスのフィールド側巻線の一端に接続された共通端子と、４線式フィールド機器からの入力電流が前記共通端子を介して与えられる第２端子と、前記絶縁トランスのフィールド側巻線の他端と前記第１端子間に接続された整流手段と、前記第１端子と前記第２端子間に接続された降電圧回路と、を備え、システム側ブロックは、前記絶縁トランスのシステム側巻線に直流電源電圧を周期的に逆方向に印加するスイッチ手段と、前記システム側巻線に流れる電流を検出する電流センサ手段と、この電流センサ手段の電流検出値をマイクロプロセッサに渡すＡ／Ｄ変換器と、を備える。【選択図】図１
2010257390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィールド機器が接続されるフィールド側ブロックとマイクロプロセッサを備えるシステム側ブロックとが絶縁トランスを介して接続され、前記フィールド機器から前記フィールド側ブロックに入力する電流を前記システム側ブロックで検出する電流入力装置において、
前記フィールド側ブロックは、
２線式フィールド機器からの入力電流が与えられる第１端子及び前記絶縁トランスのフィールド側巻線の一端に接続された共通端子と、
４線式フィールド機器からの入力電流が与えられる前記共通端子と第２端子と、
前記絶縁トランスのフィールド側巻線の他端と前記第１端子間に接続された整流手段と、
前記第１端子と前記第２端子間に接続された降電圧回路と、
を備え、
前記システム側ブロックは、
前記絶縁トランスのシステム側巻線に直流電源電圧を周期的に逆方向に印加するスイッチ手段と、
前記システム側巻線に流れる電流を検出する電流センサ手段と、
この電流センサ手段の電流検出値を前記マイクロプロセッサに渡すＡ／Ｄ変換器と、
を備えたことを特徴とする電流入力装置。
【請求項２】
前記降電圧回路は、前記第１端子の電位を、ほぼ前記共通端子の電位にレベルシフトさせて前記第２端子に与えることを特徴とする請求項１に記載の電流入力装置。
【請求項３】
前記マイクロプロセッサは、前記絶縁トランスのシステム側巻き線に印加される電圧を取得し、これよりトランス励磁電流を算出し、前記Ａ／Ｄ変換器の出力値または前記Ｄ／Ａ変換器の出力値を補正する演算を実行することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の電流入力装置。
【請求項４】
フィールド機器が接続されるフィールド側ブロックとマイクロプロセッサを備えるシステム側ブロックとが絶縁トランスを介して接続され、前記フィールド機器から前記フィールド側ブロックに入力する電流を前記システム側ブロックで検出し、または、前記システムブロック側の設定電流を前記フィールド側ブロックに接続されたフィールド機器に出力する電流入出力装置において、
前記フィールド側ブロックは、
２線式フィールド機器からの入力電流が与えられると共に、フィールド機器に出力電流を与える第１端子及び前記絶縁トランスのフィールド側巻線の一端に接続された共通端子と、
４線式フィールド機器からの入力電流が与えられる前記共通端子と第２端子と、
前記絶縁トランスのフィールド側巻線の他端と前記第１端子間に接続された整流手段と、
前記第１端子と前記第２端子間に接続された降電圧回路と、
を備え、
前記システム側ブロックは、
前記絶縁トランスのシステム側巻線に直流電源電圧を周期的に逆方向に印加するスイッチ手段と、
前記システム側巻線に流れる電流を検出する電流センサ手段と、
この電流センサ手段の電流検出値を前記マイクロプロセッサに渡すＡ／Ｄ変換器と、
前記マイクロプロセッサよりＤ／Ａ変換器を介して設定される電流値を、前記システム側巻線に与える定電流回路と、
を備え、
前記マイクロプロセッサは、前記電流値を制御することにより当該装置を電流入力装置または電流出力装置とすることを特徴とする電流入出力装置。
【請求項５】
前記降電圧回路は、前記第１端子の電位を、ほぼ前記共通端子の電位にレベルシフトさせて前記第２端子に与えることを特徴とする請求項４に記載の電流入出力装置。
【請求項６】
前記マイクロプロセッサは、前記絶縁トランスのシステム側巻き線に印加される電圧を取得し、これよりトランス励磁電流を算出し、前記Ａ／Ｄ変換器の出力値または前記Ｄ／Ａ変換器の出力値を補正する演算を実行することを特徴とする請求項４乃至５のいずれかに記載の電流入出力装置。
【請求項７】
１個の前記システム側ブロックに対して、複数個の絶縁トランスを介して複数チャンネルの前記フィールド側ブロックが接続されたことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の電流入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールド機器が接続されるフィールド側ブロックとマイクロプロセッサを備えるシステム側ブロックとが絶縁トランスを介して接続され、前記フィールド機器から前記フィールド側ブロックに入力する電流を前記システム側ブロックで検出し、さらには、前記システム側ブロックの設定電流を前記フィールド側ブロックに接続されたフィールド機器に出力する電流入力装置および電流入出力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロセス制御では、２線式フィールド機器または４線式フィールド機器から伝送される４−２０ｍＡ等の電流を入力し、またはフィールド機器に４−２０ｍＡ等の電流を出力する電流入力装置、電流出力装置等が使用される。
【０００３】
この電流入力装置、電流出力装置は、フィールド機器に直接接続されるフィールド側ブロックと、マイクロプロセッサを備えるシステム側ブロックとが絶縁手段を介して接続される形態をとる。
【０００４】
図８は、従来の電流入力装置の構成例を示す機能ブロック図である。
フィールド側ブロック１０とシステム側ブロック２０が、絶縁トランスを内蔵する絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ３０及びフォトカップラ４０で接続されている。
【０００５】
フィールド側ブロック１０は、第１端子１１、共通端子１２、第２端子１３を備え、第１端子１１と共通端子１２間に２線式フィールド機器５０が接続され、あるいは、第２端子１３と共通端子１２間に４線式フィールド機器６０が接続され、４−２０ｍＡの電流Ｉ１を入力する。
【０００６】
フィールド側ブロック１０内では、共通端子１２と第２端子１３間に接続された電流検出抵抗１４（抵抗値Ｒｓ＝２５０Ω）に、共通端子１２を介して２線式フィールド機器５０または４線式フィールド機器６０からの電流Ｉ１が流れ、Ｖｓ＝Ｉ１・Ｒｓ（１−５Ｖ）の電圧が発生する。
【０００７】
２線式フィールド機器５０は、外部電源を必要とするので、絶縁ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の２次側から得られる直流電圧Ｖａ（２４Ｖ）を、第１端子１１に供給される。
【０００８】
電流検出抵抗１４に発生する電圧Ｖｓは、電圧基準１５を有するＡ／Ｄ変換器１６でディジタル変換され、発振回路１７を有する送信回路１８によりシリアル通信でフォトカップラ４０を駆動する。
【０００９】
システム側ブロック２０内では、直流電源２１が絶縁ＤＣ／ＤＣインバータ３０の１次側に接続される。フォトカップラ４０を介してシリアル通信で伝送されるディジタル信号は、受信回路２２で受信されてマイクロプロセッサ２３に入力される。
【００１０】
図には記載していないが、フィールド側ブロック１０のＡ／Ｄ変換器１６等の電子回路を動作させるために、３Ｖや５Ｖ等の安定した電源を別途準備する必要がある。
【００１１】
図９は、従来の電流出力装置の構成例を示す機能ブロック図である。
システム側ブロック２０のマイクロプロセッサ２３からディジタル設定される電流指令は、発振回路２４を有する送信回路２５でシリアル変換され、フォトカップラ４０´を介してフィールド側ブロック１０にシリアル通信で伝送される。
【００１２】
フィールド側ブロック１０では、フォトカップラ４０´を介してシリアル通信で伝送される電流指令を受信回路１８´で受信し、電圧基準１５´を有するＤ／Ａ変換器１６´でアナログ電圧の電流設定値Ｖｓに変換する。
【００１３】
フィールド機器６０は、第１端子１１と共通端子１２間に接続される。第２端子１２は、定電流回路を構成する電流制御用ＦＥＴＱ１のドレイン・ソースを介して電流検出抵抗１４に接続されている。
【００１４】
電流設定値Ｖｓと電流検出抵抗１４（Ｒｓ）に発生する電圧の差を増幅するＯＰアンプＱ２の出力によりＦＥＴＱ１のゲート電位を制御することで、Ｉ１＝Ｖｓ／Ｒｓの出力電流Ｉ１（４−２０ｍＡ）をフィールド機器６０に供給する。
【００１５】
図には記載していないが、フィールド側ブロック１０のＤ／Ａ変換器１６´等の電子回路を動作させるために、３Ｖや５Ｖなどの安定した電源を別途準備する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開５−１３４７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来構成の電流入力装置、電流出力装置では、小型安価な２線式／４線式フィールド機器対応の電流入出力装置の要求に対して次のような問題がある。
（１）電流入力装置の場合、フィールド側ブロック１０には、Ａ／Ｄ変換器、電圧基準、発振回路、送信回路、フォトカップラ等の構成要素を実装する必要があり、コストや実装面積の点で不利である。
【００１８】
（２）電流出力装置の場合、フィールド側ブロック１０には、フォトカップラ、受信回路、Ｄ／Ａ変換器、電圧基準、定電流回路等の構成要素を実装する必要があり、コストや実装面積の点で不利である。
【００１９】
本発明の目的は、絶縁してシステム側ブロックと結合するフィールド側ブロックの構成を極めてシンプルにでき、２線式／４線式フィールド機器に対応できる小型で低コストの電流入出力装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）フィールド機器が接続されるフィールド側ブロックとマイクロプロセッサを備えるシステム側ブロックとが絶縁トランスを介して接続され、前記フィールド機器から前記フィールド側ブロックに入力する電流を前記システム側ブロックで検出する電流入力装置において、
前記フィールド側ブロックは、
２線式フィールド機器からの入力電流が与えられる第１端子及び前記絶縁トランスのフィールド側巻線の一端に接続された共通端子と、
４線式フィールド機器からの入力電流が与えられる前記共通端子と第２端子と、
前記絶縁トランスのフィールド側巻線の他端と前記第１端子間に接続された整流手段と、
前記第１端子と前記第２端子間に接続された降電圧回路と、
を備え、
前記システム側ブロックは、
前記絶縁トランスのシステム側巻線に直流電源電圧を周期的に逆方向に印加するスイッチ手段と、
前記システム側巻線に流れる電流を検出する電流センサ手段と、
この電流センサ手段の電流検出値を前記マイクロプロセッサに渡すＡ／Ｄ変換器と、
を備えたことを特徴とする電流入力装置。
【００２１】
（２）前記降電圧回路は、前記第１端子の電位を、ほぼ前記共通端子の電位にレベルシフトさせて前記第２端子に与えることを特徴とする（１）に記載の電流入力装置。
【００２２】
（３）前記マイクロプロセッサは、前記絶縁トランスへの印加電圧を取得し、これよりトランス励磁電流を算出し、前記Ａ／Ｄ変換器の出力値または前記Ｄ／Ａ変換器の出力値を補正する演算を実行することを特徴とする（１）乃至（２）のいずれかに記載の電流入力装置。
【００２３】
（４）フィールド機器が接続されるフィールド側ブロックとマイクロプロセッサを備えるシステム側ブロックとが絶縁トランスを介して接続され、前記フィールド機器から前記フィールド側ブロックに入力する電流を前記システム側ブロックで検出し、または、前記システムブロック側の設定電流を前記フィールド側ブロックに接続されたフィールド機器に出力する電流入出力装置において、
前記フィールド側ブロックは、
２線式フィールド機器からの入力電流が与えられると共に、フィールド機器に出力電流を与える第１端子及び前記絶縁トランスのフィールド側巻線の一端に接続された共通端子と、
４線式フィールド機器からの入力電流が与えられる前記共通端子と第２端子と、
前記絶縁トランスのフィールド側巻線の他端と前記第１端子間に接続された整流手段と、
前記第１端子と前記第２端子間に接続された降電圧回路と、
を備え、
前記システム側ブロックは、
前記絶縁トランスのシステム側巻線に直流電源電圧を周期的に逆方向に印加するスイッチ手段と、
前記システム側巻線に流れる電流を検出する電流センサ手段と、
この電流センサ手段の電流検出値を前記マイクロプロセッサに渡すＡ／Ｄ変換器と、
前記マイクロプロセッサよりＤ／Ａ変換器を介して設定される電流値を、前記システム側巻線に与える定電流回路と、
を備え、
前記マイクロプロセッサは、前記電流値を制御することにより当該装置を電流入力装置または電流出力装置とすることを特徴とする電流入出力装置。
【００２４】
（５）前記降電圧回路は、前記第１端子の電位を、ほぼ前記共通端子の電位にレベルシフトさせて前記第２端子に与えることを特徴とする（４）に記載の電流入出力装置。
【００２５】
（６）前記マイクロプロセッサは、前記絶縁トランスへの印加電圧を取得し、これよりトランス励磁電流を算出し、前記Ａ／Ｄ変換器の出力値または前記Ｄ／Ａ変換器の出力値を補正する演算を実行することを特徴とする（４）乃至（５）のいずれかに記載の電流入出力装置。
【００２６】
（７）１個の前記システム側ブロックに対して、複数個の絶縁トランスを介して複数チャンネルの前記フィールド側ブロックが接続されたことを特徴とする（４）乃至（６）のいずれかに記載の電流入出力装置。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）電流入力装置として動作させる場合、フィールド側ブロック１０には、従来装置のようにＡ／Ｄ変換器、電圧基準、発振回路、送信回路、フォトカップラ等の構成要素を実装する必要がなく、極めてシンプルな構成により、コスト低減及び小型化に貢献することができる。
【００２８】
（２）電流出力装置として動作させる場合でも、フィールド側ブロック１０には、従来装置のようにフォトカップラ、受信回路、Ｄ／Ａ変換器、電圧基準、対電流回路等の構成要素を実装する必要がなく、コスト低減及び小型化に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を適用した電流入力装置の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】フィールド側ブロック内に実装される降電圧回路の一実施例を示す回路構成図である。
【図３】２線式フィールド機器から電流を入力する場合の動作を説明する波形図である。
【図４】４線式フィールド機器から電流を入力する場合の動作を説明する波形図である。
【図５】本発明を適用した電流入出力装置の実施例を示す機能ブロック図である。
【図６】フィールド機器に電流出力する場合の動作を説明する波形図である。
【図７】本発明を適用した電流入出力装置の更に他の実施例を示す機能ブロック図である。
【図８】従来の電流入力装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図９】従来の電流出力装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。
本発明の基本構成は、２線式フィールド機器５０または４線式フィールド機器６０が接続されるフィールド側ブロック１００と、マイクロプロセッサを備えるシステム側ブロック２００とが、絶縁トランス３００を介して接続された形態をとる。
【００３１】
図１は、本発明の電流入力装置の構成を示しており、２線式フィールド機器５０または４線式フィールド機器６０からフィールド側ブロック１００に入力する電流Ｉ１を、絶縁トランス３００を介してシステム側ブロック２００で検出する。
【００３２】
フィールド側ブロック１００は、２線式フィールド機器５０からの入力電流が与えられる第１端子１０１及び絶縁トランス３００のフィールド側巻線３０１の一端（中点タップ）に接続された共通端子１０２と、共通端子１０２を介して４線式フィールド機器６０からの入力電流が与えられる第２端子１０３とを備える。
【００３３】
更に、フィールド側ブロック１００は、絶縁トランス３００のフィールド側巻線３０１の他端（両端）と第１端子間１０１間に、全波整流手段を形成するダイオードＤ１，Ｄ２が接続され、第１端子１０２と第２端子１０３間に降電圧回路１０４が接続されている。
【００３４】
システム側ブロック２００は、絶縁トランス３００のシステム側巻線３０２に直流電源２０１の電圧Ｅを周期的に逆方向に印加するスイッチ手段２０２、このスイッチ手段２０２を周期的に切替えるための発振回路２０３を備える。
【００３５】
更に、システム側ブロック２００は、絶縁トランス３００のシステム側巻線３０２に流れる電流Ｉ２を検出する電流センサ手段を構成する電流検出抵抗２０４（抵抗値Ｒｓ）と、この電流センサ手段の電流検出値Ｖｓをマイクロプロセッサ２０５に渡すＡ／Ｄ変換器２０６と、このＡ／Ｄ変換器２０６に対する電圧基準２０７を備える。
【００３６】
絶縁トランス３００として、フィールド側巻線３０１とシステム側巻線３０２の巻線比が正確に１：１で漏洩磁束の小さいものを使用すれば一般的なトランスの原理から、システム側巻線３０２に流れる電流Ｉ２は、フィールド側巻線３０１に与えられる電流Ｉ１に等しくなる。従って電流検出抵抗２０４に発生する電圧Ｖｓにより、Ｉ１の電流値を検出することができる。
【００３７】
図２は、フィールド側ブロック１００内に実装される降電圧回路１０４の一実施例を示す回路構成図である。降電圧回路１０４の機能は、４線式フィールド機器６０からの電流Ｉ１を、共通端子１０２を介して第２端子１０３に受けるために、整流手段（ダイオードＤ１，Ｄ２）が接続されている第１端子１０１の電位を、ほぼ共通端子１０２の電位（０Ｖ）にレベルシフトさせて第２端子１０３に与える。
【００３８】
降電圧回路１０４は、ダーリントン接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４で構成され、トランジスタＱ３のベースに抵抗Ｒ１を介して共通端子１０２の電位Ｖｂが入力され、共通コレクタが第１端子１０１に接続され、トランジスタＱ４のエミッタが第２端子１０３に接続される。
【００３９】
ダーリントン接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４のベース・エミッタ間の電圧降下により、第２端子１０２の電位は０Ｖより所定値負側にシフトされる。
【００４０】
図３は、２線式フィールド機器５０からの電流を入力する場合の動作を説明する波形図である。図３（Ａ）は、２線式フィールド機器５０からの入力電流Ｉ１を周期的に４ｍＡと２０ｍＡに交互に変更した場合の波形を示す。
【００４１】
図３（Ｂ）は第１端子１０１の電圧Ｖａの波形、図３（Ｃ）は共通端子１０２の電圧Ｖｂの波形、図３（Ｄ）はシステム側ブロック２００の電流検出抵抗２０４の電圧Ｖｓの波形である。ここでは、フィールド側の電圧基準に電圧Ｖｂを取り、“０”と表現している。入力電流Ｉ１の４ｍＡと２０ｍＡの変更に対応して、電圧Ｖｓは１Ｖと５Ｖに変更され、入力電流Ｉ１の電流値が正しくシステム側ブロックで測定できていることが分かる。
【００４２】
図４は、４線式フィールド機器６０から電流を入力する場合の動作を説明する波形図である。図４（Ａ）は、４線式フィールド機器６０からの入力電流Ｉ１を周期的に４ｍＡと２０ｍＡに交互に変更した場合の波形を示す。
【００４３】
図４（Ｂ）は第１端子１０１の電圧Ｖａの波形、図４（Ｃ）は第２端子１０３の電圧Ｖcの波形、図４（Ｄ）はシステム側ブロック２００の電流検出抵抗２０４の電圧Ｖｓの波形である。入力電流Ｉ１の４ｍＡと２０ｍＡの変更に対応して、電圧Ｖｓは１Ｖと５Ｖに変更され、入力電流Ｉ１の電流値が正しくシステム側ブロックで測定できていることが分かる。
【００４４】
共通端子１０２が０Ｖであるのに対して、第２端子１０３の電圧Ｖｃは負の電位になっており、４線式伝送器６０を接続するのに適する。また電圧Ｖｂと電圧Ｖｃの電位差は入力電流Ｉ１の電流値によって若干しか変動しておらず、電流源である４線式伝送器６０の定電流性が弱く出力インピーダンスが十分に高くない場合にも誤差が出にくい。
【００４５】
図５は、本発明を適用した電流入出力装置の実施例を示す機能ブロック図である。この実施例の特徴は、図１で示した電流入力装置の機能に電流出力装置の機能を追加した構成にある。
【００４６】
フィールド側ブロック１００の構成は、図１の構成と同一であり付加的な要素はないが、電流出力の場合には負荷となるフィールド機器６０は、第１端子１０１と共通端子１０２間に接続され、第２端子１０３は使用されないあそび端子となる。
【００４７】
システム側ブロック２００に付加される要素は、絶縁トランス３００のシステム側巻線３０２の中点と電流検出抵抗２０４間に挿入された、ＦＥＴＱ５とＯＰアンプＱ６よりなる定電流回路である。この定電流回路の動作原理は、図９の従来装置で示したＦＥＴＱ１とＯＰアンプＱ２よりなる定電流回路と同一である。
【００４８】
電流出力装置として動作する場合には、第１端子１０１と共通端子１０２間に定電流を受ける負荷機器を接続し、マイクロプロセッサ２０５は、Ｄ／Ａ変換器２０８を介してＯＰアンプＱ６に電流設定値Ｖｄを出力する。ＯＰアンプＱ６はこの電流設定値Ｖｄと電流検出抵抗２０４からのフィードバック電圧Ｖｓの偏差を増幅してＦＥＴＱ５を流れる電流Ｉ２を制御するので、Ｉ１＝Ｉ２＝Ｖｄ／Ｒｓとなる。
【００４９】
電流入力装置として動作する場合には、第１端子１０１と共通端子１０２間に２線式フィールド機器を接続し、もしくは、第２端子１０３と共通端子１０２間に４線式フィールド機器を接続し、マイクロプロセッサ２０５は、これらのフィールド機器が入力する電流Ｉ１に対して（Ｖｄ／Ｒｓ）＞Ｉ１と設定してＦＥＴＱ５を導通モードとする。
【００５０】
このように、本発明によれば、電流出力の機能を追加する場合でも、フィールド側ブロック１００の構成を変更することなく、システム側ブロックに定電流回路を追加するのみで電流出力装置を実現することが可能である。更に、電流入力と電流出力の切換えも電流設定値Ｖｄの値の変更だけで実現できる。
【００５１】
図６は、フィールド機器に電流出力する場合の動作を説明する波形図である。図６（Ａ）は、マイクロプロセッサ２０５によりＤ／Ａ変換器２０８の電流設定値Ｖｄを周期的に１Ｖと５Ｖに交互に変更した場合の波形を示す。
【００５２】
図６（Ｂ）は第１端子１０１の電圧Ｖａの波形、図６（Ｃ）は出力電流Ｉ１の波形である。ここで、電流検出抵抗２０４（抵抗値Ｒｓ）は、２５０Ωとしている。電流設定値Ｖｄの１Ｖと５Ｖの変更に対応して出力電流Ｉ１の値は５ｍＡと２０ｍＡに変更され、正しくＩ１の電流値が設定されていることが分かる。
【００５３】
次に、電流入力装置として動作する場合の励磁電流に起因する誤差の補正につき説明する。図１において、フィールド側ブロック１００の電流入力が“０”の場合でも、絶縁トランス３００の１次側であるシステム側巻線３０２に流れる電流は“０”ではない。これは１次側巻き線に交互に印可する電圧により励磁電流が流れるためである。
【００５４】
このために、励磁電流分を差し引いてフィールド側巻線３０１の電流値を算出する必要がある。これは製造出荷時にオフセットやゼロの調整をすることで実現されるが、励磁電流の大きさが調整時の値からずれてしまった場合には測定誤差となる。
【００５５】
励磁電流値は絶縁トランスへの印加電圧、絶縁トランスのインダクタンス、発振回路によるスイッチ手段の切り替え時間に依存する。ここでは、絶縁トランスへの印可電圧の変動の影響を軽減する方法について述べる。
【００５６】
図１に示す基本回路の構成で、電流検出抵抗２０４（Ｒｓ）での電圧降下をＶｓとすると、Ｅ−Ｖｓが絶縁トランス３００に印加されている電圧であり、励磁電流はこれに比例する。製造調整時に比例係数を記録しておき、実使用時のＥ−Ｖｓにこれ適用することで電流測定精度の向上をはかることができる。
【００５７】
更に、電流出力装置として動作する場合の励磁電流に起因する誤差の補正につき説明する。図５の構成においてＡ／Ｄ変換器２０９を追加し、ＦＥＴＱ５のドレイン電圧を測定してマイクロプロセッサ２０５に通知することで、絶縁トランスにかかる電圧Ｖ＝Ｅ−Ｖｅを測定してトランス励磁電流分の誤差補正を行うことができる。
【００５８】
マイクロプロセッサ２０５は、Ａ／Ｄ変換器２０９を介してＦＥＴＱ５のドレイン電圧Ｖｅを監視し、励磁電流が多くなる条件下即ち電圧値Ｖｅが低い場合には、Ｄ／Ａ変換器２０８に与える設定値を増加させて励磁電流分を補う。また、Ｖｅの電圧が極端に低くなることを監視すれば、電流を出力している負荷抵ＲＬの断線を検出することができる。
【００５９】
入力電流の測定や出力電流の変更の時間間隔が長く取れる場合には、マルチプレクサ構成とすることが可能である。本発明の電流入出力装置では、電圧基準、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等は全てシステム側ブロック２００の電位にあるため、マルチプレクサ化が容易である。
【００６０】
図７は、本発明を適用した電流入出力装置の更に他の実施例を示す機能ブロック図である。１個のシステム側ブロック２００に対して、複数個の絶縁トランス３００ａ〜３００ｎを介して複数チャンネルのフィールド側ブロック１００ａ〜１００ｎが接続されている。
【００６１】
システム側ブロック２００では、複数個の絶縁トランス３００ａ〜３００ｎのシステム側巻線の夫々に、直流電源、スイッチ手段、発振回路、電流検出抵抗、定電流回路が接続されている。
【００６２】
入力側にセレクタを備えたＡ／Ｄ変換器２０６、出力側にホールド回路を備えたＤ／Ａ変換器２０８を採用することで、これら変換器とマイクロプロセッサ２０５と、電圧基準２０７を共通部品とすることができ、複数チャンネルを持つ絶縁型の電流入出力装置を安価に構成することが可能である。
【００６３】
次に、低消費電力化について説明する。システム側ブロック２００の直流電源２０１に求められる電圧Ｅは、使用モードや動作状況によって異なる。消費電力をさげるために以下の操作をすることが有効である。
【００６４】
（１）電流入力モード：
フィールド機器の接続が４線式の場合には、フィールド機器に電源を供給する必要はないので、第１端子１０１と共通端子１０２間の電圧Ｖａを高くする必要はない。Ｖａの電圧が高いと降電圧回路１０４での消費電力が多くなるため逆に悪い方向となる。これを回避するために、システム側ブロックの直流電源の電圧Ｅを下げる。
【００６５】
（２）電流出力モード：
図５において、フィールド機器の等価負荷抵抗ＲＬが小さい場合には、第１端子１０１と共通端子１０２間の電圧Ｖａが低くても必要な電流を流すことができる。システム側ブロックの定電流回路を構成するＦＥＴＱ５での消費電力を減らすために、Ｖｅ−Ｖｓを監視し、必要以上に大きい場合には、システム側ブロックの直流電源の電圧Ｅを下げる。
【００６６】
図５で説明した実施例は、図１に示した電流入力機能のみを持つ電流入力装置に、電流出力機能を追加した構成を示したが、電流出力機能のみを備える装置とすることも可能である。
【符号の説明】
【００６７】
５０  ２線式フィールド機器
６０  ４線式フィールド機器
１００  フィールド側ブロック
１０１  第１端子
１０２  共通端子
１０３  第２端子
１０４  降電圧回路
Ｄ１，Ｄ２  整流用ダイオード
２００  システム側ブロック
２０１  直流電源
２０２  スイッチ手段
２０３  発振回路
２０４  電流検出抵抗
２０５  マイクロプロセッサ
２０６  Ａ／Ｄ変換器
２０７  電圧基準
３００  絶縁トランス
３０１  フィールド側巻線
３０２  システム側巻線
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図３】
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【図４】
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