(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度制御機能付きのフィールド機器であって、
前記フィールド機器の内部部品を封入する１つのハウジングと、
熱源と、
前記ハウジング内に設けられて前記フィールド機器の内部温度を検出する温度センサと、
前記ハウジング内に設けられ、前記熱源に供給される電力を調節することによって前記内部温度を制御するコントローラと、
レギュレータを含み、前記レギュレータにおいて前記熱源及び前記コントローラが接続された端子ブロックと
を備え、
前記コントローラは、前記内部温度に応じ、前記レギュレータを介し前記熱源への前記電力を調節することを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
前記端子ブロックは、前記ハウジング内に設けられ、前記コントローラをプロセス制御システムに接続することを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項３】
前記端子ブロックは、前記ハウジング外に設けられ、前記レギュレータを含む外部制御ブロックと、前記ハウジング内に設けられた内部端子ブロックとからなり、前記内部端子ブロックは、前記コントローラを前記外部制御ブロックとプロセス制御システムとに接続することを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項４】
前記熱源は、直接的な熱結合により前記フィールド機器に熱を供給することを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項５】
前記直接的な熱結合は、前記熱源を受け入れるための受容部を備えることを特徴とする請求項４に記載のフィールド機器。
【請求項６】
プロセス・パラメータ用のセンサ・モジュールを更に備え、
前記センサ・モジュールは、前記フィールド機器内に装着されていることを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項７】
前記センサ・モジュールは圧力センサからなることを特徴とする請求項６に記載のフィールド機器。
【請求項８】
前記フィールド機器の少なくともプロセス接液部を覆う封入容器を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項９】
内部温度制御機能を有する伝送器であって、
１つのハウジングと、
前記ハウジング内に設けられてプロセス・パラメータを検出する一次センサ・モジュールと、
前記ハウジング内に設けられて前記伝送器の内部温度を検出する温度センサと、
前記伝送器を加熱するためのヒータと、
前記内部温度に応じて前記ヒータに供給する電力を調節することにより、前記内部温度を制御するコントローラと、
レギュレータを含み、前記レギュレータにおいて前記ヒータ及び前記コントローラが接続された端子ブロックと
を備え、
前記コントローラは、前記ハウジング内に設けられ、前記内部温度に応じ、前記レギュレータを介し前記ヒータへの前記電力を調節することを特徴とする伝送器。
【請求項１０】
前記端子ブロックは、前記ヒータに供給される電力を調節するための前記レギュレータに前記コントローラを接続すると共にプロセス制御システムに前記伝送器を接続する内部端子ブロックであることを特徴とする請求項９に記載の伝送器。
【請求項１１】
前記端子ブロックは、
前記ヒータに供給される電力を調節するための前記レギュレータに前記コントローラを接続する外部制御ブロックと、
前記外部制御ブロック及びプロセス制御システムに前記コントローラを接続する内部端子ブロックと
を備えることを特徴とする請求項９に記載の伝送器。
【請求項１２】
前記一次センサ・モジュールは圧力センサからなることを特徴とする請求項９に記載の伝送器。
【請求項１３】
前記一次センサ・モジュールは流量センサからなることを特徴とする請求項９に記載の伝送器。
【請求項１４】
前記ヒータは前記伝送器に直接的に熱結合されることを特徴とする請求項９に記載の伝送器。
【請求項１５】
前記伝送器の少なくともプロセス接液部を覆う封入容器を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の伝送器。
【請求項１６】
プロセス計測又はプロセス制御のためのフィールド機器の内部温度制御方法であって、
前記フィールド機器に熱的に結合されたヒータを用いて前記フィールド機器を加熱する工程と、
前記フィールド機器の１つのハウジング内に設けられた温度センサを用いて内部温度信号を発生する工程と、
前記内部温度信号に応じて前記ヒータを前記ハウジング内にて制御する工程と
を備え、
前記ヒータを制御する工程では、前記ヒータに対する電力を調節するレギュレータに制御信号を供給し、
前記制御信号は、前記フィールド機器の前記ハウジング内に設けられた端子ブロックを介して前記レギュレータに供給されることを特徴とするフィールド機器の内部温度制御方法。
【請求項１７】
前記ヒータ、及び、前記フィールド機器の少なくともプロセス接液部を封入容器を用いて封入する工程
を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載のフィールド機器の内部温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してプロセス計測及び制御のためのフィールド機器に関し、特に低温異常から更に直接的に保護するための統合温度制御を行うフィールド機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィールド機器は、例えば圧力、温度、及び流量などの流体のパラメータを計測し、制御する広い範囲のプロセス管理機器を含んでいる。フィールド機器は、製造業、炭化水素処理、大量の流体処理、食物及び飲料の調理、水や空気の配分、環境制御、並びに精密化学、接着剤、樹脂、薄膜、及び熱可塑性物質の利用を含む広範な分野において極めて有用なものとなっている。
【０００３】
フィールド機器は、プロセス・パラメータを計測又は検出するために構成される伝送器と、上記パラメータを変更又は制御するために構成されるコントローラとを備える。伝送器は流体パラメータを検出するセンサ・モジュールを備え、センサ・モジュールは、例えば、プロセス圧力の特性を示すアナログ電圧又は電流信号を発生する圧力変換器である。また、センサ・モジュールには、温度センサ、流量センサ、ＰＨセンサ、液面センサ、及び、他のプロセス変量及び流体パラメータを検出し又は特性を示す他の様々なセンサが含まれる。
【０００４】
伝送器とは異なり、コントローラは、単にプロセス・パラメータの特性を示すのではなく、制御モジュールを利用し、プロセス・パラメータを変更したり、プロセス・パラメータに影響を及ぼしたりする。制御モジュールは、通常は所望の流量を得られるようなバルブの位置を定めるのに用いるアナログ電流出力のような、パラメータの目標値を示す制御出力を生成する。また、制御モジュールには、温度コントローラ、圧力レギュレータ、液面コントローラなどのプロセス制御機器が含まれる。
【０００５】
より汎用化されたフィールド機器には、圧力／温度伝送器や他のマルチセンサ伝送器の他に、検出と制御との両方の機能を備えた統合流量コントローラが含まれる。更に、フィールド機器は、例えば、複数の関連する圧力、温度、液面レベル、及び流量の測定と調整を同時に行う静圧タンクゲージシステムのように、検出及び制御機能を兼ね備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィールド機器は、環境条件又は日光照射の変化に起因する温度異常、及び、高温流体又は低温流体などによるプロセス関連の影響を含む様々な環境からの影響に曝されることが多い。特に低温異常は伝送器及びコントローラの応答性を悪化させ、例えばＡ／Ｄ（アナログからデジタル）変換器、又はＤ／Ａ（デジタルからアナログ）変換器のようなフィールド機器に組み込まれた電子機器のずれ、ドリフト、又は信号ノイズを生じる可能性がある。極度の低温はフィールド機器の誤作動や故障をもたらすおそれがある。
【０００７】
従って、フィールド機器を取り囲む環境の制御はフィールド機器を設計する上で考慮すべき重要事項である。特に、封入容器は、太陽光及び他の放射エネルギー源からフィールド機器を保護するために一般的に使用され、低温異常から保護するためにヒータが付加されることが多い。既存の加熱技術及び加熱制御技術は、残念ながらやや間接的であり、電力消費量の増大、及び容器の全体寸法の増大といった問題が生じる。この結果コストが増大し、特に遠隔利用又はアクセスが制限される利用となる場合に設置自由度の減少を招く。従って、より直接的な温度制御を可能とし、フィールド機器の設置寸法及び全体効率における影響を低減する、フィールド機器を取り囲む環境の改良された制御技術が引き続き必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、温度制御機能付フィールド機器に関する。フィールド機器は、１つのハウジング、熱源、内部温度センサ、コントローラ、及び端子ブロックを備える。ハウジングは、フィールド機器の温度センサ及びコントローラを含む内部部品を封入する。
温度センサはフィールド機器の内部温度を検出し、コントローラは熱源に供給される電力を調節することにより内部温度を制御する。端子ブロックは、レギュレータを含み、このレギュレータにおいて熱源及びコントローラが接続され、コントローラは、内部温度に応じ、レギュレータを介し熱源への電力を調節する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】専用端子ブロックを用いた一実施形態に係る温度制御機能付フィールド機器を示した概略断面図である。
【図２】図１に示す専用端子ブロックの概略図である。
【図３】外部制御ブロックを用いた一実施形態に係る図１のフィールド機器を示した概略断面図である。
【図４】図３に示す外部制御ブロックの概略図である。
【図５】直接的に熱結合された発熱素子を用いた一実施形態に係る図１のフィールド機器を示した概略断面図である。
【図６】ハウジング及び封入容器を組み合わせて用いた一実施形態に係る図５のフィールド機器を示した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、温度制御機能付フィールド機器１０と封入容器１１とを示した概略断面図である。フィールド機器１０は、ハウジング１２、フィールド・モジュール１３、電子基板１４、端子ブロック１５、及び内部温度センサ１６を備える。本実施形態では、端子ブロック１５は、フィールド機器１０へ供給される熱を調整するため、及び、図２に示す配線によってフィールド機器１０をプロセス制御システムに接続するための専用端子ブロックである。
【００１１】
ハウジング１２は、金属、若しくは耐久性プラスティックなどの耐久性のある材料、又はこれらの材料の組み合わせから製造される。ハウジング１２は、フィールド・モジュール１３、電子基板１４、端子ブロック１５、及び内部温度センサ１６を含む内部部品を仕切って固定するための内部取付構造を有して構成されている。また、ハウジング１２は、内部部品を覆い、湿気、及び腐食性又は爆発性の薬品などの有害な環境条件から遮断すると共に、加工機械、工具、落下物、及び他の潜在的危険物との接触から保護する。
【００１２】
図１の具体的な実施形態では、フィールド・モジュール１３は、圧力などのプロセス・パラメータを測定するように構成された一次センサ・モジュール（又はプロセス・パラメータ・センサ・モジュール）であり、フィールド機器１０は伝送器として示されている。別の実施形態では、フィールド・モジュール１３は、プロセス・パラメータを制御するように構成された制御モジュールであり、フィールド機器１０はコントローラとして示されている。更なる実施形態では、フィールド・モジュール１３は、複数のセンサ及び制御装置から構成されることにより、上述したように更なる汎用化が図られる。いくつかの実施形態では、伝送器という用語は、フィールド機器１０のプロセス接液部品とは無関係にハウジング１２及びハウジング１２の内部部品を表すのに使用され、又は、これに代えて、構造がどうであれ、汎用化されたフィールド機器を表す総称として使用される。
【００１３】
代表的な実施形態では、ハウジング１２は、図１に示すように、端子カバー１７、伝送器カバー１８、電線管接続部１９、及び銘板２０を備え、フィールド機器１０をパイプ、計器取付部、支持ブラケット、又は他の構造体に取り付けるための外部取付部（又は取付構造体）２１を有している。いくつかの実施形態では、ハウジング１２は、フィールド機器／伝送器１０を導圧管２３又はプロセス流体を収容する他の構造体に結合するための継手ナット２２を更に備えている。これらの実施形態では、センサ・モジュール１３は、フィールド機器１０の近傍の圧力などのプロセス・パラメータを導圧管２３内で検出する。継手ナット２２を継手、又は継手組立体、又はフィールド機器１０にプロセス流体を流通可能とする他の結合要素に置き換えても良い（例えば図４参照）。
【００１４】
一実施形態では、フィールド機器１０は、３０５１シリーズの圧力伝送器であって、ミネソタ州、チャンハッセンのエマソン・プロセス・マネージメント社のローズマウント社から入手可能である。或いは、フィールド機器１０は、他の伝送器若しくはコントローラ、又はより汎用化されたフィールド機器であっても良い。これらの代替実施形態では、ローズマウント社及び他の販売業者から入手可能なプロセス計測装置及び制御装置が広範囲に亘ることからわかるように、フィールド機器１０の特徴は多様である。
【００１５】
また、電子基板１４の具体的な位置及び外形形状は、単なる一例である。様々な実施形態では、電子基板１４は、フィールド機器１０を制御するためのコントローラ又はマイクロプロセッサ、フィールド機器１０とプロセス制御システムとの間を通信するＩ／Ｏ（入力／出力）インターフェイス、及び、以下に述べるように、ヒータ２７を制御するためのヒータ・コントローラを含む様々な回路素子を備えている。
【００１６】
フィールド機器１０とプロセス制御システムとの間の通信は、各センサ信号に代表される出力、各制御モジュールの各目標値に代表される入力、及び他のプロセス監視データ及び制御データから構成される。これらの通信は、限定はしないが、標準アナログ（４〜２０ｍＡ）プロトコル、ＨＡＲＴ（登録商標）通信のようなハイブリッド・アナログ−デジタル・プロトコル、及び、フィールドバスファウンデーション（商標）及びＰＲＯＦＩ（登録商標）ＢＵＳ又はＰＲＯＦＩ（登録商標）ＮＥＴのようなデジタル計測・制御プロトコルを含む様々なプロトコルを利用する。
【００１７】
プロセス通信は、標準のアナログ回線、データバス、及び他のプロセス管理通信ハードウェアを組み合わせて行われる。いくつかの実施形態では、通信は、赤外線（ＩＲ）式、光学式、ＲＦ（電波）式及び、同じくローズマウント社から入手可能な１４２０無線ゲートウェイ又は３０５１Ｓ無線伝送器のようなＨＡＲＴ（登録商標）通信に基づくシステムを含む他の無線の通信手段を利用する。
【００１８】
端子ブロック１５は、ヒータ２７を電源装置に接続し、フィールド機器１０に供給される熱を調節する。図１の実施形態では、端子ブロック１５は図１に示すようにフィールド機器１０内に設置された専用端子であって、図２に示すような接続が行われる。別の実施形態では、図３及び図４に示すように、端子ブロック１５は標準的な内部端子ブロックであって、フィールド機器１０は外部制御ブロックを用いている。
【００１９】
フィールド機器１０の内部には内部温度センサ１６が設けられている。内部温度センサ１６は内部温度に応じてセンサ信号を発生することによりフィールド機器の内部の特性を示す。種々の実施形態では、内部温度センサ１６は、熱電対、ＲＴＤ（測温抵抗素子）などの温度センサから構成され、フィールド機器１０の内部構造に適合した特定の形状を有している。
【００２０】
いくつかの実施形態では、温度センサ１６はフィールド機器１０を取り囲む環境の制御のための専用内部温度センサである。これらの実施形態では、内部温度センサ１６は、フィールド機器１０内の様々な場所に位置するように構成可能であり、フィールド機器１０において影響を受けやすい領域に近い内部温度を検出し、又はその特性を示すことにより、直接的に内部環境（温度）を制御する。内部温度センサ１６は、フィールド機器１０において凍結、凝縮、温度依存粘性の影響が懸念されるプロセス接液領域の近くに設置可能であり、又は、代わりにフィールド・モジュール１３又は電子基板１４のような温度に依存する内部部品の近くに設置可能である。
【００２１】
別の実施形態では、内部温度センサ１６は温度補償のための補正信号も供給する。更なる実施形態では、内部温度センサ１６はフィールド機器の内部温度に限らず、プロセス流体の温度の特性を示す一次センサ・モジュールでもある。これらの実施形態では、温度センサ１６の位置は追加機能に少なくとも部分的に依存したものとなる。
封入容器１１は、金属若しくは耐久性プラスティック、又はこれらを組み合わせた耐久性材料から構成されている。いくつかの実施形態では、封入容器１１は、機械的保護を実現するための剛性を有している。他の実施形態では、封入容器１１は軟質性若しくは可塑性のある保護材料、又は、硬質材料と軟質又は可塑性材料とを組み合わせた材料から構成されている。
【００２２】
封入容器１１は、周囲の気象条件、及びプロセスに関連する温度異常からフィールド機器１０を保護するためにフィールド機器１０の少なくとも一部を覆う。封入容器１１はヒータ２７によってフィールド機器１０を低温異常及び最低温度から保護する。いくつかの実施形態では、封入容器１１は、太陽光及び別の放射熱源からフィールド機器１０を遮蔽することにより高温異常から保護する。更なる実施形態では、封入容器１１は、爆発性、腐食性、又は別の有害性を有する雰囲気からフィールド機器１０を保護する。
【００２３】
封入容器１１は、フィールド機器１０の周囲に密閉空間を形成し、熱的、機械的、電気的に隔離することによってフィールド機器１０を保護する。いくつかの実施形態では、封入容器１１はフィールド機器１０の実質的にすべてを覆い又は封入し（図１及び３参照）、別の実施形態では、容器１１はフィールド機器１０の一部だけを覆い又は封入する（図５参照）。
【００２４】
封入容器１１は、一般に、フィールド機器１０を封入し、保護した上で当該容器を取り付けるための取り付け構造を有している。また、封入容器１１は、一般に、導圧管２３やその他のプロセス接続用のアクセス・ポートをプロセス・ポート２４に有すると共に、ヒータ電源コード２５用のアクセス・ポートを電力ポート２６に有しており、更に、回線用、ＲＦアンテナ用、無線式ＩＲ機器用、又はプロセス制御システムとの通信を行うその他の手段用の追加ポートを備えている。
【００２５】
ヒータ２７は、電力を熱エネルギーに変換することにより封入容器１１及びフィールド機器１０を加熱する熱源である。図１に示すように、ヒータ２７は、封入容器１１内を対流する空気又は別の流体を介してフィールド機器１０を間接的に加熱する対流式ヒータである。
別の実施形態では、ヒータ２７は、図５について以下に述べるように、熱伝導によってフィールド機器１０を加熱する直結型熱源である。これらの実施形態の一部では、ハウジング１２は、フィールド機器のハウジング及び恒温容器としての機能を併せ持つ。これらの実施形態では、図６について以下に述べるように別個の封入容器１１は要しない。
【００２６】
フィールド機器１０に供給される熱は、ヒータ２７の熱出力を調節することによって調整又は制御される。この場合に、ヒータ２７の熱出力は、調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ及びＲｅｇ−Ｂを介して定められ、未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ及びＰｗｒ−Ｂの電圧及び電流を制限することによって調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ及びＲｅｇ−Ｂの調整が行われる。
図１に示すように、未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ及びＰｗｒ−Ｂは、電力ポート２６に設けられたヒータ電源コード２５から端子ブロック１５に接続される。調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ及びＲｅｇ−Ｂは端子ブロック１５からヒータ２７に接続される。電子基板１４に載置されたヒータ・コントローラは、内部温度センサ１６によって検出された内部温度に応じ、端子ブロック１５におけるヒータ電力を調節する。
【００２７】
更に具体的には、内部温度センサ１６はフィールド機器１０内の内部温度を検出する。ヒータ・コントローラ（電子基板１４として示される）は、内部温度に応じ、端子ブロック１５におけるヒータ電力供給を調整する。内部温度が所定の最小値を超えているときは、ヒータ２７に電力は供給されず、フィールド機器１０に熱は供給されない。内部温度が前記最小値以下に降下したときには、封入容器１１及びフィールド機器１０に電力が供給され、フィールド機器１０が曝され得る最小温度を制限することによって低温異常からフィールド機器１０を保護する。
【００２８】
図２は、図１に具体化されたフィールド機器１０の専用端子ブロック１５Ａを示す概略図である。専用（内部）端子ブロック１５Ａは、フィールド機器１０内に設けられ、以下の図３及び４に示すような外部制御ブロック及び標準的な内部端子ブロックを用いた形態とは別のものである。
一般に、端子ブロック又は制御ブロックはブロック本体３１と複数の端子接続部から構成される。ブロック本体３１は一般に絶縁プラスティック、絶縁樹脂、若しくは絶縁充填材、又はこれらの組み合わせから構成される。ブロック本体３１は、端子接続部を支持すると共に、端子ブロックをフィールド機器、容器、又はその他の構造体に取り付けるための取り付け構造を備える。
【００２９】
図２の具体的な実施形態では、専用端子ブロック１５Ａは、ヒータ２７と電源との間、及び電子基板１４とプロセス制御システム用回線との間の端子接続を行う。具体的には、専用端子ブロック１５Ａは、ヒータ電源に接続される未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ，Ｂの接続と、ヒータ２７に接続される調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ及びＲｅｇ−Ｂの接続とを行う。また、専用端子ブロック１５Ａは、回線Ｌｏｏｐ−Ａ及びＬｏｏｐ−Ｂから電子基板１４として示されるＩ／Ｏインターフェイスへの接続を行う。或いは、専用端子ブロック１５Ａは、上述したように、デジタル制御バス又は無線通信機器へのプロセス制御用の接続を行う。
【００３０】
一般に、電子基板１４は、フィールド機器１０内の複数の電子部品から構成される。これら電子部品にはプロセス制御システムに接続されるＩ／Ｏインターフェイス、及び、フィールド機器を制御するためのフィールド機器コントローラ又はマイクロプロセッサが含まれる。更に、電子基板１４は、フィールド機器１０の内部温度に応じてヒータ２７を制御するヒータ・コントローラとしても機能する。
【００３１】
図２の実施形態では、電子基板１４は、フィールド機器とヒータ・コントローラとを統合して構成され、一次フィールド・モジュール用信号処理機能を提供し、Ｉ／Ｏインターフェイスを介したプロセス制御システムとの通信を管理し、また、ヒータ２７に対する電力供給を調節することによってフィールド機器１０の温度を制御する。
このような統合コントローラの実施形態では、フィールド機器１０は外部のヒータ・コントローラを更に要することはない。これにより、構成の複雑化及びコストを低減し、信頼性を高め、全電力消費を低減することができる。
【００３２】
ヒータ２７は、概してＡＣヒータであり、ヒータ２７には、未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ及びＰｗｒ−Ｂが５０〜６０Ｈｚ及び１００〜２４０Ｖの範囲の標準的なＡＣ電力が供給される。別の実施形態では、ヒータ２７はＤＣヒータ又はより汎用的な熱源であり、未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ及びＰｗｒ−Ｂは、おおよそ６Ｖ、１２Ｖ、２４Ｖ、又はヒータ２７に適合する他の電圧のＡＣ又はＤＣ電力の何れかを供給する。更なる実施形態では、ヒータ２７は専用の接地接続部（図示しない）のための接地線を使用する。
【００３３】
ヒータ・コントローラは、端子ブロック１５Ａにおけるレギュレータ３２を介して調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ及びＲｅｇ−Ｂの電力を調節し、フィールド機器１０に供給する熱を制御する。レギュレータ３２は、ＡＣ又はＤＣ電力レギュレータであり、制御信号、すなわち参照（Ｒｅｆ）信号Ｈ／Ｃに従い、調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ及びＲｅｇ−Ｂにおける電圧又は電流を制限する。このときの制御信号は内部温度センサ１６によって生成される内部温度信号Ｔの関数である。
【００３４】
図２に示す具体的な実施形態では、レギュレータ３２は、戻りの未調整電力線Ｐｗｒ−Ｂを調整済電力線Ｒｅｇ−Ｂに直接に接続した状態で、非接地側の未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ（入）の電圧又は電流を調節することにより、調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ（出）の電力を形成している。しかし、図２に示す具体的な接続状態は単なる一例にすぎない。別の実施形態では、未調整電力線Ｐｗｒ−Ｂ側で調整が行われ、更なる実施形態では、未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ及びＰｗｒ−Ｂの両方で調整が行われる。また、上述したように専用接地線又は接地接続部が使用されることもある。
【００３５】
レギュレータ３２は、端子ブロック１５Ａの近くに示されているが、この位置も単なる一例であり、いくつかの実施形態では、レギュレータ３２は端子ブロック１５Ａに設けられ、或いは、組み込まれる。また、別の実施形態では、レギュレータ３２は端子ブロック１５Ａから遠く離れて設けられる。遠く離れて設ける実施形態では、ヒータ・コントローラは、レギュレータ３２への追加の端子接続を経由し、或いは、別の遠く離れて設けられた電圧又は電流コントローラに対する追加の端子接続を経由して、端子ブロック１５Ａ（又は外部制御ブロック）における電力を調節する。
【００３６】
ヒータ２７への電力はフィールド機器１０の内部温度に応じて調節されることから、外部温度センサを利用した他のシステムに比べ温度制御がより直接的に行われる。これにより、制御入力は問題となる実際の温度をより的確に表すものとなることから、フィールド機器１０は更に効果的に、効率良く低温異常から保護される。特に、フィールド機器１０に供給される熱は、フィールド機器１０に対応する直接的な内部温度信号ではなく封入容器１１に対応する間接的な外部温度信号に依存した別のシステムよりも更に直接的に調節される。
【００３７】
図３は、外部制御ブロック１５Ｂを採用した一実施形態におけるフィールド機器１０を示す概略断面図である。フィールド機器１０は、上述したように、ハウジング１２、一次フィールド・モジュール１３、電子基板１４及び内部温度センサ１６を備える。図１の実施形態とは異なり、図３は、専用（内部）端子ブロック１５Ａの代わりに標準的な内部端子ブロック１５Ｃを有するフィールド機器１０を示し、ヒータ２７に対する電力供給は外部制御ブロックにおいて調節される。
【００３８】
図３の外部制御ブロックを有した実施形態では、端子ブロック構造は、外部制御ブロック１５Ｂ及び内部端子ブロック１５Ｃの両方から構成され、外部制御ブロック１５Ｂは、内部センサ１６によって検出される内部温度に応じ、ヒータ２７への電力供給を調節するために用いられ、内部端子ブロック１５Ｃは、ヒータ／フィールド機器統合コントローラを外部制御ブロック１５Ｂ及びプロセス制御システムに接続するために用いられる。このようにして、上述したような直接的な温度制御の利点が確保される。しかし、図３の実施形態では、電力接続は、フィールド機器１０の内部ではなくフィールド機器１０の外部に設けられた外部制御ブロック１５Ｂにおいて行われる。
【００３９】
この実施形態では、未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ及びＰｗｒ−Ｂは、電力ポート２６の電源コード２５から外部制御ブロック１５Ｂに接続され、調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ及びＲｅｇ−Ｂは外部制御ブロック１５Ｂからヒータ２７に接続される。このようにして、何れの電力線（調整済又は未調整）もフィールド機器１０に接続されず、フィールド機器を通過することもない。こういった構成は、直下に述べるように、有害な環境下におけるフィールド機器１０の作動に有利である。
【００４０】
図４は、図３に具現化されたフィールド機器１０における外部制御ブロック１５Ｂの概略図である。この実施形態では、外部制御ブロック１５Ｂは、前述したようなブロック本体３１、並びに、未調整電力線Ｐｗｒ−Ａ及びＰｗｒ−Ｂ、調整済電力線Ｒｅｇ−Ａ及びＲｅｇ−Ｂ、及び制御信号Ｈ／Ｃのための複数の端子接続部から構成されている。例えば回線Ｌｏｏｐ−Ａ及びＬｏｏｐ−Ｂのようなプロセス制御の接続は外部制御ブロック１５Ｂには行われない。代わりに、上述のとおり図３に示すように、プロセス制御システムは、標準的な内部端子ブロック１５Ｃを介してフィールド機器１０に接続される。
【００４１】
図４の外部制御ブロックの構成は、信号ノイズの増大、又は、スパーク、ショート、及び他の電気的障害を生じることがあるヒータ供給線電圧からフィールド機器１０を隔離する。また、未調整電力線は、特に、標準の１１０〜２４０ＶのＡＣ線の電力、又はＤＣ線の電圧が有害環境基準を超えたときには、安全保証を脅かすおそれが生じる。また、外部制御ブロック構造とすることにより、ヒータ・コントローラ線Ｈ／Ｃのための端子接続部を備えていれば、標準的な端子ブロックをフィールド機器１０の内部に使用することが可能となる。
【００４２】
図２の専用端子ブロックを用いる場合のように、外部制御ブロック１５Ｂは、外部温度ではなく内部温度に応じてヒータ２７を調節することによって、より直接的な温度制御を行う。また、電子基板１４は、従来の標準的な外部コントローラから置き換えて、引き続き統合コントローラとして構成することも可能である。
いくつかの実施形態では、外部制御ブロック１５Ａ及び電力レギュレータ３２は、図３に示すように封入容器内に設けられる。別の実施形態では、外部制御ブロック１５Ａ及び電力レギュレータ３２は熱源２７内に構成される。これらの実施形態では、熱源２７は、熱制御線Ｈ／Ｃ又は別の制御線に対する制御入力によって調節された熱源を構成し、別個に調節部品を要しない。
【００４３】
図５は、直接的に熱結合された発熱素子２７を採用した一実施形態のフィールド機器１０を示す概略断面図である。本実施形態では、フィールド機器１０は、上述したように、ハウジング１２、一次フィールド・モジュール１３、及び電子基板１４を備えている。図１及び３の完全封入した実施形態とは異なり、図５は部分的に封入した実施形態を示し、この実施形態では封入容器１１は少なくともフィールド機器１０のプロセス接液部を覆うが、フィールド機器１０のすべてを覆う必要はない。
【００４４】
図５に示すように、ハウジング１２は、上述したように、端子カバー１７、伝送器カバー１８，電線管接続部１９、及び銘板２０から構成されるが、継手ナット２２（図１参照）の代わりに継手組立体４０を備える。継手組立体４０は、様々な形状をなし、継手アダプタ４３の有無にかかわらず、ドレン／ベント、及び他のバルブ又はプロセス接続部４２を設けるための、同一平面内にある継手組立体、又はバルブ・マニホールドを備えている。ハウジング１２を構成する他の部品と同様に、これらの部材も実施形態によって変化する。代表的な構成の範囲であれば、ローズマウント社及び別の販売業者から入手可能である。
【００４５】
一般に、封入容器１１は、フィールド機器１０が曝され得る低温異常をヒータ２７が規制するような内部環境制御領域を提供する。完全封入（完全被覆）の実施形態では、実質的にフィールド機器の全体が封入容器１１によって保護され、例えば導圧管のようなプロセス流体を収容する構造にまで保護が及ぶことがある。部分封入（部分被覆）の実施形態では、封入容器１１は、図５に示すように、一般にフィールド機器１０の少なくともプロセス接液部を覆い、凍結、及び過剰な粘性を有する状態のプロセス液からフィールド機器１０を保護する。或いは、封入容器１１は、温度の影響を受けやすい電子部品の領域を覆い、温度に起因する影響から保護し、或いは、封入容器１１は、フィールド機器１０の別の重要領域を覆い、低温による別の影響から当該重要領域を保護する。
【００４６】
図５に示すように、フィールド機器１０は専用端子ブロック１５を備え、外部制御ブロックは要しない。このような構成は、図２に示すブロック接続部を備えた図１の構成に対応している。別の実施形態では、フィールド機器１０は、ヒータ制御接続部を有する標準的な内部端子ブロックを備え、図３及び４に示すように外部制御ブロックを有している。また、熱源２７は、内部で制御されるヒータであり、上述したような外部制御ブロックを備えている。
【００４７】
図５の直接的に加熱を行う実施形態では、ヒータ２７は、ＡＣ若しくはＤＣヒータ、又は、様々な形状及び配置に構成可能な一般的な抵抗熱素子からなる汎用の熱源である。一実施形態では、熱源２７は、発熱抵抗帯のような柔軟性のある抵抗型ヒータであり、機械的な結合部材を用いフィールド機器１０と熱的に結合するように、例えば近くにある銘板２０又は継手組立体４４などに取り付けられている。別の実施形態では、熱源２７は、棒状、又は様々な特定の外形形状を有する別の発熱抵抗体であり、例えばバルブ・マニホールド又は継手に設けられた受容部４４など、継手組立体４０に形成された凹所、受容部、くぼみ、又はキャビティを介してフィールド機器１０に熱的に結合される。これら実施形態では、熱源２７とフィールド機器１０との熱結合を高め、フィールド機器１０の受容部４４において熱源２７を機械的に取り付けるために、エポキシ樹脂などの材料が使用されることもある。
【００４８】
図１及び３に示すような対流加熱を行う実施形態とは異なり、図５に示すような直接的に結合された熱源２７は、フィールド機器１０に対する直接的な熱結合が得られる。これにより、フィールド機器１０を取り囲む環境のより直接的な制御が可能となり、システム設計における自由度が高まる。特に、熱源２７とフィールド機器１０との間の直接的な熱結合によって、熱源２７は、熱（温度エネルギー）を封入容器１１の内部に間接的に供給するのではなく、フィールド機器１０に直接的に供給することができるため、温度制御を更に効率的に行うことができる。
【００４９】
更に、直接的に結合された熱源２７は、プロセス接液部又は温度の影響を受けやすい内部部品の近くなど、フィールド機器１０の重要部位に配置可能である。これにより、間接的な対流加熱又は放射加熱に依存した従来の構成よりも、低温異常に対する保護をより迅速な応答で更に効果的に行うことができる。特に、直接的に熱結合された熱源２７は、最初に封入容器１１を加熱することによってフィールド機器を間接的に加熱するのではなく、フィールド機器１０に直接熱を供給するものである。また、直接的な熱結合は、熱損失が低減されるため、温度制御を更に効率的に行い、熱源２７の所要電力を低減することができる。
【００５０】
図６は、ハウジング１２と封入容器１１とを組み合わせて使用した実施形態におけるフィールド機器１０を示した概略断面図である。本実施形態では、ハウジング１２は、上述したように一次フィールド・モジュール１３及び電子基板１４を囲い、図１、３及び５に示すような封入容器１１の役割を更に担う。
図６は、ハウジング１２が一体化されたフィールド機器用のハウジング及び封入容器としての役割を担うことを示す。このように統合されたハウジング／封入容器の実施形態においては、ハウジング１２がフィールド機器を封入すると共に、直接的に結合された熱源２７によって供給された熱を保持することによって低温異常から内部部品を保護する。
【００５１】
いくつかの実施形態では、熱源２７は、図６に示すように、バルブ・マニホールド又は継手組立体において直接的に結合されている。別の実施形態では、熱源２７は、フィールド機器１３、電子基板１４、端子ブロック１５、又は、フィールド機器の別の内部部品に近接してハウジング１２内に配置されることにより、フィールド機器１０に直接的に熱結合されている。このように統合されたハウジング／封入容器の各実施形態では、より簡素化され、小型化され、効率化された温度制御構造を得ることができ、封入容器を別個に要しない。
【００５２】
図１〜６に示すように、より直接的な温度制御を行うことにより、温度制御されるフィールド機器の設計自由度が大幅に高まる。これらの効果は、フィールド機器が遠隔設置されてアクセスが制限され、電力消費がかなり懸念されるような場合、又は、従来の設計では効率的な配備を行う上で単に大きすぎるような場合に特に有効である。特に、内部温度センサに基づく内部環境の制御によって、電力消費が低減され、別々に設けられるかなりの数のヒータ・コントローラ素子が削減されるため、生産及び設備のコストを低減しつつ、効率性と信頼性が増大する。また、より直接的な熱制御を行うことにより、封入容器の所要寸法を低減することもでき、いくつかの実施形態では、別個の封入容器の必要性を完全に排除することができる。
【００５３】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明したが、使用される用語は詳細な説明を目的とするものであり、これらに限定するものではない。当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更が外形及び詳細構成において可能であることは理解できよう。
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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