(57)【要約】【課題】  ＰＶ値が０％以上のときは２線式のフィールド計器の駆動電力には寄与せず、余剰電力として出力のトランジスタで電力消費しており、この余剰電力は２線式のフィールド計器として何ら付加機能を与えないという課題がある【解決手段】  負荷側から出力端を介して伝送電流の供給を受けると共に物理量を測定してこれに対応するように先の伝送電流を変換して先の負荷側に伝送する２線式のフィールド計器において、先の伝送電流の一部で回路電源を賄うと共に先の伝送電流の他の部分を用いて蓄電器を充電する充電手段を具備するようにしたものである。【選択図】                    図１
2006323476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷側から出力端を介して伝送電流の供給を受けると共に物理量を測定してこれに対応するように前記伝送電流を変換して前記負荷側に伝送する２線式のフィールド計器において、前記伝送電流の一部で回路電源を賄うと共に前記伝送電流の他の部分を用いて蓄電器を充電する充電手段を具備することを特徴とするフィールド計器。
【請求項２】
前記蓄電器からの電力を周辺回路の電源として用いることを特徴とする請求項１記載のフィールド計器。
【請求項３】
前記充電手段での充電状態が入力され、その結果により周辺回路を動作させるか否かを判定する判定手段を具備することを特徴とする請求項１記載のフィールド計器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷側から出力端を介して伝送電流の供給を受けると共に物理量を測定してこれに対応するように前記伝送電流を変換して前記負荷側に伝送する２線式のフィールド計器に係り、特に伝送電流の一部を有効に活用して機能を向上させるように改良されたフィールド計器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２に後述の特許文献１の図６に記載された従来の２線式伝送器の構成を示す。この場合の２線式伝送器（２線式のフィールド計器）は渦流量計の例である。１０は負荷側に設けられた直流電源であり、この直流電源１０に直列に負荷抵抗１１が接続され、これらで構成された直列回路は、端子Ｔ１、Ｔ２、伝送線Ｌ１、Ｌ２を介して２線式伝送器１２の出力の端子Ｔ１‘、Ｔ２’にそれぞれ接続されている。
【０００３】
この端子Ｔ１‘、Ｔ２’にはダイオードＤ１、トランジスタＱ１、抵抗Ｒ１、帰還抵抗Ｒ２が直列に接続されている。ダイオードＤ１のカソードとトランジスタＱ２のコレクタとの接続点Ａと、抵抗Ｒ１と帰還抵抗Ｒ２との接続点Ｂとの間には抵抗Ｒ３とツエナダイオードＤ２との直列回路が接続されている。
【０００４】
さらに、抵抗Ｒ３の両端にはトランジスタＱ２のコレクタとベ一スが接続されそのエミッタとツエナダイオードＤ２のカソードとの間に1次電圧Ｖ１を得ている。1次電圧Ｖ１は増幅器１３を付勢しこの増幅器１３の出力でトランジスタＱ１のべ一ス電圧を制御する。
この増幅器１３の入力端には、1次電圧Ｖ１で付勢された信号処理回路１４の出力が印加されると共に帰還抵抗Ｒ２の両端に発生する帰還電圧Ｖｆが印加され、センサ側とはこれにより絶縁される。
【０００５】
また、この１次電圧は直流的に絶縁してセンサ側の信号処理回路１７を付勢するための直流電圧Ｖｄ１を供給する電源回路１６に印加されている。その入力端子はＴ３、Ｔ４、出力端子はＴ５、Ｔ６である。この信号処理回路１７の入力端には、例えば、測定流量に対応して発生するカルマン渦の数をこれに対応する電圧信号に変換するセンサ１８からの渦信号が印加されている。
【０００６】
次に、以上のように構成された２線式伝送器１２の動作についてその概要を説明する。測定流量に対応してセンサ１８で発生した渦信号は信号処理回路１７でノイズなどが除去されて絶縁回路１５に供給される。絶縁回路１５ではこの信号処埋回路１７のアナログ出力をパルス信号に変換してトランスを介して直流的に絶縁し、これを再び電圧信号に変換して信号処理回路１４に出力する。
【０００７】
増幅器１３はこの信号処理回路１４の出力と帰還電圧Ｖｆとの偏差を演算してその出力電圧でトランジスタＱ１のべ一ス電流を制御して、伝送電流Ｉ０が信号処理回路１４の出力に一致するように制御する。伝送電流Ｉ０は、例えば、渦流量０％が４ｍＡで１００％が２０ｍＡになるように選定されている。
【０００８】
一方、この伝送電流Ｉ０の一部４ｍＡで２線式伝送器１２の回路電源を賄うこととなるが、この電源は電源回路１６で負荷１１側とセンサ１８側とを直流的に絶縁して回路で使用する直流電圧Ｖｄを提供する。
【０００９】
つまり、このような従来の２線式伝送器は、基本的には最小電流４ｍＡで回路が動作するように設計されるので、伝送電流が２０ｍＡのときは、１６ｍＡ分の伝送電流が回路動作には不要なものとして出力段のトランジスタＱ１で消費させている。つまり、４ｍＡを超える伝送電流Ｉ０は余剰なものとして無駄に熱損失させていることになる。
【００１０】
この伝送電流を利用するものに、後述の非特許文献１に示すような２線式計器が提案されている。ここには、２線式計器において、メンテナンススイッチを設け、メンテナンスに際して、このメンテナンススイッチを押して出力の伝送電流を増加させ、計器の使用可能電流を増やすことにより、メンテナンス時に現場における表示・設定機能の操作性の向上、さらには診断機能の追加も可能なように機能の向上を図っている。
【００１１】
この他に、フィールド計器において、機能の向上を図るために、後述の特許文献２に示すような現場設置計器も提案されている。この現場設置計器は、内部に二次電池を充電する充電回路を持たせて、必要に応じて外部の補助装置から絶縁状態でこの二次電池に充電現場設置計器電力の導入が可能なようにしたものである。つまり、この現場設置計器は計器自身には充電のための電力発生手段を持たず、必要に応じて外部の補助装置より充電電力を導入するものである。
【００１２】
【特許文献１】特開平５−１６６０９３号公報
【特許文献２】特開平２００３−２９７１５３号公報
【非特許文献１】公技番号２００２―２４５（発明協会公開技報）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載された従来の２線式伝送器では、ＰＶ（プロセス変数）値に応じて伝送電流（４ｍＡ〜２０ｍＡ）を決定するが、２線式伝送器自体は（電源電圧×４ｍＡ）以下の消費電力で駆動する。つまり、４ｍＡ以上のときは２線式伝送器の駆動電力には寄与しない余剰電力として出力のトランジスタで電力消費しており、この余剰電力は２線式伝送器として何ら付加機能を与えないという課題がある。
【００１４】
また、非特許文献１に記載された従来の２線式計器では、伝送電流を利用して機能向上を図るものであるが、メンテナンス時のみ伝送電流を利用するものであり、しかも特別な操作である切替操作が必要であり、限定的な機能向上である欠点がある。
【００１５】
更に、特許文献２に記載された従来の現場設置計器では、内部に二次電池を充電する充電回路を持たせて必要に応じて外部の付加装置である補助装置からこの二次電池を充電する現場設置計器であり、別途、補助装置を必要とする欠点がある。
【００１６】
そこで、本発明は、２線式のフィールド計器（２線式伝送器）自体の駆動には寄与しない余剰電力を用いて、特別な操作或いは付加装置等を必要とせずに機能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
負荷側から出力端を介して伝送電流の供給を受けると共に物理量を測定してこれに対応するように先の伝送電流を変換して先の負荷側に伝送する２線式のフィールド計器において、先の伝送電流の一部で回路電源を賄うと共に先の伝送電流の他の部分を用いて蓄電器を充電する充電手段を具備することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、先の蓄電器からの電力を周辺回路の電源として用いることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、  先の充電手段での充電状態が入力され、その結果により周辺回路を動作させるか否かを判定する判定手段を具備するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１に記載の発明によれば、２線式のフィールド計器自体の駆動には寄与しない自己の余剰電力を用いて充電手段により内蔵の蓄電池を充電し、この充電電力を用いることにより、特別な操作或いは付加装置等を必要とせずに、付加機能を追加することができる効果がある。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、先の蓄電器から、多くの電力を必要とする周辺回路の電源として用いることができる効果がある。
【００２２】
更に、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、判定手段により、充電手段での充電状態を絶えず監視し、電力的に周辺回路を動作させ得るか否かを判定するようにしているので、安定した周辺回路の動作を確保することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下本発明について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る２線式のフィールド計器の一実施例を示す構成図である。図１において、センサ２０は、流量、圧力などの物理量を検出して電気信号に変換しセンサ信号ＳＳとして、２線式主回路２１に出力する。
【００２４】
２線式主回路２１は、内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）を搭載しており、センサ信号ＳＳに含まれるノイズなどを除去し、さらにスパン調整、ゼロ調整などの信号処理を行ってＰＶ値信号ＰＶとして、偏差増幅器２２の非反転入力端（＋）に出力する。
【００２５】
フィールド計器２３の端子Ｔ７、Ｔ８には、負荷側に設けられた直流電源１０と負荷抵抗１１が直列に接続されている。負荷抵抗１１は伝送電流Ｉ０を電圧に変換して電圧信号として検出している。
【００２６】
端子Ｔ７、Ｔ８の両端には、起動回路２４、出力トランジスタ２５のコレクタとエミッタ、帰還抵抗２６がこの順序で直列に接続されている。
【００２７】
偏差増幅器２２の反転入力端（−）には、伝送電流Ｉ０により帰還抵抗２６に発生した帰還電圧Ｖｆ２が印加され、偏差増幅器２２の出力端の電圧は出力トランジスタ２５のベースに印加されている。
【００２８】
そして、起動回路２４と出力トランジスタ２５のコレクタとの接続点Ｃと、帰還抵抗２６と出力トランジスタ２５のエミッタとの接続点Ｄとの間には、定電圧回路２７が接続されている。
【００２９】
定電圧回路２７は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）２８、スイッチ２９、演算増幅器３０，抵抗３１、抵抗３２、抵抗３３、及びツエナダイオード３４等で構成され、ＦＥＴ２８は接続点ＣにソースＳ、接続点ＤにドレインＤがそれぞれ接続されている。また、接続点Ｃと接続点Ｄとの間には、抵抗３１と抵抗３２の直列回路及び、抵抗３３とツエナダイオード３４の直列回路がそれぞれ接続されている。
【００３０】
そして、演算増幅器３０の非反転入力端（＋）は抵抗３１と抵抗３２との接続点に、演算増幅器３０の反転入力端（−）は抵抗３３とツエナダイオード３４との接続点に、演算増幅器３０の出力端とＦＥＴ２８のゲートＧとの間にはスイッチ２９が、それぞれ接続されている。
【００３１】
また、接続点Ｃと接続点Ｄとの間には、充電回路３５が接続されている。充電回路３５は、ＦＥＴ３６、ダイオード３７、蓄電器（２次電池を含む）としての充電コンデンサー３８、抵抗３９、抵抗４０、抵抗４１、ツエナダイオード４２、及びコンパレータ４３等で構成されている。
【００３２】
そして、接続点Ｃと接続点Ｄとの間には、ＦＥＴ３６とダイオード３７と充電コンデンサー３８の直列回路が接続され、更に充電コンデンサー３８の両端には抵抗３９と抵抗４０の直列回路が接続されている。また、接続点Ｃと接続点Ｄとの間には、抵抗４１とツエナダイオード４２の直列回路が接続されている。
【００３３】
コンパレータ４３の反転入力端（−）は抵抗３９と抵抗４０との接続点に、コンパレータ４３の非反転入力端（＋）は抵抗４１とツエナダイオード４２との接続点に、それぞれ接続されている。
【００３４】
そして、コンパレータ４３の出力端に現れる過電圧検知電圧Ｖ０でスイッチ４４の開閉を制御すると共に、インバータ４５を介してスイッチ２９の開閉をも制御する。更に、コンパレータ４３の出力端の過電圧検知電圧Ｖ０は２線式主回路２１にも印加されている。
【００３５】
また、スイッチ４４の一端は、ＦＥＴ３６のゲートＧに、スイッチ４４の他端は演算増幅器３０の出力端に接続されている。
【００３６】
更に、ダイオード３７と充電コンデンサー３８の接続点はダイオード４６を介して周辺回路４７の電源端に接続されている。そして、周辺回路４７は、２線式主回路２１からの判定信号Ｖｊにより電源制御される。
【００３７】
次に、以上のように構成された２線式のフィールド計器２３の動作について説明する。直流電源１０の投入当初は、直流電源１０→起動回路２４→定電圧回路２７→帰還抵抗２６→負荷抵抗１１→直流電源１０の経路により、伝送電流Ｉ０が流れて定電圧回路２７の両端に２線式主回路２１の電源電圧Ｖ２が発生する。
【００３８】
同時に、充電回路３５のツエナダイオード４２にも電流が流れてその両端にツエナ電圧Ｖｚ１が発生するが、充電コンデンサー３８の両端の電圧Ｖｃはゼロなので、コンパレータ４３の出力端の過電圧検知電圧Ｖ０はハイレベルＨになる。
【００３９】
このため、スイッチ４４はオンとなるが、この過電圧検知電圧Ｖ０のハイレベルＨがインバータ４５で反転されてローレベルＬとなるので、スイッチ２９はオフとなる。
【００４０】
また、直流電源１０の投入当初は定電圧回路２７の電源電圧Ｖ２が確立していないので、定電圧回路２７の演算増幅器３０の出力端はローレベルＬになっており、このためスイッチ４４を介して充電回路３５のＦＥＴ３６のゲートＧに、このローレベルＬが印加されてＦＥＴ３６はオフになっている。
【００４１】
次に、２線式主回路２１に印加された電源電圧Ｖ２により、２線式主回路２１が動作してＰＶ値信号ＰＶを出力する。そこで、偏差増幅器２２は、帰還電圧Ｖｆ２とこのＰＶ値信号ＰＶとの偏差を演算して、ＰＶ値信号ＰＶに対応するように出力電圧を出力トランジスタ２５のベースに印加して、ＰＶ値信号ＰＶに対応する伝送電流Ｉ０を流す。
【００４２】
伝送電流Ｉ０が流れることにより、定電圧回路２７の電源電圧Ｖ２が確立し、充電コンデンサー３８の充電電圧Ｖｃを抵抗３９，４０で分圧した分圧電圧が、コンデンサー３８の充停切替の基準を決める所定値であるツエナ電圧Ｖｚ１より低いときは、コンパレータ４３の出力である過電圧検知電圧Ｖ０はハイレベルＨであるので、スイッチ４４をオンとして、定電圧回路２７の演算増幅器３０によりＦＥＴ３６を制御し、充電コンデンサー３８に流れる充電電流を制御しながら充電する。
【００４３】
そして、この過電圧検知電圧Ｖ０のハイレベルＨ値は２線式主回路２１にも印加される。このときは、フル充電ではないので、２線式主回路２１は消費電力を考慮して周辺回路４７を動作させるか否かを判断するが、この判断結果は、２線式主回路２１に内蔵されているＣＰＵにより所定のプログラムを用いて、２線式主回路２１から判定信号Ｖｊとして周辺回路４７に出力され、この判定信号Ｖｊにより周辺回路４７の電源制御がなされる。
行う。
【００４４】
逆に、充電コンデンサー３８の充電電圧Ｖｃを抵抗３９，４０で分圧した分圧電圧が、充電コンデンサー３８の充停切替の基準を決める所定値であるツエナ電圧Ｖｚ１より高いときは、コンパレータ４３の出力はローレベルＬであり、このためスイッチ４４はオフとなり充電は停止され、充電コンデンサー３８の過充電が防止される。また、このときスイッチ２９は、インバータ４５によりレベル反転されＨレベルになっているので、オンになり、定電圧回路２７のＦＥＴ２８は演算増幅器３０により制御されてＦＥＴ２８に余剰電流が流される。
【００４５】
つまり、充電コンデンサー３８の充電電圧Ｖｃを抵抗３９，４０で分圧した分圧電圧が、所定値より低いときは、充電コンデンサー３８を充電しながら定電圧回路２７により定電圧制御され、所定値より高いときは充電が停止されて余剰電流がＦＥＴ２８を介してバイパスされながら定電圧回路２７により定電圧制御される。
そして、充電コンデンサー３８に充電された電力は、周辺回路４７で消費されるが、消費されれば過充電状態から抜けるので、再度充電される。
【００４６】
余剰電力を利用して充電コンデンサー３８に充電された電力は、周辺回路４７を駆動するために使用されるが、周辺回路４７としては、例えば、２線式のフィールド計器では消費電流が大きいので実装が困難とされている赤外線設定スイッチ、ＬＣＤのバックライト、大きな表示画面を持つドットマトリクスＬＣＤ、或いは今までよりもより多くのパラメータの待避ができるようにＥＥＰＲＯＭへのバックアップ等に利用可能となり、２線式計器に多くの機能を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】従来のフィールド計器の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  直流電源
１１  負荷抵抗
１２  ２線式抵抗器
１３  増幅器
１４  信号処理回路
１８、２０  センサ
２１  ２線式主回路
２２  偏差増幅器
２３  フィールド計器
２５  出力トランジスタ
２６  帰還抵抗
２７  定電圧回路
２８、３６  ＦＥＴ
３０  演算増幅器
３４、４２  ツエナダイオード
３５  充電回路
３８  充電コンデンサー
４３  コンパレータ
４７  周辺回路
【図１】
2006323476.tif 000003
【図２】
2006323476.tif 000004