(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部回路から２本の伝送線を介して電源の供給を受けると共にセンサの計測値に基づく伝送電流を前記外部回路に伝送する２線式伝送器であって、
前記伝送電流を制御する前記外部回路にシリーズ接続される出力回路と、
前記出力回路に接続された接続点の電圧を所定の電圧となるようにシャント電流を流して制御するシャントレギュレータ電源と、
前記シャント電流を検出して、このシャント電流と前記伝送電流とに基づいて前記２線式伝送器の消費電流を得る信号処理回路と、
を備え、
前記シャント電流は、前記接続点から流れ出す電流であり、
前記消費電流は、前記接続点から流れ出す電流であり、
前記伝送電流は、前記接続点に流れ込む電流であることを特徴とする２線式伝送器。
【請求項２】
前記信号処理回路は、この信号処理回路が検出した前記消費電流とこの消費電流の正常範囲とを比較して、前記２線式伝送器に異常を生じているか否かの診断を行うこと
を特徴とする請求項１記載の２線式伝送器。
【請求項３】
前記信号処理回路は、前記２線式伝送器の内部の温度を計測する温度計が計測した温度に対応する前記消費電流の正常範囲に基づいて、前記２線式伝送器に異常を生じているか否かの診断を行うこと
を特徴とする請求項２記載の２線式伝送器。
【請求項４】
前記信号処理回路は、前記２線式伝送器の異常を検出したときに、前記２線式伝送器の内部の湿度を計測する湿度計が計測した湿度の情報に基づいて、前記２線式伝送器の異常の原因が湿度であるか否かを判定すること
を特徴とする請求項２または３記載の２線式伝送器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２本の伝送線を介して外部回路から電源の供給を受けると共にセンサの計測値に基づいて伝送電流を伝送する２線式伝送器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２線式伝送器は外部回路から２本の伝送線を介して電源の供給を受けると共に４〜２０ｍＡの伝送電流を伝送するものである。図３は、従来の２線式伝送器の構成を示すブロック図である。この図の２線式伝送器１０１は外部回路１０２と伝送線Ｌ１およびＬ２で接続されている。外部回路１０２には２線式伝送器１０１の回路電源を供給するために必要な直流電源Ｅｂと受信抵抗Ｒ１とが直列に接続されている。また、外部回路１０２の端子Ｔ１、Ｔ２は伝送線Ｌ１、Ｌ２を介して２線式伝送器１０１の端子Ｔ３、Ｔ４に接続されている。
【０００３】
２線式伝送器１０１は、センサ１０３と信号処理回路１０４とＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）１０５と出力回路１０６と電源回路１０７と制御回路１０８とＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１０９とを備えて構成している。センサ１０３は圧力や流量等の物理量を電気信号に変換して、信号処理回路１０４に出力する。
【０００４】
信号処理回路１０４はこの電気信号に対してＥＥＰＲＯＭ１０５に記憶されている直線性補正値を読み込んで、信号処理を行う。そして、この信号処理された信号が出力回路１０６に出力される。なお、この信号はＬＣＤ１０９に対しても出力されて、この信号の値を表示することができるようになっている。
【０００５】
出力回路１０６は信号処理回路１０４からの信号に基づいて、伝送電流ｉ１を制御する。出力回路１０６は外部回路１０２に対してシリーズ（直列）で接続されており、２線式伝送器１０１の内部で使用可能な伝送電流（４ｍＡ〜２０ｍＡ）ｉ１に制限する。この制限された伝送電流ｉ１が出力回路１０６の出力側に流れる。
【０００６】
電源回路１０７は信号処理回路１０４が必要とする電圧（例えば、３ボルト）を供給する。制御回路１０８は抵抗Ｒ２と直列接続されており、これら制御回路１０８と抵抗Ｒ２とによりシャントレギュレータ電源を構成する。このシャントレギュレータ電源が出力回路１０６の出力側の電圧Ｖｂを制御している（例えば、Ｖｂ＝５ボルトとなるように制御している）。
【０００７】
以上のような２線式伝送器は厳しい環境・雰囲気下に設置されて使用されることが多い。このような過酷な環境下で長期に渡って運用すると、部品の経年変化を起こすとともに密閉劣化を招来し、２線式伝送器内部に腐食性ガスの侵入による腐食といったことが原因で伝送器の故障に至ることがある。
【０００８】
２線式伝送器１０１が突然故障することは、この２線式伝送器１０１が取り付けられている電気、ガス、水道、下水道、石油産業等のプラント設備等に安全上、経済上、多大な損失を与えることになる。このような問題に対して、特許文献１に電気回路ユニットが開示されている。この電気回路ユニットでは、温度センサと湿度センサの測定値と時間の関数の積算値を演算することにより、電気回路の寿命を予測している。
【０００９】
また、故障発生前にプロセス装置の故障を予測するための診断技術が特許文献２に開示されている。この特許文献２の技術では、零入力消費電流を測定して、この零入力消費電流の変化に基づいて、電子部品またはその他の故障があるかを予測して、オペレータに警告している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１７４６５２号公報
【特許文献２】特表２００７−５０１９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の電気回路ユニットは、温度および湿度に基づいて、電気回路の寿命を予測することができる点で有利な効果を奏する。ただし、２線式伝送器１０１の異常は部品の劣化や腐食等といったことでも発生するものであり、特許文献１の電気回路ユニットでは、これら部品の劣化や腐食等を要因とする異常の検出精度が低くなる。
【００１２】
特許文献２のプロセス装置では、零入力消費電流を測定して、この零入力消費電流に基づいて、電子部品の故障の予測を行っている。ただし、この特許文献２のプロセス装置では、同特許文献２の図３にも示されるように、シャントレギュレータ４−２０ｍＡ制御器は外部回路に対してシャント（並列）接続されており、伝送電流をシャントで流すような構成になっている。
【００１３】
一方、図３で説明したような２線式伝送器１０１は、伝送電流ｉ１を制御する出力回路１０６が外部回路１０２に対してシリーズ（直列）接続されており、伝送電流ｉ１をシリーズで流す構成になっている。従って、特許文献２のプロセス装置と図３のような２線式伝送器１０１とではその回路構成が大きく異なっている。
【００１４】
従って、伝送電流を制御する回路（特許文献２のシャントレギュレータ４−２０ｍＡ制御器）が外部回路に対してシャント接続されているプロセス装置で零入力消費電流を測定する手法を、伝送電流ｉ１を制御する出力回路１０６が外部回路１０２に対してシリーズ接続される図３のような２線式伝送器１０１に適用するためには、回路構成を大幅に変更することを余儀なくされる。
【００１５】
そこで、本発明は、外部回路に対してシリーズ接続される出力回路を用いて伝送電流を制御する２線式伝送器の劣化や腐食等の異常を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以上の課題を解決するため、本発明の２線式伝送器は、外部回路から２本の伝送線を介して電源の供給を受けると共にセンサの計測値に基づく伝送電流を前記外部回路に伝送する２線式伝送器であって、前記伝送電流を制御する前記外部回路にシリーズ接続される出力回路と、前記出力回路に接続された接続点の電圧を所定の電圧となるようにシャント電流を流して制御するシャントレギュレータ電源と、前記シャント電流を検出して、このシャント電流と前記伝送電流とに基づいて前記２線式伝送器の消費電流を得る信号処理回路と、を備え、前記シャント電流は、前記接続点から流れ出す電流であり、前記消費電流は、前記接続点から流れ出す電流であり、前記伝送電流は、前記接続点に流れ込む電流であることを特徴とする。
【００１７】
この２線式伝送器によれば、外部回路にシリーズ接続される出力回路を備える２線式伝送器の消費電流をシャント電流と伝送電流とに基づいて検出している。消費電流を検出することで、この検出した消費電流に基づいて、２線式伝送器の異常（或いは故障）を判定することができるようになる。
【００１８】
また、前記信号処理回路は、この信号処理回路が検出した前記消費電流とこの消費電流の正常範囲とを比較して、前記２線式伝送器に異常を生じているか否かの診断を行うことを特徴とする。
【００１９】
信号処理回路は、消費電流が正常であるときの範囲を正常範囲として、検出した消費電流が正常範囲外であるか否かに基づいて、２線式伝送器に異常を発生しているか否かの診断を行うことができる。
【００２０】
また、前記信号処理回路は、前記２線式伝送器の内部の温度を計測する温度計が計測した温度に対応する前記消費電流の正常範囲に基づいて、前記２線式伝送器に異常を生じているか否かの診断を行うことを特徴とする
【００２１】
消費電流は温度によって変化するため、低温のときの消費電流の正常範囲と高温のときの消費電流の正常範囲とは異なる。このため、信号処理回路は、温度に対応する正常範囲と検出した消費電流とを比較して異常の診断を行うことで、診断精度を向上させることができる。
【００２２】
また、前記信号処理回路は、前記２線式伝送器の異常を検出したときに、前記２線式伝送器の内部の湿度を計測する湿度計が計測した湿度の情報に基づいて、前記２線式伝送器の異常の原因が湿度であるか否かを判定することを特徴とする。
【００２３】
消費電流に基づいて検出される２線式伝送器の異常には湿度による腐食を要因とする場合もある。消費電流に基づいて異常が検出されたときには、湿度計を参照することで、検出した異常の原因が湿度であるか否かを判定できるようになる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、外部回路にシリーズ接続されている出力回路により伝送電流を制御する２線式伝送器の消費電流をシャント電流と伝送電流とに基づいて検出することで、２線式伝送器の劣化や腐食等の異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態の２線式伝送器のブロック図である。
【図２】変形例の２線式伝送器のブロック図である。
【図３】従来技術における２線式伝送器のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は実施形態の２線式伝送器１を示している。２線式伝送器１は外部回路２と伝送線Ｌ１、Ｌ２を介して接続されている。外部回路２の端子Ｔ１と２線式伝送器１の端子Ｔ３とが伝送線Ｌ１により接続されており、外部回路２の端子Ｔ２と２線式伝送器１の端子Ｔ４とが伝送線Ｌ２により接続されている。
【００２７】
２線式伝送器１は、外部回路２から電源の供給を受けると共に４〜２０ｍＡの伝送電流ｉ１を伝送する。外部回路２には２線式伝送器１の回路電源を供給するために必要な直流電源Ｅｂと受信抵抗Ｒ１とが直列に接続されている。また、２線式伝送器１は、センサ３と信号処理回路４とＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）５と出力回路６と電源回路７と制御回路８とＬＣＤ（Liquid Crystal Display）９とを備えて構成している。
【００２８】
センサ３は圧力や流量等の物理量を電気信号に変換する。センサ３はこの電気信号（センサ信号）を信号処理回路４に出力する。信号処理回路４は、不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ５から直線性補正値を読み込んで、センサ３からのセンサ信号に対して信号処理を行う。
【００２９】
この信号処理を行うことで、信号処理回路４は伝送電流ｉ１を制御する信号（伝送電流制御信号）を出力回路６に対して出力する。なお、この伝送電流制御信号はＬＣＤ９に対しても出力されており、表示装置としてのＬＣＤ９に伝送電流の値を表示させることができるようになっている。
【００３０】
出力回路６は、信号処理回路４が出力した伝送電流制御信号を入力して、伝送電流ｉ１を４〜２０ｍＡに制御する。出力回路６は外部回路２に対してシリーズ（直列）で接続されている。２線式伝送器１の内部で使用可能な電流は伝送電流ｉ１に制限されているため、出力回路６は外部回路２からの電流を伝送電流ｉ１で流すように制御している。
【００３１】
電源回路７は信号処理回路４が必要とする電圧（例えば、３ボルト）を供給する。この電圧に基づいて信号処理回路４は動作を行う。制御回路８は抵抗Ｒ２と直列接続されており、これら制御回路８と抵抗Ｒ２とによりシャントレギュレータ電源を構成する。このシャントレギュレータ電源は、出力回路６の出力側の電圧がＶｂとなるように制御している。例えば、電圧Ｖｂが５ボルトとなるように制御している。
【００３２】
図１に示すように、出力回路６の出力側にはセンサ３と電源回路７と制御回路８とが接続されている。センサ３は出力回路６の出力側の電圧Ｖｂ（例えば、５ボルト）に基づいて動作しており、このセンサ３に流れる電流をｉ２とする。また、信号処理回路４に必要な電圧（例えば、３ボルト）を供給する電源回路７に流れる電流をｉ３とする。さらに、シャントレギュレータ電源が制御のために抵抗Ｒ２に流す電流（シャント電流）をｉ４とする。
【００３３】
シャントレギュレータ電源を構成する抵抗Ｒ２は一端が制御回路８に接続されており、他端が接地されている（図中のＣＯＭ）。信号処理回路４にはＡＤＣ（アナログデジタル変換器）１１が設けられており、抵抗Ｒ２の制御回路８側の電圧がＶａとして入力される。ＡＤＣ１１は入力した電圧Ｖａをデジタル信号に変換して、信号処理回路４の内部で使用する。
【００３４】
以上が構成である。次に、動作について説明する。２線式伝送器１は、過酷な環境・雰囲気下に設置されて使用されることが多い。このような過酷な環境下に２線式伝送器１を設置した状態で長い時間が経過すると、部品の経年変化を起こすとともに密閉劣化等を招来し、２線式伝送器１の内部回路に腐食性ガスの侵入による腐食等といったことが原因で故障に至ることがある。
【００３５】
２線式伝送器１が突然故障することは、２線式伝送器１が取り付けられている電気、ガス、水道、下水道、石油産業等のプラント設備等に安全上、経済上、多大な損失を与えることがある。このために、２線式伝送器１に劣化や腐食等の異常が発生しているか否かを診断することは極めて重要である。この異常の診断を行うことで、予防保全のための警告を行うことができ、また異常時、故障時のフェイルセーフ動作を行うことができる。
【００３６】
図１に示すように、出力回路６は信号処理回路４から出力される伝送電流制御信号に基づいて、外部回路２から供給される電流を伝送電流ｉ１（４ｍＡ〜２０ｍＡ）に制御する。この出力回路６により伝送電流ｉ１が制御された後に、出力回路６の出力側は３つの電流ｉ２、ｉ３、ｉ４に分岐する。よって、以下の式（１）が成立する。
ｉ１＝ｉ２＋ｉ３＋ｉ４・・・（式１）
【００３７】
これらの電流ｉ１〜ｉ４のうち、電流ｉ２はセンサ３で消費され、電流ｉ３は信号処理回路４、ＥＥＰＲＯＭ５、ＬＣＤ９で消費される。よって、２線式伝送器１の消費電流は「ｉ２＋ｉ３」となる。なお、シャント電流ｉ４は、シャントレギュレータ電源が電圧Ｖｂに制御するために抵抗Ｒ２に流す余剰の電流になるため、２線式伝送器１の消費電流を構成しない。前述した式（１）のシャント電流ｉ４を左辺に移行すると、以下の式（２）となる。
ｉ２＋ｉ３＝ｉ１−ｉ４・・・（式２）
【００３８】
このうち、伝送電流ｉ１は信号処理回路４が出力する伝送電流制御信号に基づいて、出力回路６が制御している電流になる。よって、信号処理回路４が出力する伝送電流制御信号と伝送電流ｉ１との関係は設計上既知であるため、伝送電流ｉ１は予め信号処理回路４が認識している値になる。
【００３９】
一方、信号処理回路４のＡＤＣ１１には抵抗Ｒ２の制御回路８側の電圧Ｖａが入力されている。この電圧Ｖａとシャント電流ｉ４との関係は「ｉ４＝Ｖａ／Ｒ２」となる。このうち抵抗Ｒ２は既知であるため、信号処理回路４は、ＡＤＣ１１によりデジタル信号に変換された電圧Ｖａを入力することで、シャント電流ｉ４を得ることができる。
【００４０】
従って、式２の右辺の伝送電流ｉ１とシャント電流ｉ４とを得ることができるため、「ｉ１−ｉ４＝ｉ１−（Ｖａ／Ｒ２）」の演算を行うことで、２線式伝送器１の消費電流「ｉ２＋ｉ３」を得ることができる。信号処理回路４は消費電流「ｉ２＋ｉ３」をＥＥＰＲＯＭ５に記録すると共に、消費電流が正常範囲であるか否かの比較を行う。
【００４１】
消費電流「ｉ２＋ｉ３」は２線式伝送器１が正常に作動しているときの範囲（正常範囲）があり、この正常範囲は既知として得られている。この正常範囲は信号処理回路４が認識しており、信号処理回路４は消費電流「ｉ２＋ｉ３」が正常範囲の範囲内であるか、範囲外であるかを判定する。
【００４２】
消費電流「ｉ２＋ｉ３」が正常範囲内であれば格別の問題はないが、正常範囲外となったときには、２線式伝送器１の劣化や腐食等の異常を生じていると診断する。異常と診断されたときには、警告等を発することで予防保全を行うことができる。また、異常時、故障時のフェイルセーフ動作を実現することができる。
【００４３】
このとき、消費電流「ｉ２＋ｉ３」は実際に消費されている電流を計測しているものではなく、単にシャント電流ｉ４が流れる抵抗Ｒ２の制御回路８側の電圧Ｖａを計測して得るようにしている。実際に電流を計測して消費電流を得るような場合には、センサ３に流れる電流ｉ２と電源回路７に流れる電流ｉ３とを計測する必要がある。例えば、電流を感知する抵抗器の電圧低下を監視することにより、電流の計測を行う。従って、電流ｉ２、ｉ３を直接的に計測するためには、電流の監視機構を少なくとも２箇所には設ける必要がある。
【００４４】
本実施形態では、抵抗Ｒ２の制御回路８側の電圧Ｖａを入力するだけで、簡単に消費電流を演算することができる。つまり、格別な電流監視機構を２箇所以上に設ける必要がなく、簡単な回路構成で消費電流を得ることができる。そして、得られた消費電流に基づいて、２線式伝送器１に異常が発生しているか否かを検出することができる。
【００４５】
本実施形態の２線式伝送器１の構成は、図１に示したような構成となっており、外部回路２に対して出力回路６がシリーズ（直列）で接続されている。よって、電圧Ｖｂを制御するシャントレギュレータ電源に流れるシャント電流ｉ４を電圧Ｖａで検出することで、外部回路２に出力回路６がシリーズ接続されている２線式伝送器１の回路構成で簡単に消費電流を得ることができる。
【００４６】
ところで、２線式伝送器１の異常は消費電流「ｉ２＋ｉ３」に基づいて検出しているが、２線式伝送器１の使用環境の温度によっては、消費電流が大きく変化する。その結果、温度変化によって、２線式伝送器１に異常を生じていないにもかかわらず、異常と診断されることがある。また、その逆もある。特に、昼夜で温度変化が激しい使用環境下においては、消費電力が大きく変化することがある。
【００４７】
そこで、センサ３に温度計を設ける。この温度計としては、温度補正用温度計を用いることができる。そして、信号処理回路４は温度に対応した消費電力の正常範囲を記憶する。例えば、高温、室温、低温のそれぞれの温度においては、消費電力の正常範囲が異なるため、各温度の消費電力の正常範囲を記憶する。各温度の消費電力の正常範囲は２線式伝送器１が正常な状態で、高温、室温、低温のときの消費電流を計測することにより得ることができる。例えば、２線式伝送器１の製造時において、温度補正を行うときに各温度の消費電力の正常範囲を得ることができる。なお、温度計はセンサ３とは別に設けてもよく、２線式伝送器１の温度を計測する温度計を用いればよい。
【００４８】
そして、実際に２線式伝送器１を使用しているときには、信号処理回路４はセンサ３に設けた温度計が計測する温度の情報（温度情報）を取得する。そして、消費電流「ｉ２＋ｉ３」を判定するときには、温度情報に対応する正常範囲内であるか否かに基づいて、２線式伝送器１の異常を判定する。
【００４９】
これにより、例えば昼夜で温度変化が激しい使用環境下で２線式伝送器１を使用したときに、該当する温度に対応する正常範囲に基づいて消費電流を比較することができる。このため、消費電流の異常が検出されたときに、その要因が温度変化によるものか否かを判定できる。これにより、２線式伝送器１に発生している異常の診断制度が向上する。
【００５０】
また、センサ３に湿度計を設けることもできる。この湿度計により計測した湿度の情報（湿度情報）を記録する。この湿度情報は長期に渡って記録可能になっている。そして、信号処理回路４は、消費電流「ｉ２＋ｉ３」が正常範囲外であるときに２線式伝送器１の異常を検出する。このときに、記録された湿度情報に基づいて、信号処理回路４は、２線式伝送器１の異常が湿度を要因としていることを認識する。なお、湿度計はセンサ３とは別に設けてもよく、２線式伝送器１の湿度を計測する湿度計を用いればよい。
【００５１】
２線式伝送器１が高湿の環境下で運用されている場合には、例えば回路パターン間の腐食による絶縁抵抗の低下といった異常を生じる。これは、湿度による腐食を要因とするものであり、信号処理回路４はセンサ３の湿度計（が記録している湿度情報）を参照することで、２線式伝送器１の異常が湿度を要因としていることを認識する。
【００５２】
次に、応用例について説明する。図２は応用例の２線式伝送器１を示している。この図に示すように、伝送線Ｌ１にノイズ源２１が存在しており、このノイズ源２１により２線式伝送器１にノイズが印加された場合、出力回路６および制御回路８を介してシャント電流ｉ４にノイズの影響が出現する。
【００５３】
信号処理回路４は電圧Ｖａを入力することで、シャント電流ｉ４を検出している。よって、このシャント電流ｉ４にノイズが出現した場合、信号処理回路４がこのノイズを認識することができる。信号処理回路４はノイズの影響を信号処理することで、ノイズの大小を認識することができる。このときに認識したノイズが大きい場合（例えば、設定したノイズの閾値よりも高い場合）、フェイルセーフ動作を行うように制御するようにしてもよい。
【００５４】
また、落雷等により、外部回路２を構成する直流電流Ｅｂに瞬断（瞬時電圧低下）の影響が生じた場合には、この影響はシャント電流ｉ４にも作用する。そこで、信号処理回路４はシャント電流ｉ４の変化が瞬断と判定できる変化であるかに基づいて、直流電流Ｅｂに瞬断が生じているか否かを判定することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１    ２線式伝送器
２    外部回路
３    センサ
４    信号処理回路
６    出力回路
７    電源回路
８    制御回路
２１    ノイズ源
【図１】
0005812276.tif 000002
【図２】
0005812276.tif 000003
【図３】
0005812276.tif 000004