(57)【要約】【課題】本質安全計装に有利なノイズフィルタ回路を確立するとともに、本質安全防爆上で機器自身が持つ容量を気にせずに本質安全計装が行える本質安全機器を実現すること。【解決手段】端子台と内部回路がフィルタ回路を介して接続されているフィールド機器において、  前記フィルタ回路は、フィルタモジュールとして構成されていることを特徴とするもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子台と内部回路がフィルタ回路を介して接続されているフィールド機器において、
前記フィルタ回路は、フィルタ回路モジュールとして構成されていることを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
前記フィルタ回路は、キャパシタと直列接続された電流制限抵抗を含む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】
前記フィルタ回路を構成するキャパシタと電流制限抵抗のパラメータは、本質安全防爆構造規格の条件を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィールド機器。
【請求項４】
前記フィルタ回路は複数系統が選択可能に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のフィールド機器。
【請求項５】
前記フィルタ回路を構成するキャパシタは、ブロッキングキャパシタまたはフィルタキャパシタであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のフィールド機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールド機器に関し、詳しくは、たとえば差圧・圧力伝送器などのフィールド機器で外来ノイズの影響を小さくするために用いられるフィルタ回路モジュールの改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば差圧・圧力伝送器では、図９に示すように、機器の使用環境下で発生する現場ノイズの対策として、機器内部に対する外来ノイズの影響を小さくするために、ノイズをバイパスさせるフィルタ回路が設けられている。
【０００３】
図９は従来の伝送器の一例を示す構成ブロック図であり、端子台１はフィルタ回路２を介して内部回路３に接続されている。
【０００４】
図９において、フィルタ回路２は、各信号線Ｌ１、Ｌ２にそれぞれ直列接続されたコイルＬａ、Ｌｂと、信号線Ｌ１、Ｌ２間に直列に接続され接続中点が共通電位点に接続された２個のキャパシタンスＣａ、Ｃｂとで構成されている。
【０００５】
差圧・圧力伝送器などのフィールド機器は、ガスプラントなどの爆発性雰囲気の危険エリアで使用されることから、本質安全防爆をはじめとする防爆構造の機構が盛り込まれている。
【０００６】
本質安全防爆においては、インダクタやキャパシタなどのエネルギー蓄積部品については使用できる容量に制約があるため、機器全体の回路設計にあたってはこれらを考慮しなければならない。
【０００７】
特に外部からのノイズ対策として設けられるフィルタ回路については、外部とアクセスする端子台の近くに設けられるケースが多いことから、そこで用いられるインダクタやキャパシタの容量が配線ケーブルの長さに大きく関係する。
【０００８】
図１０は、伝送器における本質安全計装の概念図である。図１０において、伝送器４は危険エリアに配置され、安全保持器５は非危険エリアに配置されていて、これら伝送器４の電源端子と安全保持器５は配線ケーブル６を介して接続されている。
【０００９】
図１０に示すような本質安全計装の設計にあたっては、回路で用いるインダクタやキャパシタなどのエネルギー蓄積部品の選定にあたり、たとえば以下のような関係式が用いられている。
【００１０】
Ｃｉ＋Ｃｗ≦Ｃｏ
Ｌｉ＋Ｌｗ≦Ｌｏ
Ｃｉ：伝送器内部キャパシタンス      Ｌｉ：伝送器内部インダクタンス
Ｃｗ：配線キャパシタンス            Ｌｗ：配線インダクタンス
Ｃｏ：安全保持器許容キャパシタンス  Ｌｏ：安全保持器許容インダクタンス
【００１１】
ここで、伝送器の内部キャパシタンスＣｉを無視できる値にすることができれば、安全保持器の許容キャパシタンスＣｏの容量をすべて配線キャパシタンスＣｗに適用できることから、本安機器の内部キャパシタンスＣｉのパラメータを考慮しなくても配線できることになる。
【００１２】
すなわち、
Ｃｉ≒無視できる値＝０
とすると、
Ｃｗ≦Ｃｏ
になる。
【００１３】
特許文献１には、耐圧容器を使用することなく適切な防爆仕様を満たし、高性能な無線通信を実現できる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１２−１１５１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、本質安全計装における配線ケーブルの長さは、多くの場合、伝送器の内部キャパシタンスにより決まる。
【００１６】
伝送器のフィルタ回路で使用するキャパシタンスについては、貫通コンデンサなどを対筐体間（接地間）に入れる場合も多く、それらも考慮したうえで伝送器内部のキャパシタンスＣｉが決定される。
【００１７】
本質安全設計にあたり、ブロッキングダイオードを用いて本質安全回路を構成することにより内部キャパシタンスを実用上無視できる値にする方法があるが、この手法では対筐体間のキャパシタンスについては必ずしも十分ではない。
【００１８】
また、ユーザーの既存計装において本質安全機器のリプレースが発生した場合には、本質安全機器のパラメータが製品により異なることから、配線長についての見直しが不可欠になる。
【００１９】
本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、本質安全計装に好適なノイズフィルタ回路を確立するとともに、機器自身が持つキャパシタンスを意識することなく本質安全計装が行える本質安全機器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、本発明のうち請求項１記載の発明は、
端子台と内部回路がフィルタ回路を介して接続されているフィールド機器において、
前記フィルタ回路は、フィルタ回路モジュールとして構成されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のフィールド機器において、
前記フィルタ回路は、キャパシタと直列接続された電流制限抵抗を含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のフィールド機器において、
前記フィルタ回路を構成するキャパシタと電流制限抵抗のパラメータは、本質安全防爆構造規格の条件を満たすことを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のフィールド機器において、
前記フィルタ回路は複数系統が選択可能に設けられていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のフィールド機器において、
前記フィルタ回路を構成するキャパシタは、ブロッキングキャパシタまたはフィルタキャパシタであることを特徴とする
【発明の効果】
【００２５】
このような構成によれば、本質安全計装に好適なノイズフィルタ回路を確立できるとともに、本質安全防爆上で機器自身が持つキャパシタンスを意識することなく本質安全計装が行えるフィールド機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に基づくフィールド機器の具体例を示す構成ブロック図である。
【図２】図１の構成ブロック図に基づいて構成されたフィールド機器の具体例を示す構成説明図である。
【図３】図２の組立構成図である。
【図４】フィルタ回路モジュール２の他の構成ブロック図である。
【図５】抵抗ＲとキャパシタＣで構成されるフィルタ回路の概念図である。
【図６】インダクタとキャパシタで構成されるフィルタ回路モジュールの構成ブロック図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す構成ブロック図である。
【図８】本発明で用いるフィルタ回路モジュール２の他の構成ブロック図である。
【図９】従来の伝送器の一例を示す構成ブロック図である。
【図１０】伝送器における本質安全計装の概念図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づくフィールド機器の具体例を示す構成ブロック図であり、図９と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、端子台１と内部回路３の間にはフィルタ回路モジュール選択部４が接続され、フィルタ回路モジュール選択部４にはモジュール化された複数のフィルタ回路２よりなるフィルタ回路モジュール群５が接続されている。
【００２８】
フィルタ回路モジュール選択部４は、フィルタ回路モジュール群５の中から伝送器内部回路３が要求する目的に合致した所望のフィルタ回路モジュールを選択したり、同一のモジュールの中に複数のフィルタ回路が設けられている場合にはそれらの中から所望のフィルタ回路を選択して、所望のフィルタ回路モジュールまたは所望のフィルタ回路を端子台１と内部回路３の間に接続する。
【００２９】
図２は図１の構成ブロック図に基づいて構成されたフィールド機器の具体例を示す構成説明図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図２において、端子台１はフィールド機器１０の右側面近傍に設けられ、モジュール化されたフィルタ回路モジュール２は端子台１の左方向に沿って端子台１に対して所定の間隔を保つようにしてねじ止め固着されている。
【００３０】
内部回路３は、直交するように設けられた２枚の回路板３ａと３ｂに分散して実装されている。一方の回路板３ａはフィルタ回路モジュール２の左方向に沿ってフィルタ回路モジュール２に対して所定の間隔を保つようにしてねじ止め固着され、他方の回路板３ｂはフィルタ回路モジュール２および一方の回路板３ａと直交するように配置されねじ止め固着されている。
【００３１】
図３は図２の組立構成図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けている。図３において、フィルタ回路モジュール２は、フィールド機器１０内部の所定位置に、固定ねじ４を介してねじ止め固着されている。
【００３２】
フィールド機器１０のフィルタ回路モジュール２の取付位置には、図示しない端子台の所定の端子と電気的に接続されている複数（本実施例では３本）の接続ピン１１が設けられている。
【００３３】
一方、フィルタ回路モジュール２には、フィルタ回路モジュール２をフィールド機器１０の所定の取付位置に取り付けたときにこれら接続ピン１１と電気的に接続されるように複数（本実施例では３本）のモジュールピン２１が設けられている。
【００３４】
図４は、フィルタ回路モジュール２の他の構成ブロック図である。図４のフィルタ回路モジュール２には、モジュールピン２１が設けられるとともに図示しない複数のフィルタ回路が実装されていて、これら複数のフィルタ回路から所望のフィルタ回路を選択するための切替スイッチ２２が設けられている。
【００３５】
この場合、切替スイッチ２２の切替に応じて、たとえばフィルタ回路を構成するキャパシタを切り替えるようにする。
【００３６】
図５は、抵抗ＲとキャパシタＣで構成されるフィルタ回路の概念図である。（Ａ）は電流制限抵抗ＲとキャパシタＣが直列接続された例を示し、（Ｂ）は電流制限抵抗Ｒが一方の信号線Ｌ１に直列接続されてキャパシタＣが信号線Ｌ１、Ｌ２間に接続された例を示している。これらいずれの回路構成においても、電流制限抵抗ＲとキャパシタＣとで一つの集合体とみなし、本質安全防爆構造上、キャパシタＣのキャパシタンスが無視できる値となるように電流制限抵抗Rの抵抗値を決定する。
【００３７】
キャパシタＣのキャパシタンスが無視できる値としては、以下の１）または２）のいずれかとする。
１）本質安全防爆構造規格のキャパシタンスＣの点火曲線および規定テーブルの値に対して１％未満
２）安全保持器の許容キャパシタンスＣｏに対して１％未満
【００３８】
電流制限抵抗Ｒの抵抗値の決定方法としては、以下を用いる。
１）本質安全防爆構造規格（ＩＥＣ  ６００７９−１１等）のキャパシタンスＣに対する抵抗による軽減率テーブルの適用
２）火花点火試験による試験測定結果
【００３９】
なお、一般のキャパシタンス以外に、本質安全構造上故障を生じないとみなされるフィルタキャパシタンスやブロッキングキャパシタンス等のキャパシタンスを用いてもよい。
【００４０】
図６はインダクタとキャパシタで構成されるフィルタ回路モジュールの構成ブロック図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。
【００４１】
図６において、信号線Ｌ１にはインダクタＬａが直列接続され、信号線Ｌ２にはインダクタＬｂが直列接続されている。信号線Ｌ１、Ｌ２間には、キャパシタＣａと電流制限抵抗Ｒａと電流制限抵抗ＲｂとキャパシタＣｂの直列回路が接続されるとともに、２本のダイオードＤ１、Ｄ２も並列に接続されている。なお、電流制限抵抗Ｒａと電流制限抵抗Ｒｂの接続点は共通電位点に接続されている。
【００４２】
ここで、キャパシタＣａ、Ｃｂとしてブロッキングキャパシタンスを用いている。ブロッキングキャパシタンスを用いることにより、キャパシタＣａ、Ｃｂの対筐体間（接地間）は短絡しないと見なされる。これらキャパシタＣａ、Ｃｂと直列に電流制限抵抗Ｒａ、Ｒｂを接続することで、本質安全構造上は無視できる値になり、ブロッキングキャパシタンスにより電流制限抵抗Ｒａ、Ｒｂには電力がかからないため、抵抗の定格電力をおさえることができるというメリットも得られる。
【００４３】
また、シャントとして信号線Ｌ１、Ｌ２間に接続している２本のダイオードＤ１、Ｄ２については、本質安全設計上でインダクタＬａ、Ｌｂの蓄積エネルギーが安全保持器側に対して無視できる値とみなせるようにしている。
【００４４】
また、対筐体間（接地間）についても、ブロッキングキャパシタンスにより、考慮は不要となる。
【００４５】
これらにより、図６のように構成されるフィルタ回路モジュールは、インダクタＬａ、ＬｂとキャパシタＣａ、Ｃｂともに無視できる値とみなせる。なお、フィルタ回路を構成するキャパシタは、ブロッキングキャパシタに限るものではなく、フィルタキャパシタであってもよい。
【００４６】
図６に示したようなフィルタ回路モジュール２を図１で示したように複数個用意してそれらを使い分けることで、機器自身が持つ容量を意識することなく本質安全計装を行うことができる本質安全機器が実現できる。
【００４７】
図７は、本発明の他の実施例を示す構成ブロック図である。図７において、端子台１は外部温度センサの入力部として機能し、端子台１には熱電対や測温抵抗体等の外部温度センサを接続するための配線ケーブルが接続される。
【００４８】
このように本発明は、温度伝送器などの外部温度センサ入力部のフィルタ回路モジュールにも適用できる。
【００４９】
図８も本発明で用いるフィルタ回路モジュール２の他の構成ブロック図であり、フィルタ回路モジュールには電圧制限用のダイオードが接続されている。
【００５０】
図８（Ａ）において、信号線Ｌ１、Ｌ２間に接続されている電流制限抵抗ＲとキャパシタＣとの直列回路のキャパシタＣと並列に、２個のダイオードＤ３とＤ４が接続されている。これにより、キャパシタＣの電圧はダイオードＤ３とＤ４により制限されることになる。
【００５１】
図８（Ｂ）において、一方の信号線Ｌ１には電流制限抵抗Ｒが直列接続されている。そして、電流制限抵抗Ｒの一端の信号線Ｌ１、Ｌ２間にはキャパシタＣが接続され、電流制限抵抗Ｒの他端の信号線Ｌ１、Ｌ２間にはキャパシタＣと並列に２個のダイオードＤ５とＤ６が接続されている。これにより、キャパシタＣと電流制限抵抗Ｒの組み合わせに対する電圧はダイオードＤ５とＤ６により制限されることになる。
【００５２】
これら図８のように構成することにより、フィルタ回路モジュールを構成するキャパシタＣに印加される電圧は並列に接続されるダイオードＤ３〜Ｄ６により制限されることから、フィルタ回路モジュールを構成するキャパシタＣの容量を増やすことができる。
【００５３】
以上説明したように、本発明によれば、本質安全計装に好適なノイズフィルタ回路を確立できるとともに、本質安全防爆上で機器自身が持つキャパシタンスを意識することなく本質安全計装が行えるフィールド機器を実現できる。
【符号の説明】
【００５４】
１  端子台
１１  接続ピン
２  フィルタ回路モジュール
２１  モジュールピン
２２  切替スイッチ
３  伝送器内部回路
４  フィルタ回路モジュール選択部
５  フィルタ回路モジュール群
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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