(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体型センサモジュールをプロセス開口に支持するように構成されたハウジングであって、空洞を取り囲む外壁と該外壁と一体となったフィッティングとを備え、送信機モジュールを支持するように構成され、前記フィッティングが前記空洞に開口しているハウジングと、
前記空洞内に設けられた回路であって、前記プロセス開口に接続されたセンサを備え、センサ出力を提供する回路と、
前記フィッティングを封止し、前記回路に電力を供給すると共に前記センサ出力を提供する外部導体を有する貫通接続とを備え、
前記センサ出力が、送信機モジュールに局地接続できる信号形式に形成でき、かつ遠隔受信機に直接配線接続できる信号形式に形成できる一体型センサモジュール。
【請求項２】
さらに、前記プロセス開口において流体を前記センサから隔離するように構成された隔離部を備えた請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項３】
前記隔離部は、前記センサと前記プロセス開口とを結合する通路を備え、前記通路は防炎性を提供する形状を有する請求項２の一体型センサモジュール。
【請求項４】
前記フィッティングは、送信機モジュールを封止するように構成された外表面を備えた請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項５】
前記貫通接続は、その防炎性が達成されるように封止された毛細管を備えた請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項６】
前記空洞が、不燃性ガスで充填された請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項７】
送信機モジュール上の止めねじを前記フィッティングの周りの任意の位置で止められるように、前記フィッティングの外表面に止めネジ面を備えた請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項８】
前記フィッティングが、前記外部導体を取り囲んで延びており、前記外部導体に接合されたプラグを保持するように構成された請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項９】
前記ハウジングが、金属で形成され、少なくとも２ｍｍ厚の壁をもち、防爆性を備えた請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項１０】
前記ハウジングが、前記プロセス開口に接続され、かつ、差圧を検知するための第２のプロセス開口に接続されたフランジを備えた請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項１１】
前記局地接続が、シリアルバスで行われる請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項１２】
前記局地接続が、３から５本の導体で行われる請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項１３】
前記回路が、前記局地接続から電力供給されるように構成された請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項１４】
前記直接配線が、２線式プロセス制御ループで構成された請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項１５】
前記ループが、４−２０ｍＡ規格に準拠する請求項１４の一体型センサモジュール。
【請求項１６】
前記ループが、デジタル通信規格に準拠する請求項１４の一体型センサモジュール。
【請求項１７】
防爆性に構成された請求項１の一体型センサモジュール。
【請求項１８】
請求項１の一体型センサモジュールに接続された送信機モジュールを備えた送信機。
【請求項１９】
前記送信機モジュールが、前記一体型センサモジュールの回路からのセンサ出力のデータを特定のデータ出力形式に変換する機能を少なくとも有する回路基板を備えた請求項１８の送信機。
【請求項２０】
前記送信機モジュールに接続された第２の一体型センサモジュールを備えた請求項１８の送信機。
【請求項２１】
前記送信機モジュールが、前記一体型センサモジュールから分離されており、両ユニットが互いに電気的に接続された請求項１８の送信機。
【請求項２２】
前記送信機モジュールが、前記一体型センサモジュールの貫通接続に物理的に結合された請求項１８の送信機。
【請求項２３】
前記回路基板が、表示装置を備えた請求項１９の送信機。
【請求項２４】
前記回路基板が、２線式プロセス制御ループに前記センサ出力に関連する出力を提供するように構成された請求項１９の送信機。
【請求項２５】
前記２線式プロセス制御ループが、４−２０ｍＡ規格に準拠する請求項２４の送信機。
【請求項２６】
前記２線式プロセス制御ループが、デジタル規格に準拠する請求項２４の送信機。
【請求項２７】
前記送信機モジュールと前記一体型センサモジュールが、前記２線式プロセス制御ループから完全に電力供給される請求項２４の送信機。
【請求項２８】
前記一体型センサモジュールが、貫通接続を通して前記送信機モジュールから完全に電力供給される請求項１８の送信機。
【請求項２９】
防爆性に構成された請求項１８の送信機。
【請求項３０】
種々のタイプの通信プロトコル用に構成された回路を含む一体型センサモジュールに取り付けられるように構成されたハウジングであって、空洞を取り囲む外壁と、前記一体型センサモジュールのハウジングに突出して形成されたフィッティングに取り付けられるように構成された第１の開口部と遠隔受信機への配線導管に接続するように構成された第２の開口部とを備え、前記第１および第２の開口は、前記空洞に開口しており、前記空洞は、取り外し可能なカバーを備えたハウジングと、
前記一体型センサモジュールの前記フィッティング内に形成された貫通接続に接合するように構成されたプラグを備えた、前記空洞内の回路であって、前記一体型センサモジュールからのセンサ出力を受信して、カバーを取り外すことによりアクセス可能な回路端子に出力を生成するように構成され、前記出力が、遠隔受信機への接続用に構成された回路とを備えた送信機モジュール。
【請求項３１】
前記回路が、前記センサ出力を前記遠隔受信機に接続する端子ブロックを備えた前記請求項３０の送信機モジュール。
【請求項３２】
前記回路が、前記遠隔受信機に伝送するための２線式プロセス制御ループに前記センサ出力を送信するように構成された請求項３０の送信機モジュール。
【請求項３３】
前記取り外し可能なカバーが窓部を備えており、前記回路が、前記窓部を通して可視できる表示装置を備えた請求項３０の送信機モジュール。
【請求項３４】
前記空洞が、前記第１および第２開口間で前記ハウジングに結合された分離壁により分割されており、前記端子ブロックが、前記分離壁に密閉して取り付けられた請求項３０の送信機モジュール。
【請求項３５】
前記回路が、前記一体型センサモジュールからのセンサ出力を処理するように構成された請求項３０の送信機モジュール。
【請求項３６】
前記回路が、第２の一体型センサモジュールに結合するように構成された請求項３０の送信機モジュール。
【請求項３７】
前記送信機モジュールが、前記一体型センサモジュールから分離されており、両ユニットが互いに電気的に接続されている請求項３０の送信機モジュール。
【請求項３８】
前記送信機モジュールが、前記一体型センサモジュールの貫通接続に物理的に結合されている請求項３２の送信機モジュール。
【請求項３９】
前記２線式プロセス制御ループが、４−２０ｍＡ規格に準拠する請求項３２の送信機モジュール。
【請求項４０】
前記２線式プロセス制御ループが、デジタル規格に準拠する請求項３２の送信機モジュール。
【請求項４１】
前記送信機モジュールと前記一体型センサモジュールとが、前記２線式プロセス制御ループから完全に電力供給される請求項３２の送信機モジュール。
【請求項４２】
前記回路が、貫通接続を通る電力によって前記一体型センサモジュールを完全に付勢する請求項３０の送信機モジュール。
【請求項４３】
請求項３０の送信機モジュールに接続された一体型センサモジュールを備えた送信機。
【請求項４４】
前記一体型センサモジュールが、
前記一体型センサモジュールをプロセス開口に支持するように構成されたハウジングであって、空洞を取り囲む外壁と、前記外壁と一体となったフィッティングとを備え、送信機モジュールを支持するように構成され、前記フィッティングが前記空洞に開口しているハウジングと、
前記プロセス開口に接続されたセンサを備え、センサ出力を提供する、前記空洞内の回路と、
前記フィッティングを封止し、前記回路に電力を供給し、前記センサ出力を提供する外部導体を有する貫通接続とを備え、
前記センサ出力が、送信機モジュールに局地接続できる信号形式に形成でき、かつ遠隔受信機に直接配線接続できる信号形式に形成できる請求項４３の送信機。
【請求項４５】
前記プロセス開口において流体をセンサから隔離するように構成された隔離部を備えた請求項４４の送信機。
【請求項４６】
前記隔離部が、防炎性を提供する形状の、前記センサと前記プロセス開口とを結合する通路を備えた請求項４５の送信機。
【請求項４７】
前記フィッティングが、送信機モジュールを封止するように構成された外表面を備えた請求項４６の送信機。
【請求項４８】
前記貫通接続が、その防炎性を完全に実現するために封止された毛細管を備えた請求項４４の送信機。
【請求項４９】
前記一体型センサモジュールが、不燃性ガスで充填された請求項４３の送信機。
【請求項５０】
前記フィッティングが、外部導体を取り囲んで延びており、外部導体に組み合わせられるプラグを保持するように構成された請求項４３の送信機。
【請求項５１】
前記センサ出力を受信するように構成されたシリアルバスを備えた請求項３０の送信機。
【請求項５２】
前記プラグが、３から５本の導体を備えた請求項３０の送信機。
【請求項５３】
前記回路が、前記一体型センサモジュールに電力を供給するように構成された請求項３０の送信機。
【請求項５４】
空洞を取り囲む外壁と、種々のタイプの通信プロトコル用に構成された回路を含む一体型センサモジュールのハウジングに突出して形成されたフィッティングに取り付けるように構成された第１の開口部と、遠隔受信機への配線導管に接続するように構成された第２の開口とを備え、前記第１および第２の開口は、前記空洞に連通しており、前記空洞は、取り外し可能なカバーで覆われている、一体型センサモジュールに取り付けるように構成されたハウジングを作成する工程と、
前記一体型センサモジュールの前記フィッティング内に形成された貫通接続に接合するように構成されたプラグを備え、前記一体型センサモジュールからのセンサ出力を受信して、カバーを取り外すことによってアクセス可能な回路端子に出力を生成し、前記出力は、前記遠隔受信機に接続するように構成されている回路を前記空洞内に設置する工程とを備えた送信機モジュールの製造方法。
【請求項５５】
空洞を取り囲む外壁と、送信機モジュールを支持するように構成されたフィッティングを備え、前記空洞にフィッティングを開口しており、前記一体型センサモジュールをプロセス開口に支持するように構成されたハウジングを作成する工程と、
前記プロセス開口に接続されてセンサ出力を提供するセンサを備えた回路を前記空洞内に設置する工程と、
前記フィッティングに貫通接続を封止し、前記センサ出力に接続された貫通接続に外部導体を与え、それら導体を送信機モジュールに対する局地接続用および遠隔受信機に対する直接配線接続用に構成する工程とを備えた一体型センサモジュールの製造方法。
【請求項５６】
一体型センサモジュールをプロセス開口に支持するように構成されたハウジング手段であって、空洞を取り囲む外壁と、送信機モジュールを支持するように構成されたフィッティングを備え、前記フィッティングは、前記空洞に開口するハウジング手段と、
前記プロセス開口に接続されたセンサを備えてセンサ出力を提供する、前記空洞内に設置された回路を有する検知手段と、
前記フィッティングを封止する貫通接続、および前記センサ出力に接続された外部導体を有し、それら導体は、送信機モジュールに対する局地接続用および遠隔受信機に対する直接配線接続用に構成されている接続手段とを備えた一体型センサモジュール。
【請求項５７】
種々のタイプの通信プロトコル用に構成された回路を含む一体型センサモジュールのハウジングに突出して形成されたフィッティングを取り付けるように構成されたハウジング手段であって、空洞を取り囲む外壁と、一体型センサモジュールのフィッティングに取り付けるように構成された第１の開口部と、遠隔受信機への配線導管に接続するように構成された第２の開口部とを備え、前記第１および第２の開口は、前記空洞に連通しており、前記空洞は、取り外し可能なカバーで覆われている、一体型センサモジュールに取り付けるように構成されたハウジング手段と、
前記一体型センサモジュールの前記フィティング内に形成された貫通接続に接合するように構成されたプラグを備え、前記一体型センサモジュールからのセンサ出力を受信するとともに、カバーを取り外すことによってアクセス可能な回路端子に、出力を生成し、前記出力は、前記遠隔受信機に接続するように構成されている回路を備えた、前記空洞内の検知手段とを備えた送信機モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、工業プロセス制御機器に関する。特に、本発明は、工業プロセスにおける種々のパラメータ（プロセス変数）の測定に使用される測定送信機に関する。
【０００２】
背景技術
測定送信機は、例えば、流体の圧力、温度、流量、密度、粘度、その他の化学的、物理的、電気的特性を測定するため、処理プラントや製造プラントで使用されている。通常、送信機は、タンク、配管、その他の流体容器に取付けられて、制御室などの遠隔地へ流体特性を表す信号を送信する。
【０００３】
送信機は、通常、センサ回路用のセンサハウジングと送信機回路用の送信機ハウジングを備える。この２つのハウジングは、防炎性を有する機械的接合部で互いに結合される。一般的に、センサ回路と送信機回路の間の、密閉構造、ソフトウェアおよび電気的インタフェースは、規格化されていないため、製造元の異なるセンサと送信機部品とを結合することは困難である。
【０００４】
通常、センサハウジングの内部は、ネジ付き接合部を通して配線が延伸できよう、送信機ハウジングの内部に対して開状態である。センサハウジング自体は、密閉されておらず防炎性をもたないので、送信機ハウジングを使用せずに、センサハウジングへ現場配線を直接接続することは、プラント環境において現実的でない。さらに、センサ回路は、遠距離まで送信することができない。
【０００５】
一般的には、圧力送信機の、ある１つの製造元の限りにおいて、エンドユーザは、複数の部品を結合して、圧力レンジ、ウェット素材、電気的配列、または表示配置の異なる組合せを実現することが可能である。その上、この結合作業は、通常、製造業者によって実行されることが好ましい。しかしながら、製造元が異なるセンサおよび送信機の部品は、電気的、ソフトウェアおよび機械的互換性がないので、ユーザがそれらを結合することは事実上不可能である。
【０００６】
センサ部分が制御システム、またはその他の隣接する構成部分にローカルエリアバスを使って直接配線接続でき、機能性と適合可能性（scalability）が向上された送信機配置が必要とされている。また、重大な修正をすることなく、エンドユーザが、異なる製造元の構成要素部品と結合することができる送信機構成要素も必要とされている。
【０００７】
本発明の要旨
種々の局面において、制御システムあるいはその他の隣接構成部分に直接配線接続することができる一体型センサモジュールが提供される。このセンサモジュールに、任意の適合可能（scalable）送信機モジュールを結合して、異なるアプリケーション用に機能性や適合可能性を高めることができる。センサモジュールは、送信機を形成するために、適合可能送信機モジュールと局地接続するように構成された、あるいは遠隔受信機に直接配線接続されるように構成されたセンサ出力を備える。一体型センサモジュールのハウジングは、空洞内の回路とプロセス変数を検知するセンサとを支持する。貫通接続は、センサモジュールに対する外部接続を提供するハウジングのフィッティングを封止する。
【０００８】
図面の簡単な説明
図１は、プロセス配管に接続された、本発明の一実施形態の一体型センサモジュールを示す。
図２は、ローカルエリアバス上の送信機モジュールに接続された２つの一体型センサモジュールを示す。
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃおよび３Ｄはそれぞれ、一体型センサモジュール、回路基板、端子ブロックおよび送信機モジュールのハウジングの例を示す。
図３Ｅは、センサモジュール回路基板、ハウジング、コネクタの多様な組合せを示す。
図４は、一実施形態による一体型センサモジュールの概略ブロック図である。
図５は、一実施形態による送信機モジュールの概略ブロック図である。
図６は、一体型センサモジュールの一実施形態の概略図である。
図７は、送信機モジュールとセンサモジュールを備えたモジュラ差圧送信機の一実施形態の断面図である。
図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃは、図７の一体型センサモジュールのフィッティングの拡大正面図、上面図および断面図である。
図９Ａおよび９Ｂは、差圧送信機の一実施形態およびゲージ圧または絶対圧送信機の一実施形態を示す。
図１０は、適合可能送信機モジュールの一実施形態の概略図である。
図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃおよび１１Ｄは、適合可能送信機モジュールの単一室式および二室式ハウジングの実施例形態の正面図および側面図である。
図１２は、二室式ハウジングを備えた適合可能送信機モジュールの一実施形態の分解図である。
図１３Ａおよび１３Ｂは、適合可能送信機モジュールのプラグ部の一実施形態の上面図および断面図である。
【０００９】
好適実施形態の詳細な説明
本発明は、工業プロセスで使用される新型のセンサおよび送信機のモジュール構造を提供する。この新しい構造は、モジュール型で適合可能性に優れており、典型的な従来技術の設計と比較すると、多くの形態にして使用することができる。本発明によれば、一体型センサモジュール（すなわち「スーパーモジュール」）は、単独でプロセス変数の検知と測定に使用することができ、また、任意の送信機モジュールに支持された「特徴基板（feature board）」と組合せて使用することもできる。この特徴基板を使用すれば、特定のアプリケーション用で要求されるように、あるいは将来にわたる特定のアプリケーション変更で要求されるように、より高度の特徴を前記スーパーモジュールに追加することができる。このモジュール性と適合可能性は、製造コストと在庫の必要性を低減させる。さらに、それは、より多くの形態の選択肢をユーザに提供し、また、ユーザが購入しなくてはならない別々の特別な送信機形態の数も減少させる。センサモジュールと送信機モジュールは、「現場」から（複数の）モジュールを除去することなく適合できる能力を有する一方で、本質的な安全基準を満たしていることが好ましい。
【００１０】
図１は、液体や気体のようなプロセス「流体」を含む工業プロセス１２（プロセス配管として図示されている）に接続された一体型センサモジュール１０の概略図である。
【００１１】
一体型センサモジュール１０は、マニホールド１４を介してプロセス１２に結合しており、プロセスのプロセス変数を検知するように構成されている。プロセス変数の例は、プロセス流体の圧力、温度、流量、水準、ｐＨ、導電率、濃度、密度、粘度、化学組成あるいはその他の特性である。一体型センサモジュール１０は、１以上のプロセス変数センサと複数の通信規格に従って通信するよう構成可能な出力接続部つまりフィッティング２２を備えることができる。
【００１２】
図１に示す実施形態では、センサモジュール１０の出力は、二線式プロセス制御ループ１６に結合している。制御ループ１６は、４−２０ｍＡループのような周知の二線式制御ループ規格に従ったもの、ＨＡＲＴプロトコルに従って動作するループ、フィールドバス、プロフィバス、その他のプロトコルに従って通信を行うものなどであってよい。ループ１６は、制御室１８のような遠隔地に接続している。制御室１８は、電源（図示せず）を備えており、それにより、モジュール１０は、ループ１６を介して通信するとともに、そこから完全に電力供給を受けることができる。一般的に、センサモジュール１０は、プロセス１２と結合するよう適応されたプロセス接続部と異なるタイプの装置やデータバスとの接続のための複数の異なるタイプの出力を提供するように構成された出力接続部つまりフィッティング２２とを有する１つの主外部ハウジング２０を備えている。
【００１３】
図２は、本発明の構成の他の形態例を示す。図２では、２つの一体型センサモジュール１０が、適合可能送信機モジュール２８との通信を提供するための、「機能基板」を含むローカルエリアバス２６に接続している。通常、バス２６は、例えばコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）プロトコルに従うシリアルバスである。送信機モジュール２８は、２つのセンサモジュール１０の測定値に基く追加的処理を実行し、あるいはプロセス制御ループ１６を介する通信を提供することができる。例えば、２つのセンサモジュール１０が重複した測定値を提供するように構成することができ、複数の測定値を提供するよう構成して送信機モジュール２８が流量や液体レベルのようなより高度なプロセスパラメータを算定できるようにすることもできる。この特定の構成において２つのセンサモジュールは、オリフィス板３０を横切る差圧を測定するように示されている。しかしながら、センサモジュール１０は、いかなるタイプのプロセス変数も測定可能である。また、図７に示す別の例では、センサモジュール１０は、送信機モジュールに直接搭載され、それ自体は、複数の追加センサモジュールに結合できる。
【００１４】
図１と図２に示された一体型センサモジュール１０と送信機モジュール２８の形態は、適合可能性の高い構造を提供する。ユーザは、簡単な取付け作業で、プロセス変数を検知する単一センサモジュール１０を構成できる。しかしながら、より高度な形態を実現したければ、より優れた性能（つまり「特徴」）が提供されるように送信機モジュール２８を追加することができる。例えば、モジュール２８において、より高度な診断を実現したり、データを他の形態に変換して、いかなるタイプの制御ループやデータバス１６で転送できるようにすることが可能である。送信機モジュール２８は、複数のソースからのデータを収集することで、冗長性を付与したり、多くの異なるプロセス変数を使って算出される流量のようなより高度なプロセス変数を提供できる。別の例は、プロセスタンク上の複数地点から収集されるプロセス変数である液体レベルである。送信機モジュール２８は、データやプロセス変数を視覚的に表示させてオペレータによる視察を可能とする、ＬＣＤなどの視覚的出力部３２を備えてもよい。
【００１５】
ある形態では、バス２６は、モジュール１０へ電力を供給する。いくつかの実施形態では、送信機モジュール２８はそれ自体、ループ１６から電力供給を受けるので、送信機２８やモジュール１０に対する余分な電源接続は、不用である。バス２６はまた、簡単な入／切（開／閉）の通信や制御に使うこともできる。送信機モジュール２８がセンサモジュール１０に直接接続される実施形態では、バス２６は、内部データバスを提供するように使われる。
【００１６】
モジュール１０は、爆発の恐れのある危険な環境でも使用できるように、本質的な安全基準に従って構成されることが好ましい。簡単な送信機モジュール２８の構成は、モジュール２８が、ループ１６の配線とバス２６の配線用の端子ブロック（図３Ｃを参照）を収容する端末区画室を単に提供するものである。また、より高度な構成では、送信機モジュール２８は、配線端子ブロックと回路基板とを収容するための複数の区画室を備えることができる。送信機モジュール２８のいくつかの機能は、特定のアプリケーションに基いて選択および／またはモジュール２８に取り込まれるソフトウェアにより提供される。その結果、必要とされるハードウェアオプションの数が減り、モジュール２８に適当なソフトウェアを選択して取り込むだけで、多様な形態を実現できるようになる。
【００１７】
図３Ａから３Ｄは、本発明の適合可能性構造において採用可能な、いくつかのモジュールを示す。例えば、図３Ａは、一体型センサモジュール１０Ａと１０Ｂを示す。特定の実装に基づいて適当なセンサモジュールが選択される。例えば、特有のプロセス接続、プロセス変数測定、プロセス変数レンジ、材質選択などに応じて構成できるようにセンサモジュールが選択される。図３Ｂは、回路基板（つまり、特徴基板）のオプション例３６Ａと３６Ｂを図示する。回路基板３６Ａと３６Ｂは、送信機モジュールの基本部品である。例えば、オプション基板３６Ａは、視覚的表示を提供し、オプション基板３６Ｂは、特定のデータ出力形式あるいはプロセス変数の補償を提供することができる。図３Ｃは、端子ブロックオプション３８Ａと３８Ｂを図示する。端子ブロック３８Ａと３８Ｂは、例えば、特定のアプリケーションで必要となる、異なる端子の数、種々のタイプの過渡時保護装置、ハードウェアスイッチなどを提供できる。一般的に、端子ブロック３８Ａと３８Ｂは、送信機モジュール２８の一部である。図３Ｄは、特定の実装で選択される送信機モジュール２８用のハウジングオプション４０Ａと４０Ｂを示す。例えば、ハウジングのオプション４０Ａと４０Ｂは、１あるいは２区画ハウジング、ハウジング材料、直径や大きさなどの要求に基づいて、要求されるように選択することができる。ハウジング４０Ａと４０Ｂは、送信機モジュール２８用のハウジングを提供する。
【００１８】
図３Ｅも、本発明の適合可能性を図示する。センサモジュール１０Ａと１０Ｂは、オプション基板３６Ａとハウジング４０Ａ、４０Ｂの多様な組合せで使用することができる。クイック接続４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、モジュール１０Ａと１０Ｂに直接接続するために使用可能である。この適合可能性は、ユーザが要求するように機能を追加したり、形態を変更したりすることを可能にする。
【００１９】
以上に述べた利点に加えて、本発明の適合可能性は、センサモジュール群で共通の特徴基板を使用することを可能とする。群をなす各センサモジュールは、それぞれ異なる性能レベルを提供することができ、異なるタイプのプロセス流体や環境に対応して設計され、および／または異なるハードウェア／ソフトウェア能力を提供できる。共通特徴基板はまた、新型のセンサモジュールの形状や新規のプロセス変数を検知するよう構成されたセンサモジュールと共に使用することができる。さらに、既存のセンサモジュールに新たな特徴基板を付け加えれば、新規の通信プロトコルや診断機能といった新規能力を提供することができる。別の例として、潜在的に新しい性能を備えた新型特徴基板を付け加えれば、独自構造の複合センサモジュールとして機能させることができる。
【００２０】
図４は、一特定実施形態に従った一体型センサモジュール１０の構成要素を示す概略ブロック図である。通常、モジュール１０は、（単数または複数の）圧力センサ４２のような、あるタイプのセンサ要素を備える。測定回路４６は、温度センサ４４で測定された温度に基いて補償された圧力センサ４２の測定値に基いてマイクロプロセッサ４８へ側定信号を提供する。マイクロプロセッサ４８は、シリアルデータバスとして図示されたローカルエリアバス２６に接続している。マイクロプロセッサ４８は、ＥＥＰＲＯＭ５０のような不発揮性メモリ、または読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）に蓄積された命令に従って動作する。ゼロ−スパンおよび／または安全スイッチは、モジュール１０のゼロおよびスパンを形成するために与えられる。これらは、図１に示されるフィッティング２２に結合される開／閉スイッチでよい。マイクロプロセッサ４８はまた、ＭＯＤＡＣ５２へ出力を提供し、このＭＯＤＡＣは、モジュール１０が二線式プロセス制御ループ１６にデータを送信するように構成される場合に使用できる。（ＭＯＤＡＣは、モデムやデジタル／アナログ変換器を備えるＡＳＩＣを意味する。もちろん、本発明では他の構成も使用できる。）この回路は、ループ１６を流れる電流をシャントレギュレータ５４を使って制御するように構成したり、またはループ１６にデジタル形式でデータを送信するように構成することができる。電圧レギュレータ５６は、ループ１６、あるいは通信機モジュール２８に接続しており、ユニット１０内の各回路へ調整電圧を供給するために使用される。ＭＯＤＡＣ５２はまた、オプションの増減スケール入力を有し、この入力は、出力信号を可変するために使用される。クロック５８は、ＭＯＤＡＣ５２および、例えばマイクロプロセッサ４８の動作を制御する。図４に示す実施形態では、合計５つの入力／出力端子が備わっており、異なるタイプの通信プロトコル用に構成することが可能である。なお、入力／出力端子の数は、制限されない。
【００２１】
図５は、通信機モジュール２８の概略ブロック図である。モジュール２８内のマイクロプロセッサ６０は、センサモジュールＩ／Ｏ６２を通してセンサモジュール１０に接続する。センサモジュールＩ／Ｏ６２は、図４に示した接続のいくつか、あるいは全ての接続とインタフェースとを提供する。例えば、バス２６を介したシリアル通信リンクに加えて、プロセス制御ループ１６接続を介してセンサモジュール１０へ電力を供給することができる。マイクロプロセッサ６０は、クロック６６で決定された速度で、メモリ６４に蓄積された命令に従って動作する。データは、ループの入力／出力回路６８を使用してプロセス制御ループ１６を介して送受信される。送信機モジュール２８内の回路への電源として、電圧レギュレータ７０を設置することができる。この電力は全て、ループ１６から供給された電力から導出できる。
【００２２】
メモリ６４は、異なる機能を提供し、多様な種類のセンサモジュール１０と該モジュールに搭載されたセンサとを作動させるように、製造過程またはその後の使用時においてプログラムできる。メモリ６４は、通常、プログラム命令やデータを永久に保存できる不発揮性メモリを備える。多様な機能が要求されたり、構造や形態が変更されると、メモリ６４にある、マイクロプロセッサ６０に対する命令が更新される。送信機モジュール２８は、マイクロプロセッサ６０に対するプログラム命令に組込まれた多様な機能で標準化されたプラットフォームを提供できるよう構成することができる。もちろん、局所ディスプレイ７２や、専用の入力／出力回路６８といった種々のハードウェアオプションも利用できる。しかしながら、一実施態様では、入力／出力回路６８は、４−２０ｍＡ規格、ＨＡＲＴ通信プロトコル、フィールドバスプロトコルなどといった、いくつかの周知規格に従って動作するように構成することができる。マイクロプロセッサ６０は、メモリ６４に蓄積された命令でプログラムされた通りに、適当なプロトコルを使用するようにＩ／Ｏ６８を制御する。
【００２３】
図６から図１３は、本発明の構造のいくつかの特定の実施形態を、より詳細に説明するものである。
【００２４】
図６は、図１のモジュール１０を実現した、一体型センサモジュール１００の一実施形態のブロック図である。一体型センサモジュール１００は、空洞１０８内に一体型センサモジュール１００を支持し、プロセス流体に結合するためのプロセス開口１０４を提供するハウジング１０２を備える。プロセス開口１０４は、フランジや配管などでよい。ハウジング１０２は、フィッティング１１０を有し、それは、図２のモジュール２８のような適合可能送信機モジュールを支持できる。フィッティング１１０は、外側壁１０６との間の接合部で封着の必要が無いように、外側壁１０６と一体形成、または溶接接合しておくことができる。フィッティング１１０は、空洞１０８内へ延長する開口１１２を有している。
【００２５】
空洞１０８内のセンサモジュール回路１１４は、プロセス開口１０４に接続されたセンサ１１６を備える。回路１１４は、例えば、図４に示される構成要素を含む。回路１１４は、プロセス変数を表すセンサ出力１１８を生成する。
【００２６】
フィッティング１１０の開口１１２内の貫通接続１２０は、空洞１０８が防炎性を持つように、フィッティング１１０を封止する。これにより一体型のセンサモジュール１００は、完全に封止され、独立型ユニットとして現場での使用に適し、送信機モジュールを取り付ける必要もない。貫通接続１２０は、回路１１４への電力供給を行い、センサ出力１１８を提供し、構成（configuration）コマンドを受信する外部導電体１２２を備えている。
【００２７】
センサ出力１１８は、適合可能送信機モジュール２８（図２）への局地接続用に構成可能であり、また、制御室１８（図１）のような遠隔受信機への直接配線接続用にも構成可能である。出力１１８は、複数のコネクタであってもよい。例えば、１あるいは１組のコネクタを局地接続用に、また１あるいは１組のコネクタを遠隔接続用に使用できる。センサの出力を形成するためにデジタル形式の信号を回路１１４に送信することができる。図示された特定の配置では、出力１１８は、ＨＡＲＴ信号、４−２０ｍＡアナログ信号、基礎フィールドバス（Foundation Fieldbus）信号のような遠隔受信機への長距離送信が可能な信号を提供するように構成される。出力１１８は、適合可能送信機モジュール２８や他の局地ユニットに対するＣＡＮプロトコル信号のように、局地用の信号を提供するように構成することもできる。これは、出力のタイプを選択するためにマイクロプロセッサ４８へ与えられる構成コマンドにより制御可能な、回路１１４内のスイッチで示されている。
【００２８】
図７は、適合可能送信機モジュール１３２に直接搭載されたセンサモジュールの断面図である。モジュール１３２は、図５のモジュール２８の一実施形態である。この例では、センサモジュール１３０は、共面フランジ１３４で差圧（Ｐ１−Ｐ２）を検知する。この共面フランジは、２つのプロセス開口１０４と共に、適合共面入口フランジ１３６にボルト止めされている。隔離部１３８は、センサ１１６からプロセス流体を隔離する。隔離部１３８は、センサ１１６をプロセス開口に接続する通路を備えているが、この通路の形状は防炎効果をもつ。隔離部１３８はさらに、隔離部ダイアグラム１４２を備え、シリコンオイルなどの圧縮不可能な流体で充填されている。隔離部１４４は、隔離部１３８と同様のものである。
【００２９】
フィッティング１１０は、送信機モジュール１３２に対して封止するための外表面１４６を備える。毛細管１４８は、貫通接続の防炎性を確実にするために封止される。毛細管１４８は、製造過程においては開口しており、空洞１０８の封止状態を検査するために使用される。また、空洞を空にし、乾燥空気のような耐食性気体や乾燥窒素のような不燃性気体を充填するためにも使用される。検査や充填処理が済むと、毛細管１４８は、溶接処理やガラス処理により封止される。毛細管１４８は、貫通接続導体や接地導体としても使用することができる。フィッティング１１０の外表面１４６は、止めネジ１５２を少なくとも３６０度回転させることができる一組のねじ面１５０を備えている。フィッティング１１０は、外部導体１２２を囲んで延びており、現場配線や外部導体に接合した適合可能送信機モジュールからのプラグを保持するように切込が入っている。ハウジングは、少なくとも２ｍｍの厚さをもつ金属で形成され、防炎性かつ防爆性を備えている。
【００３０】
図７はまた、センサモジュール１３０上に取り付けられた、ハウジング１６０を含む適合可能送信機モジュール１３２を示す。ハウジング１６０は、空洞１６４を囲む外壁１６２とセンサモジュール１３０のフィッティング１１０に取り付けるための第１ハブ１６６とを備える。また、ハウジング１６０は、遠隔受信機への配線導管に接続するための、第２ハブ１６８も備える。ハブ１６６と１６８は、空洞１６４へ開口しており、空洞は取外し可能なカバー１７０を備える。一般的に、ハウジング１６０のいずれか片側面に２つのハブ１６８があるが、その数に制限はない。ハウジング１６０は、２つ（またはそれ以上）の分離、独立した空洞を備えることもできる。カバー１７０は、ハウジングに防炎封止を提供するようにねじ止めされる。空洞１６４内の回路１７２は、一体型センサモジュールの貫通接続１２０に接合するプラグ１７４に配線接続される。回路１７２は、センサモジュールからセンサ出力を受信し、回路端子ブロック１７６に測定可能な出力１７８を生成する。カバー１７０を外せば、端子ブロック１７６にアクセスできる。
【００３１】
フィッティング１１８は、図８Ａ、８Ｂ、８Ｃにより詳細に示されている。貫通接続１２０は、フィッティング１１０内でその位置が固定されるように僅かに突出たガラス製絶縁体を備えている。フィッティング１１０は、図に示すようにネジ止めされており、Ｏリング用の溝を備えている。
【００３２】
図９Ａは、適合可能送信機モジュール１８２が結合された状態の一体型差圧センサモジュール１８０を示す。図９Ｂは、絶対圧力またはゲージ圧を検知する一体型センサモジュール１８４を示す。センサモジュール１８４は、ネジ付き配管に結合するために内側ネジ付きフィッティングを有する。図示するように、同じ適合可能送信機モジュール１８２を、差圧送信機やゲージ圧または絶対圧力送信機と一列に組合せて使用することができる。
【００３３】
図１０は、適合可能送信機モジュール１９０の物理的概略図である。図１０で使用されている番号は、その特徴が同じであれば、図７で使用されている参照番号と同じである。
【００３４】
図１１Ａから図１１Ｄには、適合可能送信機用ハウジングの正面図と側面図が示されている。図１１Ａと図１１Ｂはそれぞれ、単一室式ハウジング１９２の正面図と側面図を示す。図１１Ｄと図１１Ｃはそれぞれ、二室式ハウジング１９４の正面図と側面図を示す。適合可能送信機モジュールは、特定のアプリケーション用に、ハウジング１９２と１９４に接合された分離壁１９５により分割されているハウジング１９４を選択することにより、ハウジング内の区画室数を調整することができる。
【００３５】
図１２は、二室式ハウジング１９４の、カバーを取った状態の拡大図である。第１および第２ハブ間のハウジングの空洞と端子ブロックは、分離壁１９５に配置され、封止されている。アプリケーションによって、例えば、単純な２端子ブロック１９６あるいは３以上の端子を備えた端子ブロック１９８を選択することにより、ハウジング１９４を更に調整することができる。選択された端子ブロックは、２つの区画室間の開口２００へはめ込まれ、そこを封止する。
【００３６】
図１３Ａと図１３Ｂは、プラグ１７４を詳細に示す。プラグ１７４は、複数の導体２１０を備えているが、そのうちの３本が図示されている。プラグ１７４は、フィッティング１１０の溝に嵌り、プラグ１７４をフィッティング１１０に固定するバネ荷重突出部２１２を備える。複数の導体２１０上に伸縮チューブ２１４を設置し、そのチューブを縮小させて１本のケーブルを形成し、磨耗抵抗力を増大させることができる。
【００３７】
本発明の構造は、制御室に直接配線接続された基本出力を与えるように構成できる密閉一体型センサモジュールを提供する。より特殊なタイプの送信機出力や視覚的ディスプレイが要求される場合には、適合可能送信機モジュールを支持する局地出力を与えるように一体型センサモジュールを構成すればよい。適合可能送信機モジュールは、現場において取り付けでき、アプリケーションの要求を満たすように調整された回路を装備できる。
【００３８】
ある実施形態においては、防炎接合部、封止部、電気的接続部は全て、一体型センサモジュールのハウジングと一体形成された単一ヘッダに組込める。このヘッダは、制御システムに直接接続できるように規格化されているか、あるいは、適合可能送信機モジュールを搭載しても構わない。電気的、機械的およびソフトウェアインタフェースは、ヘッダで標準化されるため、同じグループの適合可能送信機モジュールは、製造元の異なる一体型センサモジュールと共に使用できる。
【００３９】
本発明について、いくつかの好適な実施形態を参照しながら説明をしたが、本発明の範囲と本質から逸脱することなく、その形態や細部に変更を加えることが可能であることは、当業者にとって明白であろう。例えば、本発明の適合可能性を実現するために、他の物理的あるいは電気的構造を採用することが可能である。また、本発明は、ここで述べられた特定の例に制限されない。センサモジュールは、圧力、流量、温度、レベルなどのプロセス変数を検知するための、いかなるタイプのセンサも含み、いかなるタイプの検知技術に基くセンサも含む。モジュールに対する全ての接続およびモジュール自体は、モジュール性を維持しつつ固有の安全基準を満たしていることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プロセス配管に接続された、本発明の一実施形態の一体型センサモジュールを示す。
【図４】  一実施形態による一体型センサモジュールの概略ブロック図である。
【図５】  一実施形態による送信機モジュールの概略ブロック図である。
【図６】  一体型センサモジュールの一実施形態の概略図である。
【図１０】  適合可能送信機モジュールの一実施形態の概略図である。
【符号の説明】
１０２、１６０……ハウジング、１０４……プロセス開口、１０６……外側壁、１０８……空洞、１１０，１１８……フィッティング、１１２……開口、１１４，１７２……回路、１１６……センサ、１２０……貫通接続、１２２……外部導体、１３０……センサモジュール、１３２……適合可能送信機モジュール、１３４……共面フランジ、１３６……適合共面入口フランジ、１３８，１４４……隔離部、１４２……隔離部ダイアグラム、１４６……外表面、１４８……毛細管、１５０……ねじ面、１５２……止めネジ、１６２……外壁、１６４……空洞、１６６……第１ハブ、１６８……第２ハブ、１７０……取外し可能なカバー、１７４……プラグ、１７６……回路端子ブロック、１７８……出力、１８０……一体型差圧センサモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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