JP2001134887A - 測定装置 - Google Patents
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Abstract
端子ペアを有する上位のユニット57,75に接続する
ための測定装置において、常に簡単かつ誤りもなく上位
のユニットへ電気的に接続することのできる測定装置を
提供する。 【解決手段】 第1の接続端子ペアと接続すべき第1の
導線ペア1が設けられている。この第1の導線ペアを介
して動作中、信号電流が流れ、この信号電流は目下の測
定値に対する尺度である。また、第2の接続端子ペアと
接続すべき第2の導線ペア3が設けられており、この第
2の導線ペアを介して動作中、給電電流が流れる。この
給電電流の値は、最小信号電流よりも大きいか等しく最
大信号電流よりも小さいか等しい。
Description
第1の接続端子ペアおよび同一の第2の接続端子ペアを
有する上位のユニットに接続するための測定装置に関す
る。
御技術において、たとえば複雑なプロセスの監視、制御
および/または自動化において、通常は複数の測定装置
たとえば圧力、温度、流量、および/または充填レベル
を測定する装置が同時に使用される。
を捕捉し電気的な量に変換する測定センサと、電気的な
量を測定信号に変換するエレクトロニクス機構によって
構成されている。その際、複数の測定装置を個別に接続
しなければならず、つまりそれらの測定装置にエネルギ
ーを供給し、測定信号を上位のユニットへ導かなければ
ならない。上位のユニットの核となる部分はたいてい制
御および/または調整ユニットであって、これは測定信
号を捕捉して評価し、プロセスの監視、制御および/ま
たは自動化のため目下の測定値に依存して表示信号、制
御信号および/または調整信号を供給する。その実例
は、メモリプログラミング可能な制御(SPS)、プロ
セス管理システム(PLS)またはパーソナルコンピュ
ータ(PC)などである。
に抑えるため、測定技術や調整技術において有利には測
定装置の給電も信号伝送も行う1つの導線ペアだけを用
いて測定装置が据え付けられる。これらの装置は2線式
測定装置と呼ばれることが多い。標準的にはこの種の測
定装置には12Vが給電され、測定装置は上述の導線ペ
アを介して流れる電流を、目下の測定値に依存して制御
する。これらの測定装置の場合、測定信号は信号電流で
ある。測定技術や調整技術において一般的な標準規格に
よれば信号電流は目下の測定値に依存して、4mAの最
小信号電流と20mAの最大信号電流との間の値に調整
される。
るので、給電電圧が12Vで信号電流が4mAのとき、
測定装置は48mWの電力だけを使用できる。これは数
多くの測定機器にとってまったく十分である。したがっ
て大きな施設では一般に接続ブロックが設けられてお
り、これは上述の導線ペアを上位のユニットへつなぐた
めの多数の同一の接続端子ペアを有している。このよう
につなぎ方を標準化することで、非常に簡単かつ迅速に
ひいては低コストで多数の測定装置の接続を行うことが
できる。すべての導線ペアおよびすべての接続端子ペア
は同一であるため、誤配線が実質的に排除される。
ロ波により動作する充填レベル測定装置、超音波により
動作する充填レベル測定装置または流量測定装置などの
ような測定装置も存在し、それらのためには上述のよう
な僅かな電力では不十分である。それにもかかわらず、
このような測定装置を前述の標準規格とむすびつけて据
え付けることができるようにするため、それらの測定装
置は一般に2つの導線ペアを有している。この2つの導
線ペアのうち一方を介して測定装置に給電が行われ、他
方を介して上記の標準規格に準拠した信号電流が流れ
る。このような給電のために一般に必要とされるのは、
たとえば230Vの交流電圧を導く通常の電流導線にト
ランスと整流器をつなぐことであり、これはたとえば通
常24Vの直流電圧である給電電圧を測定装置のために
供給することを目的とする。これは非常に手間がかかる
し、また、装置をつなぐ際に両方の導線ペアを取り違え
るかもしれないというリスクも存在する。
題は、非常に簡単かつ誤りもなく上位のユニットへ電気
的に接続することのできる測定装置を提供することにあ
る。
は、第1の接続端子ペアと接続すべき第1の導線ペアが
設けられており、該第1の導線ペアを介して動作中、信
号電流が流れ、該信号電流は目下の測定値に対する尺度
であり、第2の接続端子ペアと接続すべき第2の導線ペ
アが設けられており、該第2の導線ペアを介して動作
中、給電電流が流れ、該給電電流の値は、最小信号電流
よりも大きいか等しく最大信号電流よりも小さいか等し
いことにより解決される。
ば、給電電流および信号電流の少なくとも一部分が測定
装置の給電のために使用される。
に対し入力側に電流電圧制限部が接続されている。
ペアが第1の電流回路と、第2の導線ペアが第2の電流
回路と接続されており、これら第1および第2の電流回
路は互いに直流導電分離されている。
による測定装置を備えた測定配置構成にも関し、この場
合、上位のユニットは制御および/または調整ユニット
たとえばメモリプログラミング可能な制御(SPS)、
プロセス管理システム(PLS)またはパーソナルコン
ピュータ(PC)を有している。
によれば、上位のユニットは測定変換ユニットの1つま
たは複数のバッテリを有しており、この場合、少なくと
も1つのバッテリは少なくとも2つの測定変換供給ユニ
ットを有しており、各測定変換ユニットは1つの接続端
子ペアを有している。
ユニットの各バッテリは、それに接続された測定装置の
測定値を伝送するため、バスアクセス回路およびバスラ
インを介して制御および/または調整ユニットと接続さ
れている。
びに測定配置構成に関する3つの実施例が描かれている
図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
なお、各図面において同じ素子には同じ参照符号が付さ
れている。
り、これは第1の接続端子ペアおよび同一の第2の接続
端子ペアをもつ上位のユニットに接続することができ
る。
アと接続すべき第1の導線ペア1および第2の接続ペア
と接続すべき第2の導線ペア3を有している。
れ第1および第2の導線5,7,9,11を有してお
り、それらの各々はコンデンサ13を介してアースされ
ている。このため、コンデンサ13は妨害信号をフィル
タリング除去するために用いられる。
圧制限素子が接続されている。この種の電流電圧制限素
子により、大電流および/または高電圧から測定装置が
保護される。測定装置内におけるスパーク形成を確実に
排除できる値に電流と電圧を制限することで、この測定
装置を爆発の危険のある領域に組み込むことができる。
限は導線ペア1,3のそれぞれ第1の導線5,9に挿入
されているヒューズ15によって行われる。また、電圧
は、第1および第2の導線ペア1,3における個々の第
1および第2の導線5,9,7,11の間に接続されて
いるツェナダイオード17によって制限される。
1つの電圧安定化素子19を設けることができる。これ
はたとえば図1に示されているように個々の第1の導線
5,9に挿入されており、目下生じしている電圧を測定
するため個々の第2の導線7,11と接続されている。
て、各導線のペア1,3における第1の導線5,9は制
御可能な電流源21,23をそれぞれ有しており、これ
らは個々の導線ペア1,3を介して流れる電流を制御信
号に依存して所定値になるよう調整する。
機構25が接続されている。第2の導線ペア3は、測定
エレクトロニクス機構27およびそれに接続された測定
センサ29の給電を行う。測定センサ29は物理的な測
定量たとえば容器内の圧力や充填レベルまたは管を流れ
る流量などを捕捉し、それを電気的な量たとえば電圧、
電流、抵抗変化、容量変化または信号に変換する。さら
に電気的な量は測定エレクトロニクス機構27を用いて
捕捉され、後続の評価および/または処理に使えるよう
にする。
ス機構27は信号導線31によってエレクトロニクス機
構25と接続されており、これを介して情報を交換する
ことができる。この接続は図示の実施例の場合には双方
向であり、有利には直流導電分離機構33を有してい
る。図1の実施例では、直流導電分離機構33は2つの
フォトカプラによって実現されている。
ニクス機構27によって求められ、これはエレクトロニ
クス機構25へ伝送される。しかしこれとまったく同じ
ように、生の(未処理の)信号も測定エレクトロニクス
機構27からエレクトロニクス機構25へ伝えられ、つ
いでエレクトロニクス機構はその生の信号から測定値を
求める。
信号を生成する。この制御信号は目下の測定値に依存
し、信号導線35を介して電流源23へ加えられる。こ
の制御信号によって、電流源23は動作中、第1の導線
ペア1を介して目下の測定値に対する尺度となる信号電
流を流すようになる。
標準規格によれば、信号電流は測定値に依存して4mA
の最小信号電流と20mAの最大信号電流との間で変化
する。必要とされる電力は上位のユニットから供給され
る。20mAよりも大きい信号電流または4mAよりも
小さい信号電流は通常、上位のユニットにより誤動作と
識別され、これによってアラームのトリガおよび/また
はプロセス固有の安全対策処理の導入が引き起こされ
る。
信号を生成し、これは信号導線37を介して電流源21
へ加えられる。この制御信号は目下の測定値とは無関係
である。この制御信号によって、電流源21は動作中、
第2の導線ペア3を介して給電電流を流すようになる。
最小信号電流よりも大きいか等しくかつ最大電流よりも
小さいか等しい値を給電電流が常にとるよう設計されて
いる。その際にここでも、測定技術および調整技術にお
いて一般的な4mAから20mAまでの通常の標準規格
が用いられる。永続的に電力をたくさん必要とする測定
装置の場合、給電電流は有利には常に最大信号電流と等
しくなる。測定プロセスに依存してたとえば特定のタイ
ムインターバルのみ大きい電力を必要とするが、それ以
外は非常に僅かなエネルギーで間に合う測定装置の場合
には、目下の所要エネルギーに従い制御信号によって給
電電流を変化させるのが望ましい。
ンサイトディスプレイ39、操作パネル41および/ま
たはプログラミングインタフェース43を設けることが
できる。オンサイトディスプレイ39はたとえば目下の
測定値を表示するために用いられ、あるいは操作パネル
41との関連で操作パネル41を介して入力されたデー
タを表示させるために用いられる。また、操作パネル4
1を介して、たとえばパラメータ設定、較正および/ま
たは組み込み個所における測定装置の測定範囲のセッテ
ィングを行うことができる。さらにプログラミングイン
タフェース43を介して、たとえばハンディ形操作機器
を接続することができる。
/またはプログラミングインタフェース43は、図1に
示されているようにエレクトロニクス機構25に接続可
能であり、エレクトロニクス機構25を介して第1の導
線ペア1によって給電される。
ロニクス機構25も電圧調整器を有することができ、こ
れは上位のユニットを介して第1および第2の導線ペア
1,3に加わる電圧を、測定エレクトロニクス機構2
7、測定センサ29、ディスプレイ39、操作パネル4
1およびプログラミングインタフェース43の要求に整
合された値になるよう変換する。
置の機能ブロックがアナログ機能ブロックとディジタル
機能ブロックに分けられるようにする。アナログ機能ブ
ロックは有利に測定エレクトロニクス機構27に統合さ
れ、ディジタル機能ブロックは有利にはエレクトロニク
ス機構25に統合される。これにより、非常に僅かな電
圧調整器で間に合うという利点が得られる。ディジタル
機能ブロックは通常、アナログ機能ブロックおよび測定
センサ29よりもきわめて僅かな所要エネルギーしかも
っていない。したがって上述のように分ければ、所要エ
ネルギーの僅かな機能ブロックには第1の導線ペア1を
介して信号電流が供給される。所要エネルギーの大きい
方の機能ブロックには、第2の導線ペア3を介して給電
電流が供給される。したがって測定装置の給電のため
に、給電電流および信号電流の少なくとも一部分を利用
することができる。
構25を含む第1の電流回路と接続されている。第2の
導線ペア3は、測定エレクトロニクス27および測定セ
ンサ29を含む第2の電流回路と接続されている。両方
の電流回路は互いに分離されており、信号導線31を介
してのみ接続されている。信号導線31は直流導電分離
機構33を有しているので、両方の電流回路は直流的に
は互いに分離されている。
ア1,3はそれらのエネルギー供給に関して同一であ
る。上位のユニットにとってみれば測定装置はまさに、
あたかも2つの2線式測定装置が接続されているかのよ
うに電気的に動作する。両方の2線式測定装置は、信号
電流が4mAから20mAの値をとる測定技術および調
整技術における既述の通常の標準規格を満たしている。
施例が示されている。両者はかなりの部分で一致してい
るので、以下では図1に示した実施例との相違点だけを
詳しく説明する。
れる電力を分割する点である。
5が設けられており、このトランスは1次側で第2の導
電ペア3を介して給電され、2次側で2つの出力側4
7,49を有している。第1の出力側47を介して、測
定エレクトロニクス機構27と測定センサ29の給電が
行われる。第2の出力側49は、エレクトロニクス機構
25と接続されている。つまりエレクトロニクス機構2
5は一方では、図1に示した実施例とまったく同じよう
に、第1の導線ペア1を流れる信号電流によって給電さ
れるが、これは付加的にトランス45の第2の出力側4
9を介して、第2の導電ペア3を経て測定装置へ供給さ
れるエネルギーも受け取る。
した実施例の場合も制御信号を供給し、これは1次回路
内で第2の導電ペア3を介して流れる給電電流を調整す
るためにも用いられる。この制御信号は、信号導線37
を介して1次回路内に配置された調整ユニット53へ加
えられ、この調整ユニットはそれに応じて給電電流を調
整する。
常の動作中、最小信号電流よりも大きいか等しくかつ最
大信号電流よりも小さいか等しい値を給電電流が常にと
るよう設計されている。
も両方の電流回路の間で直流導電分離が保証されてい
る。
号電流を介して利用できる電力の一部分も直流導電分離
して測定エレクトロニクス機構27および/または測定
センサ29へ供給することができる。これは次のように
して行われる。すなわち、トランスが1次電流回路に配
置され、このトランスは一方の出力側を介してエレクト
ロニクス機構25と接続され、他方の出力側を介して測
定エレクトロニクス機構27および/または測定センサ
29と接続される。
導線ペア1,3はやはりこの実施例でもそれらのエネル
ギー供給に関して同一である。上位のユニットにとって
みれば測定装置はまさに、あたかも2つの2線式測定装
置が接続されているかのように電気的に動作する。両方
の2線式測定装置は、信号電流が4mAから20mAの
値をとる測定技術および調整技術において一般的な標準
規格を満たしている。
定装置に対し電源電圧を供給する必要のないことであ
る。このため本発明による測定装置の場合、僅かな信号
電流と給電電流しか発生しない。このことで殊に、たと
えば爆発の危険のある施設や組み込み場所における安全
性が著しく高まる。
備えた3つの異なる測定配置構成が示されている。
配置構成が示されている。この上位のユニットには、6
つの慣用の2線式測定装置59と2つの本発明による測
定装置61が接続されている。
ログラミング可能な制御またはプロセス管理システムで
ある。このユニットは、図示の実施例ではみやすくする
ため単に連続番号の付された第1〜第10という10個
の同一の接続端子ペアを有している。各接続端子ペアは
標準規格どおり、接続と給電と測定値の伝送のため2線
式測定装置の信号電流のかたちで設計されている。
れた電源65を有しており、これを介して個々の接続端
子ペア第1〜第10に給電が行われる。各接続端子ペア
第1〜第10には1つの検出ユニットが対応づけられて
おり、これは接続端子ペア第1〜第10を介して流れる
電流を検出し、その電流に対応する信号を生成し、それ
を上位のユニットのインテリジェントコア67たとえば
マイクロプロセッサへ供給する。インテリジェントコア
67において到来するすべての測定値が監視され、イン
テリジェントコア67に格納されているフローチャート
に従い目下の目下の測定値に依存して、表示プロセス、
調整プロセスまたはスイッチングプロセスがトリガされ
る。このことは図3において第1の出力側、第2の出力
側および第3の出力側によってシンボリックに描かれて
おり、この場合、第1の出力側を介して上位のユニット
57はバルブ69を制御し、第2の出力側を介して上位
のユニット57はスイッチ71を制御し、さらに第3の
出力側を介して上位のユニット57はディスプレイ73
を制御する。なお、ディスプレイとしてもちろパーソナ
ルコンピュータを用いることも可能であり、これは測定
値を表示するだけでなく、たとえば施設全体のプロセス
シーケンスを視覚化することも可能である。
第8、第9および第10の接続端子ペアにそれぞれ慣用
の2線式測定装置59が接続されている。これら第1、
第2、第5、第8、第9、第10の接続端子ペアの1つ
を介してそれぞれ流れる電流は、個々の慣用の2線式測
定装置59に対応する。
は、本発明による測定措置61が接続されており、この
場合、第1の導線ペア1が第3の接続端子ペアと、第2
の導線ペア3が第4の接続端子ペアと接続されている。
第6および第7の接続端子ペアにはさらに別の本発明に
よる測定装置61が接続されており、この場合、その第
1の導線ペア1は第6の接続端子ペアと、第2の導線ペ
ア3は第7の接続端子ペアと接続されている。
定装置61は慣用の2線式測定装置59となんら相違し
ていない。すべての装置において、それぞれ1つの導線
ペアが接続端子ペアと接続されている。上位のユニット
57におけるインテリジェントコア67内のフローチャ
ートには、第1〜第10の接続端子ペアのいずれにどの
ような意味が割り当てられているのかが規定されてい
る。そこにはたとえば、第1の接続端子ペアを介して得
られる測定値は所定の容器内の充填レベルである、とい
うようなことが格納されている。さらにこのフローチャ
ートにはたとえば、特定の充填レベルに達したときには
上位のユニット57の出力側を介して指示可能なその容
器の排出バルブを開放させなければならない、というよ
うなことが規定されている。
測定装置61との相違点は、個々の第1の導線ペア1を
介して流れる電流が測定値を表す信号電流であり、それ
が上位のユニット57により捕捉され使用されることで
ある。個々の第2の導線ペア3を介して流れる給電電流
は、たとえばフローチャート中にはまったく現れないよ
うにして上位のユニット57によってまったく無視され
るか、あるいはそれに対しアラーム機能等を割り当てる
ことができる。アラーム機能はたとえば、給電電流が最
大信号電流よりも大きいか最小信号電流よりも小さいと
き、上位のユニット57がアラームをトリガしたり誤動
作発生を通報したりするように構成できる。
測定装置61を備えた測定装置の別の実施例が示されて
いる。図3に示されている測定装置に対する基本的相違
点は、図4の上位のユニット75は制御および/または
調整ユニット77たとえばメモリプログラミング可能な
制御(SPS)またはプロセス管理システム(PLS)
と、これとは空間的に分離されて配置されている直列接
続された測定変換供給ユニット79のバッテリとによっ
て構成されていることである。このバッテリは、電圧源
81と接続されている電源83を介して給電される。各
測定変換供給ユニット79は、2線式測定装置のための
接続端子ペアを有している。本発明による測定装置をつ
なげることができるようにする目的で、バッテリは少な
くとも2つの測定変換供給ユニット79を有している。
しかし一般にこの種のバッテリは、2つよりもかなり多
い個数のたとえば10個または64個の測定変換供給ユ
ニットを有している。
子ペアを介して測定装置と接続可能であり、それらの各
ユニットは測定装置を供給し、自身の接続端子ペアと接
続されている導線ペアを介して流れる電流を捕捉し、信
号導線85を介してその電流に対応する信号を制御およ
び/または調整ユニット77へ送出する。したがってこ
の実施例の場合も複数の同一の接続端子ペアが設けられ
ており、慣用の2線式測定装置59と本発明による測定
装置61の接続に関しては、図3に示されている実施例
に関連して先に述べたことがあてはまる。
いる。この測定装置は測定変換供給ユニット79の複数
のバッテリを有しており、これらは電圧源81と接続さ
れた電源83を介してそれぞれ給電される。図4に示さ
れている実施例の場合と同じように、この実施例でも各
測定変換ユニット79は1つの接続端子ペアを有してお
り、その際、慣用の2線式測定装置59も本発明による
測定装置61も測定変換供給ユニット79と接続されて
いる。
れに接続された測定装置59,61の測定値を伝送する
ため、バスアクセス回路87およびバスライン89を介
して制御および/または調整ユニット91たとえばメモ
リプログラミング可能な制御(SPS)、プロセス管理
システム(PLS)またはパーソナルコンピュータ(P
C)と接続されている。
明による測定装置61の利点が明確にもたらされる。し
たがってそれらの装置は、2線式測定装置59よりも多
くのエネルギーを必要とし、たしかに前述のように同じ
導線ペアを介した給電および測定値伝送が行われるため
限られた電力だけしか使用できないにもかからわず、も
っぱら2線式測定装置用に設計されている測定配置構成
にそのまま組み込むことができる。かなり大きいエネル
ギ消費をもつ慣用の測定装置に備わっているような付加
的な給電用接続端子は、測定装置61を本発明に従って
構成することにより、もはや不要となる。本発明による
測定装置61は、2線式測定装置といっしょに同じやり
方で上位のユニットと接続される。付加的な作業過程は
不要であり、それらの装置の接続の取り違えに起因する
エラーが排除される。
ペアを備えた本発明による測定装置のブロック図であ
る。
が複数の出力側をもつトランスによって複数の最終負荷
に分配される構成を示す測定装置のブロック図である。
た測定配置構成を示す図である。
ットおよびそれとは分離されて配置された測定変換供給
装置のバッテリを有するようにした測定配置構成を示す
図である。
介して制御および/または調整ユニットと接続されてい
る測定変換供給ユニットの複数のバッテリを有するよう
にした測定配置構成を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 少なくとも1つの第1の接続端子ペアお
よび同一の第2の接続端子ペアを有する上位のユニット
(57,75)に接続するための測定装置において、 第1の接続端子ペアと接続すべき第1の導線ペア(1)
が設けられており、該第1の導線ペアを介して動作中、
信号電流が流れ、該信号電流は目下の測定値に対する尺
度であり、 第2の接続端子ペアと接続すべき第2の導線ペア(3)
が設けられており、該第2の導線ペアを介して動作中、
給電電流が流れ、 該給電電流の値は、最小信号電流よりも大きいか等しく
最大信号電流よりも小さいか等しいことを特徴とする、
測定装置。 - 【請求項2】 給電電流および信号電流の少なくとも一
部分が測定装置(61)の給電のために使用される、請
求項1記載の測定装置。 - 【請求項3】 最小信号電流は4mAであり最大信号電
流は20mAである、請求項1記載の測定装置。 - 【請求項4】 各導線ペア(1,3)に入力側で電流電
圧制限部が接続されている、請求項1記載の測定装置。 - 【請求項5】 第1の導線ペア(1)は第1の電流回路
と接続されており、第2の導線ペアは第2の電流回路と
接続されており、第1および第2の電流回路は互いに直
流導電電分離されている、請求項1記載の測定装置。 - 【請求項6】 請求項1から5のいずれか1項記載の少
なくとも1つの測定装置(61)を備えた測定装置にお
いて、 上位のユニット(57,75)が制御および/または調
整ユニット(67,77,91)たとえばメモリプログ
ラミング可能な制御装置(SPS)、プロセス管理シス
テム(PLS)またはパーソナルコンピュータ(PC)
を有することを特徴とする測定装置。 - 【請求項7】 上位のユニット(75)が測定変換ユニ
ット(79)の1つまたは複数のバッテリを有してお
り、少なくとも1つのバッテリは少なくとも2つの測定
変換ユニット(79)を有しており、各測定変換ユニッ
ト(79)は接続端子ペアを有している、請求項6記載
の測定装置。 - 【請求項8】 測定変換ユニット(79)の各バッテリ
はそれに接続された測定装置(59,61)の測定値を
伝送するため、バスアクセス回路(87)およびバスラ
イン(89)を介して制御および/または調整ユニット
(91)と接続されている、請求項7記載の測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
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