JP4393873B2 - 送信器 - Google Patents

Description

本発明は物理的パラメータを電気量（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｑｕａｎｔｉｔｙ）に変換する（ｔｒａｎｓｄｕｃｅ）役割を有するセンサ、前記の電気量を生信号（ｒａｗ ｓｉｇｎａｌ）に変換する役割を有する信号前処理器、前記生信号を計測信号に変換する役割を有する信号処理器、及び前記計測信号に対応する出力信号を発する役割を有する出力段を有する、送信器に関する。

計測及び制御テクノロジーにおいて普通に見られる用途の場合、例えば、複合プロセスの監視、制御及び／又は自動操作のために、複数の送信器、例えば、圧力用、温度用、流量（ｆｌｏｗ）用及び／又は充填レベル用の送信器が使用される。

送信器は、概して、物理的パラメータを電気量に変換するセンサ、及び前記電気量を計測信号に変換する電子構成要素から構成され、前記計測信号は次いで出力段によって出力信号の形で発せられる。

前記計測信号は、通常、上位の（ｓｕｐｅｒｏｒｄｉｎａｔｅｄ）ユニット、例えば制御及び／又は調整（ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ）ユニットによって記録される。前記上位のユニットは、瞬間的な計測値の関数として、ディスプレー用、制御用及び／又は調整用の信号をプロセスの監視、制御及び／又は自動操作のために、提供する。このための例としてはプログラム可能なロジックコントローラ（ＰＬＣ）、プロセスコントロールシステム（ＰＣＳ）又はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）が挙げられる。

従来の送信器の場合には、前記物理的量は前記センサによって電気量に変換され信号前処理器によって生信号に変換される。前記生信号から、信号処理器において計測信号が得られて、出力段に供給され、前記出力段は対応する出力信号を発する。

前処理された生信号の処理の際、エラーが発生することがあるが、これは従来の送信器の場合には認識されないままである。
今日の送信器においては、信号処理のために、及び、例えば、特定カスタマ用の（ｃｕｓｔｏｍｅｒ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）伝達関数（ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を実行するために、マイクロプロセッサがしばしば使用される。ソフトウェアを使用するとき、例えばソフトウェアの隠れたエラーのために問題が起こることがあり、これにより、誤った出力信号、又は、最悪の場合には、出力信号の凍結（ｆｒｅｅｚｅ−ｕｐ）さえ生じることがある。

本発明の目的は前記生信号の処理の際に発生するエラーの認識を可能とする送信器を提供することである。
この目的のため、本発明の送信器は、
物理的パラメータを電気量に変換するセンサ、
前記電気量を増幅及び／又はフィルタ処理された電気信号である生信号に変換する信号前処理器、
前記生信号に前記センサの特性曲線または補償用及び／又はキャリブレーション用のデータに基づく修正及び調整を加えて計測信号に変換する信号処理器、
前記信号処理器で得られた前記計測信号を該計測信号のゼロ点調整及びスケーリングを行うための伝達関数に従って処理する第１の電子ユニット、
前記計測信号に対応する電流値、電圧値、又はそれらのデジタル値を示す出力信号を生成する出力段、及び
監視ユニット、
を備え、
該監視ユニットは、動作中、前記伝達関数に従って前記生信号を処理することによって前記生信号から補助信号を得る第２の電子ユニットを含み、前記出力信号を前記生信号から得られた前記補助信号と比較し、前記出力信号と前記補助信号との差が所定の範囲を超えるときは、正常時に出力される出力信号が示す電流値、電圧値、又はそれらのデジタル値の範囲から外れた電流値、電圧値、又はそれらのデジタル値を示す出力信号を前記出力段に出力させて、前記信号処理器による前記生信号の処理の際にエラーが発生したことを知らせるようにしたものである。

一つの実施形態においては、前記出力段はアナログ出力信号を出力する。このアナログ出力信号は、抵抗を経て前記監視ユニットに供給され、且つ、計測回路によって前記監視ユニット内に記録される。

一つの実施形態においては、前記信号処理器（４）で得られた前記計測信号を、前記計測信号のゼロ点調整及びスケーリングを行なうための伝達関数に従って処理する第１の電子ユニットを更に備える。

更に発展した形態では、前記監視ユニットは第２の電子ユニットを含み、前記伝達関数は前記第２の電子ユニットに割り当てられたメモリ内に格納され、前記第２の電子ユニットは、動作中、前記生信号を前記伝達関数に従って処理することによって前記生信号から前記補助信号を得て、前記補助信号を前記出力信号と比較する。

更に発展した形態では、前記伝達関数は、通信インタフェースを経由して前記第１の電子ユニットに供給され、データラインを経て前記第１の電子ユニットから前記第２の電子ユニットに伝達されて、前記第２の電子ユニットに割り当てられたメモリに格納される。

以下、本発明及び更に有利な点について送信器の実施形態の一例を示す図面に基づいてより詳細に説明するが、図中同一の要素には同一の参照符号を付すものとする。
図１は本発明の送信器のブロック図を示す。前記送信器は物理的パラメータＸを電気量に変換する役割を有する計測センサ１を含む。前記センサとして可能なものは、例えば圧力用、温度用、流量用、又は充填レベル用のセンサである。前記物理的パラメータＸは計測センサ１に影響を与え、前記センサは、その結果、前記物理的パラメータＸの現在の計測値に対応する電気量を発する。前記電気量は前記電気量を生信号Ｒに変換する役割を有する信号前処理器３に供給され、前記生信号は更に処理及び／又は評価をするために利用することができる。この目的のため、前記電気量は例えば増幅され且つ／又はフィルタ処理される。

前記生信号Ｒは次の信号処理器４によって計測信号Ｍに変換される。ここで、例えば、前記生信号に温度依存があれば、その補償が行われる。また、例えば特定のセンサの（ｓｅｎｓｏｒ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）特性曲線又は補償用及び／又は検量（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）用データに起因する修正及び調整を考慮することもできる。

前記計測信号Ｍは電子ユニット５、例えばマイクロプロセッサに加えられる。このマイクロプロセッサは特定用途のための伝達関数Ｆに従って計測信号Ｍを処理する。ここで、例えば計測範囲の仕様の形で、例えばユーザの望む物理的量のゼロ点及び前記計測値のスケーリング、又は計測結果が発せられるべきユニットが考慮される。

前記伝達関数Ｆに従って処理された計測信号は出力段７に加えられ、出力段７は前記計測信号Ｍに対応する出力信号を発する。出力信号として可能なものは例えば現時点の計測値に対応する電流、現時点の計測値に対応する電圧、又はデジタル信号である。図示の実施形態においては、前記出力信号は前記物理的パラメータＸの関数として変化する電流Ｉ（Ｘ）である。

監視ユニット９は信号処理器４、電子ユニット５及び出力段７によって形成される信号処理経路と並列に設けられる。図２は監視ユニット９の構成についての実施形態の一例を示す。

監視ユニット９は生信号Ｒが加えられる第１の入力を有する。
動作中、監視ユニット９は前記出力信号を生信号Ｒから得られた補助信号Ｈと比較し、前記出力信号と生信号Ｒとの差が所定のレベルを超えるときは、前記出力信号の安全指向の調節を行う。生信号Ｒは当然ながら前記出力信号より正確でない。そのため、補助信号Ｈと前記出力信号との間の許容差を規定することが好ましいが、そのようなことが起こり得るのは前記二つの信号の精度が異なるためである。前記二つの信号間の差がこの範囲を超えると、機能異常が起こるが、それは本発明に従って具体化された送信器によって直ちに認識される。そうすると、これに相応して、前記送信器は前記出力信号の安全指向の調節を行うことができる。

操作者は前記送信器によって警告され、エラーが修正される前に、大きな損害の発生を確実に防止することができる。
アナログ出力信号を用いた一実施形態の図示例においては、抵抗１０が出力の分岐（ｂｒａｎｃｈ）内に置かれて、前記出力信号は抵抗１０を経て取り出され前記監視ユニットに供給される。監視ユニット９は計測回路１１を有しており、計測回路１１の中で前記出力信号が記録され、比較器１３に供給される。

前記監視ユニットは電子ユニット１５、例えば第２のマイクロプロセッサをも有することが好ましい。このマイクロプロセッサは、生信号Ｒを特定用途のための伝達関数（Ｆ）に従って処理することによって、生信号Ｒから補助信号Ｈを得る。電子ユニット１５はそのようにして得られた補助信号Ｈを現在の出力信号と比較する。

これに関連して、電子ユニット１５には、メモリ１７が割り当てられ、メモリ１７内に前記伝達関数Ｆが格納される。
本発明の送信器の始動中、好ましくは伝達関数Ｆは第一の段階でユーザによって通信インタフェースを経由して信号処理の分岐内の第１の電子ユニット５に供給される。別の方法として、ユーザは前記送信器内に存在する伝達関数を選択することもできる。これは、例えば、異なる計測範囲、信号出力モード、計測が与えられることとなるユニット等の選択を可能とするメニュの方法によって行うことができる。

前記通信インタフェースは図１では矢印によって単に象徴的に示されている。ここでは通信インタフェースについて述べているが、送信器によっては伝達関数Ｆの電子ユニット５への転送は単純な一方向性のものでも十分である。これは別個のインタフェースを介して行う必要はなく、送信器に供給する（ｓｕｐｐｌｙ）ために使用されるライン及び／又は前記出力信号が発せられるラインを経て行われるようにしてもよい。

第１の電子ユニット５から、伝達関数Ｆは一度データライン１９を通って第１の電子ユニット５から第２の電子ユニット１５に伝送され、第２の電子ユニット１５に割り当てられたメモリ１７に格納される。

本発明の送信器においては、信号処理の分岐の全体が監視される。そこで生じるエラーはどのような種類のものでも直ちに察知されて、前記送信器が安全指向の方法で自動的に反応する。

これは例えば監視ユニット９の電子ユニット１５が出力段７に対して対応する調節を行うということで起こる。これは図１及び２において実線で示される。別な方法として、監視ユニット９は当然ながら前記出力信号に直接影響を与えることができる。前述した電流出力の場合には、監視ユニット９が前記出力段と抵抗１０との間で前記出力信号に影響を与えるようにすることができ、これにより前記出力信号は所望の安全指向の調節を行う。これは同図中点線で示されている。

前記出力信号の安全指向の調節としては例えば警告信号とすることができる。前述のアナログ電流出力において、警告信号として可能な方法は、例えば前記電流を正常な計測条件のもとでは出てこない値に調整することである。その時点で存在する計測のための前記電流がエラーなしで動作している場合に４ｍＡと２０ｍＡとの間にあるときは、２０ｍＡを超え、又は４ｍＡ未満の電流は警告の意味を持つようにすることができる。

別の方法として、安全指向の調節とは、当然であるが、異常に機能する送信器によって最小の損害が引き起こされる可能性のある計測値に対応する出力信号が設定されるという意味でもよい。例えば、充填レベルの計測の場合、安全指向の調節としては、その機能異常を認識した前記送信器が、実際の充填レベルとは無関係に、容器が満たされていると報告して、充填物質が前記容器にそれ以上導入されないようにすることを意味させることが可能である。このようにすると、前記容器のオーバフローが防止される。この調節に加えて、警告信号を前記出力信号に重ねる（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅ）と有利である。

本発明の送信器のブロック図である。 図１中に表示された監視ユニットを示す図である。

Claims (4)

1. 物理的パラメータ（Ｘ）を電気量に変換するセンサ（１）、
   前記電気量を増幅及び／又はフィルタ処理された電気信号である生信号（Ｒ）に変換する信号前処理器（３）、
   前記生信号（Ｒ）に前記センサの特性曲線または補償用及び／又はキャリブレーション用のデータに基づく修正及び調整を加えて計測信号（Ｍ）に変換する信号処理器（４）、
   前記信号処理器（４）で得られた前記計測信号（Ｍ）を該計測信号（Ｍ）のゼロ点調整及びスケーリングを行うための伝達関数（Ｆ）に従って処理する第１の電子ユニット（５）、
   前記計測信号（Ｍ）に対応する電流値、電圧値、又はそれらのデジタル値を示す出力信号を生成する出力段（７）、及び
   監視ユニット（９）、
   を備え、
   該監視ユニット（９）は、動作中、前記伝達関数（Ｆ）に従って前記生信号（Ｒ）を処理することによって前記生信号（Ｒ）から補助信号（Ｈ）を得る第２の電子ユニット（１５）を含み、前記出力信号を前記生信号（Ｒ）から得られた前記補助信号（Ｈ）と比較し、前記出力信号と前記補助信号（Ｈ）との差が所定の範囲を超えるときは、正常時に出力される出力信号が示す電流値、電圧値、又はそれらのデジタル値の範囲から外れた電流値、電圧値、又はそれらのデジタル値を示す出力信号を前記出力段（７）に出力させて、前記信号処理器（４）による前記生信号（Ｒ）の処理の際にエラーが発生したことを知らせるようにした送信器。
2. 前記出力段（７）はアナログ出力信号を出力し、前記アナログ出力信号は、抵抗（１０）を経て前記監視ユニット（９）に供給され、且つ、計測回路（１１）によって前記監視ユニット（９）内に記録される、請求項１に記載の送信器。
3. 前記伝達関数（Ｆ）は前記第２の電子ユニット（１５）に割り当てられたメモリ（１７）内に格納され、
   前記第２の電子ユニット（１５）は、動作中、前記生信号（Ｒ）を前記伝達関数（Ｆ）に従って処理することによって前記生信号（Ｒ）から前記補助信号（Ｈ）を得、且つ、前記補助信号（Ｈ）を前記出力信号と比較する、請求項１に記載の送信器。
4. 前記伝達関数（Ｆ）は、通信インタフェースを経由して前記第１の電子ユニット（５）に供給され、データライン（１９）を経て前記第１の電子ユニット（５）から前記第２の電子ユニット（１５）に伝達され、且つ、前記第２の電子ユニット（１５）に割り当てられた前記メモリ（１７）に格納される、請求項３に記載の送信器。

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