JP5339057B2

JP5339057B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP5339057B2
Application number: JP2009016914A
Authority: JP
Inventors: 悟鈴木
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2029-01-28
Also published as: JP2010175334A

Description

本発明は測定装置に関し、詳しくは、プラグアンドプレイ形式のセンサを用いた測定装置の改善に関するものである。

近年、測定装置に用いるプラグアンドプレイ形式のセンサとして、ＴＥＤＳ(Transducer Electronic Data Sheet:トランスデューサ電子データシート)規格対応のセンサが注目されている。ＴＥＤＳ内のメモリにはセンサ固有の識別情報や校正情報(パラメータ)が記録されている。

ＴＥＤＳ規格対応のセンサおよび機器を用いることにより、測定装置におけるセンサ固有情報の設定や校正データなどの取り込みを自動的に行うことができ、設定時間の大幅な短縮や設定ミスの防止などにより現場作業者の負担を大幅に軽減できるとともに、より正確な測定が可能になる。

図４は、プラグアンドプレイ形式のＴＥＤＳ規格対応のセンサを用いた従来の測定装置の一例を示すブロック図である。図４において、センサユニット１０と送受信ユニット２０は、図示しない同軸ケーブルおよび同軸コネクタ３０を介して接続されている。

センサユニット１０に設けられている同軸コネクタ３０の内部導体３１にはダイオードＤ１とアンプ１１の直列回路を介してセンサ１２の一端が接続されるとともに、ダイオードＤ２を介してＴＥＤＳ１３の一端が接続されている。これらセンサ１２およびＴＥＤＳ１３の他端は同軸コネクタ３０の外部導体３２に接続されている。

送受信ユニット２０に設けられている同軸コネクタ３０の内部導体３３には切換スイッチＳＷ１の可動接点ａが接続され、外部導体３４は共通電位点に接続されている。

切換スイッチＳＷ１の一方の固定接点ｂにはプラス電源（たとえば＋２４Ｖ）が印加されるとともにコンデンサＣを介してＰＧＡ２１とＡ／Ｄ変換器２２が直列接続され、Ａ／Ｄ変換器２２の出力データは演算制御部２３に入力されている。切換スイッチＳＷ１の他方の固定接点ｃにはマイナス電源（たとえば−５Ｖ）が印加されるとともにデータＩ／Ｏ２４を介して演算制御部２３が接続されている。

ここで、コンデンサＣは、ＰＧＡ２１のアナログ入力信号の直流オフセット電圧を除去するように機能する。ＰＧＡ２１は、コンデンサＣを介して入力されるアナログ電圧を、Ａ／Ｄ変換器２２が安定にデジタル信号に変換できる所定範囲の値に変換する。データＩ／Ｏ２４は、演算制御部２３に入力されるまたは演算制御部２３から出力されるデジタルデータのレベルを、所定範囲の値に変換する。

このような構成において、送受信ユニット２０は、切換スイッチＳＷ１の可動接点ａの切り換えに応じて、センサ１２のアナログ出力を測定するアナログ動作またはＴＥＤＳ１３との間でデジタルデータを入出力するデジタル動作を行う。

まず、アナログ動作モード時には切換スイッチＳＷ１の可動接点ａを固定接点ｂ側に切り換えて送受信ユニット２０からセンサユニット１０にプラス電源を供給し、Ａ／Ｄ変換器２２でセンサ１２のアナログ出力を測定する。

一方、デジタル動作モード時には切換スイッチＳＷ１の可動接点ａを固定接点ｃ側に切り換えて送受信ユニット２０からセンサユニット１０にマイナス電源を供給し、ＴＥＤＳ１３との間でデジタルデータの入出力を行う。

また、送受信ユニット２０の可動接点ａを固定接点ｂ側に切り換えてアナログ動作モードに設定しておき、送受信ユニット２０の同軸コネクタにセンサユニット１０以外の電圧発生装置などの出力端子に接続される同軸ケーブルの同軸コネクタを接続して、電圧を測定することもできる。

特開２００６−１５７３０８号公報

特許文献１には、トランスを用いることなく、ＴＥＤＳメモリから装置側に送信される信号を論理反転して信号の回り込みを防止するように構成されたＴＥＤＳシステムにおけるデータ送受信装置が記載されている。

図５は、データＩ/Ｏ２４の具体例を示す回路図である。演算増幅器ＯＰの反転入力端子は抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路の接続中点に接続されている。非反転入力端子は抵抗Ｒ３とＲ４の直列回路の接続中点に接続されるとともに、抵抗Ｒ５を介して出力端子に接続されている。出力端子は図示しない演算制御部２３に接続されている。

抵抗Ｒ１の他端はプラス電源＋Ｖに接続され、Ｒ２の他端は図示しない切換スイッチＳＷ１の固定接点ｃに接続されるとともにＦＥＴＱ２のドレインに接続されている。抵抗Ｒ３の他端はプラス電源＋Ｖに接続され、Ｒ４の他端は共通電位点に接続されている。

ＦＥＴＱ１のソースはプラス電源+Ｖに接続されるとともに抵抗Ｒ６を介してゲートに接続され、ドレインは抵抗Ｒ７とＲ８の直列回路を介してマイナス電源−Ｖに接続されている。ゲートは図示しない演算制御部２３に接続されている。

ＦＥＴＱ２のゲートは抵抗Ｒ７とＲ８の直列回路の接続中点に接続されている。ドレインは抵抗Ｒ９を介してマイナス電源−Ｖに接続されている。抵抗Ｒ９の抵抗値は、規格で規定されているＴＥＤＳ１３に所定の電力を供給できるように、その範囲が定められている。

図５のデータＩ/Ｏ２４において、過大電圧から保護しなくてはならない部分は、抵抗Ｒ２の他端とＦＥＴＱ２のドレインとを接続する配線との接続点Ｐである。

この接続点Ｐを過大電圧から保護するためには、たとえば図６に示すように、保護抵抗Ｒ１０を介して電圧クランプ回路を接続することが考えられる。なお、電圧クランプ回路は、順方向に接続されたダイオードＤ３とＤ４の直列回路と、一端がダイオードＤ３のカソードに接続され他端がプラス電源＋Ｖに接続された抵抗Ｒ１１と、カソードがダイオードＤ３のカソードに接続されアノードが共通電位点に接続された第１のツェナーダイオードＺＤ１と、一端がダイオードＤ３およびツェナーダイオードＺＤ１のカソードに接続され他端が共通電位点に接続された第１のコンデンサＣ１と、一端がダイオードＤ４のアノードに接続され他端がマイナス電源−Ｖに接続された抵抗Ｒ１２と、カソードがダイオードＤ４のアノードに接続されアノードが共通電位点に接続された第２のツェナーダイオードＺＤ２と、一端がダイオードＤ４のアノードとツェナーダイオードＺＤ２のカソードの接続点に接続され他端が共通電位点に接続された第２のコンデンサＣ２とで構成されている。

ところで、データＩ／Ｏ２４周辺に図６のような電圧クランプ回路を設けるためには、図５の接続点Ｐに保護抵抗Ｒ１０を接続しなければならない。

しかし、図５の接続点Ｐに保護抵抗Ｒ１０を接続するとＴＥＤＳ１３に所定の電力を供給する部分の抵抗が大きくなってＴＥＤＳ１３に充分な電力を供給できなくなり、安定したデジタル動作が得られなくなってしまう。

このように、図５の接続点Ｐに保護抵抗Ｒ１０を入れて過電圧保護を行うことは困難であって、たとえば電圧発生装置の出力電圧などの比較的大きな電圧を測定しているアナログ動作モード状態で誤って切換スイッチＳＷ１の可動接点ａを固定接点ｃ側に切り換えると、データＩ／Ｏ２４に過大電圧が加わってデータＩ／Ｏ２４を破壊してしまうおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、ＴＥＤＳ規格対応のセンサが接続される測定装置において、過大入力電圧による内部回路の破壊を防ぐことにある。

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、
ＴＥＤＳ規格対応のセンサが接続され、アナログ動作モードとデジタル動作モードが切り換えられるように構成された測定装置において、
アナログ動作モードにおける入力電圧を測定する手段と、この入力電圧の測定結果とデジタル動作モードの許容入力範囲を比較する手段と、この比較結果を表示する手段と、動作モードの切換を制御する手段を備え、
アナログ動作モードからデジタル動作モードに切り換えるのにあたり、
前記入力電圧の測定結果が前記デジタル動作モードの許容入力範囲を超えている場合には、前記表示手段は警報表示を行い、前記切換制御手段はアナログ動作モードを保持することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の測定装置において、
前記入力電圧を測定する手段はＡ／Ｄ変換器であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の測定装置において、
前記測定装置はセンサユニットと送受信ユニットとで構成され、これらセンサユニットと送受信ユニットは同軸ケーブルを介して着脱可能に接続されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の測定装置において、
前記送受信ユニットには、アナログ動作モードとデジタル動作モードを切り換える第１の切換スイッチと、この第１の切換スイッチのアナログ動作側の接点に接続され前記センサユニットに選択的に電源を供給するスイッチと、この第１の切換スイッチのアナログ動作側の接点に接続され直流オフセット電圧を除去するコンデンサの前後を切り換える第２の切換スイッチが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、アナログ動作モードからデジタル動作モードに切り換えるのにあたって、アナログ動作モードにおける入力電圧の測定結果がデジタル動作モードの許容入力範囲を超えている場合には、アナログ動作モードが保持されるので、過大入力電圧による内部回路の破壊を防止できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。図１の動作の流れを説明するフローチャートである。本発明に基づく表示部１４の具体例図である。従来の測定装置の一例を示すブロック図である。データＩ/Ｏ２４の具体例を示す回路図である。電圧クランプ回路の具体例を示す回路図である。

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図４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、切換スイッチＳＷ１の一方の固定接点ｂには切換スイッチＳＷ２の可動接点ａが接続されるとともに、スイッチＳＷ３を介してプラス電源（たとえば＋２４Ｖ）が印加されている。

切換スイッチＳＷ２の一方の固定接点ｂはコンデンサＣとＰＧＡ２１の接続点に接続され、他方の固定接点ｃにはコンデンサＣを介してＰＧＡ２１とＡ／Ｄ変換器２２が直列接続され、Ａ／Ｄ変換器２２の出力データは演算制御部２３に入力されている。切換スイッチＳＷ１の他方の固定接点ｃにはマイナス電源（たとえば−５Ｖ）が印加されるとともにデータＩ／Ｏ２４を介して演算制御部２３が接続されている。

すなわち、図１の構成では、図６の構成に対して、入力電圧レベルの測定にあたり直流を含めるか含めないかを切り換えるための切換スイッチＳＷ２と、プラス電源を選択的にオンオフにするスイッチＳＷ３を設けている。

図２は、図１における演算制御部２３の動作モード切換時における機能の具体例を示すブロック図である。電圧測定部２３ａは、Ａ／Ｄ変換器２２により変換されたデジタルデータに基づきアナログ電圧を測定する。測定値比較部２３ｂは、電圧測定部２３ａの測定値とあらかじめ規定値メモリ２３ｃに格納されている規定値との大小関係を比較する。スイッチ制御部２３ｄは、測定値比較部２３ｂの比較結果に基づき、各スイッチＳＷ１〜３を制御する。表示制御部２３ｅは、測定値比較部２３ｂの比較結果に基づき、図示しない警告表示部を制御する。

図１の動作を説明する。演算制御部２３は、切換スイッチＳＷ１の可動接点ａを固定接点ｃ側に切り換えてデジタル動作モードにする前に電圧測定動作を行い、その測定結果に基づいて切換スイッチＳＷ１の可動接点ａの固定接点ｃ側への切り換えを制御し、データＩ／Ｏ２４に過大電圧がかからないようにする。

１）切換スイッチＳＷ１の可動接点ａを固定接点ｂ側に切り換える(通常は固定接点ｂ側になっている)。
２）スイッチＳＷ３をオフにする。
３）切換スイッチＳＷ２の可動接点ａを固定接点ｂ側に切り換える。
４）Ａ／Ｄ変換器２２で電圧を測定する。

５）測定結果が規定値（たとえば±０．２Ｖ）以下の場合は以下の動作を行い、通常のＴＥＤＳ解析動作に入る。
５−１）切換スイッチＳＷ２を固定接点ｃ側に切り換える。
５−２）スイッチＳＷ３をオンにする。
５−３）切換スイッチＳＷ１を固定接点ｃ側に切り換える。

６）測定結果が規定値を超えた場合は警告エラー表示をして切換スイッチＳＷ１の切り換えは行わず、測定動作を終了する。

図３は、図１の動作の流れを説明するフローチャートである。切換スイッチＳＷ１の可動接点ａが固定接点ｂ側に切り換えられているアナログ動作状態でＴＥＤＳ１３にアクセスするデジタル動作が指令されると（ＳＰ１）、Ａ／Ｄ変換器２２はその状態で入力されている電圧を測定する（ＳＰ２）。演算制御部２３は、測定電圧が規定値（たとえば±０．２Ｖ）以下か否かを判断し（ＳＰ３）、規定値以下でない場合にはアナログ動作状態のままで警告表示を行い（ＳＰ４）、規定値以下の場合にはデジタル動作に切り換える（ＳＰ５）。

これにより、過大電圧がデータＩ／Ｏ２４に印加されることを防止でき、データＩ／Ｏ２４の破壊を防ぐことができる。

なお、図３のフローチャートに示す一連の動作は、送受信ユニット２０の演算制御部２３に組み込まれているプログラムに基づき、自動的に処理実行できる。

以上説明したように、本発明によれば、ＴＥＤＳ規格対応のセンサが接続される測定装置における過大入力電圧による内部回路の破損を防止できる。

１０センサユニット
１１アンプ
１２センサ
１３ＴＥＤＳ
２０送受信ユニット
２１ＰＧＡ
２２Ａ／Ｄ変換器
２３演算制御部
２４データＩ／Ｏ
３０同軸コネクタ

Claims

ＴＥＤＳ規格対応のセンサが接続され、アナログ動作モードとデジタル動作モードが切り換えられるように構成された測定装置において、
アナログ動作モードにおける入力電圧を測定する手段と、この入力電圧の測定結果とデジタル動作モードの許容入力範囲を比較する手段と、この比較結果を表示する手段と、動作モードの切換を制御する手段を備え、
アナログ動作モードからデジタル動作モードに切り換えるのにあたり、
前記入力電圧の測定結果が前記デジタル動作モードの許容入力範囲を超えている場合には、前記表示手段は警報表示を行い、前記切換制御手段はアナログ動作モードを保持することを特徴とする測定装置。
前記入力電圧を測定する手段はＡ／Ｄ変換器であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
前記測定装置はセンサユニットと送受信ユニットとで構成され、これらセンサユニットと送受信ユニットは同軸ケーブルを介して着脱可能に接続されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
前記送受信ユニットには、アナログ動作モードとデジタル動作モードを切り換える第１の切換スイッチと、この第１の切換スイッチのアナログ動作側の接点に接続され前記センサユニットに選択的に電源を供給するスイッチと、この第１の切換スイッチのアナログ動作側の接点に接続され直流オフセット電圧を除去するコンデンサの前後を切り換える第２の切換スイッチが設けられていることを特徴とする請求項３記載の測定装置。