專利名稱：電流監(jiān)視裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流監(jiān)視裝置，特別是涉及流入雙線式的工業(yè)用電流傳輸線的電 流的監(jiān)視用的電流監(jiān)視裝置。
背景技術(shù)：
以往，具有設(shè)置于寬闊的土地上的多臺構(gòu)成設(shè)備、裝置的化工廠、石油廠等， 具備為了對工廠進行控制而測定這些構(gòu)成設(shè)備、裝置的壓力、溫度、流過配管 的流體的流速等物理量的工業(yè)用測量器。這種工業(yè)用測量器1像例如圖12那 樣，與直流電源3 (例如24V)和負(fù)載電阻4(例如250Q)—起，串聯(lián)于雙線式 傳輸線2，將測定的物理量變換為4mA 20mA范圍內(nèi)的電流值輸出到雙線式 傳輸線2。如該圖所示，在工廠的情況下，通常使用將工業(yè)用測量器1測量的物理量變 換為規(guī)定電平范圍的電流值傳輸?shù)碾娏鳝h(huán)路。這是因為在工廠的情況下，傳輸 電纜的傳輸線長，以電壓振幅傳輸時電纜的電阻造成信號劣化最后不能夠傳 輸。這種電流環(huán)路通常將20mA分配為工業(yè)用測量器能夠測量的物理量的10%， 將4mA分配為物理量的0%，從工業(yè)用測量器輸出與所測量的物理量成正比的 電流。順便說，將負(fù)載電阻設(shè)定為250歐姆，是因為4mA的電流流入該電阻時 的電壓降為IV， 20mA的電流流入時的電壓降為5V，這1 5V范圍的電壓值 適合使用于各種控制運算。另一方面，作為這種工業(yè)用測量器，有例如日本專利特開平9一81883號公 報所示的自己作出使用例如雙線式傳輸線的電流使工業(yè)用測量器(在下面有時 候簡稱為"測量器")工作的工作電源，不需要測量器工作用的電源裝置和電源 配線、或電池的雙線式傳送器。這種雙線式傳送器用流入雙線式傳輸線的電流 形成傳送器內(nèi)部的工作電源，同時將與測量器測量的物理量相對應(yīng)的電流輸出 到雙線式傳輸線。但是，上述工業(yè)用測量器測量的物理量被提供給將例如多條雙線式傳輸線集線對工廠設(shè)備進行控制的集中控制裝置。該集中控制裝置對通過雙線式傳輸線 得到的數(shù)據(jù)進行修正運算、控制運算等各種各樣的處理，根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行整 個工廠的控制。順便說明，工廠設(shè)備的控制系統(tǒng)越是復(fù)雜，工業(yè)用測量器的輸 出越是復(fù)雜。因此，在這種工廠設(shè)備的情況下，從預(yù)先保全的考慮出發(fā)，使工 廠設(shè)備運行，對其進行監(jiān)視的用戶等提出想要分別監(jiān)視工廠中設(shè)置的多個工業(yè) 用測量器分別輸出的數(shù)據(jù)是否正確，或趨勢傾向是怎樣的這些要求。但是，上述工廠在別的用途上使用對該整個工廠進行控制的集中控制裝置以 外的雙線式傳送器輸出的測量數(shù)據(jù)等情況下(例如對流入傳輸線的電流進行監(jiān) 視的情況下)，有時候伴隨發(fā)生控制環(huán)路內(nèi)的程序和系統(tǒng)的變更。而且，越是 測量系統(tǒng)規(guī)模大而且復(fù)雜，則從使用于已有的控制系統(tǒng)的程序中切出各測量器 的數(shù)據(jù)再使用于監(jiān)視器越是困難。因此，在上述工廠設(shè)備中，有時候?qū)⒏鳒y量 器輸出的數(shù)據(jù)從控制系統(tǒng)的傳輸線(雙線式傳輸線)切下，限定于對測量器的 動作進行監(jiān)視的用途，分別收集數(shù)據(jù)是更有效的。因此，通常電流監(jiān)視裝置測 量的測量值通過在雙線式傳輸線之外另行敷設(shè)的傳輸線(有線傳輸線；例如 GPIB)傳送。或者，電流監(jiān)視裝置也可以采用將電流監(jiān)視裝置檢測出的測量值用例如圖 13所示用無線傳輸線傳送的方式傳送，取代上述有線傳輸線傳送的方式。這種 方式是電流監(jiān)視裝置對雙線式傳輸線中流過的電流進行測量，將該測量的數(shù)據(jù) 無線傳輸?shù)姆绞?，形成設(shè)置無線監(jiān)視裝置5的結(jié)構(gòu)。這種無線監(jiān)視裝置5具備 使該裝置動作的電源、例如電池6。而且使用這種無線傳輸方式的電池驅(qū)動的 工業(yè)用測量器、以及電流監(jiān)視裝置也是通常所知道的裝置。但是，上述電流監(jiān)視裝置為了傳輸測量的電流值，有必要在控制用配線之外 另行敷設(shè)傳輸線，因此存在傳輸線的傳輸線路長度大的問題。而且上述電流監(jiān) 視裝置為了工作需要電源的情況下，有必要另行敷設(shè)與傳輸線大致相同距離的 電源線連接到電流監(jiān)視裝置。因此在電流監(jiān)視裝置與集中控制裝置存在距離的 情況下，也就是電源線的配線路程很長的情況下，也存在成本大的問題。當(dāng)然，如果電流監(jiān)視裝置采用電池驅(qū)動，則可以不需要電源線。而且如果采 用電池驅(qū)動的無線傳輸方式，則電源線和傳送測量的電流數(shù)據(jù)的傳輸線也不需 要。但是電池壽命有限，需要更換電池。因此電池驅(qū)動的電流監(jiān)視裝置有替換 電池的麻煩。而且隨著工廠設(shè)備規(guī)模變大，通常電流監(jiān)視裝置的數(shù)目也增多。 因此已有的工廠必須尋找出工廠設(shè)備的什么地方設(shè)置電池驅(qū)動的電流監(jiān)視裝置，也需要很多勞動力。而且，上述電池驅(qū)動的電流監(jiān)視裝置要在電池用完時 進行替換電池的工作時操作成本很大。因此，電流監(jiān)視裝置最好是以規(guī)定的周 期在該電池用完之前將電池一起替換。但是，這種方法以規(guī)定的周期將電池一 起替換，有可能發(fā)生故意縮短電流替換周期的惡作劇，而且還可以使用的電池 也廢棄，從有效利用資源的觀點考慮也是個問題。而且電池驅(qū)動的電流監(jiān)視裝 置必須將電流監(jiān)視裝置設(shè)置在能夠替換電池的地方，其安裝場所等也受到限 制?；蛘?，也可以考慮由操作人員等使用數(shù)字式萬用表或檢測器實際測量流向雙 線式傳輸線的電流，但是需要使數(shù)字式萬用表等測量器工作用的電源(市電或 電池)，而且存在不能夠?qū)崟r測量的問題。另一方面，上述專利文獻中記載的雙線式傳送器(以下有時候也簡稱傳送器) 使用流路傳輸線的電流，利用分流調(diào)整器發(fā)生該傳送器工作所需要的電源電壓 之后，調(diào)整流路雙線式傳輸線的電流值，使其為與該傳送器具備的傳感器的檢 測值相應(yīng)的電流值。從而，該傳送器雖然對流入雙線式傳輸線的電流值進行控 制，但是不檢測實際上該電流有多少流入傳輸線。更具體地說，如果參照上述 專利文獻中公開的圖1的電路圖，流路傳輸線的電流的控制用反饋電阻R2的端電壓進行。因此上述專利文獻中公開的傳送器即使因為電阻器(R5、 R6、 R7、 R8以及R2)和晶體管(Q4、 Q2)的劣化、斷路等，流入雙線式傳輸線的電流 值偏離所希望的電流值，由于不檢測流入傳輸線的電流，因此不能夠檢測出這 些零部件的故障。也就是說，測量器本身發(fā)生故障時傳送器用該發(fā)生故障的測 量器的輸出電流進行控制。因此專利文獻1所述的傳送器存在難以檢測傳送器 本身的故障的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為解決上述存在問題而作出的，其目的在于提供不需要工作電源而 且不需要傳送所測量的電流值的傳輸線的電流監(jiān)視裝置。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置，測定將測定器測定的物理量變 換為信號電流輸出到兩條傳輸線的電流值，其中具備插入所述傳輸線中，測 定向所述傳輸線輸出的所述信號電流的電流值的電流檢測部、以及插入所述傳 輸線中，輸出由于所述信號電流流過而產(chǎn)生的電壓的電源電壓生成部，另一方 面，所述電流檢測部利用所述電源電壓生成部輸出的電壓進行驅(qū)動。最好是所述電源電壓生成部具備插入所述傳輸線中，流過所述信號電流 的晶體管、分別連接在所述插入的晶體管的兩個電極上，檢測所述信號電流流 向這些電極之間產(chǎn)生的電壓的電壓值的電壓檢測部、分別連接在所述晶體管的 兩個電極上，輸出規(guī)定的基準(zhǔn)電壓值的基準(zhǔn)電壓生成部、以及將該基準(zhǔn)電壓生 成部輸出的基準(zhǔn)電壓值與所述電壓檢測部檢測出的電壓值加以比較，改變所述 晶體管的內(nèi)部電阻，將該晶體管的兩個電極之間的電壓調(diào)整為規(guī)定的電壓的電 壓比較調(diào)整部。使用于上述電流監(jiān)視裝置的電源電壓生成部，通過控制插入傳輸線的晶體管的內(nèi)部電阻，使該晶體管的兩端(例如MOSFET晶體管的情況下，在源極-漏極之間)產(chǎn)生電壓降。這時流入傳輸線的電流不變。也就是說，本發(fā)明的電流 監(jiān)視裝置，即使是控制晶體管的內(nèi)部電阻，將主電流流過的晶體管的兩個電極 之間(例如源極'漏極之間)產(chǎn)生的電壓降調(diào)整為規(guī)定的電壓，也只因測量器控 制的電流值而改變。因此晶體管的兩個電極之間的電壓可以設(shè)定為任意值。于 是，本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置利用晶體管的兩個電極之間產(chǎn)生的電壓(電壓降) 使電流檢測部工作，測定流入傳輸線的電流。而且，本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置還具備無線傳送所述電流檢測部檢測出的所 述電流值的無線部，該無線部形成利用所述電源電壓生成部輸出的電壓進行驅(qū) 動的結(jié)構(gòu)。該無線部利用電源電壓生成部輸出的電壓進行驅(qū)動。因此，上述電流監(jiān)視 裝置不必另行準(zhǔn)備無線部工作的電源。而且該電流監(jiān)視裝置也不需要傳送測定 的電流值的傳輸線。最好是所述無線部具備蓄電部，該蓄電部以規(guī)定的周期間歇發(fā)送，在該無 線部的發(fā)送停止時，存儲從所述電源電壓生成部得到的電荷，另一方面在該無 線部進行發(fā)送時，釋放所述存儲的電荷，補充所述無線部需要的電流。該電流監(jiān)視裝置，在例如雙線式傳送線為最小電流值(4mA)時，無線部以 外的電路能夠動作，但是一旦無線部送出數(shù)據(jù)，在4mA的情況下電流不足時， 使無線部間歇動作，同時在該無線部處于不送出數(shù)據(jù)的待機狀態(tài)時，將上述電 源電源生成部輸出的剩余電荷(電流)存儲于蓄電部(電容器)中。而且在無 線部送出數(shù)據(jù)時，該電流監(jiān)視裝置從傳輸線接收提供的電流，同時取出存儲于 電容器的電荷(電流)，使無線部動作。這樣，本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置，用流入傳輸線的電流，并利用電流監(jiān)視裝置內(nèi)部的電源電壓生成部，形成使該電流監(jiān)視裝置工作的電壓。因此，本發(fā)明的 電流監(jiān)視裝置，能夠測量不使用用來使電流監(jiān)視裝置工作的電源配線和電池， 沒有電源而流入傳輸線的電流。又，所測量的電流值用借助于流入傳輸線的電 流形成的電壓使其工作的無線部無線傳送。因此，本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置不需 要傳送所測量的電流數(shù)據(jù)的有線傳輸線。因此，由于本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置不 需要電源配線和傳送測量的電流數(shù)據(jù)的有線傳輸線，因此除了不需要電源配線 和敷設(shè)有線傳輸線的成本外，還不需要替換電池，具有優(yōu)異的維修保養(yǎng)性能。又，本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置，使無線部以規(guī)定的周期間歇發(fā)信，同時在無線 部的發(fā)信停止時，將從電源電壓生成部得到的電荷(電流)存儲于電容器中， 另一方面在該無線部進行發(fā)信時，放出電容器中存儲的電荷(電流)，補充無 線部需要的電流。因此本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置，可以使用能夠得到大的無線輸 出的無線部，并能夠不通過有線傳輸線就將所測量的流入傳輸線的電流值的數(shù) 據(jù)傳送到更遠(yuǎn)的地方。而且本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置，具有也容易使用于已有的 工廠設(shè)備的優(yōu)點，并能夠得到優(yōu)異的效果。


圖1是本發(fā)明第1實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。 圖2是表示圖1所示的電流監(jiān)視裝置的主要電路結(jié)構(gòu)圖的電路圖。圖3是表示本發(fā)明第2實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置的主要電路結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖4是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。 圖5是表示圖4所示的電流監(jiān)視裝置的主要電路結(jié)構(gòu)圖的電路圖。 圖6是表示本發(fā)明第3實施形態(tài)的變形的電流監(jiān)視裝置的主要電路結(jié)構(gòu)的電 路圖。圖7是表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置的主要電路結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖8是表示本發(fā)明第4實施形態(tài)的變形的電流監(jiān)視裝置的主要電路結(jié)構(gòu)的電 路圖。圖9是表示本發(fā)明第5實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置的主要電路結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖10是表示本發(fā)明第6實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置的主要電路結(jié)構(gòu)的電路圖。 圖11是表示本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置的評價試驗結(jié)果的曲線圖。 圖12是表示使用己有的雙線式傳輸線的工業(yè)用測量系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)的概略 方框圖。圖13是表示使用已有的雙線式傳輸線的工業(yè)用測量系統(tǒng)中設(shè)置無線監(jiān)視裝 置測定流入傳輸線的電流的裝入電流監(jiān)視裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實施方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置進行說明。圖1~圖IO是實施發(fā) 明的形態(tài)的一個例子的說明圖，但是本發(fā)明不限定于這些附圖所示。又，這些圖中，標(biāo)以與圖12和圖13相同的標(biāo)號的部分表示與用上述雙線式傳輸線的測 量系統(tǒng)相同的物體，基本結(jié)構(gòu)與圖12、圖13所示的已有的結(jié)構(gòu)相同，因此省 略其說明。 實施形態(tài)1圖1是表示本發(fā)明第1實施形態(tài)的概略方框圖。在該圖中，1是具備各種傳 感器(未圖示)，對測量對象的物理量(例如壓力、溫度、流量等)進行測量， 將與該測量的物理量對應(yīng)的信號電流輸出到雙線式傳輸線2 (以下有時候簡稱 傳輸線)的工業(yè)用測量器(以下有時候簡稱測量器)。傳輸線2串聯(lián)插入輸出 規(guī)定電壓(例如24V)的直流電的直流電源3、以及具有規(guī)定的電阻值(例如 250歐姆)的負(fù)載電阻器4形成電流環(huán)路。而且測量器1將傳感器測量的物理 量變換為例如4mA到20mA的電流值的信號電流，輸出到傳輸線2。本發(fā)明的 電流監(jiān)視裝置10串聯(lián)插入這樣構(gòu)成的測量系統(tǒng)的傳輸線2上，形成能夠?qū)α?入該傳輸線2的電流進行檢測的結(jié)構(gòu)。該電流監(jiān)視裝置10具備具有能夠串聯(lián)插入到傳輸線2的兩個端子VP、VM， 從流入傳輸線2的電流生成規(guī)定的電壓的電源電壓生成部20、檢測流入傳輸線 2的信號電流的電流值的電流檢測部30、以及無線傳送該電流檢測部30檢測 出的電流值(電流數(shù)據(jù))的無線部40。該電流監(jiān)視裝置IO詳細(xì)地說采用圖2 所示的電路結(jié)構(gòu)。在端子VP、 VM之間，分別并列連接使流入傳輸線2的信號電流通過的晶 體管Ql、檢測借助于信號電流流入該晶體管Ql在該晶體管Ql的兩個電極之 間(例如源極，漏極之間)產(chǎn)生的電壓(電壓降)的電壓檢測部21、輸出規(guī)定 的基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓生成部22、將該基準(zhǔn)電壓生成部22輸出的基準(zhǔn)電壓與 電壓檢測部21檢測出的電壓進行比較并將晶體管Q1的兩個電極之間的電壓調(diào) 整為規(guī)定的電壓值的電壓比較調(diào)整部23。晶體管Ql是例如P溝道MOS晶體管，源極連接在端子VP，漏極通過下述8分流電阻R5連接在端子VM。該晶體管Q1的柵極連接在構(gòu)成電壓比較調(diào)整部 23的運算放大器Al的輸出(控制信號)上(詳細(xì)情況在下面敘述)。還有， 該端子VM上連接分流電阻器R5的另一端稱為基準(zhǔn)電位OV的GND線11， 端子VP —側(cè)稱為電位VSUP的VSUP線12。電壓檢測部21的串聯(lián)連接的兩個電阻器Rl和R2，連接在VSUP線12與 GND線11之間。又，基準(zhǔn)電壓生成部22，其電阻器R6和基準(zhǔn)電壓源與VREF 串聯(lián)連接，連接在VSUP線12和GND線11之間。該基準(zhǔn)電壓源VREF的陽 極連接在GND線，基準(zhǔn)電壓源VREF的陰極通過電阻器R6連接在VSUP線 12。順便說，基準(zhǔn)電壓源VREF用齊納二極管或帶隙基準(zhǔn)電壓源等構(gòu)成。還有， 基準(zhǔn)電壓生成部22的基準(zhǔn)電壓源VREF采用帶隙基準(zhǔn)電壓源要比采用齊納二 極管，更能夠提高溫度穩(wěn)定性，因此更加理想。而且，分別將電壓檢測部21的電阻器R1、 R2的連接點(檢測電位VT)連 接在構(gòu)成電壓比較調(diào)整部23的運算放大器Al的負(fù)輸入端子上，將基準(zhǔn)電壓生 成部22的電阻器R6與基準(zhǔn)點用于VREF的連接點(基準(zhǔn)電位VR)連接在運 算放大器A1的正輸入端子上。順便說明，驅(qū)動運算放大器Al的正負(fù)電源輸入 端子，分別連接在VSUP線12和GND線11。于是，在滿足正輸入端子的電位(基準(zhǔn)電位VR) <負(fù)輸入端子的電(檢測 電位VT)的條件時，在晶體管Ql的柵極上施加GND線11的電位，晶體管 Ql處于截止?fàn)顟B(tài)。于是，晶體管Q1的漏極'源極之間的電壓上升VSUP線12 的電位上升。這時施加于電壓檢測部21的電阻器R1、 R2上的電壓也上升，因 此電阻器R1、 R2的連接點電位(檢測電位VT)上升。該檢測電位一旦超過基 準(zhǔn)電位VR，運算放大器A1的輸出就達(dá)到VSUP線的電位。于是，晶體管Q1 的漏極電流流出。因此晶體管Q1的柵極，源極之間的電壓變大，所以晶體管Q1 的漏極電流增加。這樣一來，運算放大器A1對晶體管Q1的柵極進行控制使電 壓檢測部21的電阻器R1、 R2的連接點(檢測電位)為基準(zhǔn)電位VR。這樣， 電源電壓生成部20構(gòu)成分流調(diào)整器。上述晶體管Ql的源極，漏極之間的電壓，由電壓檢測部21的電阻器Rl、 R2以及基準(zhǔn)電壓源VREF的組合決定。例如電阻器R1的電阻值為400kQ，電 阻器R2的電阻值為100kQ，基準(zhǔn)電壓源VREF的擊穿電壓為1.23V時，VSUP 線12的電位為其5倍的6.15V。這樣，在VSUP線12，通過調(diào)整電壓檢測部21的電阻器R1、 R2的電阻比，能夠得到所希望的電壓。還有，電阻器R1、 R2的電阻值，考慮與消耗電流折衷選擇決定。也就是說， 如果各電阻器用高電阻構(gòu)成，則電路的消耗功率變低。另一方面，基準(zhǔn)電位為 一定值，與晶體管Q1的柵極。源極之間的電壓無關(guān)。因此，為了減小電路的消 耗電流，電阻器R6的值最好是選擇比較大的值。具體地說，設(shè)定電阻器R1、 R2，使得VSUP線的電位為6.15V，電阻器R6設(shè)定為1MQ。于是，流入基準(zhǔn) 電壓源VREF的電流為[(6.15—1.23) /lxl06] = 4.92微安。又，電阻器R6除了圖4的電阻器外，未特別圖示的FET和晶體管等能動元 件外，也可以使用電流反射鏡電路等電路塊構(gòu)成。又，晶體管Ql也可以取代 上述P溝道MOS晶體管，只要能夠替換運算放大器Al的輸入極性，可以使用 N溝道MOS晶體管構(gòu)成?；蛘呔w管Ql也可以使用PNP晶體管或NPN晶體 管。而且在運算放大器Al具有驅(qū)動能力的情況下，也可以用單個運算放大器 Al進行控制。在這種情況下，不需要晶體管Q1，可以用簡單的電路構(gòu)成。另一方面，電流檢測部30具備串聯(lián)插入于端子VP、 VM之間的分流電阻器 R5、以及檢測信號電流流入該分流電阻器R5的兩端而產(chǎn)生的電壓降對其進行 放大的運算放大器L2。在該分流電阻器R5，流入下述無線部40、運算放大Al、 運算放大器A2、電壓檢測部21、基準(zhǔn)電壓生成部22、以及晶體管Q1的漏極 電流的總和。運算放大器A2的正輸入端子連接在GND線11，運算放大器A2的負(fù)輸入 端子上連接接到該運算放大器A2的輸出端子上的電阻器R4和接到端子VM的 電阻器R3。順便說明，運算放大器A2具備的正負(fù)電源輸入端子，分別連接在 VSUP線12和GND線11。但是，上述電阻器R3、 R4起著決定運算放大器A2的放大幅度的作用。具 體地說，電阻器R3取100kQ，電阻器R4取500kQ時，放大幅度為R3/R4 = 500 kQ/100kQ=5。例如， 一旦從VP端子向分流電阻器R5流入4mA的電流，在 分流電阻器R5的兩端就產(chǎn)生0.2V的電壓降。于是，在運算放大器A2的輸出 端子上就出現(xiàn)0.2X5二1.0V的電壓。又， 一旦從VP端子向分流電阻器R5流 入20mA的電流，分流電阻器R5的兩端就產(chǎn)生l.OV的電壓降。于是就在運算 放大器A2的輸出端子上出現(xiàn)1.0X5 = 5.0V的電壓。還有，由于在電流檢測部30的電阻器R3、 R4上也流入電流，因此電流檢 測值中含有若干誤差。但是該誤差可以通過對電阻器R3、 R4、 R5的數(shù)值的適當(dāng)設(shè)計抑制于很低的水平。因此本發(fā)明的電流控制裝置在實用上沒有問題。例如電流檢測部30檢測出4mA的電流時，在上述例子中電阻器R5上產(chǎn)生0.2V 的電壓降。從而，電阻器R3的兩端產(chǎn)生的電壓降為0.2V。現(xiàn)在假如電阻器R3 為kQ,則流入該電阻器R3的電流(誤差電流)為2微安，因此，該誤差電流 相對于4mA的測定電流為0.05%。通常的工業(yè)用計量設(shè)備的情況下，允許O.l %的誤差，從而這一程度的測定誤差是沒有問題的。又，這一誤差電流相對于測定電流通常為一定值。也就是說，假如檢測電流 的值為I，則誤差電流Ierr可以用公式Ierr二IX (R5/R3)求出。具體地說，例 如檢測電流R=8mA時的誤差電流為Ierr二4微安，檢測電流I二12mA時的誤 差電流Ierr二6微安，檢測電流I==20mA時的誤差電流Ierr二 10微安。從而， 本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置包含這樣與檢測電流對應(yīng)的一定比例的誤差電流是已 知的，對電流檢測部30輸出的電流數(shù)據(jù)進行誤差電流的補正是有充分的可能 性的。將該電流檢測部30輸出的電流數(shù)據(jù)提供給下一級的無線部40。該無線部40 具備時常將模擬電流信號作為輸入施加調(diào)制后作為規(guī)定頻率的高頻信號將電 流送出的功能。而未圖示的接收部收取無線部40送出的電流數(shù)據(jù)進行規(guī)定的 處理。具體地說，無線部40使用混合化的無線模塊。作為該無線模塊，只要是具 有接收電流檢測部30輸出的模擬電平的電流數(shù)據(jù)(例如直流電壓1V 5V)， 根據(jù)該模擬電平(電流數(shù)據(jù))進行規(guī)定的調(diào)制(正負(fù)調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào) 制、頻譜擴散調(diào)制等)，進行無線發(fā)送的功能的無線部，不管用哪一種調(diào)制方 式都可以。要而言之，只要是能夠?qū)㈦娏鳈z測部30檢測出的電流數(shù)據(jù)無線發(fā) 送，無線部40其方式不受限定。還有，無線部40的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同于本申請的 發(fā)明作為特征的地方，因此其說明省略。但是，通常在工廠中如上所述配置多個測量對象的裝置，在這些裝置上連接 本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置時，為了使各電流監(jiān)視裝置的無線部40發(fā)送的無線信 號不發(fā)生相互干擾，在無線部40和接收該無線部40發(fā)送的無線信號的接收部 (未特別圖示)除了使用頻分多址(FDMA)方式、時分多址(TDMA)夕卜， 分別使用碼分多址(CDMA)方式等訪問方式即可。還有，上述電源電壓生成部20、電流檢測部30、以及無線部40的各消耗電 流的合計值，有必要設(shè)計為不超過流入傳輸線2的信號電流的最小值(上述例子的情況下為4mA)。這樣，如上所述構(gòu)成的本發(fā)明第1實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置，具備被插入傳 輸線2，測量流入該傳輸線2的電流信號的電流值的電流檢測部30、利用控制 信號的電平改變插入傳輸線2的例如源極 漏極之間的內(nèi)部電阻的晶體管Ql、 分別連接在該晶體管Ql的源極和漏極上，檢測信號電流流入這些電極之間產(chǎn) 生的電壓的電壓值的電壓檢測部21、分別連接在晶體管Q1的源極和漏極，輸 出規(guī)定的基準(zhǔn)電壓值的基準(zhǔn)電壓生成部22、以及將該基準(zhǔn)電壓生成部22輸出 的基準(zhǔn)電壓值與電壓檢測部21檢測出的電壓值加以比較，調(diào)制提供給晶體管 Ql的柵極的控制信號的電壓，將晶體管Q1的源極，漏極之間的電壓調(diào)整為規(guī) 定的電壓值的電壓比較調(diào)整部23，電流檢測部30和無線發(fā)送電流檢測部30檢 測出的電流數(shù)據(jù)的無線部40，利用晶體管Q1的源極和漏極之間產(chǎn)生的電壓進 行驅(qū)動，因此不需要電源裝置和電池等外部電源及傳輸線和傳輸檢測出的電流 數(shù)據(jù)的傳輸線。因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)除了不需要敷設(shè)電源配線和有線傳輸線 的成本外，也不需要替換電池的電流監(jiān)視裝置。實施形態(tài)2下面，參照圖3對本發(fā)明第2實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置進行說明。在該圖中， 對具有與上述第1實施形態(tài)相同的功能的部位標(biāo)以相同的標(biāo)號，并省略其說明。 該第2實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置與上述第1實施形態(tài)不同的地方是，具備將電 流檢測部30輸出的模擬電平的電壓值(電流數(shù)據(jù))變換為n位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的 A/D變換器50，無線部40將該A/D變換器50變換的n位的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送出。 還有，驅(qū)動該A/D變換器50的正負(fù)電源輸入端子分別連接在VSUP線12和 GND線11 。這樣構(gòu)成的第2實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置，可以將只允許輸入信號為數(shù)據(jù)的 無線模塊使用于無線部40，因此通用性更高。例如第2實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝 置可以使用進行藍(lán)牙、Zigbee等無線傳送的模塊，能夠簡單地實現(xiàn)本發(fā)明的電 流監(jiān)視裝置。又，本實施形態(tài)由于對檢測出的電流數(shù)據(jù)進行數(shù)字變換，因此在 接收側(cè)(未特別圖示)將其作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理的情況下，不必將模擬數(shù)據(jù)變換 為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，對于例如用計算機進行數(shù)據(jù)處理是最合適的。實施形態(tài)3下面，參照圖4和圖5對本發(fā)明第3實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置進行說明。在 這些圖中對具有與上述第1和第2實施形態(tài)相同功能的部位標(biāo)以相同的標(biāo)號并省略其說明。該第3實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置與上述第l和第2實施形態(tài)的不同之處在于，VSUP線12與GND線11之間插入電容器C1 (蓄電部)、以及 具備對無線部40、 A/D變換器50、電源電壓生成部20、及流檢測部30的動作 進行控制的CPU60。該CPU60對以規(guī)定的周期對例如無線部40進行發(fā)信的控 制端子EN進行控制。另一方面，電容器C1采用雙電荷層電容器和小容量的充電電池等。這種電 容器C1能夠在上述無線部40停止發(fā)送時存儲剩余電荷(電流)，另一方面， 在無線部進行發(fā)送時，擔(dān)負(fù)對流過傳輸線2的信號電流補充無線部40所需要 的電流不足部分的電流源的作用。具體地說，使在無線部40發(fā)信完成時的電容器C1的兩端的電壓、即VSUP 線12的電壓[Qmin/C]不低于電流監(jiān)視裝置10的電路要素(電源電壓生成部20、 電流檢測電路30、無線電路40)的最低驅(qū)動電壓即可。在這里，將電容器C1 的電容量(包含充電電池的電容量)記為C，將無線部40停止發(fā)信時電容器 Cl中存儲的電荷的最大值記為Qmax，將無線部40發(fā)信完成時存儲于電容器 中的電荷記為Qmin，則電容器C1的電容量C和發(fā)送周期只要設(shè)定得在無線部 40停止發(fā)信時電容器Cl中存儲的電荷能夠得到最大值Qmax即可。這樣，本發(fā)明第3實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置借助于CPU60的控制，使無線 部40間歇動作。因此，在無線部40沒有發(fā)送電流數(shù)據(jù)等時無線部40可以利 用電容器C1中存儲的電荷(電流)。也就是說，電容器C1中存儲的電荷(電 流)可以添加于流入傳輸線2的電流，作為電流源使用。因此，本實施形態(tài)與 上述實施形態(tài)所示那樣的時常發(fā)送電流數(shù)據(jù)的形態(tài)相比，無線部能夠加大間歇 發(fā)送出的發(fā)信功率，因此能夠謀求提高無線傳送質(zhì)量和增加傳送距離。還有，圖6是上述第3實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置的變形，表示在端子VP和 VSUP線之間串聯(lián)插入利用過鬼流切斷電路的熔斷器F的電路。通常在端子 VP 、 VM之間連接已知的測量器1、直流電源3、負(fù)載電阻器4。假如不連接 測量器l和負(fù)載電阻器4而錯誤地將直流電源3直接連接在端子VP、VM之間， 在這種情況下，有可能在晶體管Ql的源極 漏極之間流過過大的電流。最壞 的情況下，晶體管1受到破壞。因此本實施形態(tài)在端子VP與VSUP線之間插 入利用過電流切斷電流的熔斷器F，希望能夠?qū)w管Ql加以保護。當(dāng)然，除了熔斷器F以外，本實施形態(tài)也可以設(shè)置在檢測出過電流的時刻 將晶體管Q1的柵極電路從運算放大器A1的輸出端子上斷開等過電流保護電路(未圖示)，以使端子VP和端子VM之間的電流不過大。這些雖然在上述第 l和第2實施形態(tài)中沒有說明，但是當(dāng)然也同樣適用。還有，雖然沒有特別圖示，但本實施形態(tài)的間歇動作所需要的定時器電路和計數(shù)器電路、存儲他們的程序的存儲器等CPU60的外圍電路，也連接在VSUP 線12和GND線11接受電源供應(yīng)。又，本實施形態(tài)除了使用CPU60進行無線部40的間歇發(fā)信控制(EN控制) 外，當(dāng)然也可以用由分立零部件構(gòu)成的、例如多諧振蕩器電路以規(guī)定的周期進 行無線部40的EN控制。即使是在這種情況下，也是如上所述調(diào)整電容器Cl 的電容量C和發(fā)信周期，設(shè)定得使VSUP線12的電壓Qmin/C不低于電流監(jiān)視 裝置IO的電路要素(電源電壓生成部20、電流檢測電路30、無線電路40)的 最低驅(qū)動電壓即可。實施形態(tài)4下面，參照圖7對本發(fā)明第4實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置進行說明。在該圖中， 具備與上述第1 第3實施形態(tài)相同的功能的部位標(biāo)以相同的標(biāo)號，并且省略 其說明。該第4實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置與上述第1 第3實施形態(tài)不同的地 方在于，提供給構(gòu)成電流監(jiān)視裝置的模擬電路的電源與提供給數(shù)字電路的電源 采用不同的電路構(gòu)成。具體地說，構(gòu)成模擬電路的電源電壓生成部20和電源 檢測部30從上述VSUP線12和GND線11得到電源供應(yīng)，另一方面，無線部 40、 A/D變換器50、以及CPU60從將從上述VSUP線12和GND線11之間的 電壓變壓為規(guī)定的電壓后輸出的調(diào)整器70的輸出得到電壓供應(yīng)。本發(fā)明第4實施形態(tài)的電路監(jiān)視裝置，由于將數(shù)字部的電壓與模擬部的電壓 分離，因此利用數(shù)字電路的動作能夠抑制疊加于電源上的噪聲的影響使其不波 及模擬部的電源線(VSUP線12)。而且本實施形態(tài)可以將模擬部的工作電壓 和數(shù)字部的工作電壓分別設(shè)定為不同的電壓，設(shè)計自由度得到提高。當(dāng)然，在數(shù)字底部工作電壓不是單一值的情況下，本實施形態(tài)如圖8中本發(fā) 明第4實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置的變形例所示，也可以將多個調(diào)整器70連接 在VSUP線12和CND線11之間，取出規(guī)定的電壓。通過這樣做，即使是利 用不同的電壓電平工作的構(gòu)成部件也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置。實施形態(tài)5下面，參照圖9對本發(fā)明第5實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置進行說明。在該圖中， 對與上述第1 第4實施形態(tài)具有相同功能的部位標(biāo)以相同的標(biāo)號并省略其說明。該第5實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置與上述第1 第4實施形態(tài)不同的地方在 于，用串聯(lián)調(diào)整器代替分流調(diào)整器。具體地說，本實施形態(tài)如圖9所示在VSUP線12與GND線11之間連接齊 納二極管，施加反向偏壓，該齊納二極管ZD的陰極與構(gòu)成電流監(jiān)視裝置的電 源電壓生成部20、電流檢測部30、無線部40、 A/D變換器以及CPU60的正電 源線(VSUP線12)之間設(shè)置N溝道的J一FET (晶體管Q2)，將電源電壓生 成部20的運算放大器Al的輸出連接在J一FET (晶體管Q2)的柵極上構(gòu)成。這樣構(gòu)成的本發(fā)明第5實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置，在運算放大器A1的負(fù)輸 入端子的電壓(檢測電壓；VT)比正輸入端子的電位(基準(zhǔn)電壓；VR)高時， 亦即VSUP的電壓比規(guī)定的電壓高時，晶體管Q2的柵極端子電壓下降，漏極 電流減小。從而，VSUP電壓下降。于是，構(gòu)成電壓檢測部21的電阻器Rl、 R2的連接點電位(檢測電壓；VT)同樣下降。因此由電阻Rl、 R2的電阻比 例決定的運算放大器A1的負(fù)輸入端子的電壓下降。反之，在運算放大器Al的負(fù)輸入端子的電壓(檢測電壓；VT)比正輸入 端子的電位(基準(zhǔn)電壓；VR)低時，晶體管Q2的柵極端子電壓上升，漏極電 流增加。從而，VSUP電壓增加。于是，構(gòu)成電壓檢測部21的電阻器R1、 R2 的連接點電位(檢測電壓；VT)也上升。因此由電阻R1、 R2的電阻比例決定 的運算放大器Al的負(fù)輸入端子的電壓上升。由于這樣的一連串的反饋動作， VSUP線12的電壓維持一定。但是，流入電流監(jiān)視裝置的電流以流過傳輸線2的信號電流為依據(jù)。因此， 構(gòu)成電流監(jiān)視裝置的各部分的消耗電流以上的電流作為剩余電流不要了。換句 話說，如果沒有剩余電流流通的通路，測量器1向傳輸線2發(fā)送的信號電流不 能夠流動，因此齊納二極管ZD就擔(dān)負(fù)使該剩余電流流過的通路的作用。實施形態(tài)6下面，參照圖10對本發(fā)明第6實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置進行說明。在該圖 中，對與上述第1 第5實施形態(tài)具有相同功能的部位標(biāo)以相同的標(biāo)號并省略 其說明。該第6實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置與上述第1 第5實施形態(tài)不同的地 方在于，用DC — DC變換器代替上述串聯(lián)調(diào)整器或分流調(diào)整器構(gòu)成。該DC — DC變換器通過熔斷器F在端子VP與GND線11之間連接齊納二 極管ZD，施加反向偏壓，與該齊納二極管ZD并聯(lián)連接平滑電容器C2。而且 在該齊納二極管ZD的陰極與構(gòu)成電流監(jiān)視裝置的電源電壓生成部20、電流檢測部30、無線部40、 A/D變換器以及CPU60的正電源線(VSUP線12)之間 串聯(lián)插入電感和二極管DE。該二極管D1，陽極連接在電感L一側(cè)，陰極連接 在VSUP線12—側(cè)。而且該電感L和二極管D1的陽極的連接點上連接MOSFET (Ml)的源極。該MOSFET (Ml)的漏極連接在GND線11。構(gòu)成電流檢測 部21的電阻器R1、R2的連接點以及基準(zhǔn)電壓生成部22的電阻器R6與基準(zhǔn)電 壓源VREF的連接點分別連接在DC — DC變換器的控制用的控制電路80上。 該控制電路80以基準(zhǔn)電壓生成部22輸出的基準(zhǔn)電壓為基礎(chǔ)，將控制電路的輸 出提供給MOSFET (Ml)的柵極對MOSFET (Ml)進行開關(guān)控制(switching) 以使電壓檢測部21檢測出的VSUP電壓為規(guī)定的電壓。通過對該MOSFET( M1 ) 進行開關(guān)控制，VSUP線12的電壓作為電感L上發(fā)生的反電動勢與平滑電容器 C2的兩端的電壓之和生成。也就是說，VSUP線12的電壓可以設(shè)定得比端子 VP、 VM之間的電壓高。
這樣，如上所述構(gòu)成的本發(fā)明第6實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝置，可以將VSUP 的電壓設(shè)計得比端子VP、 VM之間的電壓高。因此，本實施形態(tài)的電流監(jiān)視裝 置即使是電流檢測部30、無線部40、 A/D變換器50、以及CPU60要求比端子 VP、 VM間的電壓高的工作電壓也能夠檢測出傳輸線2中流入的電流。當(dāng)然， 本實施形態(tài)也可以使用上述第4實施形態(tài)所示的調(diào)整器，將用DC — DC變換器 暫時提高的電壓降壓，形成任意電壓。
在這里，對本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置是否正確工作進行試驗評價，其結(jié)果示于 圖11。該圖是表示4mA 24mA的電流流過的傳輸線2中插入本發(fā)明的電流監(jiān) 視裝置測量運算放大器A2的輸出電壓的結(jié)果的曲線圖。該圖的橫軸用mA為 單位表示流路傳輸線2的電流，用V為單位表示運算放大器A2的輸出。如該 圖所示，流入傳輸線2的電流為4mA時，運算放大器A2的輸出為IV，流入 傳輸線2的電流為20mA時，運算放大器輸出為5V。這樣，運算放大器A2的 輸出相應(yīng)于流入傳輸線2的電流線性變化，可以驗證本發(fā)明的電流監(jiān)視器的直 線性得到確保。
還有，運算放大器A2的輸出電壓如上所述是由電阻器R3、 R4之比決定的， 因此在上述電壓范圍之外也只要將電阻器R3、 R4之比設(shè)定得使其為所希望的 電壓范圍即可。
這樣，本發(fā)明的電流監(jiān)視器能夠根據(jù)運算放大器A2的輸出利用無線部40 無線傳送其輸出電壓值。而且本發(fā)明的電流監(jiān)視器在電流監(jiān)視裝置上設(shè)置液晶顯示板(未圖示)，即使沒有外部電源也能夠?qū)⒘魅雮鬏斁€2的電流顯示于顯示板。
還有，本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置，除了上述分流調(diào)整器、串聯(lián)調(diào)整器、DC — DC變換器外，不管采取怎樣的調(diào)整器的方式，只要使用測量器輸出的信號電 流能夠生成電流監(jiān)視裝置工作的內(nèi)部電源即可，沒有將調(diào)整器的構(gòu)成限定于上 述電路。
還有，本發(fā)明的電流監(jiān)視裝置不限于上述實施形態(tài)，在不超出本發(fā)明的要旨 的范圍內(nèi)可以有各種變更。
權(quán)利要求
1. 一種電流監(jiān)視裝置，測定將測定器測定的物理量變換為信號電流輸出到兩條傳輸線的電流值，其特征在于，具備插入所述傳輸線中，測定向所述傳輸線輸出的所述信號電流的電流值的電流檢測部、以及插入所述傳輸線中，輸出由于所述信號電流流過而產(chǎn)生的電壓的電源電壓生成部，所述電流檢測部利用所述電源電壓生成部輸出的電壓進行驅(qū)動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流監(jiān)視裝置，其特征在于， 所述電源電壓生成部具備插入所述傳輸線中，流過所述信號電流的晶體管、分別連接在所述插入的晶體管的兩個電極上，檢測所述信號電流流向這些 電極之間產(chǎn)生的電壓的電壓值的電壓檢測部、分別連接在所述晶體管的兩個電極上，輸出規(guī)定的基準(zhǔn)電壓值的基準(zhǔn)電壓 生成部、以及將該基準(zhǔn)電壓生成部輸出的基準(zhǔn)電壓值與所述電壓檢測部檢測出的電壓值 加以比較，改變所述晶體管的內(nèi)部電阻，將該晶體管的兩個電極之間的電壓調(diào) 整為規(guī)定的電壓的電壓比較調(diào)整部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電流監(jiān)視裝置，其特征在于， 還具備無線傳送所述電流檢測部檢測出的所述電流值的無線部， 該無線部利用所述電源電壓生成部輸出的電壓進行驅(qū)動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流監(jiān)視裝置，其特征在于，所述無線部以規(guī)定的周期間歇發(fā)送且具備蓄電部，該蓄電部在該無線部的 發(fā)送停止時，存儲從所述電源電壓生成部得到的電荷，另一方面在該無線部進 行發(fā)送時，釋放所述存儲的電荷，補充所述無線部需要的電流。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種電流監(jiān)視裝置，具備插入將測定器測定的物理量變換為信號電流輸出的兩條傳輸線中，測定向所述傳輸線輸出的電流值的電流檢測部、以及插入所述傳輸線中，輸出由于所述信號電流流過而產(chǎn)生的電壓的電源電壓生成部；所述電流檢測部利用所述電源電壓生成部輸出的電壓進行驅(qū)動。
文檔編號G08C19/02GK101248468SQ20068003099
公開日2008年8月20日 申請日期2006年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者梶田徹矢 申請人:株式會社山武