特表 2025-505159 密閉された電子機器を備えたプロセス変数送信機のカスタマイズ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2025-02-21

(54)【発明の名称】密閉された電子機器を備えたプロセス変数送信機のカスタマイズ

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/00 20060101AFI20250214BHJP

【ＦＩ】

G01L19/00 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024546021

(86)(22)【出願日】2023-01-24

(85)【翻訳文提出日】2024-09-27

(86)【国際出願番号】 US2023061161

(87)【国際公開番号】W WO2023150442

(87)【国際公開日】2023-08-10

(31)【優先権主張番号】63/305,563

(32)【優先日】2022-02-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】18/157,362

(32)【優先日】2023-01-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515231553

【氏名又は名称】ローズマウント インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エリクセン、クリストファー リー

(72)【発明者】

【氏名】ウィンホールド、ニコラス アーロン

(72)【発明者】

【氏名】ディーデ、クルト カルヴィン

【テーマコード（参考）】

2F055

【Ｆターム（参考）】

2F055FF38

2F055GG25

(57)【要約】

プロセス変数送信機（１０２）は、プロセス変数センサ（１１０）と、プロセス変数センサ（１１０）に結合された電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路（１８２）を含む。また、プロセス変数送信機（１０２）は、ＥＭＩ保護回路（１８２）を密閉する密閉モジュール（１０４）と、密閉モジュール（１０４）内のＥＭＩ保護回路（１８２）に結合された電気コネクタ（１３２、１３４、１３６）を含む。電気コネクタ（１３２、１３４、１３６）は、ＥＭＩ保護回路（１８２）の電子部品が過渡保護を提供する構成で接続されるように、密閉モジュール（１０４）の外部から構成可能である。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセス変数センサと、
プロセス変数センサに結合された、電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路と、
前記ＥＭＩ保護回路を密閉する、密閉モジュールと、
前記密閉モジュール内の前記ＥＭＩ保護回路に結合されており、前記ＥＭＩ保護回路の電子部品が過渡保護を提供する構成で接続されるように、前記密閉モジュールの外部から構成可能な電気コネクタと、
を備える、プロセス変数送信機。

【請求項2】

前記密閉モジュール内の前記ＥＭＩ保護回路に結合された前記電気コネクタは、前記ＥＭＩ保護回路の前記電子部品を前記過渡保護のない標準構成で接続するように前記密閉モジュールの外部から構成可能である、請求項１に記載のプロセス変数送信機。

【請求項3】

前記電気コネクタは、前記ＥＭＩ保護回路の前記電気部品のうち第１の電子部品に電気的に結合された第１の電気コネクタを備え、
前記第１の電子部品は、アクティブ導電体にさらに結合されている、
請求項２に記載のプロセス変数送信機。

【請求項4】

前記第１の電気コネクタは、前記第１の電子部品が前記過渡保護を提供できるように、前記密閉モジュールの外部にある電気接地コネクタに結合可能である、請求項３に記載のプロセス変数送信機。

【請求項5】

前記第１の電気コネクタは、前記第１の電子部品が前記過渡保護を提供できなくするように、前記密閉モジュールの外部から前記アクティブ導電体に結合可能である、請求項３に記載のプロセス変数送信機。

【請求項6】

前記密閉モジュールの第１の端部においてフィードスルー本体を更に備え、
前記電気コネクタは、前記フィードスルー本体を貫通し、前記フィードスルー本体に対して密閉された複数のフィードスルーピンを備え、
前記フィードスルーピンは、
前記密閉モジュールの内部にある第１のアクティブ導電体及び第２のアクティブ導電体と、前記密閉モジュールの外部にある第１のアクティブ導電体及び第２のアクティブ導電体との電気的結合を可能にする第１のアクティブ導電体用フィードスルーピン及び第２のアクティブ導電体用フィードスルーピンと、
前記密閉モジュールの内部にある電気接地コネクタと、前記密閉モードの外部にある電気接地コネクタとの電気的結合を可能にする電気接地用フィードスルーピンと、
前記ＥＭＩ保護回路の前記電子部品のうち異なる部品に結合されており、前記電子部品の前記異なる部品の各々は、前記密閉モジュール内の前記第１のアクティブ導電体又は前記第２のアクティブ導電体にさらに結合されている、第１の追加フィードスルーピン及び第２の追加フィードスルーピンと、
を備える、
請求項１に記載のプロセス変数送信機。

【請求項7】

前記第１の追加フィードスルーピン及び前記第２の追加フィードスルーピンは、前記密閉モジュールの外部から前記過渡保護を可能にするように、前記密閉モジュールの外部にある前記電気接地コネクタに結合されている、請求項６に記載のプロセス変数送信機。

【請求項8】

前記過渡保護を無効にするように、
前記第１の追加フィードスルーピンは、前記密閉モジュールの外部にある前記第１のアクティブ導電体に結合されており、
前記第２の追加フィードスルーピンは、前記密閉モジュールの外部にある前記第２のアクティブ導電体に結合されている、
請求項６に記載のプロセス変数送信機。

【請求項9】

前記電子部品は、第１の過渡電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオード及び第２の過渡電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードと、ガス入り放電管とを備える、請求項６に記載のプロセス変数送信機。

【請求項10】

前記第１のＴＶＳダイオードは、前記密閉モジュール内の前記第１のアクティブ導電体に結合され、かつ前記密閉モジュール内の前記第１の追加フィードスルーピンに結合され、
前記第２のＴＶＳダイオードは、前記密閉モジュール内の前記第２のアクティブ導電体に結合され、かつ前記密閉モジュール内の前記第２の追加フィードスルーピンに結合され、
前記ガス入り放電管は、前記密閉モジュール内の前記第１のアクティブ導電体及び前記第２のアクティブ導電体に結合され、かつ前記密閉モジュール内の前記第２の追加フィードスルーピンに結合される、
請求項９に記載のプロセス変数送信機。

【請求項11】

プロセス変数センサに結合された電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路を、外部に延びる電気コネクタを有する密閉モジュールに密閉し、
前記ＥＭＩ保護回路の電子部品を、前記密閉モジュールの外部から前記電気コネクタを介して、過渡保護を提供する構成で接続する、
ことを含む、方法。

【請求項12】

前記ＥＭＩ保護回路の前記電子部品を、前記密閉モジュールの外部から前記電気コネクタを介して、前記過渡保護のない標準構成で接続することを更に含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記電気コネクタのうち第１の電気コネクタを、前記ＥＭＩ保護回路の前記電気部品のうち第１の電子部品に電気的に結合する、ことを更に含み、
前記第１の電子部品は、アクティブ導電体にさらに結合されている、
請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の電子部品によって前記過渡保護を提供するように、前記第１の電気コネクタを前記密閉モジュールの外部にある電気接地コネクタに結合する、ことを更に含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記第１の電子部品が前記過渡保護を提供できなくするように、前記第１の電気コネクタを前記密閉モジュールの外部から前記アクティブ導電体に電気的に結合する、ことを更に含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

プロセス変数センサと、
前記プロセス変数センサに結合された電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路と、
フィードスルー本体と、前記フィードスルー本体を貫通し前記フィードスルー本体に対して密閉された複数のフィードスルーピンと、を備える第１の端部を有する、前記ＥＭＩ保護回路を密閉する、密閉モジュールと、
を備える、プロセス変数送信機であって、
前記フィードスルーピンは、前記密閉モジュール内の前記ＥＭＩ保護回路に結合されており、前記ＥＭＩ保護回路の電子部品が過渡保護を提供する構成で接続されるように、前記密閉モジュールの外部から構成可能である、
プロセス変数送信機。

【請求項17】

前記複数のフィードスルーピンは、
前記密閉モジュールの内部にある第１のアクティブ導電体及び第２のアクティブ導電体と、前記密閉モジュールの外部にある第１のアクティブ導電体及び第２のアクティブ導電体との電気的結合を可能にする第１のアクティブ導電体用フィードスルーピン及び第２のアクティブ導電体用フィードスルーピンと、
前記密閉モジュールの内部にある電気接地コネクタと、前記密閉モードの外部にある電気接地コネクタとの電気的結合を可能にする電気接地用フィードスルーピンと、
前記ＥＭＩ保護回路の前記電子部品のうち異なる部品に結合されており、前記電子部品の前記異なる部品の各々は、前記密閉モジュール内の前記第１のアクティブ導電体又は前記第２のアクティブ導電体にさらに結合されている、第１の追加フィードスルーピン及び第２の追加フィードスルーピンと、
を含む、請求項１６に記載のプロセス変数送信機。

【請求項18】

前記第１の追加フィードスルーピン及び前記第２の追加フィードスルーピンは、前記密閉モジュールの外部から前記過渡保護を可能にするように、前記密閉モジュールの外部にある前記電気接地コネクタに結合されている、請求項１７に記載のプロセス変数送信機。

【請求項19】

前記過渡保護を無効にするように、
前記第１の追加フィードスルーピンは、前記密閉モジュールの外部にある前記第１のアクティブ導電体に結合されており、
前記第２の追加フィードスルーピンは、前記密閉モジュールの外部にある前記第２のアクティブ導電体に結合されている、
請求項１７に記載のプロセス変数送信機。

【請求項20】

前記電子部品は、第１及び第２の過渡電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードと、ガス入り放電管と、を備え、
前記第１のＴＶＳダイオードは、前記密閉モジュール内の前記第１のアクティブ導電体に結合され、かつ前記密閉モジュール内の前記第１の追加フィードスルーピンに結合され、
前記第２のＴＶＳダイオードは、前記密閉モジュール内の前記第２のアクティブ導電体に結合され、かつ前記密閉モジュール内の前記第２の追加フィードスルーピンに結合され、
前記ガス入り放電管は、前記密閉モジュール内の前記第１のアクティブ導電体及び前記第２のアクティブ導電体に結合され、かつ前記密閉モジュール内の前記第２の追加フィードスルーピンに結合され、
請求項１７に記載のプロセス変数送信機。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

プロセス制御産業において、プロセス送信機は、腐食性の／危険な環境、又はその近くに設置されることが多い。従って、一部のプロセス送信機の構造では、承認要件を簡素化するために、送信機の電子機器は、顧客インターフェースとしてフライングリード線を有する密閉パッケージに収められている。密閉パッケージを実現するために、限られた数の電気信号が密閉されたヘッダインターフェースを通過する。

【0002】

通常、工業プロセス送信機には、標準保護又は過渡保護のオプションが提供される。過渡保護のオプションによって雷やその他の意図しないサージに対する保護が強化されるが、環境条件から保護されるべき追加の過渡抑制電子部品も必要となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本開示の実施形態は、最終組立時に密閉ヘッダからの信号を出力コネクタに設定することにより、１つの共通の密閉モジュールが標準保護オプション及び過渡保護オプションの双方を提供することができるプロセス変数送信機の構造を提供する。これにより、一部の危険な場所の承認の障害を克服して遅い段階でのカスタマイズの能力を提供し、よってモジュールの在庫を削減する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

１つの実施形態では、プロセス変数送信機が提供される。このプロセス変数送信機は、プロセス変数センサと、プロセス変数センサに結合された電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路を含む。また、プロセス変数送信機は、ＥＭＩ保護回路を密閉する密閉モジュールと、密閉モジュール内のＥＭＩ保護回路に結合された電気コネクタを含む。電気コネクタは、ＥＭＩ保護回路の電子部品をが過渡保護を提供する構成で接続されるように密閉モジュールの外部から構成可能である。

【0005】

別の実施形態では方法が提供される。この方法は、プロセス変数センサに結合された電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路を、外部に延びる電気コネクタを有する密閉モジュールに密閉することを含む。また、この方法は、ＥＭＩ保護回路の電子部品を、密閉モジュールの外部から電気コネクタを介して、過渡保護を提供する構成で接続することを含む。

【0006】

さらに別の実施形態では、プロセス変数送信機が提供される。このプロセス変数送信機は、プロセス変数センサと、プロセス変数センサに結合された電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路を含む。また、プロセス変数送信機は、ＥＭＩ保護回路を密閉する密閉モジュールを含む。密閉モジュールは、フィードスルー本体と、フィードスルー本体を貫通し、フィードスルー本体に対して密閉された複数のフィードスルーピンとを含む第１の端部を有する。フィードスルーピンは密閉モジュール内のＥＭＩ保護回路に結合されており、ＥＭＩ保護回路の電子部品が過渡保護を提供する構成で接続されるように密閉モジュールの外部から構成可能である。

【0007】

この概要は、以下の「発明を実施するための形態」でさらに説明する概念の選択肢を簡略化した形で紹介するために提供される。この「発明の概要」は、特許請求される主題の主要な特徴又は本質的な特徴を識別することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定する際の助けとして使用されることを意図するものでもない。特許請求される主題は、「背景技術」で言及された任意の又は全ての欠点を解決する実装形態に限定されない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施形態を利用することのできる圧力送信機を含むプロセス制御システムの一例の部分断面図である。

【図2】図１の圧力送信機の簡易ブロック図である。

【図3】過渡保護又は電磁干渉（ＥＭＩ）保護用の部品がプロセス送信機の密閉モジュールの外部にある電気構造を示す概略図である。

【図4】ＥＭＩ保護回路を含む密閉モジュールと、ＥＭＩ保護部品を含まない出力アセンブリとを示している。

【図5】１つの実施形態に従って過渡保護を可能にするように、追加のフィードスルーが電気接地にルーティングされた密閉モジュール－出力アセンブリの構成を示す概略図である。

【図6】過渡保護のないユニットのために、追加のフィードスルーがそれぞれのラインに戻るようルーティングされた密閉モジュール－出力アセンブリの構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態をより詳細に説明する。同一又は類似の参照文字を用いて識別される要素は、同一又は類似の要素を示すものとする。図をわかりやすくするために、一部の要素は各図に示されない場合がある。本開示の様々な実施形態は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書で説明される特定の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が綿密かつ完全となり、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。

【0010】

本開示の実施形態は、一般に、密閉された電子機器を備えたプロセス変数送信機のカスタマイズに関する。より具体的に、本開示の実施形態は、危険な場所の承認要件を満たす一方で、標準保護オプション又は過渡保護オプションを提供するよう組立後に再構成可能な共通の密閉モジュールを提供する。異なる実施形態に関する詳細を提供する前に、プロセス送信機を含む例示的なプロセス制御システムを以下に説明する。

【0011】

図１は、本明細書に開示される、ある特定の実施形態を組み込むことのできる例示的なプロセス制御システムを示している。図１に示すプロセス制御システムは説明のためのものにすぎない。本開示の実施形態は、図１に示すプロセス制御システムのような特定のプロセス制御システムに限定されるものではない。本開示の実施形態は、多数の様々な種類のプロセス制御システム内で例示的に実施される。

【0012】

図１は、本開示の実施形態を利用することのできるプロセス変数送信機（例えば、圧力送信機）１０２を含むプロセス制御システム１００の一例の概略的な部分断面図である。図２は、図１の送信機１０２の簡易ブロック図である。システム１００を材料（例えば、プロセス媒体）の加工に使用して、材料を価値の低い状態から、石油、化学品、紙、食品などのより価値があり有用な製品に変換することができる。例えば、衛生的な工業プロセス又はその他の種類の工業プロセスを実施する設備において、システム１００を使用することができる。

【0013】

圧力送信機１０２は、プロセスカップリング１０８を介して工業プロセス１０６に結合することのできるハウジング１０４を含むことができる。ハウジング１０４及びプロセスカップリング１０８は、ステンレス鋼又は他の適切な材料で形成することができる。送信機１０２は、ハウジング１０４内に、圧力センサ１１２を含む圧力センサアセンブリ１１０と、測定回路１１４とを備えている。測定回路１１４は、処理／計算回路、通信回路、及び電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路を含むことができる。送信機１０２において、ハウジング１０４の第１の端部１１６は、以下にさらに説明する電気接続のためにフィードスルー本体１１８の外面を囲んでこれに接触しており、ろう付け、溶接、又は他の適切な技術によりフィードスルー本体１１８に対して密閉されている。同様に、ハウジング１０４の第２の端部１２０は、圧力センサアセンブリ１１０及び測定回路１１４が収容される密閉室を作製するように任意の適切な技術を使用して密閉されている。

【0014】

プロセスカップリング１０８は、プロセス１０６に接続され、圧力センサ１１２によって測定される圧力Ｐのプロセス材料（例えば、流体）を含むパイプ１２１に接続することができる。圧力Ｐは、流体経路１２２を通って圧力センサ１１２に伝達される。圧力センサ１１２は、加えられた圧力Ｐを示す電気パラメータを有するセンサ素子を含む。測定回路１１４は、適切な電気接続１２４を通じてセンサ素子の電気パラメータを検出、処理して、感知された圧力Ｐの値を確定することができる。測定回路１１４における測定された圧力値及びその他の情報フォームは、図１に示すように、適切な出力電気接続１２８及びプロセス制御ループ１３０を介して、遠隔に位置する制御室１２７にある外部のコンピュータ化された制御ユニット１２６に伝達される。

【0015】

図２で最もよくわかるように、出力電気接続１２８は３つの電気コネクタ（例えば、ワイヤ）を有し、これらは第１のアクティブコネクタ１３２、第２のアクティブコネクタ１３４及び電気接地コネクタ１３６を含む。より多い又は少ない数のコネクタを使用してもよい。コネクタ１３２、１３４、１３６の第１の端部はそれぞれフィードスルーピン１３８、１４０、１４２に結合されており、これらはフィードスルー本体１１８を通過し、ガラスやセラミックなどのシーリング材によってフィードスルー本体１１８に対して密閉されている。例えば、ピン１４２はフィードスルー本体１１８の開口部１４４を通過し、ガラス製の円筒シール層１５６によりフィードスルー本体１１８に対して密閉されている。ワイヤ１３２、１３４、１３６の第２の端部は、例えば、送信機測定回路１１４のプリント基板上のボンドパッドに接続することができる。フィードスルー本体１１８及びフィードスルーピン１３８、１４０、１４２を本明細書ではヘッダと呼ぶことがある。

【0016】

図１～図２に示すように、送信機１０２は、ハウジング１０４に取り外し可能に結合できる出力アセンブリ１５８を含んでいる。出力アセンブリ１５８は、ハウジング１６０、出力インターフェース１６２、及び出力インターフェース１６２に結合されたフライングリード線１６４、１６６、１６８を含んでいる。出力インターフェース１６２及びフライングリード線１６４、１６６、１６８のハウジング１６０内の部分は、任意の適切な材料１７０で密閉されている。出力アセンブリ１５８が図１に示すようにハウジング１０４に結合されると、フライングリード線１６４、１６６、１６８は、出力インターフェース１６２及び各フィードスルーピン１３８、１４０、１４２を介してそれぞれコネクタ１３２、１３４、１３６に電気接続される。フライングリード線１６８は、電気接地に接続されており、フライングリード線１６４及び１６６は、プロセス制御ループ１３０に接続されている。

【0017】

制御ユニット１２６、又は別の外部コンピューティングデバイスと圧力送信機１０２との間の通信は、従来のアナログ及び／又はデジタル通信プロトコルに従って、制御ループ１３０を介して行うことができる。いくつかの実施形態において、２線式制御ループ１３０は４～２０ミリアンペアの制御ループを含み、測定された圧力値は、２線式制御ループ１３０を通って流れるループ電流のレベルによって表すことができる。例示的なデジタル通信プロトコルは、ＨＡＲＴ（登録商標）通信規格などに従った、２線式制御ループ１３０のアナログ電流レベルへのデジタル信号の変調を含む。ＦｉｅｌｄＢｕｓ及びＰｒｏｆｉｂｕｓ通信プロトコルを含む他の純粋にデジタルの技術を使用することもできる。

【0018】

いくつかの実施形態では、送信機１０２と制御ユニット１３０との間のワイヤレス通信を提供することもできる。プロセス制御ループ１３０の例示的なワイヤレスバージョンは、例えば、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）（ＩＥＣ ６２５９１）もしくはＩＳＡ １００．１１ａ（ＩＥＣ ６２７３４）などのワイヤレスメッシュネットワークプロトコル、又はＷｉＦｉ、ＬｏＲａ、Ｓｉｇｆｏｘ、ＢＬＥ、もしくは任意の他の適切なプロトコルなどの別のワイヤレス通信プロトコルを含む。

【0019】

電力は、任意の適切な電源から圧力送信機１０２に供給することができる。例えば、圧力送信機１０２は、制御ループ１３０を流れる電流によって完全に電力供給されてもよい。また、内部バッテリ又は外部バッテリなど１つ以上の電源を利用して、圧力送信機１０２に電力を供給することができる。また、発電機（例えば、ソーラーパネル、風力発電機など）を用いて圧力送信機に電力を供給したり、圧力送信機１０２が用いる電源を充電したりすることもできる。

【0020】

工業プロセス変数送信機（例えば、図１及び図２の圧力送信機１０２）用の密閉モジュール（例えば、図１及び図２に示す内部部品を有するハウジング１０４）を１箇所で製造し、そして、遅い段階での標準保護オプション又は過渡保護オプションのカスタマイズを異なる最終組立地で可能にすることが望ましい。このことを実現する１つの技術は、密閉モジュールの外部にあるプリント回路アセンブリ（ＰＣＡ）上に、過渡保護を提供する部品を配置することである。このアプローチを図１及び図２のプロセス送信機１０２に利用する場合、出力インターフェース１６２がＰＣＡを含むことになる。ここで、ＰＣＡは、顧客インターフェースのために密閉モジュール１０４とフライングリード線１６４、１６６、１６８との間の接続を提供する。ＰＣＡ及びフライングリード線１６４、１６６、１６８のアセンブリは、危険な場所の承認要件を満たすために封止材１７０に浸漬されている。

【0021】

図３は、過渡保護用の部品がプロセス送信機の密閉モジュール１０４Ａの外部にある電気構造１８０を示す概略図である。密閉モジュール１０４Ａは、第１のアクティブ電気コネクタ１３２Ａ、第２のアクティブ電気コネクタ１３４Ａ、及び電気接地コネクタ１３６Ａを含んでいる。簡略化のために、密閉モジュール１０４Ａ内の他の回路及び部品（図１のセンサアセンブリ１１０など）は示されていない。密閉モジュール１０４Ａに取り外し可能に結合できる出力アセンブリ１５８Ａは、それぞれ電気コネクタ１３２Ｂ、１３４Ｂ、１３６Ｂを介してコネクタ１３２Ａ、１３４Ａ、１３６Ａに電気接続するＥＭＩ保護回路１８２を含んでいる。ＥＭＩ保護回路１８２は、コンデンサＣ１及びＣ２、過渡電圧抑制（ＴＶＳ）ダイオードＤ１及びＤ２、ガス入り放電管ＧＴ１、ならびに抵抗器Ｒ１及びＲ２を含んでいる。図３に示すように、第１のコンデンサＣ１はアクティブ電気コネクタ１３２Ｂと電気接地コネクタ１３６Ｂとの間に接続されており、第２のコンデンサＣ２はアクティブ電気コネクタ１３４Ｂと電気接地コネクタ１３６Ｂとの間に接続されている。各コンデンサＣ１、Ｃ２は、１５００ピコファラド（ｐＦ）の容量値、又は他の適切な容量値を有する。コンデンサＣ１及びＣ２は、誘導過渡現象による回路１８２内の電圧又は電流の変化を遅らせる。ＴＶＳダイオードＤ１及びＤ２は、１つの実施形態では、互いに直列に接続された２つの互いに対向するアバランシェダイオードによって表される双方向ＴＶＳダイオードである。第１のＴＶＳダイオードＤ１は、アクティブ電気コネクタ１３２Ｂと電気接地コネクタ１３６Ｂとの間に接続されており、第２のＴＶＳダイオードＤ２は、アクティブ電気コネクタ１３４Ｂと電気接地コネクタ１３６Ｂとの間に接続されている。各ＴＶＳダイオードＤ１、Ｄ２は、７０ボルト（Ｖ）のスタンドオフ電圧もしくはブレークダウン電圧、又は他の適切なブレークダウン電圧値を有することができる。ＴＶＳダイオードＤ１及びＤ２は、誘導電圧がブレークダウン電圧を超えると過剰電流を遮断することによって動作する。過電圧がなくなると、ＴＶＳダイオードＤ１及びＤ２は自動的にリセットされる。ガス入り放電管ＧＴ１は、アクティブ電気コネクタ１３２Ｂに接続された第１の電極１、電気接地コネクタ１３６Ｂに接続された第２の電極２、及びアクティブ電気コネクタ１３４Ｂに接続された第３の電極３を有する３電極ガス入り放電管である。３つの電極１、２及び３により、回路１８２を保護するために単一のガス入り放電管ＧＴ１を使用することができる。ガス入り放電管ＧＴ１に、その定格ブレークダウン電圧を超える電圧が印加されると、ガス入り放電管ＧＴ１内のガスがイオン化して導電し、遂にはインパルス放電開始電圧に達する。この時点で、ガス入り放電管ＧＴ１は、完全にオン状態にあり、放電電流に関係なく低いアーク電圧が維持される。過渡現象が過ぎると、ガス入り放電管ＧＴ１は、非導電状態にリセットされる。ガス入り放電管ＧＴ１は、９０Ｖのインパルス放電開始電圧値、又は他の適切なインパルス放電開始電圧値を有することができる。

【0022】

抵抗器Ｒ１及びＲ２は、過渡現象が最初に誘導されてからガス入り放電管ＧＴ１がそのインパルス放電開始電圧に達するまでの間に保護を提供するようＥＭＩ保護回路１８２に含まれている。図２の実施形態において、抵抗器Ｒ１は、アクティブ電気コネクタ１３２Ｂと直列に接続されており、抵抗器Ｒ２は、アクティブ電気コネクタ１３４Ｂと直列に接続されている。抵抗器Ｒ１及びＲ２は巻線、アキシャルなどとすることができ、任意の適切な抵抗値を有することができる。上記の図１及び図２に関連して示したように、ＥＭＩ保護回路１８２及びフライングワイヤ１６４、１６６、１６８のアセンブリを含むＰＣＡは、危険な場所の承認要件を満たすために封止材１７０に浸漬されている。

【0023】

また、Ｅｘ ｍｂ（高い安全レベルを提供するための封止）やＥｘ ｅｂ（「ゾーン１の安全性向上」規格に準拠した防爆）など、追加の保護タイプを送信機の設計に活用することが望ましい場合もある。しかしながら、承認を受けることを困難にする追加の安全要件がある。例えば、コンデンサ（例えば、図３のＣ１及びＣ２）、ガス入り放電管（例えば、図３のＧＴ１）及び抵抗器（例えば、図３のＲ１及びＲ２）など、点火のリスクがあるとみなされる部品は、長期間の熱エージング前後で高圧静水試験に合格したセメント接合部に浸漬させる必要がある。

【0024】

ある例では、高圧試験中に出力アセンブリとヘッダの境界面に水が浸入したため、Ｅｘ ｍｂやＥｘ ｅｂなどの追加の保護タイプの承認基準を満たしていないことが試験の結果判明した。

【0025】

追加の保護タイプの承認要件を満たすための１つの技術は、過渡保護用の全ての電気部品（例えば、ＥＭＩ保護回路１８２）を密閉モジュール内に移動させる方法に関連する。これにより、封止材１７０に浸漬されたフライングワイヤ１６４、１６６、１６８のアセンブリのみを含む出力アセンブリ１５８に対する承認プロセスが簡単になり、承認要件を満たすための直接的なアプローチが可能になる。しかしながら、標準保護用バージョン及び過渡保護用バージョンという２つのバージョンの密閉モジュールを使用するため、密閉モジュールの数は２倍になる。図４は、ＥＭＩ保護回路１８２を含む密閉モジュール１０４Ｂと、ＥＭＩ保護部品を含まない出力アセンブリ１５８Ｂとを示している。わかりやすくするため、フライングワイヤ１６４、１６６、１６８のアセンブリは図４に示されていない。標準オプション用の密閉モジュールは示されていない。

【0026】

２つの異なるバージョンの密閉モジュールを有することに関連する複雑さ、コスト及び早い段階でのカスタマイズの問題に対処するため、別の解決策を提供する。その解決策を図５及び図６に関連して以下に説明する。

【0027】

図５及び図６に関連して本明細書で説明する本開示の実施形態は、密閉パッケージ内の電子機器が、危険な場所の承認要件を満たしながら組立後に再構成可能な構造を提供する。遅い段階での標準出力及び過渡現象出力のカスタマイズは、最終組立時にハブにおいて選択される。図４に関連して前述した構造に関連するコスト、複雑さ及び流通の問題は回避される。また、出力アセンブリの封入領域内に部品が配置されていないため、安全ゾーン１の承認が簡単になる。

【0028】

図４の構造と同様に、図５及び図６に示した構造は、電子部品を密閉モジュール内に移動させている。しかしながら、保護ダイオードＤ１及びＤ２、ならびにガス入り放電管ＧＴ１への接続は、既存のヘッダ上の追加のフィードスルーを用いて密閉パッケージの外部に渡されている。遅い段階でのカスタマイズは、最終組立時に異なるワイヤインターフェースボードを取り付けることによって達成される。

【0029】

図５は、１つの実施形態に従って過渡保護を可能にするように、追加のフィードスルー１８４及び１８６が接地にルーティングされた第１の密閉モジュール１０４Ｃ－出力アセンブリ１５８Ｃの構成を示す概略図である。図５にみられるように、密閉モジュール１０４Ｃは、追加のフィードスルー１８４及び１８６が接続された過渡保護素子を有するＥＭＩ保護回路１８２を含んでいる。より具体的には、フィードスルー１８４は第１のＴＶＳダイオードＤ１に接続されており、フィードスルー１８６は第２のＴＶＳ Ｄ２及びガス入り放電管ＧＴ１の双方に接続されている。出力アセンブリ１５８Ｃは、コネクタ（例えば、トレース）１９０、１９２、１９４、１９６及び１９８を含むワイヤインターフェースボード１８８Ａを備えている。トレース１９０は、アクティブフライングリード線１６４に接続しており、トレース１９２は、アクティブフライングリード線１６６に接続しており、トレース１９４は、接地用フライングリード線１６８に接続している。トレース１９６及び１９８は、接地トレース１９４に接続されている。出力アセンブリ１５８Ｃが密閉モジュール１０４Ｃに結合されると、トレース１９０、１９２、１９４、１９６及び１９８は、それぞれフィードスルー１３８、１４０、１４２、１８４及び１８６に接続される。図５にみられるように、この接続構成では、第１のＴＶＳダイオードＤ１がトレース１９６を介してアクティブ電気コネクタ１３２Ａと電気接地との間に接続されており、第２のＴＶＳダイオードＤ２がトレース１９８を介してアクティブ電気コネクタ１３４Ａと電気接地との間に接続されている。また、ガス入り放電管ＧＴ１の第２の電極２は、トレース１９８を介して電気接地に接続されている。したがって、この接続構成では過渡保護が可能になる。

【0030】

図６は、過渡保護のないユニットのために、追加のフィードスルー１８４及び１８６がそれぞれのライン１３２Ａ及び１３４Ａに戻るようルーティングされた第２の密閉モジュール１０４Ｃ－出力アセンブリ１５８Ｃの構成を示す概略図である。図６のワイヤインターフェースボード１８８Ｂでは、トレース１９６がトレース１９０にルーティングされており、トレース１９０は、フィードスルー１３８を介してアクティブ電気コネクタ１３２Ａに電気的に接続されている。同様に、トレース１９８は。トレース１９２にルーティングされており、トレース１９２は、フィードスルー１４０を介してアクティブ電気コネクタ１３４Ａに電気的に接続されている。したがって、この構成では過渡保護は提供されない。過渡保護のないルーティングを除き、図６の回路の残りの部分は図５の回路と類似している。

【0031】

図５及び図６に示したこの構造により、過渡保護のあるユニット及び過渡保護のないユニットに対して同じ密閉モジュールをユニットに使用することができる。カスタマイズは、例えば図４の構造で行われたであろう数週間後に、ハブで行うことができる。追加のモジュールを設置するための追加のコストと、それらのモジュールを維持するための年間コストの増大が避けられる。２つの異なる接続構成のために異なるワイヤインターフェースボード１８８Ａ及び１８８Ｂを使用する代わりに、これらの２つの構成間を切り替えるための１つ以上のスイッチを有する単一のワイヤインターフェースボードを使用できることに注意すべきである。

【0032】

承認プロセスも能率化される。安全性向上ゾーン１の承認の概念は、熱及び火花の危険性を減らすことであるため、多くの一般的な電気部品の使用は許可されていない。封止された導管入口領域から電気部品を取り除くことにより、承認を得るためのシームレスで簡単な分析を行うことができる。

【0033】

このアプローチにより、エンドユーザは、防炎又は安全性向上のいずれとしてもデバイスを設置できる柔軟性を得ることができる。全ての電子機器が密閉パッケージ内に移動されているため、電子機器は湿度に影響されない。非常に遅い段階でのカスタマイズが可能である。ユーザは試運転時にデバイスを構成することができる。顧客が所有してしばらく経ってからでもデバイスを再構成することができる。例えば、顧客は最初の試運転から数年後にデバイスを現場で再構成することができる。

【0034】

実施形態の構造は、他の機能を含むように拡張することができる。例えば、
ａ．ユニットは、ＨＡＲＴ、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ又はＭｏｄｂｕｓプロトコルを使用して通信するように構成可能であり、
ｂ．ユニットは、標準又は低電力出力プロトコル用に構成可能である。

【0035】

図７は、方法２００の実施形態の簡略化されたフロー図である。２０２において、プロセス変数センサに結合された電磁干渉（ＥＭＩ）保護回路を、外部に延びる電気コネクタを有する密閉モジュールに密閉する。２０４において、ＥＭＩ保護回路の電子部品を、密閉モジュールの外部から電気コネクタを介して、過渡保護を提供する構成で接続する。

【0036】

本発明の実施形態を好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の変更を行うことができることを認識するであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【国際調査報告】