用于将过程变量传送到可编程逻辑控制器的变送器的制作方法

1.本发明涉及一种根据权利要求1的用于生成模拟电流或电压信号的变送器(测量换能器)，该模拟电流或电压信号用于将过程变量传送到可编程逻辑控制器(plc)。


背景技术：

2.在此讨论的过程自动化的标准化电信号被称为单位信号，对于这些单位信号存在来自各种制造商的多个单位控制器和变送器(测量换能器)。
3.这些变送器被设计为具有电压输出的3线制变送器和/或具有电流环输出的2线制变送器。变送器检测例如温度、压力、流速或填充水平(液位)的过程变量，并将它们转换成单位信号，该单位信号由过程控制系统(通常是可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc))进一步处理，并且如果必要的话显示。
4.这些单位信号是根据din iec 60381-1的从0ma到20ma或从4ma到20ma(具有偏移零)的电流信号或根据din iec 60381-2的全部在-10v与+10v之间的范围内的五个不同电压信号。
5.在此提出的本发明描述了一种用于变送器的电子电路，该电子电路可选地将模拟测量值转换为例如0-10伏或4-20ma的工业标准电压或电流信号。
6.de 10 2004 030 161 a1描述了一种用于生成所讨论的模拟电流或电压信号的变送器，其中，电流源和电压源被并联驱动并且在输出侧串联连接。在此，电流级被设计为叠加在可变负荷上的差分放大器级。这允许电流源和电压源的单独平衡过程，但是由于电流输出放大器中的电阻容差，电流输出值可能变得与负荷有关。
7.de 10 2005 009 459 a1描述了一种自动区分电压输出和电流输出的变送器。
8.所提出的布置区分了负荷(例如＜500欧姆)和负载(例如＞500欧姆)，其中，通过运算放大器(operational amplifier，opamp)避免了与该测量关联的电流损耗。另外，为了分别执行校准过程，需要检测输出模式并将其报告给μc的另一电路。
9.然而，电流和电压输出的公共端子不可避免地导致电流损耗，并因此导致电流模式中的测量不准确性。补救措施可以由以高阻抗方式实现的电压级来提供，但是这减慢了负荷的电容性部分的(无源)放电，因此导致长的信号衰减时间而没有完全避免电流损耗。
10.因此，唯一的选择是设计具有较低阻抗的电压级，并且以适当的方式补偿电流损耗。
11.从文献de102015109095 a1和ep2219013 b1中已知用于电流级的补偿电流的供应。
12.然而，在此提出的电路一方面非常复杂，也就是说需要电流测量电阻器和控制装置，另一方面它们无法容易地集成到所讨论的组合变送器(u/i变送器)中。
13.因此，本发明的目的是克服上述缺点，省去(电流)测量，并提供一种简单、便宜的电路，该电路可以容易地集成到现有的组合变送器(u/i变送器)中。


技术实现要素：

14.本发明的目的根据权利要求1来实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中提供。
15.本发明的基本思想是使主要由分压器确定的电压级的输出电阻为信号技术所需的低欧姆，并且补偿由被提供有(未知)负荷电压的电阻器引起的电流损耗。这有利地通过将由所述电阻器确定的电流和负荷两端的电压馈送到电流级来实现，因为这使得电流与电流损耗成比例，电流损耗也取决于负荷电压，因此使得上述复杂的测量和控制设备是非必要的。
16.如已发现的，将补偿电阻器布置在u/i输出端与电流级的输入端之间是特别有利的。
17.本发明的有利的另外发展是通过以下方式来防止两个操作模式(即电流模式与电压模式)之间的相互干扰：通过在电压模式下中断电流级的电源电压来断开电流级，并且在电流模式下使电流级的输入端短路。
18.此外，有利的是，将所述切换动作所需的控制输入连接到微控制器(μc)的输出端，其中，是否存在用于电流级和电压级的公共控制引脚和/或是否电流级和电压级由μc的不同端子控制是不相干的。
附图说明
19.现在将参照附图借助于示例性实施例更详细地解释本发明。
20.图1示意性地示出了根据本发明的变送器的组件。
具体实施方式
21.以极其简化的表示示出了具有恒定串联电阻rc和温度相关的电阻器的温度测量设备。
22.负荷1由欧姆电阻器和并联电容构成。负荷通常是可编程逻辑控制器(plc)的一部分。
23.过程值输入端2接收由放大器v生成的模拟测量信号(测量值)，其中，放大器v可由微控制器控制。
24.此外，示出了电流级3和电压级4，电流级和电压级将施加到过程值输入端2的模拟测量值转换为电流信号(4-20ma)或电压信号(0-10v)。
25.电流级和电压级的输出端被组合为用于电流或电压的公共u/i输出端5。一方面通过在电压模式下中断(切断)电流级3的供电来断开该电流级，另一方面通过在电流模式下使电压级4的输入端短路，避免了这两种操作模式的相互干扰。这借助于在此以两部分(两个输入6a和6b)示出的u/i控制输入端6来进行，其中，经由6a，中断(切断)控制输出晶体管的运算放大器8的电源电压，并且经由6b，使电压级4的输入端短路。
26.如对本领域技术人员来说很明显的，6a和6b可以组合以形成u/i控制输入端6，但是这剥夺了两个输出级3和4的单独控制的可能性。
27.根据本发明，由分压器9确定的电压级4的输出电阻被设计为信号技术所需的低欧姆，并且所产生的电流损耗由被提供有(未知)负荷电压的电阻器7来补偿。这通过将由电阻
器7确定的电流和负荷1两端的电压馈送到电流级3来实现，因为该电流从而与电流损耗成比例，电流损耗也取决于负荷电压，这使得上述复杂的测量和控制设备是非必要的。
28.如已发现的，将补偿电阻器7布置在u/i输出端5与电流级3的输入端之间是特别有利的。
29.所描述的变送器可以有利地用于检测食品工业或化学工业的生产设备中的过程变量，以便检测压力、温度、流速或填充水平(液位)。
30.附图标记列表
31.1 负荷
32.2 过程值输入端
33.3 电流级
34.4 电压级
35.5 u/i输出端
36.6、6a、6b u/i控制输入端
37.7 补偿电阻器
38.8 运算放大器
39.9 分压器


技术特征：
1.一种用于将过程变量传送到可编程逻辑控制器的变送器，其中，在电流模式下，4-20ma的电流被馈送到负荷(1)中，并且在电压模式下，生成0-10v的信号，所述变送器包括过程值输入端(2)、电流级(3)、电压级(4)和用于电流或电压信号的u/i输出端(5)、以及用于在所述两种模式之间切换的u/i控制输入端(6、6a、6b)，其特征在于，所述变送器被配置为将取决于所述负荷(1)两端的电压的电流经由电阻器(7)馈送到所述电流级(3)中，由此补偿所述电压级(4)处的取决于所述负荷(1)两端的所述电压的电流损耗。2.根据权利要求1所述的变送器，其特征在于，所述电阻器(7)布置在所述u/i输出端(5)与所述电流级(3)的输入端之间。3.根据前述权利要求中任一项所述的变送器，其特征在于，所述变送器被配置为通过借助于在所述电压模式下中断所述电流级(3)的电源电压断开所述电流级并且通过在所述电流模式下使所述电压级(4)的所述输入端短路，来避免所述操作模式的相互干扰。4.根据前述权利要求中任一项所述的变送器，其特征在于，所述u/i控制输入端(6、6b)连接至微控制器的输出端。

技术总结
本发明涉及一种用于将过程变量传送到可编程逻辑控制器的变送器，其中，在电流模式下，4-20mA的电流被馈送到负荷(1)中，并且在电压模式下，生成0-10V的信号，变送器包括过程值输入端(2)、电流级(3)、电压级(4)和用于电流或电压信号的U/I输出端(5)、以及用于在两种模式之间切换的U/I控制输入端(6、6a、6b)。根据本发明，变送器被配置为将取决于负荷(1)两端的电压的电流经由电阻器(7)馈送到电流级(3)中，由此补偿电压级(4)处的取决于负荷(1)两端的电压的电流损耗。压的电流损耗。压的电流损耗。


技术研发人员：海因茨
受保护的技术使用者：IFM电子股份有限公司
技术研发日：2021.09.22
技术公布日：2022/3/29