具有用于传送测量信号的可切换的测量和操作电子设备的测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有用于传送测量信号的可配置的测量和操作电子设备的测量
目.ο
[0002]本发明尤其涉及一种具有数字测量发送器的测量装置，尤其是具有利用电流信号的测量发送器的测量装置，在这种情况下，因此通过信号电流，或者供应电流，的控制输出测量值。数字测量发送器是包括至少一个用于调节测量信号或者用于控制内部功能的微处理器的那些发送器。在工业中广泛用于传送物理和/或化学被测变量的测量信号的标准是电流环路，例如，双导体电流环路。测量装置经由电流环路与过程控制器连接。在这样的情况下，测量值由所设定的电流的值表示，并且电流由过程控制器寄存。根据这种广泛使用的工业标准，经由电流环路传输的电流位于0mA与20mA之间。
【背景技术】
[0003]尤其是在安全相关的应用中，必须能够以充分高的概率检测测量发送器或者其部件的故障。在NAMUR推荐NE43中，例如，假如在测量装置的情况下，使用在4mA与20mA之间的范围内的测量信号电流。装置故障用在该范围之外的故障信号电流(例如，不大于3.6mA，或者至少21mA)来暗示。在这样的情况下，在电流环路中设定的在4毫安(mA)与20mA之间的电流与所测量的物理和/或化学被测变量对应。由于漂移和不精确，允许稍微更大的电流范围，例如，在3.8mA与20.5mA之间的电流。小于3.6mA或者大于21mA的电流不应被计算单元解释为测量值对应。在电流环路中设定的小于3.6mA或大于21mA的电流因此被识别为误差电流。
[0004]在2L电流环路中设定的模拟测量信号电流通常通过2L电流环路中的控制电路来设定。在这样的情况下，测量和操作电子设备的至少一个部分是控制电路的一部分。为了控制的目的，与测量信号电流的实际值对应的反馈变量由测量和操作电子设备回读并且被与对应于期望值的基准输入相比较。通常，基准变量由控制单元输出。控制单元输出与测量变送器或传感器的测量信号对应的基准变量。在测量值改变的情况下，在2L电流环路中设定的实际值不同于期望值。从实际值与期望值之间的控制误差信号产生相应的操纵变量，2L电流环路中的测量信号电流借助于操纵变量改变。
[0005]用于传输以数字形式的测量信号和状态信息的类似的接口在EN60947-5_6(与IEC60947-5-6对应)中被标准化。操作参数，因而与NAMUR操作中的数字状态(接通和断开)相关联的电流的值，不同于上述。对于满足EN60947-5-6的FPS NAMUR信号(频率/脉冲/状态)的传输，在典型的8.2V的供应电压的情况下，接通状态的电流值等于在2.2mA至8mA范围内的值，断开状态的电流值位于0.35mA至1.2mA的范围内。
[0006]如果实际电流值位于0.35mA之下，则这些电流值可以被计算为线中断的指示，而超过8mA的电流值可以被计算为短路的指示。
[0007]在许多应用的情况下，传输的测量信号的大小可能对测量装置的周边和/或对环境具有相当大的影响。尤其是在化学品和环境危害过程的情况下，其中传输测量材料的温度、料位、压力、流量或成分的测量值，过程的安全运行是决定性的。因此，极其重要的是，传输的测量信号实际上与测量值对应。因此，安全相关应用中的装置和系统必须满足专门的要求，尤其满足功能安全的标准(例如，IEC 61508、IEC61511等)。功能安全的标准的中心组成部分是所谓的安全完整性水平(SIL)。取决于源自过程或装置的潜在危害，相应的SIL能力需要应用。SIL给出被检测的装置或应用的出现故障的可能性。在这样的情况下，SIL范围在1和4之间，其中1是最低的，并且4是最高安全等级。从公开说明书EP1860513获知一种电路，该电路预期确保在电流环路中设定的电流与将被表示的被测变量的实际值对应。电路依赖于对环路电流的值的冗余调节以及对环路电流的值的监测。虽然在现有技术中使用的、冗余地设计的电部件、电子部件和/或电子可编程部件在给定情况下增加设备的功能安全，但是将被视为不利的是因为系统及其部件的冗余设计，同样增加制造成本和建造成本。
[0008]在DE102008001832A1中，提供的是，计算单元通过电流控制器将操纵变量输出的至少一个值与至少一个基准值相比较并且比较得出操纵变量的值是否超过或低于基准值。所提出的计算单元使得能够检测操纵变量与基准值的偏差或操纵变量超过预定基准值或低于预定基准值。如果尤其是提供两个不同的基准值，则可检测到操纵变量是否超过或低于基准值中的一个或位于基准值之间的区域中。由于测量和操作电子设备的误差或干扰常常以异常测量信号(例如，以过高或减弱的电压和电流的形式)的形式出现，所以所描述的计算单元使得能够检测这样的异常偏差。
[0009]从DE102004019392A1获知测量发送器，该测量发送器包括微处理器，该微处理器具有复位输入和用于提供周期性时钟信号的时钟信号输出；进一步提供具有时针信号输入和复位输出的检测电路以及用于输出测量信号电流的电流控制器，该测量信号电流代表在测量操作中在第一范围内的测量值，并且在第一范围外部的测量值暗示故障；其中，监测电路的时钟信号输入与微处理器的时钟信号输出连接，微处理器的复位输入与监测电路的复位输出连接，在时钟信号发生故障的情况下，复位信号在监测电路的复位输出上定期地输出，其中，此外，测量发送器具有比较器电路，该比较器电路:具有第一输入，第一输入经由低通滤波器与监测电路的复位输出连接；具有第二输入，基准电压施加在该第二输入上；并且具有输出，该输出与电流控制器的输入连接，其中，在复位信号的重复输出之后，在比较器电路的第一输入上的电压超过基准电压，使得存在施加到比较器的输出的控制信号，该控制信号促使电流控制器输出在第一范围之外的故障信号电流。如上所述，测量信号电流的第一范围例如等于4mA至20mA。在这种情况下，故障信号电流应至少为21mA或至多
3.6mA，但是优选故障信号电流被控制到22mA。
[0010]如上文已经提及的，在EN60947-5-6(与IEC60947-5-6对应)中，用于传输测量信号和状态信息的类似的接口以数字形式被标准化。操作参数，因而与数字状态接通和断开(0N和OFF)相关联的在NAMUR操作中的电流的值，不同于上述那些值。用于FPS NAMUR信号(频率/脉冲/状态)的传输的EN60947-5-6开关放大器的简单且常用的电路包括带有并联电阻器的开关晶体管，并联电阻器横跨输入/输入的端子与一系列电阻器之间的晶体管。在8.2V的标准化操作参数和对于接通状态的从2.2mA至8mA的电流值以及对于断开状态的从0.35mA至1.2mA的电流值的情况下，对于串联电阻器而言产生1千欧姆的典型值并且对于并联电阻器而言产生11千欧姆的典型值。如果实际电流值位于0.35mA之下，则这些电流值可以被计算为线中断的指示，而超过8mA的电流值是短路的指示。
[0011]为了能够覆盖装置的不同的应用，根据EN60947-5-6的开关放大器应能够在NAMUR操作以及在非NAMUR操作中被使用。就这点而言，从现有技术获知不同的解决方案。在最简单且常用的形式中，提供跳线，串联电阻器可以借助于跳线分流，并且经由并联电阻器的电流路径被中断。在NAMUR操作中，横跨串联电阻器的跳线被打开，并且并联电阻器的电流路径中的跳线闭合，而在非NAMUR操作的情况下，情况相反。因此，各装置伴随仅一根跳线，根据应用，可以在适当的位置处插入这根跳线。在这种解决方案的情况下不利的是，对于操作方式的每次改变，维修技工必须访问装置并且修补它。这在大规模制造厂中的广泛分布的装置的情况下或在暴露位置处的装置的情况下可能是非常麻烦的。为了切换操作方式，必须打开装置壳体，并且接触甚至移除电子组件。作为静电放电的结果或作为在再密封壳体之后未充分关闭的位置的结果，存在损害装置电子设备的危害。两者都会导致装置的失灵或故障。此外，操作电子设备不能寄存操作状态，于是，自诊断是不可能的。同样地，操作方式的远程控制切换是不可能的。
[0012]因此，用继电器更换跳线也是已知的。然而，这些具有附加空间要求的缺点，增加装置的功率消耗并且随后也增加装置电子设备上的热负载，并且这是由于对振动相对敏感的可移动部件引起的。因此，使用尤其是不具有振动敏感性的半导体开关代替继电器也是已知的。然而，它们是相对昂贵的。
[0013]诸如上述，4-20mA的NE43接口与满足EN60947-5-6的接口相结合的应用是不可能的，因为充分可靠地区别EN60947-5-6输出信号的接通/断开状态是不可能的。
[0014]因此，本发明的目的是提供具有用于传送测量信号的可配置的测量和操作电子设备的改进的测量装置。
【发明内容】
[0015]通过如在权利要求1中限定的测量装置以及如在权利要求10中限定的方法来实现此目的。
[0016]本发明的测量装置包括用于传送测量信号的可配置的测量和操作电子设备，其中，该测量装置包