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_4

文档序号:9650661阅读:来源:国知局
和26是不导通的。电流环路从过程控制器9作为外部电压源被供给并且从接线11经由晶体管24和电流测量电阻器25以及接线12引导回至过程控制器9。相应地,线42(AKTIV_L0CK有源锁)上的信号处于低(0V)状态,并且0ΡΑΜΡ 21不能操作第一晶体管23。线43 (PASSIV_L0CK无源锁)同样处于低(0V)状态,并且0ΡΑΜΡ22可以操作晶体管24。因此,电流控制电路15作为以无源负载的形式的外部电压源作用在过程控制器9上。0ΡΑΜΡ 22从混合器19获得其输入信号,使得电流控制电路15对于FPSNAMUR信号的低状态将输出电流设定到0.35mA至1.2mA的值,并且对于数字FPS NAMUR信号的高状态将输出电流设定到2.2mA至8mA的值。
[0064]在这样的情况下,根据公式U = RXI,与电流对应的电压跨过电流测量电阻器25下降,其中U=电压(单位,伏),R =电流测量电阻器25的电阻值(单位,欧姆),并且I =实际上流经电流测量电阻器25的电流的值(单位,安培)。晶体管24的发射极输出上相对于基准地面为负的该电压经由线37反馈至0ΡΑΜΡ 22的反相输入以便控制电流以及反馈至模数转换器(ADC) 27的输入。数字化信号经由线38馈送至微控制器13。以这种方式,在电流环路中电流的实际值可以通过微控制器13中的软件计算。如果所获得的信号与小于0.35mA(尤其是小于0.2mA)的实际流动电流值对应,则这指示电流环路的中断,例如通过连接到过程控制器9的线切断来中断。由于在这样的情况下从作为电流环路的外部电压源的过程控制器9的连接消失,所以独立于0ΡΑΜΡ 22在晶体管24上的作用,电流可能具有不值得一提的值。这一定程度上也适用于到过程控制器9的线中的短路,因为在这样的情况下电压经短路下降。因此,故障状态(线中断或短路)不仅可以由过程控制器9识别,而且还可以由测量装置的操作电子设备识别。即使当操作电子设备的这种自诊断能力不能对中断和短路进行区分时,也可直接从测量装置输出警告信号。因此,例如位于测量装置附近的人可以直接执行需要的测量,例如进行对过程的手动控制。
[0065]在电流输出无源的附加操作方式下,电流环路的电流路径与上述电流路径对应。为此,表示测量值的信号例如作为脉冲宽度调制信号经由线缆35从微控制器13输出至DAC20。DAC 20在此处被示出为独立电路元件,将表示测量值的模拟信号输出至混合器19。诸如上述,混合器19的输出信号输出至0ΡΑΜΡ 22并且电流环路中的电流相应地被控制。如果需要,则经对实际电流的计算来校正PWM信号,并且因此,电流的外部控制可以发生。
[0066]在随着负载电流输入状态的附加操作方式下,电流环路的电流路径与如上所述的电流路径对应。在这样的情况下,经由PWM输出35,预定的固定负载电流在电流环路中被预定,并且经由0ΡΑΜΡ 22在电流环路中被设定。经由线32,在接线11处的电压变化被寄存并且被传输至微控制器13并且被计算。在该操作方式的情况下,选项是模拟较早的常态输入(尤其是具有非线性特性曲线的这样的输入)的特性以便在现有过程控制设施中使用。
[0067]在电流输入无源的附加操作方式下,电流环路的电流路径与如上所述的电流路径对应。为此,表示最大电流(例如,25mA)的信号例如作为脉冲宽度调制信号从微控制器经由线缆35输出至DAC 20。DAC20在此处被示出为独立电路元件,将相应的模拟信号输出至混合器19。混合器19的输出信号如上所述输出至0ΡΑΜΡ 22。因为实际电流通常位于最大电流之下,所以0ΡΑΜΡ 22在饱和状态下工作。如果电流环路中的电流上升到最大值以上,则晶体管24开始阻塞并且因此防止附加电流上升。最大电流的阈值可以通过改变PWM信号的工作周期(duty cycle)来改变。如上所述那样测量并且相应地计算电流环路中的电流。
[0068]在状态输入高电阻的附加操作方式下,线43 (PASSIV_L0CK无源锁)上的信号被设定为高(+3V),并且0ΡΑΜΡ 22不能操作晶体管24。因此,电流控制电路15被停用。接线11上的电压像在“状态随负载电流输入”的操作方式的情况下那样被测量并且被计算。
[0069]在电流输入有源的附加操作方式下,电流控制电路被配置成类似于在“电流输入无源”的操作方式下的电流控制电路。然而,在这种情况下,信号线43 (PASSIV_L0CK无源锁)被设定为高(+3V),并且OPAMP 22不能操作晶体管24。然而,输出42 (AKTIV_LOCK有源锁)上的电平同样处于高(+3V)状态,并且OPAMP 21可以操作晶体管23。在这样的情况下,充当电压源的是内部降压转换器14,内部降压转换器14经由线30由微控制器13操作。表示最大电流(例如,25mA)的信号例如作为脉冲宽度调制信号从微控制器经由线缆35输出至DAC 20。DAC 20在此处被示出为独立电路元件,将相应的模拟信号输出至混合器19。混合器19的输出信号如上所述输出至OPAMP21。因为实际电流通常位于最大电流之下,所以OPAMP 21在饱和状态下工作。如果电流环路中的电流上升到最大值以上,则晶体管23开始阻塞并且因此防止附加电流上升。最大电流的阈值可以通过改变PWM信号的工作周期来改变。电流环路中的电流如上所述被测量并且相应地被计算,其中,在这种情况下,电流测量电阻器25两端的压降呈现正值。
[0070]在电流输出有源的附加操作方式下,内部降压转换器14充当电压源,其由微控制器经由线30操作。在这种情况下,线43 (PASSIV_L0CK无源锁)上的信号被设定为高(+3V),并且0ΡΑΜΡ 22不能操作晶体管24。输出42 (AKTIV_L0CK有源锁)上的电平同样处于高(+3V)状态,并且0ΡΑΜΡ 21可以操作晶体管23。经由电缆35,表示测量值的信号例如作为脉冲宽度调制信号从微控制器输出至DAC 20。DAC 20在此处被示出为独立电路元件,将表示测量值的模拟信号输出到混合器19。混合器19的输出信号输出至0ΡΑΜΡ 21并且电流环路中的电流相应地被控制。电流环路中的电流如上所述被测量并且相应地被计算,其中,在这种情况下,电流测量电阻器25两端的压降呈现正值。在这样的情况下,电流测量电阻器25的电压值的反馈转到0ΡΑΜΡ 21的反相输入。如果需要,则经由对实际电流的计算来校正PWM信号,并且因此,电流的外部控制可以发生。另外,在此处,自诊断是可能的。SP,如果预定的电流值不能被控制,而是,替代地,接线12上的电压近似为零,则在电流环路中存在线中断。
[0071]在FPS有源的附加操作方式下,线43 (PASSIV_L0CK无源锁)上的信号被设定为高(+3V),并且线42 (AKTIV_L0CK有源锁)上的信号被设定为低(0V),使得晶体管23和晶体管24两者都不能由0ΡΑΜΡ 21和22操作。晶体管23在切换操作中经由线40 (FPS_ACTIV有源FPS)上的时钟信号直接被操作,同时,经由线41 (FPS_PASSIV无源FPS)上的反向FPS信号,晶体管26在推挽式操作中被操作。经过电流环路的电流可以如上所述被测量并且被计笪并ο
[0072]在FPS无源的附加操作方式下,同样地,线43 (PASSIV_L0CK无源锁)上的信号被设定为高(+3V),并且线42 (AKTIV_L0CK有源锁)上的信号被设定为低(0V),使得晶体管23和晶体管24两者都不能由0ΡΑΜΡ 21和22操作。线40 (FPS_ACTIV有源FPS)上的信号处于低(0V)状态。在切换操作中,晶体管26由FPS信号直接操作。电流环路中的电压源由过程控制器9形成。如果接线11上的可以经由线32寄存的电压超出接线12上的可以经线37和ADC27寄存的电压比如0.8V的值,则晶体管26已从切换操作改变至线性操作。在检测到该状态之后,微控制器13可以输出警告信号,并且输出电流断开,以便防止晶体管26受到热过载的破坏。
[0073]除了如上文所描述且在图中示出的具有用于传送测量信号的可配置的测量和操作电子设备(尤其是具有测量发送器)的测量装置的实施例之外,在本发明的背景下,可以提供许多其它实施例,在这种情况下,电流控制电路具有从0mA至20mA的控制范围以及在非NAMUR操作(例如,根据EN14340B类的无源脉冲)中和根据EN60947-5-6的NAMUR操作中还允许作为开关放大器操作。
[0074]附图标记列表
[0075]1开关放大器
[0076]2开关晶体管
[0077]3并联电阻器
[0078]4跳线
[0079]56的接线
[0080]6端子块
[0081]76的接线
[0082]8串联电阻器
[0083]9过程控制器
[0084]10输入级
[0085]112L线的接线
[0086]122L线的接线
[0087]13微控制器
[0088]14降压转换器
[0089]15电流控制电路
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