具有电流接口的变送器电路以及具有这种变送器电路的测量设备的制造方法_3

文档序号:9240272阅读:来源:国知局
获知的 测量值与为之最后调节出的静态电流强度水平之间的可能的差异在很大程度上仅归因于 上述电流调节器和/或设置在该电流调节器之前的数字模拟转换器的随时间改变的传递 特性,但并不归因于与之相比可被视为时不变的模拟数字转换器的同样值得一提的漂移 Orift),由此其可以用作针对实际调节出的静态电流强度水平的参考或比较标准。
[0030] 虽然借助电流接口形成的用于调节信号电流的电流强度水平的调节回路的实现 尤其是基于大多针对这种电流接口需要的非常低的响应时间(或相反地是高动力)始终值 得一提也借助模拟技术的部件,例如运算放大器、晶体管等来实现,或者必须以此来实现, 但电流接口的可能的漂移可以是非常快的,并且非常可靠地借助微处理器,进而利用"机载 的"检验器件识别出,并且必要时也通过合适地补充控制值计算规则而适当地得到补偿。但 此外例如,根据本发明的变送器电路的有时尽管如此仍然借助外部的检验器件执行的重新 校准之间的可能的检验间隔,例如为了满足主管部门规定的目的而相对于在传统的变送器 电路中的上述检验间隔被值得一提地延长。
[0031] 针对如下情况,即,借助微处理器确定位于数字电流值与相应的控制值之间的为 之预定的公差范围之外的偏差,这还可以相应地首先被信号化,例如可在视觉上察觉到地 借助测量设备的由微处理器操控的显示元件,例如利用相应的字母数字的文本显示器定量 地,并且/或者例如借助颜色编码光输出的和/或相应发光的发光器件定性地信号化。此 外,针对如下情况,即,确定电流值与控制值之间的过高的,即需要重新调节变送器电路的 偏差,可以借助微处理器,即基于为之生成的数字电流值和相应附属的控制值的值对来通 过如下方式重新计算确定用于生成控制值的计算规则的系数,即,利用更新的计算规则补 偿导致之前提到的偏差的、例如由老化决定的在电流接口固有的特性曲线中的改变,并且/ 或者可以借助外部的检验器件自动地命令对相应的变送器电路进行提前的重新校准。
[0032] 在电流接口或利用其形成的变送器电路的之前提到的检验(校准)也可以毫无问 题地"在运行中(on-the-fly) "执行,即也在常规的测量运行期间执行时,那么在需要对变 送器电路的重新调节的情况下,有时也必须从相应于正常的测量运行的正常运行模式变换 至测量设备的特殊运行模式,例如以如下方式,即,使微处理器在此期间在控制输出端上仅 输出如下控制值,其命令电流接口将信号电流的电流强度调节到预定的测量区间之外的电 流强度水平上,例如也调节到位于为了信号化警告状态而保留的范围之内的、但彼此不同 的电流水平中。
【附图说明】
[0033] 本发明以及本发明的其他有利设计方案随后借助在附图中示出的实施例来详细 阐述。在所有附图中,相同的部分设有相同的附图标记;当为了清楚起见或者是以其他方式 看起来更合理时,在随后的图中取消已经提及的附图标记。此外,其他有利设计方案或改进 方案,尤其是还有本发明的首先仅单独阐述的部分的组合由附图和从属权利要求得到。具 体地:
[0034] 图1示意性地示出尤其是适用于工业的测量和自动化技术的测量设备的变送器 电路,其具有由微处理器操控的电流接口;
[0035] 图2、3示意性地示出工业的测量和自动化技术的测量设备的变型方案,其具有根 据图1的变送器电路;以及
[0036] 图4概括地示出示意性描绘出图1所示的变送器电路的作用方式的时间序列图或 特性曲线图。
【具体实施方式】
[0037] 在图1中,按照方框图的类型示意性地示出尤其是适用于使用在工业的测量和自 动化技术中的测量设备,其具有测量传感器MA和与其电联接的电子的(也就是至少部分借 助半导体元件形成的)测量设备电子器件ME。测量设备电子器件ME以有利方式安装在相 应的尤其是耐冲击和/或也耐爆炸地和/或严密密封地构造的并且/或者模块化地构建的 电子器件壳体H中。电子器件壳体H例如可以远离测量传感器地布置或者像在图1中示意 性示出的那样,在形成唯一的紧凑设备的情况下直接固定在测量传感器MA上,例如从外面 固定在封装测量传感器MA的传感器壳体上。
[0038] 测量传感器MA用于检测随时间改变的物理和/或化学被测变量X,例如流体的密 度、粘度、温度和/或压力,在线路(尤其是管状线路或槽)中流动的流体的体积流量率或 质量流量率或者在容器(尤其是箱或盆)中储存的介质(尤其是液体或松散材料)的填充 高度,以及用于生成至少一个代表上述被测变量x的时间变化曲线的、首先是模拟的测量 信号,该测量信号又借助测量设备电子器件ME首先被转换为代表该测量信号(因此是上述 被测变量x的时间变化曲线)的数字测量信号,并且随后为了生成代表被测变量x的数字 测量值XD对其进行评估。被测变量X本身按本性是随时间可变的,也就是说以如下方式, 即,使得被测变量在借助相应的测量设备形成的测量点的无干扰运行期间仅在尤其是专门 为测量点或相应的测量设备预定的测量范围Ax12内变化,该测量范围从通过被测变量x的 预定的最小测量值确定的范围下限Xl延伸到通过被测变量x的预定的最大测量值确定的 范围上限x2。位于上述测量范围之外的被测变量与此相应地被归为测量点的干扰。
[0039] 测量设备电子器件ME此外被设置成用于基于数字测量信号或由此导出的测量值 来生成依赖于上述数字测量信号的具有信号电流的模拟测量值信号,该信号电流的电流强 度一代表被测变量的测量值X;这特别是以如下方式实现,S卩,使上述电流强度I,的静态电 流强度水平id分别位于为之预定的测量区间A112之内。测量区间A112在此与被测变 量x预定的测量范围△x12相对应,并且因此具有与范围下限xi相当的第一边界电流强度 Ii以及与范围上限x2相当的显然与边界电流强度Ii不同的第二边界电流强度I2。两个边 界电流强度Ii、12中最小的那个在此相应于变送器电路的有时也被称为带电零值的导电零 点。测量值信号例如可以相应于在工业的测量和自动化技术中经常使用的4mA至20mA的 电流信号,因此是在包括测量设备电子器件的信号电流回路中流动的信号电流,该信号分 布电流在测量区间之内,其边界电流强度1:为4mA或者更小,但尽可能大于3. 6mA,并且其 边界电流强度12为20mA或者更大,但尽可能小于21mA。位于测量区间之外的电流强度水 平此外可以用于信号化特殊运行状态,尤其是也用于信号化由干扰引起的警告状态。
[0040] 为了将数字测量信号&转换为模拟测量值信号,测量设备电子器件ME包括例如 构造为满足开头提及的NAMUR推荐标准NE43:1994年1月18日的数字测量变送器(具有模 拟输出信号)的变送器电路Tr,其具有电流接口DCC和控制上述电流接口的微处理器yC, 数字测量信号xD在测量信号输入端输送给该微处理器。微处理器UC此外被设置成用于 基于数字测量信号xD,在其测量信号输入端生成测量值序列,即,针对不同的时间点h得到 的、分别瞬时代表被测变量的数字测量值、代表被测变量的时间变化曲线的序列。
[0041] 借助变送器电路Tr生成的测量值例如可以就地,即直接在测量点上显示或者在 其附近显示。为了可视化在测量设备内部产生的测量值和/或必要时在测量设备内部生成 的系统状态讯息(例如错误讯息或警告),测量设备例如可以就地具有连通测量设备电子 器件的、尤其是由微处理器操控的和/或便携的显示元件或显示和操作元件HMI,例如在电 子器件壳体H中放置在相应设置在其中的窗口后的LCD屏、0LED屏或TFT屏以及相应的输 入键盘和/或触摸屏。此外,以有利方式,例如也可远程参数化的测量设备电子器件可以按 如下方式设计,即,使其在测量设备运行时可以利用是测量设备上级的电子数据处理系统, 例如可存储编程的控制件(SPS)、个人电脑和/或工作站,通过数据传递系统,例如因特网、 总线并且/或者通过无线电无线地,必要时也实时地更换测量数据和/或其他运行数据,例 如当前的测量和/或系统诊断值或用于控制测量设备的调节值。此外,测量设备电子器件 ME此外还具有由外部能量供应装置供能的能量供应电路EV,其具有带两个联接电极的输 入端和至少一个输出端,该能量供应电路用于在上述输出端上提供有效电压UN,用以运行 电流接口DCC或微处理器yC,进而用以运行利用其形成的测量设备电子器件,或者提供针 对测量设备电子器件的相应的有效电功率。
[0042] 电流接口DCC又具有针对信号电流的电流输出端、控制输入端I&lin以及电流信 号输出端Ibut,并且被设置成用于在信号电流运行中可以流过电流输出端,并且在此期间 将信号电流的电流强度调节到与瞬时施加在控制输入端I&U上的控制值WM的静态电流 强度水平Ix相当,并且在电流信号输出端Ibut上输出电流值序列iD。电流值序列iD是针 对不同的例如也等距的(采样)时间点t/导到的、分别瞬时代表电流强度或为之调节出的 电流强度水平Ix的数字电流值Iu,并且因此模拟出信号电流匕的时间变化曲线。像在图 2和3中示意性示出的那样,像在所提到类型的测量设备中非常常见的那样,电流接口可以 借助由运算放大器0V操控的晶体管T1 (例如双极性晶体管或场效应晶体管)、在运行中引 导整个信号电流的并且给运算放大器提供与之成比例的测量电压队的测量电阻RM以及进 而在此仅在模拟技术中实现的线性的电流调节器形成。上述测量电压队此外通向模拟数 字转换器ADC的模拟输入端,该模拟数字转换器的数字输出端又用于实现电流接口DCC的 电流信号输出端。电流接口DCC的控制输入端1。&1 in可以像在图2或3中示意性示出 的那样,例如借助集成在电流接口中的数字模拟转换器DAC形成,该数字模拟转换器在数 字输入端上接收瞬时控制值,并且在模拟输出端上将其转换为针对所提及的电流调节 器的相应的模拟直流电压WA。上述数字模拟转换器DAC例如可以是根据计数法工作的1位 转换器,其中,也就是利用相应于瞬时控制值的占空比脉冲宽度调制的矩形电压的算术 平均值用作模拟直流电压WA。
[0043] 为了将变送器电路Tr和利用其形成的测量设备整合到最后引导信号电流的信号 电流回路中,变送器电路Tr具有第一联接端子P1以及第二联接端子P2。两个联接端子P1、 P2中的每一个被设置成用于与铺设在变送器电路之外的两个联接线路L1或L2中的一个电 连接。此外,电流接口的电流输出端与此相应地具有两个联接电极,在这两个联接电极中, 第一联接电极II与联接端子P1 (并且与此相应也与联接线路L1)电连接,或者说第二联接 电极12与联接端子P2(并且与此相应也与联接线路L2)电连接。测量设备在此例如可以 构造为所谓的两导体测量设备,即,构造为仅可借助两个联接线路Ll、L2与外部的电子数 据处理系统电连接的、在运行中仅通过上述两个联接线路Ll、L2供应电能的测量设备,从 而使能量供应电路EV像在图2中示意性示出的那样与两个联接电极Pl、P2中的至少一个 直接电连接,并且从所提供的依赖于信号电流匕和位于联接端子P1、P2上的端子电压&的 电功率中获得对于运行测量设备电子器件和与之电联接的测量传感器来说必需的有效电 功率。据此,根据本发明的另一设计方案的能量供应电路EV此外还被设置成用于引导信号 电流的至少一部分并将其用于提供有效电压UN。但作为对此的替选,测量设备例如也可以 构造为所谓的多导体测量设备,从而使测量设备电子器件ME的内部能量供应电路EV像也 在图3中示意性示出的那样借助附加的联接线路对L3、L4与外部能量供应装置连接,并且 通过在运行中没有引导信号电流ix的联接线路L3、L4获得对于运行测量设备电子器件和 与之电联接的测量传感器来说必需的电功率。为此,除了两个提及的联接端子P1、P2之外, 根据本发明的另一设计方案的测量设备电子器件还具有第三联接端子P3和第四联接端子 P4,其中,第三联接端子被设置成用于与放在变送器电路外的第三联接线路L3电连接;第 四联接端子被设置成用于与铺设在变送器电路之外的第四联接线路L4电连接。此外,在该 设计方案中,能量供应电路的电压输入端以第一联接电极与联接端子P3联接,并且以第二 联接电极与联接端子P4联接。在最后这种情况下,电流接口DCC可以构造为无源接口,但也 可以构造为有源接口;在其他情况下(即,在测量设备构造为两导体测量设备的情况下), 电流接口DCC是无源的。
[0044] 此外,为了操控电流接口 DCC,在微处理器yC中设置有例如借助控制输出端Ietrt wt与其控制输入端I连接的,并且微处理器此外被设置成用于基于测量值序列生成控 制值序列W D,即,针对电流接口的数字控制值Wu的序列,并且在控制输出端I。&1__上将其 输出,其中每个控制值Wu分别瞬时代表要借助电流接口 DCC调节的电流强度水平。为了 存储在运行中生成的数字测量值和/或控制值,微处理器y C此外还与变送器电路的易失 性数据存储器RAM连接。控制微处理器的流程程序,尤其是还有用于额定值序列的计算程 序或其一部分的生成此外在变送器电路Tr的另一可借助微处理器yC读出和写入的、非易 失性数据存储器EEPR0M中存储。
[0045] 像在图4中示意性示出的那样,电流接口 DCC包含尤其是也通过形成上述电流接 口的各电子部件或结构组件的运行特性确定的特性曲线函数,根据电流接口将各个当前的 控制值(WmIWdJ转换为相应的电流强度水平,或者根据调节出的信号电流匕的其中每 个静态电流强度水平分别依赖于控制输入端1。 &1>上的附属的控制值。电流接
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