用于过程自动化技术的本质安全型传感器的制作方法

本发明涉及一种用于过程自动化技术的本质安全型传感器。

背景技术：

本质安全型设备被使用在具有爆炸性气氛的环境中。为连接这些设备而规定了作为“实体值”已知的那些数据。在大多数情况下，这些数据包括电压和电流。对用户而言，这就意指他可以仅使用这些参数来操作这些本质安全型设备。例如，如果本质安全型设备具有参数为ui＝5.7v并且ii＝130ma，则必须注意使供电设备确保将这些数据作为最大输出值并且确保本质安全型设备的输入条件。

同样存在具有作为供电接口的感应接口的本质安全型装置。位于初级侧的是具有第一线圈的连接元件，并且位于次级侧的是用于利用第二线圈检测被测变量的传感器。两个线圈形成一个变压器。为了保护这种本质安全型装置免受外部影响，或者为了使爆炸性介质远离部件，这种本质安全型组件通常被封装起来。

而且，除了供电之外，还可以经由这种感应接口利用两个线圈进行数据传输。例如，这通过调制载波信号来实现。申请人以“memosens”的名称来销售此类产品。

最大可传输功率的定义代表了一种特定情况。理论上，在这种情况下，次级侧的电流和电压可以假设为任意值，只要初级侧的功率输出受到限制即可。

为了有效地限制这里的电压，通常使用齐纳(zener)二极管、crowbar级和电阻器。因此，齐纳二极管优选直接经由变压器的次级侧线圈反向串联地进行连接。因此，电压对于后续电路是受限制的。

这种解决方案不可能用于具有高效率的感应接口。不能够使用经典的齐纳二极管、二极管网络和crowbar级，这是因为在＞100pf时，二极管的寄生电容太大。因此，界面的无功电流变得太高，并且操作点被解调。由于降低了效率，并联电阻器也已被排除。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种具有感应接口的本质安全型现场设备。

该目的是经由现场设备来实现的，该现场设备包括：至少一个传感器元件，该至少一个传感器元件用于检测至少一个被测变量；次级线圈，该次级线圈用于与初级线圈发送和接收数据——特别是从该被测变量导出的值——并且用于从初级线圈接收功率，其中，该次级线圈包括第一连接点和第二连接点；第二联接体，该第二联接体被设计为与第一联接体互补，其中第二联接体包括次级线圈；以及电路组件，所述电路组件被布置在次级线圈下游。该电路组件包括：第一齐纳二极管、第二齐纳二极管和第三齐纳二极管，其中第一齐纳二极管、第二齐纳二极管和第三齐纳二极管的阳极连接到次级线圈的第二连接点；第一整流二极管、第二整流二极管和第三整流二极管，其中，第一整流二极管、第二整流二极管和第三整流二极管被分别反向串联地连接到第一齐纳二极管、第二齐纳二极管和第三齐纳二极管，彼此利用阴极进行整流，其中，第一整流二极管、第二整流二极管和第三整流二极管的阳极连接到次级线圈的第一连接点；第四齐纳二极管、第五齐纳二极管和第六齐纳二极管，其中，第四齐纳二极管、第五齐纳二极管和第六齐纳二极管的阳极连接到次级线圈的第一连接点；以及第四整流二极管、第五整流二极管和第六整流二极管，其中，第四整流二极管、第五整流二极管和第六整流二极管分别反向串联地连接到第四齐纳二极管、第五齐纳二极管和第六齐纳二极管，彼此利用阴极进行整流，其中第四整流二极管、第五整流二极管和第六整流二极管的阳极连接到次级线圈的第二连接点。

在一个实施例中，与齐纳二极管相比，整流二极管具有较低的耗尽层电容。

在一个实施例中，整流二极管被设计为肖特基二极管。在一个实施例中，整流二极管被设计为sic，gaas或gan。

为了防止齐纳二极管的固有电容产生不希望有的影响，因此将整流二极管连接在每个齐纳二极管的上游。该整流二极管具有低耗尽层电容。例如，肖特基二极管是适用于此目的的。经由该电路变型体防止了耗尽层电容的放电。因此，寄生交叉电流仅由整流二极管的相对较低的耗尽层电容进行确定。

在一个实施例中，在第一齐纳二极管的阴极和第一整流二极管的阴极之间、或者在第二齐纳二极管的阴极和第二整流二极管的阴极之间、或者在第三齐纳二极管的阴极和第三整流二极管的阴极之间接入第一电源电压。

在一个实施例中，在第四齐纳二极管的阴极和第四整流二极管的阴极之间、或者在第五齐纳二极管的阴极和第五整流二极管的阴极之间、或者在第六齐纳二极管的阴极和第六整流二极管的阴极之间接入第二电源电压。

在一个实施例中，在电路组件的下游布置了至少一个附加的整流二极管。

在一个实施例中，现场设备包括用于检测过程自动化的被测变量的至少一个传感器元件。

该目的进一步通过包括如前所述的连接元件和现场设备的传感器装置得以实现。

附图说明

将参考以下附图更加详细地进行解释：

图1示出了一种象征性概述中的传感器装置。

图2示出了传感器装置的传感器的电路组件。

图3示出了传感器装置的传感器的电路组件的实施例。

在附图中，相同的特征用相同的附图标记进行标识。

具体实施方式

这些附图示出了一种用于过程自动化技术的现场设备。现场设备被设计为传感器，下面将更加详细地进行解释。

传感器装置10包括传感器1和连接元件11，首先将对其进行讨论。图1中描述了传感器装置10。传感器1经由接口3与更高级别的单元通信。在该实例中，变送器20被连接。该变送器进而连接到控制系统(未示出)。在一个实施例中，传感器1经由连接元件11直接与控制系统通信。在传感器侧处连接到变送器20的是电缆31，电缆31的另一端包括与接口3互补的接口13。连接元件11包括电缆31以及接口13。接口3、13被设计为电流地分离的接口，特别是电感接口，它们能够利用机械插头式连接而彼此连接。该机械插头式连接是气密密封的，因此没有诸如要测量的介质、空气或灰尘的流体可以从外部进入。

接口3、13被设计为线圈；在本申请的范围内，这些线圈被称为初级线圈13和次级线圈3。在本申请的范围内，术语“感应接口”和“线圈”被同等地使用。

传感器1和连接元件11分别包括至少一个电路板，在电路板上布置了电气部件，例如数据处理单元、μcs和μca。线圈3、13分别电气地并且可选地还机械地连接到电路板。

数据(双向的)和功率(单向的，即从连接元件11到传感器1)经由接口3、13进行传送或传输。传感器装置10主要被应用在过程自动化中。

因此，传感器1包括用于检测过程自动化被测变量的至少一个传感器元件4。例如，传感器1是ph传感器，也称为isfet——通常是离子选择性传感器——用于(根据例如波长处于紫外、红外和/或可见光范围的电磁波在介质中的吸收)测量氧气的氧化还原电位、电导率、浊度、非金属材料的浓度、或者温度，以及相应地相对应的被测变量的传感器。

传感器1包括联接体2，该联接体2包括接口3。如前所述，接口3被设计为用于将根据被测变量的值传输到第二接口13。传感器1包括诸如微控制器的数据处理单元μcs，其处理被测变量的值，例如将它们转换成不同的数据格式。以这种方式，能够通过数据处理单元μcs完成平均化、预处理、和数字转换。

传感器1能够经由接口3、13连接到连接元件11，并且最终连接到上级单元20。如前所述，上级单元20例如是变送器或控制中心。数据处理单元μcs将根据被测变量的值(即，传感器元件4的所测量的信号)转换成变送器或控制中心可理解的协议。这种协议的示例包括专有的memosens协议或者hart、无线hart、modbus、profibusfieldbus、wlan、zigbee、蓝牙或rfid。这种转换还能够在单独的通信单元中而不是在数据处理单元中执行，其中通信单元被布置在传感器1或连接元件11侧上。上述协议还包括无线协议，使得相对应的通信单元包括无线模块。线圈3、13因此被设计为用于在传感器1和上级单元20之间的双向通信。如上所述，除了通信之外，线圈3、13还确保向传感器1供电。

连接元件11包括圆柱形的联接体12，该圆柱形的联接体12被设计为与第一联接体2互补并且能够利用套管状的端部而插入到第一联接体2上，其中将接口13插入到接口3中。其中该接口13具有套筒状设计并且该接口3具有插头状设计的相反的装置是可能的，其不具备任何创造性。

图2示出了在次级线圈3的下游布置的电路组件40。电路组件40包括第一齐纳二极管z1、第二齐纳二极管z2和第三齐纳二极管z3。相应的阳极因而被连接到次级线圈3的第二连接点3.2。电路组件40还包括第一整流二极管d1、第二整流二极管d2和第三整流二极管d3，其中这些整流二极管分别反向串联地连接到第一齐纳二极管z1、第二齐纳二极管z2和第三齐纳二极管z3，因此彼此分别利用阴极进行整流。第一整流二极管d1、第二整流二极管d2和第三整流二极管d3的阳极因而连接到次级线圈3的第一连接点3.1。电路组件40还包括第四齐纳二极管z4、第五齐纳二极管z5和第六齐纳二极管z6，其中这些二极管的阳极连接到次级线圈3的第一连接点3.1。电路组件40还包括第四整流二极管d4、第五整流二极管d5和第六整流二极管d6，其中这些整流二极管分别反向串联地连接到第四齐纳二极管z4、第五齐纳二极管z5和第六齐纳二极管z6，因此彼此分别利用阴极进行整流。第四整流二极管d4、第五整流二极管d5和第六整流二极管d6的阳极因此连接到次级线圈3的第二连接点3.2。

二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5和二极管d6被设计为整流二极管，并且具有低耗尽层电容。它们被设计为肖特基二极管。由此避免了耗尽层电容的放电。因此，与齐纳二极管相比，寄生交叉电流仅由整流二极管的较低阻挡层电容确定。

在图2中，在二极管d3和齐纳二极管z3之间接入第一电源电压v+。此外，在二极管z6和齐纳二极管d6之间接入第二电源电压v-。这些电源电压v+，v-用于为传感器1供电。

图3示出了与图2基本上相同的设计。与图2不同的是，在图3中，电源电压v+或v-被接入在二极管d7或二极管d8之后。二极管d7和二极管d8用作整流二极管，使得分别仅正半波或负半波用于供电。

附图标记列表

1传感器

2联接体

3次级线圈

3.1次级线圈3的第一连接点

3.2次级线圈3的第二连接点

4传感器元件

10传感器装置

11连接元件

12联接体

13初级线圈

20上级单元

31电缆

40电路组件

d1二极管

d2二极管

d3二极管

d4二极管

d5二极管

d6二极管

d7二极管

d8二极管

z1齐纳二极管

z2齐纳二极管

z3齐纳二极管

z4齐纳二极管

z5齐纳二极管

z6齐纳二极管

v+第一电源电压

v-第二电源电压

μca连接元件11中的智能单元

μcs传感器1中的智能单元