由外部电源供电的现场设备电子装置的制作方法

专利名称：由外部电源供电的现场设备电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于现场设备且由外部电源供电的现场设备电子 装置，以及一种具有这种现场设备电子装置的现场设备。
背景技术：
在工业过程测量及自动化技术中，特别是结合化工自动化或技术 方法过程和/或工业厂房控制，为了本地产生模拟或数字地代表过程变 量的测量值信号，使用在过程附近安装的测量装置，即所谓的现场设 备。同样，现场设备可以实施为调节装置，用于改变一个或多个这种 过程变量并且有效引导过程的流动。这种要被检测或调节的过程变量 例如包括在相应容器(例如管道或罐)中引导或存储的液体、粉末、 蒸汽或气态介质的质量流量、密度、粘度、料位、极限料位、压力、 温度等。本领域技术人员已知的这种现场装置的其他例子在以下文献
中有详细描述WO-A 05/040735、 WO-A 04/048905、 WO-A 03/048874、 WO-A 02/45045、 WO-A 02/103327、 WO-A 02/086426、 WO-A 01/02816、 WO-A 00/48157、 WO-A 00/36379、 WO-A 00/14485、 WO-A 95/16897、 WO-A 88/02853、 WO-A 88/02476、 US-B 72 00 503、 US-B 70 04 191、 US隱B 69 32 098、 US-B 67 99 476、 US隱B 67 76 053、 US-B 67 69 301、 US-B 65 77 989、 US隱B 66 62 120、 US陽B 65 74 515、 US-B 65 35 161、 US-B 65 12 358、 US-B 64 87 507、 US-B 64 80 131、 US-B 64 76 522、 US-B 63 97 683、 US-B 63 52 000、 US-B 63 11 136、 US-B 62 85 094、 US-B 62 69 701、 US隱B 62 36 322、 US-A61 40 940、 US-A 60 14 100、 US-A60 06 609、 US-A 59 59 372、 US-A57 96 011、 US-A 57 42 225、 US-A 56 87 100、 US-A 56 72 975、 US-A 56 04 685、 US-A 55 35 243、 US-A 54 69 748、 US-A 54 16 723、 US-A 53 63 341、 US-A53 59 881、 US-A 52 31 884、 US-A 52 07 101、 US-A 51 31 279、 US-A 50 68 592、US-A 50 65 152、 US-A 50 52 230、 US-A49 26 340、 US-A48 50 213、 US-A47 68 384、 US-A 47 16 770、 US-A 46 56 353、 US-A 46 17 607、 US-A 45 94 584、 US-A 45 74 328、 US-A 45 24 610、 US隱A44 68 971、 US-A 43 17 116、 US-A 43 08 754、 US-A 38 78 725、 US-A 37 64 880、 EP-A 1 158 289、 EP-A 1 147 463、 EP-A 1 058 093、 EP-A兆4 248、 EP-A 591 926、 EP-A 525 920、或EP-A 415 655、 DE-A 44 12 388 or DE-A 39 34 007。这里公开的现场设备都由外部电源供电，该外部电源提供供电 电压和由此驱动且流经现场设备电子器件的供电电流。
对于现场设备用作测量装置的情况，它还包括合适的物理-电子或 化学-电子测量变换器，用于检测相关过程变量。这种传感器通常被插 入运送介质的容器的壁中或者插入引导介质的管道中，并用于产生尽 可能精确地代表原始记录的过程变量的测量信号，特别是电子测量信 号。为了处理测量信号，测量变换器与现场设备电子装置中提供的操 作及分析电路相连，该操作及分析电路特别地用于进一步处理或分析 至少一个测量信号。在大量这种现场设备中，测量变换器还由至少间 歇地由操作及分析电路生成的驱动信号启动，使得传感器以适合测量 的方式至少直接地与介质交互作用，或者经由合适的探头基本直接与 介质交互作用，以引起反映待记录的参数的反作用。驱动信号可以例 如在电流水平、电压电平和/或频率方面得到控制。这种有源测量变换 器，即合适地转换介质中的电子驱动信号的测量变换器的例子特别地 是用于测量至少间歇流动的介质的流动测量变换器，其具有至少一个 由驱动信号启动且产生磁场的线圈；或者具有至少一个由驱动信号启 动的超声发射器；或者具有用于测量和/或监控容器中的料位的料位和/ 或极限料位传感器，诸如微波天线，Goubau导线，即用于声波或电磁 表面波的波导，振动的浸入体，等等。
为了容纳现场设备电子装置，所述类型的现场设备还包括电子装 置外壳，例如在US-A 63 97 683或WO-A 00/36379中公开的，其可以 远离现场设备就位并且仅仅通过柔性导线与现场设备相连；或者如EP-A卯3 651或EP-A 1 008 836所示，直接设置在测量变换器上或者 直接设置在独立地容纳测量变换器的测量变换器外壳上。于是，正如 EP-A 984 248、 US-A 45 94 584、 US-A 47 16 770或US-A 63 52 000所
示，电子装置外壳往往还容纳测量变换器的一些机械元件，例如在操 作期间受到机械力影响而形变的膜状、棒状、壳状或管状的形变或振 动元件；参见上面提到的US-A63 52 000。另外，所述类型的现场设备 通常通过连接至现场设备电子装置的数据传输系统彼此连接在一起和/ 或与相应的过程控制计算机相连。现场设备例如通过(4mA 20mA) 电流回路和/或通过数字数据总线将它们的测量值信号传递至这些位置 并且/或者以相应的方式接受操作数据和/或控制命令。这里用作数据传 输系统的特别是现场总线系统，诸如PROFIBUS-PA、 FOUNDATION FILEDBUS，以及相应的传输协议。利用过程控制计算机，传输的测量 值信号可以被进一步处理并作为相应的测量结果而在例如监视器上可 视化，并且/或者被转换为对于其他实施为执行机构的现场设备(例如， 电磁阀、电动马达等)的控制信号。
另外，大量上述类型的现场设备，特别是测量现场设备在电路上 被设计为满足对于内在爆炸安全的需要。相应的，现场设备被以较低 的电能操作，从而由于不会达到燃烧条件，在电子上不会释放火花或 电弧。固有安全爆炸保护例如是根据欧洲标准EN 50 014和EN 50 020 给出的，电子装置被构造为满足其中定义的燃烧保护类别"Intrinsic Safety (Ex-i)"。根据这个燃烧保护类别，在现场设备中发生的电流、 电压和电功率总是不允许超过指定的电流、电压和电功率极限值。这 三个极限值被这样选择，使得在故障的情况中或者在短路的情况中， 释放的最大能量不足以产生可燃烧的火花。通常，在内在安全现场设 备的情况中，电功率不允许超过1 W (瓦特)。电压可以例如由Z-二 极管保持低于指定的极限值，电流例如由电阻保持低于极限值，功率 由限压和限流元件的合适组合而保持低于指定的极限值。
现代现场设备是常说的二线制现场设备，即，其中现场设备电子装置通过仅仅一对电线与外部电源电连接并且现场设备电子装置还通 过这一对电线将当前测量值传递至外部电源中的和/或与外部电源电连 接的分析单元。在这种情况中，现场设备电子装置通常包括电流控 制器，用于设置和/或调制(特别是提供时钟，诸如选通、触发或激发) 供电电流；内部操作及分析电路，用于控制现场设备；以及内部供电 电路，其处于由供电电压获得的现场设备电子装置内部输入电压，为 内部操作及分析电路供电并且具有至少一个有效电压控制器，例如调 节器，该有效电压控制器由供电电流的可变电流分量流过并且在现场 设备电子装置中提供内部有效电压，该内部有效电压被调节或控制为 基本恒定于可预定的电压电平。这种二线制现场设备，特别是二线制 测量设备或二线制执行机构的例子可以在以下文献中看到WO-A 05/040735、 WO-A 04/048905、 WO-A 03/048874、 WO-A 02/45045、 WO-A 02/103327、 WO-A 00/48157、 WO-A 00/26739、 US-B 72 00 503、 US-B 67 99 476、 US-B 65 77 989、 US-B 66 62 120、 US-B 65 74 515、 US-B 65 35 161、 US-B 65 12 358、 US-B 64 80 131、 US-B 63 11 136、 US陽B 62 85 094、US-B 62 69 701、US匿A 61 40 940、US-A 60 14 100、US-A 59 59 372、 US-A57 42 225、 US陽A 56 72 975、 US-A 55 35 243、 US-A 54 16 723、 US-A 52 07 101、 US-A 50 68 592、 US-A 50 65 152、 US-A 49 26 340、 US-A46 56 353、 US-A 43 17 116、 US-A 37 64 880、 EP-A 1 147 463、 EP-A 1 058 093、 EP-A 591 926、 EP-A 525 920、 EP-A 415,655、 DE-A 44 12 388或DE-A 39 34 007。在某些情况中，例如US-A 37 64 880或WO-A 04/048905中所描述的，在现场设备电子装置内部还提供流电隔离，其 例如在内部操作及分析电路和电流控制器之间，以防止在其中安装现 场设备的厂房与外部电源之间不再能确保避免的可能的电势差不受控 地下降。
由于历史原因，这种二线制现场设备大部分都被设计为，在构造 为电流回路的单对电线中当前流动的供电电流的当前电流强度被设置 为处于4 mA~20 mA的值，其同时还代表了由当前现场设备产生的测 量值或者当前发送至现场设备的调节值。于是，这种二线制现场设备的特殊问题在于，至少名义上可被现场设备电子装置消耗的电功率(下 面简称为"可用功率")在操作期间可能在较宽的范围以基本不可预 测的方式波动。为了适应这一点，现代二线制现场设备，特别是具有
4~20 mA电流回路的现代二线制测量设备通常被设计为其可利用在 分析及操作电路中提供的微计算机实现的设备功能而改变，并且由此， 通常不消耗大量功率的操作及分析电路能够适应当前可用的功率。
例如在US-B 67 99 476、US-B 65 12 358或US-A 54 16 723中公开
的，现场设备电子装置对于可用功率的适应可以通过以下方式实现 将当前在现场设备中消耗的功率与当前可用功率匹配，并且实际上， 操作及分析电路的各个功能单元以合适的可变时钟率操作，或者依赖 于当前可用功率的水平而操作，甚至切断一段时间(备用或睡眠模式)。 正如US-B 67 99 476、 US-A 60 14 100或WO-A 02/103327所公开的， 在现场设备实施为具有有源测量变换器的二线制测量设备的情况，通 过将在测量变换器中当前消耗的电功率与当前可用功率匹配(例如通 过将缓冲的驱动信号与相应的可匹配的用于同步驱动信号的选通率同 步)和/或通过减少驱动信号的最大电流强度和或最大电压电平，在现 场设备中当前消耗的电功率还与当前可用功率匹配。
然而，在现场设备实施为二线制测量设备的情况中，设备功能的 改变往往造成在操作期间操作及分析电路确定测量值的精度和/或操作 及分析电路更新例如测量值的频率受到当前可用功率改变的影响。而 且，过多功率的缓冲可能仅仅是有条件地补偿具有4 20 mA电流回路 的二线制测量设备的这个缺点。 一方面，由于对于这种二线制测量设 备通常需要的内在爆炸安全，存在的过多电能最好也只能以非常有限 的量保存在现场设备电子装置内部。另一方面，当前供电电流以及可 用的过多能量仅仅依赖于当前测量值，从而在持久非常低但是随时间 强烈变化的测量值的情况，相应提供的能量缓冲器能够在较长的时间 段上变为完全放电。另外，为了在现场设备中建立这种复杂的功率管 理，需要在电路和能量方面都消耗较大的功率测量；关于这一点，参见WO-A 00/26739、US-B 67 99 476、US-B 65 12 358或EP-A 1 174 841 。
除此之外，已经发现，在所述类型的具有用于引导并测量至少间 歇流动的介质的测量变换器的现场设备中，操作及分析电路的驱动信 号和/或各元件的合适定时仅仅是有条件的适合的。特别是在振动型测 量变换器的应用场合，是这样的，例如在上述US-B 67 99 476、US-B 66 91 583、 US-A 60 06 609、 US-A 57 96 011、 US-A 56 87 100、 US-A 53 59 881、 US-A 47 68 384、 US-A 45 24 610或WO-A 02/103327中所描述的。 这里公开的现场设备用于测量在管道中流动的介质的参数，主要是质 量流量、密度或粘度。为此，相应的测量变换器包括至少一个测量
管，其在操作期间振动并用于引导介质；激励机构，其与现场设备电
子装置电连接并具有机械作用于测量管的振荡激励器，用于驱动测量
管；和传感器布置，其利用至少一个设置在测量管上的振荡传感器生 成测量信号，以本地地代表测量管振荡。振荡激励器和振荡传感器都 优选为电动型，即，由励磁线圈和通过磁场交替作用于励磁线圈的电 枢构成。
由于操作这种测量变换器需要对激励机构的驱动信号有高度精确 的幅度和频率控制，不可避免的是对测量管振荡的时间高分辨率采样。 同样，在流动介质上进行测量的情况中，发出的测量值必须自身经常 被更新。另一方面，由测量变换器形成的振荡系统的非常高的机械时 间常数导致在相同的特别是在非静态的瞬态现象加速发生时，必须使 用较高的驱动功率和/或评定较长的设置时间。然而，关于这一点的进 一步研究还显示，由于电功率的存储容量通常有限，甚至现场设备中 过多能量的缓冲都很少导致依赖于测量管振幅的信噪比有任何显著改 变。关于这一点，甚至暂时和部分切断操作及分析电路也不很适于具 有所述类型有源测量变换器的二线制测量设备，特别是具有用于引导 流动介质的振动型测量变换器的二线制测量装置。
改进所述类型的现场设备特别是二线制测量装置的功率容量的另一可能性是，至少在最小可用功率的情况中，尽可能使用实现装置功 能的功率，从而至少在较小可用功率的范围中优化现场设备的相应效
率。例如在US-B 65 77 989或US-A 61 40 940中详细讨论了建立在这 种原理上的现场电子装置内部供电电路。特别地，这里提出的解决方 案致力于优化内部实际可消耗的电功率。为此，在现场设备电子装置 中提供输入电压控制器，其用于将前述现场设备电子装置内部输入电 压调节并维持在可预定的且可调的电压电平，该输入电压控制器具有 在现场设备电子装置的输入端作用的电压调节器，该电压调节器依赖 于当前可用功率和当前实际需要功率而至少间歇地由从供电电流得到 的可变电流分量流过。然而，这种现场设备电子装置的一个缺点在于， 所有内部消耗其都基本上从同一内部有效电压供电，并且这个单一的 有效电压可能的崩溃(例如，由于供电电流过小)就能够导致现场设 备不再能够正常操作，或者甚至导致现场设备电子装置突然暂时全部 停机。

发明内容
由上面以传统的二线制测量设备作为例子讨论的现有技术的缺点 出发，本发明的目的是对于所述类型的现场设备提供合适的现场设备 电子装置，其至少在现场设备正常操作中能够保持分析及操作电路(特 别是其中的微处理器)持续操作，并且总是向至少独立的选择的功能 单元(特别是提供的微处理器)提供足够的电能。另外，现场设备电 子装置应被设计为，各个组件或元件能够以较小的花费模块化组装到 一起，使得至少在现场设备电子装置输入端提供的组件或元件能够用 于许多类型的现场设备，特别是综合性现场设备。这种利用输入端提 供的组件或元件形成的输入模块应当以尽可能无损耗且节能的方式保 持与至少部分分析及操作电路流电隔离，特别是总是保持与分析及操 作电路中提供的包含驱动电路的电路模块流电隔离。
另外，现场设备电子装置应当被设计为，单独的组件或元件能够 以尽可能小的技术复杂度和尽可能无损耗且节能的方式保持彼此有效地流电隔离。另外，现场设备电子装置应被设计为，各个组件或元件 能够以较小的花费模块化组装到一起，使得至少在现场设备电子装置 输入端提供的组件或元件能够用于许多类型的现场设备，特别是综合 性现场设备；并且另一方面以尽可能简单的方式实现组件与现场设备 电子装置的其它组件特别是传感器附近的组件的有效流电隔离。
为了实现这一目的，本发明在于一种用于现场设备的由外部电源 供电的现场设备电子装置，该外部电源提供特别是单极性的供电电压 并传递由该电压驱动的特别是单极性和/或二进制的可变供电电流。本 发明的现场设备电子装置包括由供电电流流经的电流调节器，用于 调节和/或调制供电电流特别是为其提供时钟；用于控制现场设备的内 部操作及分析电路；以及内部供电电路，该供电电路处于从供电电压 得到的现场设备电子装置内部输入电压并且向内部操作及分析电路供 电。该内部供电电路包括第一有效电压控制器，其至少间歇地由供 电电流的特别是可变的第一电流分量流过，且在现场设备电子装置中 提供第一内部有效电压，该第一内部有效电压被基本恒定地控制为可 预定的第一电压电平；第二有效电压控制器，其至少间歇地由供电电 流的特别是可变的第二电流分量流过，且在现场设备电子装置中提供 第二内部有效电压，该第二内部有效电压在可预定的电压范围上变化； 和电压调节器，其至少间歇地由供电电流的特别是可变的第三电流分 量流过，用于将现场设备电子装置的内部输入电压调节并保持在可预 定的特别是在操作期间变化的电压电平。另外，根据本发明的现场设 备电子装置，两个有效电压控制器彼此流电隔离。两个有效电压控制 器能够例如利用至少一个变压器彼此耦合。
另外，本发明在于一种现场设备，其包括前述的现场设备电子装 置。在本发明的现场设备的第一变型中，其用于测量和/或监控特别是 在管道和/或容器中引导的介质的至少一个预定的物理和/或化学参数， 特别是质量流量、密度、粘度、料位、压力、温度、pH值等，并且现 场设备为此还包括与现场设备电子装置电耦合的物理-电子测量变换器，其对至少一个参数的变化作出反应并且至少间歇地发出至少一个 对应于参数的测量信号，特别是可变信号电压和/或可变信号电流。在 本发明的现场设备的第二变型中，其用于调节特别是在管道和/或容器 中引导的介质的至少一个预定的物理和/或化学参数，特别是质量流量、
密度、粘度、料位、压力、温度、pH值等，并且现场设备为此还包括 与现场设备电子装置电耦合的电亍-物理执行机构，其以影响要调节的 参数的执行机构调节运动对至少一个施加的控制信号的变化作出反 应，该控制信号特别是可变信号电压和/或可变信号电流。
在本发明的第一实施例中，第一有效电压控制器和内部操作及分 析电路彼此流电隔离。第一有效电压控制器和内部操作及分析电路可 以例如利用至少一个变压器耦合在一起。
在本发明的第二实施例中，第二有效电压控制器由从第一有效电 压控制器提供的有效电压和/或由此得到的次级电压而供电。
在本发明的第三实施例中，电流调节器和第二有效电压控制器彼 此流电隔离。
在本发明的第四实施例中，电流调节器和内部操作及分析电路彼 此流电隔离。
在本发明的第五实施例中，电压调节器和第二有效电压控制器彼 此流电隔离。
在本发明的第六实施例中，电压调节器和内部操作及分析电路彼 此流电隔离。
在本发明的第七实施例中，操作及分析电路至少间歇地由第一有 效电压驱动的特别是可变的第一有效电流以及由第二有效电压驱动的特别是可变的第二有效电流流过。
在本发明的第八实施例中，现场设备电子装置的内部输入电压和/ 或现场设备电子装置的第二有效电压被依赖于端电压的瞬时电压电平 而得到控制，该端电压由供电电压得到并且在现场设备电子装置上从 输入端下降。在本发明的这个实施例的进一步发展中，现场设备电子 装置的内部输入电压被利用电压调节器而保持在可预定的特别是在工 作中可变的电压电平，其低于端电压。内部输入电压被利用电压调节 器而保持的电压电平在操作期间可变，特别是步进式或基本持续变化。
在本发明的第九实施例中，依赖于现场设备电子装置的内部输入 电压的瞬时电压电平和/或依赖于由供电电压得到并在现场设备电子装 置上从输入端开始下降的端电压的瞬时电压电平，控制第二有效电压。
在本发明的第十实施例中，依赖于三个电流分量的至少一个的瞬 时电流强度，控制第二有效电压。在本发明的这个实施例的进一步发 展中，依赖于第三电流分量的瞬时电流强度，控制第二有效电压。在 本发明的这个实施例的另一进一步发展中，依赖于第二电流分量的瞬 时电流强度和现场设备电子装置的内部输入电压的瞬时电压电平，控 制第二有效电压。
在本发明的第十一实施例中，供电的外部电源提供具有可变的特 别是波动的电压电平的供电电压。
在本发明的第十二实施例中，由外部电源提供的供电电压驱动具 有可变电流强度的供电电流，该电流强度特别是以基本不可预先确定 的方式波动。
在本发明的第十三实施例中，在操作及分析电路中提供用于暂时 存储电能的存储电路。在本发明的第十四实施例中，电压调节器包含一个元件，特别是 半导体元件等，其主要用于消耗电能并除去由这种方式产生的热能。
在本发明的第十五实施例中，在操作及分析电路中提供至少一个 微处理器，第一有效电压或由此得到的次级电压至少部分用作微处理 器的操作电压。在本发明的这个实施例的进一步发展中，第一有效电
伍:K帀u琉々w1欣5u;理茹仮恥孤fB附闳。tpj込'r头腿irytrj力—进 一步发展中，微处理器保持与电流调节器和/或电压调节器流电隔离。
在本发明的第十六实施例中，在操作及分析电路中提供至少一个 数字信号处理器，第一有效电压或由此得到的次级电压至少部分用作 数字信号处理器的操作电压。在本发明的这个实施例的进一步发展中， 第一有效电压控制器和数字信号处理器彼此流电隔离。在本发明的这 个实施例的另一进一步发展中，数字信号处理器保持与电流调节器和/ 或电压调节器流电隔离。
在本发明的第十七实施例中，在操作及分析电路中提供至少一个 放大器，其中两个有效电压或由此得到的次级电压中的至少一个至少
部分用作操作电压。在本发明的这个实施例的进一步发展中，第一有 效电压控制器和至少一个放大器彼此流电隔离。
在本发明的第十八实施例中，在操作及分析电路中提供至少一个 A/D转换器，其中第一有效电压或由此得到的次级电压至少部分用作 操作电压。在本发明的这个实施例的进一步发展中，第一有效电压控 制器和至少一个A/D转换器彼此流电隔离。
在本发明的第十九实施例中，在操作及分析电路中提供至少一个 D/A转换器，其中两个有效电压或由此得到的次级电压中的至少一个 至少部分用作操作电压。在本发明的这个实施例的进一步发展中，第一有效电压控制器和至少一个D/A转换器彼此流电隔离。
在本发明的第二十实施例中，在操作及分析电路中提供用于将在 现场设备电子装置中下降的电压和/或在现场设备电子装置中流动的电 流与参考值比较的装置。在本发明的这个实施例的进一步发展中，在 操作及分析电路检测到第二有效电压低于对于第二有效电压预定的最 小有效电压极限值以及第三电流分量低于对于第三电流分量预定的最 小电流分量极限值时，操作及分析电路至少产生报警信号，通知现场 设备电子装置供电不足。在本发明的这个实施例的另一进一步发展中， 现场设备电子装置还包括至少一个比较器，其将由供电电流的第三电 流分量得到的感测电压与相关的参考电压比较，并且/或者将第二有效 电压与至少一个相关的参考电压比较。
在本发明的第二十一实施例中，还包括感测电阻，用于产生基本 与电流成比例的感测电压。
在本发明的现场设备电子装置的第二十二实施例中，进一步包括 测量及调节单元，用于检测并调节在现场设备电子装置中下降的电压， 特别是第二有效电压，和/或在现场设备电子装置中流动的电流，特别 是第二和/或第三电流分量。在本发明的这个实施例的进一步发展中， 测量及调节单元控制电压调节器，使得当将第二有效电压与至少一个 相关参考电压信号进行比较的比较器用信号通知第二有效电压超过对 于第二有效电压预定的最大有效电压极限值时，第三电流分量流过。
在本发明的这个实施例的另一进一步发展中，测量及调节单元基于输 入电压和/或端电压而将输入电压和端电压之间的电压差调节在预定的 电压电平。
在本发明的第二十三实施例中，现场设备电子装置还包括至少一 个比较器，其将从供电电流的第三电流分量得到的感测电压与相关的
参考电压比较，至少一个用于第三电流分量的比较器被保持与第二有效电压控制器和/或内部操作及分析电路流电隔离。
在本发明的第二十四实施例中，现场设备电子装置还包括至少一 个比较器，其将第二电压与至少一个相关的参考电压比较，至少一个 用于第二有效电压的比较器被保持与第二有效电压控制器和/或内部操 作及分析电路流电隔离。
在本发明的第二十五实施例中，还包括测量及调节单元，其用于 检测并调节在现场设备电子装置中下降的电压，特别是第二有效电压， 和/或在现场设备电子装置中流动的电流，特别是第二和/或第三电流分 量，并且第二有效电压控制器由测量及调节单元控制。为此，在本发 明的进一步发展中，测量及调节单元至少间歇地发送控制第二有效电 压控制器的电压控制信号，该电压控制信号代表瞬时要为第二有效电
压设置的电压电平。在本发明的这个实施例的另一进一步发展中，测 量及调节单元和第二有效电压控制器彼此流电隔离。这里，测量及调 节单元和第二有效电压控制器可以例如利用至少一个变压器和/或至少
一个光耦而彼此耦合。在本发明的这个实施例的另一进一步发展中，
测量及调节单元和内部操作及分析电路彼此流电隔离。这里，测量及 调节单元和内部操作及分析电路可以例如利用至少一个变压器和/或至
少一个光耦而耦合在一起。
在本发明的第二十六实施例中，现场设备电子装置仅仅通过一对 电线与外部电源电连接。
在本发明的现场设备的第一实施例中，其通过数据传输系统至少 间歇地与远离现场设备设置的外部控制及监控单元通信，在现场设备 电子装置中为此还提供了通过数据通信系统控制通信的通信电路。在 本发明的这个实施例的进一步发展中，第一有效电压或由其得到的次 级电压至少部分用作用于通信电路的操作电压。在本发明的这个实施 例的另一进一步发展中，电流调节器和通信电路彼此流电隔离。在根据第一变型的现场设备第二实施例中，现场设备电子装置的 操作及分析电路至少间歇地利用至少一个测量信号产生测量值，该测 量值瞬时地特别是数字地代表至少一个待测量和/或待监控的参数。在 本发明的这个实施例的进一步发展中，电流控制器考虑到瞬时代表至 少一个待测量和/或监控的参数的测量值而调节供电电流。在本发明的 这个实施例的另一进一步发展中，供电电流是可变的直流电流，电流 控制器至少间歇地将测量值调制到供电电流的幅度。
在根据第一变型的现场设备第三实施例中，供电电流至少间歇地 是钟控电流，电流控制器相应地为供电电流提供时钟。
在根据第一变型的现场设备第四实施例中，操作及分析电路包括 至少一个用于测量变换器的驱动电路，第二有效电压或由其得到的次 级电压至少部分用作操作电压。在本发明的这个实施例的进一步发展 中，驱动电路包含至少一个运算放大器。在本发明的这个实施例的另
一进一步发展中，驱动电路具有至少一个D/A转换器和/或至少一个信
号发生器用于产生驱动信号。根据本发明的这个实施例的下一进一步 发展，测量变换器具有由驱动电路供电的特别是可变的电阻抗，特别 是电感可变的励磁线圈和/或电容可变的测量电容。另外，测量变换器 的电阻抗依赖于至少一个待测量和/或待监控的参数而改变。另外，在 改变的电阻抗上下降的信号电压和/或流经改变的电阻抗的信号电流用 作测量信号。
在根据第一变型的现场设备的第五实施例中，操作及分析电路具
有用于至少一个传感器信号的至少一个A/D转换器，其中第一有效电 压或由其得到的次级电压至少部分用作操作电压。在本发明的这个实 施例的进一步发展中，操作及分析电路具有至少一个与A/D转换器相 连的微计算机，特别是利用微处理器和/或信号处理器形成的微计算机， 用于生成测量值，第一有效电压至少部分用作微计算机的操作电压。在根据第一变型的现场设备第六实施例中，测量变换器包括至少 一个用于引导介质的测量管，其插入管道中，特别是在操作期间至少 间歇地振动。在本发明的这个实施例的进一步发展中，至少一个励磁 线圈设置在测量变换器上，用于产生特别是可变的磁场。在本发明的 这个进一步发展的一个实施例中，励磁线圈在测量变换器操作期间至 少间歇地由产生磁场的激流电流流过，该激励电流特别是双极性的和/ 或电流强度可变的，这种激励电流由第二有效电压或由其得到的次级 电压驱动。在本发明的这个进一步发展的另一实施例中，励磁线圈通 过磁场与插棒式铁心相互作用，磁场线圈和插棒式铁心相对彼此可运 动。在本发明的这个进一步发展的另一实施例中，测量变换器的至少 一个测量管由利用磁场线圈和插棒式铁心形成的电动机械的特别是电 动力学的激励机构驱动，在测量变换器操作期间至少间歇地振动。
在根据第一变型的现场设备的进一步发展中，测量变换器包括两 个用于引导介质的测量管，其插入管道中并在操作期间至少间歇振荡。
在根据第一变型的现场设备的第七实施例中，测量变换器用于检 测包含介质的容器的至少一个参数，特别是料位，并且测量变换器为
此包括至少一个测量探头，特别是微波天线、Goubau线缆、振动的浸 入体等，其突入容器内腔中或至少与内腔相通。
在根据第一变型的现场设备第八实施例中，现场设备电子装置仅 仅通过一对电线与外部电源电连接，并且现场设备电子装置通过这一 对电线将至少间歇地产生的测量值传递至在外部电源中提供的和/或与 外部电源电耦合的分析电路，其中该测量值瞬时地特别是数字地代表 至少一个待测量和/或待监控的参数。在本发明的这个实施例的进一步 发展中，供电电流的特别是被调节至4 20 mA之间的值的瞬时电流强 度代表瞬时产生的测量值。本发明的基本思想在于， 一方面将现场设备电子装置中提供的消 耗器(供电电路自身除外)至少分为具有较高优先级的第一组电子电 路或消耗器以及具有较低优先级的第二组电子电路或消耗器；另一方 面，设计供电电路，使得在现场设备的正常操作期间，总能至少覆盖 第一组电子电路的功率或能量需求。另外，那些主要用于在现场设备 内部存储能量并且/或者令电能在现场设备之外耗散的电路或元件可以 被分配至第三组电子消耗器，其仅仅在第一和第二组电子消耗器供电 充分的情况下才由电流流过并因而被供应电能。
具有优点地，至少一个在现场设备电子装置中提供的微处理器以 及用于与可能的上位控制及监控单元通信的通信电路，被分配至具有 较高优先级的第一组电子电路。这样的优点在于，现场设备一方面可 以持久工作，另一方面可以至少保持持久在线。另外，对于现场设备 是测量装置的情况，用于检测并提供至少一个测量信号的测量信道可 以主要被分配至第一组电子电路，而可能存在的主要用于电子-物理测 量变换器的操作的激励信道可以实现为具有较低优先级的电子电路。 在具有振动型测量变换器的测量装置中使用本发明的现场设备电子装 置的情况中，这样的优点特别在于，基本上从振荡传感器延伸直至微 处理器的整个测量信道以基本恒定控制的第一有效电压操作，并因而 可以在正常操作中持久地被供应所需的电能。这样的优点是，根据操 作产生的测量管振荡总能够以相同高的频率得到采样并且也能够以高 分辨率得到处理。另外，即使激励信道被部分或完全以可变的第二有 效电压操作，测量管在正常操作中(可能具有波动的振幅)也能够被 基本没有间隙地激励，即，被持久激励。本发明基于以下发现暂时 切断微处理器或者间歇性操作例如激励信道都不能显著改善现场设备 的能量平衡。然而，关键是， 一方面，尽可能持久且充分地向对于操 作现场设备和通信关键的元件提供能量，另一方面，如果需要，对不 太重要的元件减少供电或将其关断。另外，还发现，特别是在持续或 至少近似持续测量的现场设备(例如，克里奥利质量流量计)的情况 中，非常有益的是，将可用的电能优选投资于至少一个特别是处理并分析测量值的微处理器，作为比较，例如传感系统的激励机构仅以剩
余的可用能量工作。以这种方式，尽管不能总实现对于由测量变换器 坦Y卄66Wil县后扭66县^/^n品"k . 乂口旦允训rt是律县活鲁由"OT台&友龙的
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不足能够通过在仍然高效工作的微处理器中实现的测量值处理及分析 而消除。
由于第二有效电压控制器由从第一有效电压控制器传递的有效电 压和/或由其得到的次级电压供电，所以还可以通过仅仅几个变压器以 及仅仅几个光耦而以非常简单且成本低廉的方式实现在现场设备电子 装置的各个元件或组件之间非常有效的流电隔离。当在前述具有不同 优先级的电子电路组之间创建流电隔离和/或现场设备电子装置模块化 构造时，特别是这样的。
两个有效电压控制器的这种层级互连的另一优点还在于，至少最 初对现场设备电子装置提供的组件或元件仍然可以用于许多类型的特 别是综合性的现场设备，特别是当各个组件或元件模块化组合和/或彼 此流电隔离地实现时。以这种方式，例如利用最初提供的组件或元件 形成的输入模块可以以简单、节能的方式保持与包括至少部分分析及 操作电路特别是其中的驱动电路的电路模块流电隔离。
本发明的另一优点在于，由于现场设备工作需要较少功率，所以 现场设备能够满足不同的爆炸保护类别的规格。这使得现场设备特别 地还适合在有爆炸危险的环境中的应用，在这些环境中仅允许具有内 在安全的设备。另外，在这种情况中，现场设备可以实施为能够与通 用的现场总线共同工作。这一方面可以通过到现场总线的直接连接而 实现，例如，对应于 FIELDBUS 协议 (FIELDBUS 是 FIELDBUS-FOUNDATION的注册商标)。另一方面，共同工作可以间 接地利用总线耦合器实现，例如利用相应的HART协议(HART是 HART User Group的注册商标)。


现在根据实施例以及附图详细解释本发明。功能相同的元件在各 个附图中具有相同的附图标记，在后续附图中仅当需要时才重复出现 相同的附图标记。附图中
图1是现场设备以及通过一对电线与其电连接的外部电源的透视 性侧视图2是适用于图1的现场设备的振动型测量变换器的一个实施例
的局部剖开的透视性第一侧视图3是图2的测量变换器的透视性第二侧视图4是图2的测量变换器的电动机械激励机构的一个实施例；
图5是适用于现场设备特别是二线制现场设备的现场设备电子装
置的框图6~8是具有图2~4的振动型测量变换器且适用于图1的现场设 备中的激励电路的实施例的电路的部分框图9~12是适用于图6 8的激励电路的末级的实施例的电路图；和 图13示意性示出在图5的现场设备电子装置中电压分量的依赖关系。
具体实施例方式
图1显示了适用于工业测量及自动化技术的现场设备的实施例， 其具有由外部电源70供电的现场设备电子装置20。在操作中，外部电 源70提供特别是单极性的供电电压Uv并同时传递由供电电压Uv相应 驱动的可变的特别是二进制的供电电流I。为此，现场设备电子装置在 工作期间通过至少一对电线2L与外部电源70电连接。由于在外部电 源70和现场设备电子装置20的输入端之间自然存在电压差，所以供 电电压Uv在这段距离上下降至在到现场设备电子装置的输入端处实际
存在的端电压UK。
根据本发明的一构造，现场设备电子装置的设计和安排为，最大 转换的电功率小于或者最大等于1W。根据本发明的另一构造，现场设备电子装置的设计和安排为，现场设备的爆炸保护方面足够满足例如
欧洲标准EN 50 014和EN 50 020提出的内在爆炸安全(Ex-i)的要求。
在本发明的另一个实施例中，现场设备用于测量和/或监控管道和 /或容器中引导的介质特别是气体和/或液体的至少一个预定的物理和/ 或化学参数，例如流量、密度、粘度、料位、压力、温度、pH值等， 并用于重复发出合适地代表该参数的测量值。为此，现场设备还包括 物理-电子测量变换器，其与现场设备电子装置电耦合，用于对于至少 一个参数的改变作出反应并用于至少间歇地发出至少一个对应于参数 的测量值，该测量值特别是可变的信号电压和/或可变的信号电流。作 为替代或补充，在现场设备中可以提供电子-物理执行机构，其与现场 设备电子装置电耦合，用于以执行机构的影响要调整的参数的调节运 动，对于至少一个施加的控制信号(其特别是可变的信号电压和/或可 变的信号电流)作出反应；换言之，现场设备还可以例如用于调节介 质的至少一个这种物理和/或化学参数。为了控制现场设备，特别是为 了启动所述的测量变换器或启动所述执行机构，在现场设备电子装置 中还提供内部操作及分析电路50。对于现场设备是用于测量至少一个 预定的物理和/或化学参数的测量装置的情况，进一步提出，操作及分 析电路50确定对于参数的至少一个测量值或多个相应测量值。
在图l所示现场设备的情况中，该现场设备是在线测量装置，其 特别用于检测管道(未显示)中流动的介质特别是气体和/或液体的参 数，例如质量流量、密度和/或粘度，并且用于形成瞬时代表该参数的 測量信Xm。相应地，现场设备可以例如是克里奥利质量流量计、密度 计、或粘度计。为了产生至少一个测量信号，这里显示的现场设备包 括振动型测量变换器10以及现场设备电子装置20，前者容纳在合适的 测量变换器外壳100内，后者容纳在所示的电子装置外壳200内并以 合适的方式与测量变换器10电连接。
图2~4显示了这种测量变换器的一个实施例，其结构和操作方式例如在US-A 60 06 609中有全面介绍。然而，这里要注意的是，尽管 这个实施例中提供的现场设备是具有振动型测量变换器的在线测量装 置，但是本发明当然还可用于其他现场设备，例如具有磁感应测量变 换器或声学测量变换器的在线测量装置。同样，本发明还可以在用于 测量参数的现场设备中得到使用，该参数是与装有介质的容器相结合 确定的，例如料位和/或极限料位。这种现场设备通常是利用以下测量 变换器实现的，该测量变换器具有至少一个突入容器内腔中或至少与 内腔相通的测量头，例如微波天线、Goubau线缆、振动的浸入体等。
为了引导待测介质，图2~4中显示的实施例的测量变换器IO包括 至少一个具有入口端11和出口端12的测量管13，其具有在操作期间 可弹性形变的可预定的测量管内腔13A以及可预定的额定直径。测量 管内腔13A的弹性形变在这里意味着，为了产生上述的介质内部且表 征介质的反作用力，测量管内腔13A的空间形状和/或空间位置以预定 的方式在测量管13的弹性范围内循环地特别是周期性地改变；例如参 见US-A 48 01 897、US-A 56 48 616、US-A 57 96 011或US-A 60 06 609。 如果需要，例如EP-A 1 260 798所示，测量管还可以弯曲。另外，还 可以使用两条弯曲或直的测量管，代替单一测量管。这种振动型测量 变换器的其他合适的实施例例如在US-B 67 11 958、 US-B 66 91 583、 US-B 66 66 098、 US陽A 53 01 557、 US-A 53 57 811、 US-A 55 57 973、 US-A 56 02 345、 US-A 56 48 616或US-A 57 96 011中有全面介绍。特 别适合用作图3和4的直测量管13的材料例如是钛合金。然而，代替 钛合金，也可以使用其它对于这种特别是弯曲的测量管常用的材料， 例如不锈钢、钽或锆。
测量管13以常见的方式在入口侧和出口侧与引入及引出介质的 管道相通，该测量管可振荡地夹持在支持框架14中，该支持框架是刚 性的特别是弯曲及扭转刚性的并且由测量变换器外壳100围绕。支持 框架14在入口侧利用入口板213以及在出口侧利用出口板223固定至 测量管13，这两个板分别被测量管13的相应延伸件131、 132穿透。另外，支持框架14具有第一侧板24和第二侧板34,侧板24、 34分别 固定至入口板213和出口板223，使得它们基本平行于测量管13延伸 并且与该管具有距离，且彼此之间具有距离；参见图3。于是，两个侧 板24、 34的相向的侧面同样彼此平行。纵向杆25固定在侧板24、 34 上，与测量管13相距，用作吸收测量管13的振荡的配重。如图4所 示，纵向杆25基本平行于测量管13的整个可振荡长度延伸；然而这 并不是必须的，因为，如果需要，纵向杆25当然可以更短。支持框架 14具有两个侧板24、 34、入口板213、出口板223和纵向杆25，从而 支持框架具有基本平行于测量管中轴线13B延伸的纵向重心线，其中 测量管中轴线虚拟连接入口端11和出口端12。图3和4中示出的螺钉 头表示，侧板24、 34到入口板213、到出口板223和到纵向杆25的上 述固定可以通过螺纹连接实现；然而，也可以使用本领域技术人员已 知的其它合适的紧固方式。对于测量变换器IO要可拆卸地与管道组装 的情况，测量管13在入口侧具有第一法兰119以及在出口侧具有第二 法兰120，参见图1;代替法兰19、 20,也可以成型例如其它管道连接 件用于与管道的可拆卸的连接，例如在图3中显示的所谓三向夹扣连 接。如果需要，测量管13还可以例如利用熔焊或硬焊等直接与管道连 接。
为了在介质内生成前述的反作用力，在测量变换器10的操作过程 中，测量管13由与测量管耦合的电动机械激励机构16驱动，以可给 定的振荡频率，特别是自然谐振频率，在所谓的有效模式下振动并由 此以给定的方式而弹性形变。如前所述，这个谐振频率也依赖于液体 的瞬时密度。在显示的实施例中，振动的测量管13由静态的静止位置 在空间上特别是横向偏转，如这种振动型测量变换器中的通常情况； 同样对这样的测量变换器也是有效的，即其中一个或者多个弯曲的测 量管围绕相应的分别虚拟连接入口端及出口端的想象的纵轴实施悬臂 振动，或者对于这些测量变换器，其中一个或者多个直的测量管围绕 测量管纵轴也可只实行平坦的弯曲振动。在另一情况中，例如WO-A 95/16 897中所述，测量变换器IO实行蠕动的放射振动，所以振动测量管的横切面以对此常见的方式对称形变，测量管纵向轴线保留在其静 态静止位置。
激励机构16用于，通过转换由操作及分析电路50以电子驱动信 号形式馈入的电子激励功率Pexe，生成作用于测量管13的激励力Fexe。
在自然谐振频率上的激励中，激励功率Pexe实际上只作为经过机械的和 液体内部的摩擦而由振动系统剥夺的功率分量的补偿。为了达到尽可 能高的效率，由此尽可能地准确地调整激励功率Pexe，使得测量管的振 动基本上保持在期望的有效模式中，例如基本谐振频率。为了将激励
力F^传递到测量管13，如图4所示，激励机构16包括刚性的、电磁 和/或电动驱动的杠杆机构15，该杠杆机构具有抗弯固定于测量管13 的悬臂154和轭铁163。该轭铁163也同样抗弯固定于悬臂154的与测 量管13具有一定距离的末端，并且配置于测量管13上侧而且横切于 测量管。例如悬臂154可以为将测量管容纳在一个钻孔内的金属片。 对于杠杆机构15的其他合适的实施例，可参阅已经提及的US-A60 06 609。对比于图4，杠杆机构15为T-型并配置为，大约在入口及出口端 11， 12的正中间作用于测量管13上，测量管借此可以获知其在操作中 最大的横向偏转。为了驱动杠杆机构15，根据图4的激励机构16包括 第一励磁线圈26和所属的第一永磁铁芯27以及第二励磁线圈36和所 属的第二永磁铁芯37。这两个励磁线圈26， 36优选为串联，特别是可 拆卸地固定于测量管13两侧的、轭铁163下面的支撑架14，并且与分 别所属的铁芯27或者说37在操作中互相作用。这两个励磁线圈26， 36当然应要求也可以并联。如图3和图5所示，两个铁芯27， 37以如 下方式以一定距离固定于轭铁163，即在测量变换器IO的操作过程中， 铁芯27实际上由励磁线圈26的磁场所贯穿且铁芯37实际上由励磁线 圈36的磁场所贯穿并且由于相应的电动和/或电磁力效应而运动，特别 是分别伸入所属励磁线圈。由励磁线圈26， 36的磁场所生成的铁芯27, 37的运动，，由轭铁163和悬臂154传输到测量管13上，其中铁芯 27， 37特别是也作用为活动铁芯。铁芯27， 37相对于分别所属磁线圈 的运动是这样形成的，即轭铁163由其静止位置交替地向侧板24方向和侧板34方向偏转。 一条相应的，平行于所述测量管-中轴线13B的 杠杆机构15的转动轴线例如可以穿过悬臂154分布。作为激励机构16 支撑元件的支撑架14此外包括与侧板24， 34特别是可拆卸地连接的 支撑件29，用于支撑励磁线圈26， 36和即将解释的电磁制动系统217 的单个的构件。
在测量变换器10的实施例中，固定夹持在入口端11和出口端12 的振动的测量管13的横向偏转同时引起其测量管内腔13A的弹性变 形，该弹性变形实际上在测量管13的整个长度上构成。此外在测量管 13内，由于杠杆机构15作用于测量管的扭矩同时对横向偏转会引起围 绕测量管-中轴线13B至少间断式的扭转，所以测量管13实际上以作 为有效模式的混合弯曲振荡-扭转模式而振荡。其中可以这样形成测量 管13的扭转，g卩，与测量管13相距的悬臂154末端的横向偏转与测 量管13的横向偏转或者同向或者反向。测量管13可以以相当于同向 情况下的第一弯曲振荡-扭转模式或者以相当于反向情况下的第二弯曲 振荡-扭转模式而实施扭转振荡。然后根据该实施例的测量变换器10， 例如900Hz的第二弯曲振荡-扭转模式的自然基础-谐振频率近似双倍 于第一弯曲振荡-扭转模式。对于测量管13在操作中只以第二弯曲振荡 -扭转模式执行振荡的情况，在激励机构16内集成了基于涡流原理的电 磁制动系统217，用于稳固前述转动轴线的位置。通过电磁制动系统 217可以保证，测量管13始终以第二弯曲振荡-扭转模式振荡，并且可 能的作用于测量管13的外部干扰影响不会到其他特别是第一弯曲振荡 -扭转模式的自发转换。电磁制动系统的细节在US-A 60 06 609中有详 细描述。
为了令测量管13振动，激励机构16在操作中借助同样振荡的特
别是具有可调振幅和可调激励频率fexe的激励电流iexe而供电，使得励
磁线圈26，36在操作中由该激励电流流过并且以相应方式产生铁芯27， 37的运动所需的磁场。如图2的示意显示，由此外包括在现场设备电 子装置20中的驱动单元50B提供激励电流^e且该电流例如可以为谐波交流电。在使用根据图2~4所示实施例的测量变换器的情况中，激
励电流We的激励频率f^优选选定或者调整为，横向振荡的测量管13
尽可能只以第二弯曲振荡-扭转模式振荡。
还要提及，即使在此显示的实施例中，现场设备电子装置20只包 括一个由驱动单元50B供电的可变感应阻抗(这里为具有可变电感的 励磁线圈)，还可将该驱动单元50B设计为可以激励其他的电阻抗， 例如具有可变电容的测量电容等。对于电容压力传感器为测量变换器 的情况，在操作过程中该电阻抗也依赖于至少一个待测量和/或监测的 参数而变化，如众所周知，通过该自变电阻抗而降低的信号电压和/或 流过该自变电阻抗的信号电流用作测量信号。
为了检测测量管13的变形，如图2， 3所示，测量变换器10此外 包括传感系统，该系统通过至少一个对测量管13的振动做出反应的第 一传感元件17而生成一个代表该振动的第一振荡测量信号作为测量信 号S。传感元件17例如可以由永磁铁芯构成，例如传感元件17可以 由永磁铁芯构成，该铁芯固定于测量管13并与励磁线圈相互作用，该 励磁线圈由支撑架14支撑。特别适合作为传感元件17的是那些基于 电动原理采集测量管13的偏转速度的元件。也可以采用测量加速度的
电动传感器的或者测量距离的电阻传感器或光学传感器。当然也可以 采用其他本领域技术人员熟悉的适合检测振动的传感器。此外传感系
统还包括一个特别与第一传感元件17相同的第二传感元件18，利用该 传感元件提供同样代表测量管13振动的第二振荡测量信号作为第二测 量信号S2。在实施例中显示的测量变换器中，这两个传感元件17， 18 特别是与测量管13的中心距离相等地沿测量管13彼此相距，并且利 用该传感系统17， 18不仅在入口侧也在出口侧现场采集测量管13的 振动并形成相应的振荡测量信号。
图5中以方块电路图的方式示意了一种适合图1至图4中现场设 备的现场设备电子装置20的实施例。图5右侧示意了具有激励机构16
37和传感系统n， is的上述振动型测量变换器，其中只象征性地显示了 测量变换器的测量原理所需的励磁线圈。
第一测量信号Si和可能存在的第二测量信号S2通常都具有与测量
管13瞬时振荡频率相应的信号频率，如图2所示，这些信号被引导至 操作及分析电路的分析单元50A,该分析单元在现场设备电子装置20 中且优选为数字的。分析单元50A用于特别是数值地确定瞬时代表要 采集的过程参数的测量值XM，并且将该测量值转化为相应的在操作及 分析电路输出端可检测的测量值信号xM，这里过程参数例如为质量流 量，密度，粘度等。尽管在这里显示的测量变换器的情况中，根据测 量信号Sp S2中的唯一一个完全可确定密度或者粘度，而对于要测量 质量流量的情况，技术人员以已知方式使用两个测量信号St和S2，以 例如在信号-时间范围或者信号-频率范围内确定与质量流量相对应的 相差。
根据本发明的一种构造，通过使用在现场设备电子装置20内的微 计算机HC实现分析单元50A，该微计算机以相应方式编程为，根据传 感系统17， 18传送的测量信号而数字地确定测量值XM。对于微计算 机的实现可以采用例如合适的微处理器和/或先进的信号处理器。如图 5所示，分析单元50A此外包括至少一个A/D转换器，通过该转换器 将测量信号S,， S2之一数字化地引导至该微处理器，或者特别是如科 氏质量流量传感器通常的那样将之前由两个测量信号Sp S2得到的信
号差数字化地引导至该微处理器。可以更进一步将分析单元50A侧生 成和/或接收的测量或操作数据易失性地或者永久性地存储到相应的数 字存储器RAM， EEPROM内。
如前所述，操作及分析电路50此外还包括驱动单元50B,该驱动 单元用于向激励系统16供应所述激励电流i^，并与测量管13 —起实 际上构成了调节回路。该调节回路设计为，被电子调制到测量管13的 激励振动的机械谐振频率和通过参考信号Sr给定的振动振幅。驱动单元50B可以以通常方式借助所谓的PLL锁相环形成，用于电子调整谐 振频率还有驱动信号的相位；以及借助相应的振幅调整级形成，用于 电子调整驱动信号的振幅以及振动振幅。
如图5所示，驱动单元50B也接触分析单元，特别是前述微处理 器pC，驱动单元50B从分析单元接收例如所需操作数据，如瞬时要调 整的激励频率和/或对于激励电流的瞬时要调整的振幅和必要时要调整 的相位，或者向该分析单元发送驱动单元50B内部生成的调整信号和/ 或调整参数，该调整信号和/或调整参数特别是关于调整过的激励电流 iexe和/或已馈入测量变换器内的激励功率P^的信息。驱动单元50B的 操作数据，激励频率，振幅和/或相位，可以为绝对给定值也可以为相 对给定值。替代地或者补充地，传输给驱动单元50B的操作数据可以 代表激励频率，振幅和/或相位的递增的变化或者说递减的变化。除微 处理器pC之外，例如操作及分析电路50也可以具有用于生成驱动信 号的信号发生器，例如数字信号处理器或者相应的作为信号发生器构 造的可编程逻辑构件，特别是FPGA。
图6至12以方块电路图的方式显示了驱动单元50B的实施例，其 特别也适用于自保护测量仪表和/或作为2L测量仪表配置的现场设备。
在第一方案中，将传感器17， 18输送的传感信号之一或者也可以 将它们的总和作为输入信号引导至振幅解调级pd。由此振幅解调级pd 输入侧与传感器17， 18之一连接，图6中为传感器17。振幅解调级 pd用于连续确定测量管振动的振荡振幅。此外振幅解调级pd还用于输 送例如简单直流信号的输出信号，该输出信号代表采集的振荡振幅。 为此在本发明的振幅解调级pd的优选构造中提供了输入信号的峰值检 测器。例如也可以采用用于采集振荡振幅的同步整流器而取代峰值检 测器，该同步整流器由与输入信号相同相位的参考信号发出时钟。对 比级sa的第一输入端连接于振幅解调级pd的一个输出端；可调整的参 考信号Sr被引导至对比级Sa的第二输入端，该信号给定测量管13的解调级pd的输出信号与参考信号Sr的 偏差并将该偏差以相应的输出信号输出。例如该偏差可以在简单差值 的使用下而以绝对振幅误差形式确定或者继续传送，该简单差值为采 集的和通过参考信号Sr给定的振荡振幅差值；或者例如在比例的使用 下而以相对振幅误差确定或者继续传送，该比例为采集的和给定的振 荡振幅比例。振幅解调级pd的输入信号被引导至振幅调制级aml的第 一输入端且对比级sa的输出信号被引导至第二输入端。振幅调制级aml 用于以对比级sa的输出信号振幅调制振幅解调级pd的输入信号。例如 其中，传感信号S〗之一，两个传感信号Sp S2之和或者一个按比例的 例如通过相应的、特别是数字的信号发生器人工生成的信号，可以作 为输入信号并且由此作为在其频率上完全可变的载波信号，在该信号 上调制了由对比级sa生成的，振幅可变的误差信号。该误差信号显示 了测量管13瞬时振动振幅与它的额定振荡振幅间的偏差，该额定振荡 振幅由参考信号Sr代表。此外振幅调制级ami还用于为激励系统16 提供载有驱动能量的驱动信号。为此振幅调制级包括相应末级ps,用 于放大以调制信号调制的载波信号。参见图6，为了以调制信号调制载 波信号振幅，在振幅调制级ami内还提供了乘法器ml。
图7内以方块电路图的方式部分地显示了根据本发明第二方案的 驱动单元50B的第二方案电路图。图7的实施例基本上通过以下而区 别于图6的实施例，S卩，由脉宽调制级pwm取代振幅调制级am，该脉 宽调制级pwm具有以外部交变信号提供时钟的脉宽调制器pm。如图7 所示，脉宽调制器pm以恒定的正的第一直流电压+Ul操作并处于电路 零点SN。将振幅解调级pd的输入信号引导至脉宽调制器pm的第一输 入端(载波信号的输入端)。由此这个第一输入端连接于一个传感器 (图7中又为传感器7)。将误差信号引导至脉宽调制器pm的第二输 入端(调制信号输入端)，该误差信号与确定的振幅误差成比例。脉 宽调制器pm的输出端又连接于末级ps'的一个输入端，该末级在输出 侧向激励系统6提供相应的驱动信号。由末级ps'提供的驱动信号这里 为方波信号，其以振幅解调级pd的输入信号的信号频率为时钟并且具有以对比级sa输出信号调制的脉宽。
图8内以方块电路图的方式部分地显示了驱动单元50B的第三方 案电路图。图8的实施例基本上通过以下而区别于图6的实施例，即 由比较器kk和直流电压转换器dc而取代乘法器ml ，该转换器提供至 少一个驱动激励电流iexe的驱动电压。该驱动电压的振幅又依赖于对比 级sa的输出信号并且因此而考虑为非恒定的。根据驱动电压的设计， 激励电流iexe如前所述，可为双极或者单极。因此根据本发明的一优选 实施例，直流电压传感器dc提供具有正的第一电位+u和负的第二电位 -u的驱动电压，其中直流电压传感器dc的操作-输入端接收对比级sa 的输出信号，该操作-输入端用于电位调整。由直流电压传感器dc提供 的振幅适当调整的驱动电压作为操作电压被施加于用于激励系统16供 电的脉宽调制级pwm的末级ps〃。此外末级ps〃输入侧连接于比较器 kk的一个输出端。比较器kk以恒定的、正的第一直流电压+Ul操作并 且处于电路零点SN。峰值检测器pd的输入信号引导至比较器kk的一 个输入端。由此，比较器kk在输入侧与一个传感器(图8中又为传感 器17)相连。
图6至7中的虚线分别意味着，可由传感器17， 18的传感信号之 和取代单个传感信号而引导至峰值检测器pd和乘法器ml或者说脉宽 调制器pm或者说比较器kk;则这些传感信号由加法器引导。替代地， 如前所述，也可以采用通过数字信号处理器和与其输出端连接的D/A 转换器生成的频率和相位按传感信号做相应调整的人工信号。在图6 至7中，还可以看到其他的虚线表示的部分电路图，显示了优选激励 电路的更好的完善。在驱动单元50B的一例完善中，提供了放大器vv， 该放大器串联于峰值检测器pd或者必要时串联于同步整流器。在驱动 单元50B的另一完善中，提供了放大器v，该放大器将对比级sa的输 出信号在作为误差信号到达振幅调制级am之前而放大。这样的放大器 可以为运算放大器op，其正向输入端处于电路零点SN，其反向输入端 通过串联电阻wv连接于对比级sa的输出端并且通过并联电阻ws连接于放大器输出端。这种布图形式的运算放大器op分别位于图6至7的 右上侧。在驱动单元50B的又一完善中，提供了积分放大器vi，该放 大器将对比级sa的输出信号在作为误差信号到达乘法器m之前放大并 积分。这样的放大器可以为运算放大器op'，其正向输入端处于电路零 点SN,其反向输入端通过串联电阻wv'连接于对比级sa的输出端并且 通过由并联电阻ws'和电容器k组成的串联电路连接于放大器输出端。 这种布图形式的运算放大器op'分别位于图6至7的右侧中间。
驱动单元50B的另一完善在于差分积分放大器vd，其将对比级sa 的输出信号在作为误差信号到达乘法器ml之前放大、差分并积分。这 样的放大器可以为运算放大器op〃，其正向输入端处于电路零点SN， 其反向输入端通过串联电阻wv〃与第一电容kl的并联电路而连接于对 比级sa的输出端并且通过由电流分量电阻ws〃和第二电容器k2组成的 串联电路而连接于放大器输出端。这种布图形式的运算放大器op〃分别 位于图6至7的右下侧。图6至7中通过箭头表示，各个放大器v,vi,vd 置于虚线表示的方框q处，该方框或者位于对比级sa输出端和振幅调 制级am第二输入端之间或者位于对比级sa输出端和脉宽调制级pwm 调制信号输入端之间。
在本发明的框架中，图6至7内各个电路部分的功能通过相应的 模拟或者数字电路部分实现，在后者的情况中，例如借助于适当编程 的微处理器而实现，其中要引导至该微处理器的信号之前要经过模拟/ 数字转换并且其输出信号也一样要经过数字/模拟转换。
图9中显示了末级ps第一实施例的电路图，其例如根据图6可以 插入振幅调制级am内。运算放大器ov以正的和负的，分别恒定的直 流电压+U， -U操作并且如下布线，其反向输入端通过第一电阻wl处 于电路零点SN，且其正向输入端通过第二电阻w2处于乘法器ml的 输出端。运算放大器ov的一个输出端通过第三电阻w3的中间电路连 接于变压器tf的初级绕组的第一极ppl;初级绕组的第二极pp2处于电
42路零点SN。变压器tf还具有一个次级绕组，其利用两极spl， sp2连接到激励系统16。
初级绕组具有初级匝数N1且次级绕组具有次级匝数N2。变压器tf为电流-升高变压器且具有例如20: 1的变压比N1/N2。运算放大器ov的反向输入端通过第四电阻w4与初级绕组的第一极ppl相连接。其正向输入端通过第五电阻w5连接于输出端。五个电阻wl， w2, w3，w4，和w5分别具有相应阻值R1， R2， R3， R4,和R5。阻值Rl选定为等于阻值R2且阻值R4选定为等于阻值R5。如果以um表示乘法器m的输出电压，则激励系统16内流动的交流电流i可以如下得出R5Nll=ummRlR3N2。图10中显示了末级ps'第二实施例的电路图，例如根据图7可以插入脉宽调制级pwm内。这个补充推挽式末级构造的"核心"是P沟道-加强-绝缘层-场效应晶体管P (以下简称晶体管)与N沟道-加强-绝缘层-场效应晶体管N的控制电流通路的串联电路。在控制电流通路的连接点连接了激励系统16。为每一条控制电流通路并联了保护二极管dn， dp，其中各自的阴极接于各自的晶体管正点上。串联电路P晶体管侧的末端处于恒定的正第二直流电压+U2并且其N晶体管侧的末端处于相应的恒定的负直流电压-U2。晶体管N， P控制极彼此连接并连接于比较器kk'的输出端。比较器kk'的正向输入端接于脉宽调制器pm的输出端，对比于图7。比较器kk'的反向输入端连接于分压器的分接点，该分压器由电阻rl和电阻r2组成。电阻rl， r2具有相同的阻值并且处于正的直流电压+Ul和电路零点SN之间。电阻rl， r2和比较器kk'用于脉宽调制器pm的输出信号关于直流电压+Ul半值的对称。激励系统16在传感器17的输出信号或者传感器17， 18的输出信号之和每次正向穿过零点时，接收到正电流脉冲；在传感器17的输出信号或者传感器17，18的输出信号之和每次负向穿过零点时，接收到负电流脉冲。这些电流脉冲的宽度各自自动调整，从而达到由参考信号Sr给定的测量管13的振荡振幅。
图11中显示了末级ps〃另一实施例的电路图，其例如根据图8可以插入振幅调制级ami内。这个又为补充推挽式末级构造的"核心"也是如图10所示的，P沟道-加强-绝缘层-场效应晶体管P'与N沟道-加强-绝缘层-场效应晶体管N'的控制电流通路的串联电路。在控制电流通路的连接点连接了激励系统6。为每一条控制电流通路并联了保护二极管dn'， dp'，其中各自的阴极接于各自的晶体管正点上。串联电路P晶体管侧的末端被施加正直流电压+U，该正直流电压依赖于对比级sa的输出信号并且其N晶体管侧的末端被施加负直流电压-U，该负直流电压依赖于对比级sa的输出信号。晶体管N'， P'控制极彼此连接并连接于比较器kk〃的输出端。比较器kk〃的正向输入端接于比较器kk的输出端，对比于图8。比较器kk〃的反向输入端连接于分压器的分接点，该分压器由电阻r3和电阻r4组成。电阻r3， r4具有相同的阻值并且处于正直流电压+Ul和电路零点SN之间。电阻r3， r4和比较器kk〃用于比较器kk的输出信号关于直流电压+Ul半值的对称。在传感器17的输出信号或者传感器17， 18的输出信号之和的每个正半波期间，激励系统16接收到正电流脉冲；在传感器17的输出信号或者传感器17，18的输出信号之和的每个负半波期间，激励系统16接收到负电流脉冲。这些电流脉冲的各个幅度依赖于自身侧的直流电压+U， -U，该直流电压又依赖于对比级sa的输出信号，从而由参考信号Sr给定的测量管13的振荡振幅会自动调整。
最后在图12中以方块电路图的方式示意地显示了混合驱动单元50B的实施例，其部分数字操作和部分模拟操作。驱动单元50B包括数字信号发生器，用于将由微计算机50A生成的对于激励信号各个参数的特别是数值的给定值转换为相应的数字振荡信号，所述参数例如
为激励电流Ue的振幅，激励信号的相位和/或其振荡频率等。如前所述，
各个参数可以例如作为绝对值和/或作为增量或者减量传送给驱动单元50B。
如前所述，现场设备电子装置和现场设备由外部电源70例如远程配置的测量变换器-供电器等供电，该供电器通过至少一条导线2L与现场设备或者更确切说与现场设备电子装置20连接。例如该测量变换器 -供电器又可以通过现场总线系统与处于过程控制室内的上一级过程控 制系统连接。在这里显示的实施例中，如在工业测量及自动化技术的 大量应用中通常的那样，现场设备电子装置此外与外部电源至少间歇 地只通过一条唯一导线对2L有效电连接。与此相对应地，现场设备电 子装置一方面通过这条导线对供电，另一方面，现场设备电子装置将 至少间歇生成的测量值信号XM也相同通过该导线对2L发送至配置于 外部电源70内和/或与供电电源电耦合的外部分析电路80。例如连接 测量变换器-供电器和现场设备的这里唯一的导线对2L可与馈入供电 电流I的电源71和测量电阻RM串联连接，例如该电源可以为电池， 或者由内部供电网供电的直流源。供电电源70提供供电电流I并以操 作所需电能为现场设备电子装置20供电。测量电阻Rm此外具有丙个 测量端子72， 73，在该端子上可检测到瞬时代表测量值XM的供电电 流作为与电流成比例的测量电压UM。例如测量电压UM可以现场显示 或者引导至上一级的测量值处理单元。这里唯一的导线对2L例如可以 作为所谓的二线制电流回路，特别是4mA-20mA电流回路，或者作为 到外部数字现场总线(例如PROFIBUS-PA或者FOUNDATION FIELDBUS)的连接导体。
此外根据本发明的又一结构，将瞬时测量值XM调制到供电电流I 上。例如瞬时利用现场设备确定的测量值可由供电电流I的瞬时的、特 别是4mA和20mA间的电流强度代表，该供电电流I在构成为二线制 电流回路的导线对2L内流动。
此外根据本发明的另一结构，现场设备至少间歇地与外部操作及 控制单元通过数据传输系统通信，该外部操作及控制单元例如可以为 手动操作仪器或者可编程控制器(SPS),通信可以为交换现场设备特 定数据。为此在现场设备电子装置20内还提供了通信电路COM，该 通信电路控制和操作通过数据传输系统的通信。例如除了测量值Xm通 信电路也特别用于将其他的内部现场设备-参数转换为通过导线对2L可传输的信号并将该信号耦合进导线。作为替代或者补充，也可以将
通信电路COM设计为，相应接收由外部经过导线对2L发送的现场设 备参数。特别对于前述现场设备在操作中只通过二线制电流回路连接 于外部供电电路的情况，通信电路COM可以例如为根据HART Communication Foundation, Austin TX的HART(g-现场通信协议工作 的接口电路，该接口电路采用了 FSK-编码的高频交流电作为信号载波。
由图1和5的组合可以看出，为调整和调节现场设备内部的电压 和/或电流，此外现场设备电子装置20还包括至少一个由供电电流I流 过的电流调节器ISp用于调整和/或调制供电电流I，特别是为供电电 流提供时钟。此外在现场设备电子装置20内还提供了内部供电电路40， 该内部供电电路被施加现场设备电子装置20的内部输入电压Ue并且 用于为内部操作及分析电路50供电，该内部输入电压Ue由端电压UK 分压得到。
为了采集和调整在现场设备电子装置20内瞬时下降的电压和/或 瞬时流动的电流，供电电路40此外还包括相应的测量及调节单元60。 并且特别是对于前述将测量值XM调制到供电电流I的情况，测量及调 节单元60还用于将由操作及分析电路50送出的，代表瞬时生成的测 量值Xm的測量信信号XM转化为第一电流调节信号Istell，该第一电流 调节信号对应于电流调节器ISt和供电电流而调整。为此，测量及调节 单元60具有相应的电流控制电路60A,其将由内部操作及分析电路50 提供至测量及调节单元60的测量值信号XM合适地转换为电流调节信 号Istell。测量及调节单元60的电流控制电路60A与电流调节器ISi实 际上共同构成供电电流I的电流电流控制器-这里所谓的线性纵向电流
控制器。根据本发明的一构造，将电流调节信号IsteH设计为，前述电流 控制器按照瞬时决定的测量值XM将供电电流I调整为与该测量值成比 例。替代地或者补充地，电流调节信号IsteU构成为，电流控制器向供电
电流I发出时钟，例如为了达到根据PROFIBUS-PA标准的通信目的而 二进制编码。为了生成合适地代表电流的特别是基本上与电流成比例的检测电压I^t， I2.ist, I3.ist，此外在供电电路40内还相应地提供了至 少间歇地由供电电流或者由该电流得到的电流分量Ip 12， 13流过的检 测电阻Rp R2， R3。
至少对于前述为了显示测量值XM而调制供电电流I的幅度并且由
于外部电源有限的电功率而令由外部电源提供的供电电压Uv和随之而 出现的端电压Uk随升高的供电电流I而相应降低或者相反地随着降低 的供电电流I而相应升高的情况，供电电压Uv和端电压Uk的电压电平 以不可预见的方式波动并且将它们视为在操作中以显著的程度变化。 当现场设备如前述，以工业测量技术长久采用的标准4mA至20mA操 作时，对于正常操作的供电只提供4mA以下的电流范围以及根据供电 电压值始终只提供大约40至90mW (=毫瓦)的电功率。
如图5所示，此外供电电路40在输入端还包括由测量及调节单元 60激励的电压调节器30，该电压调节器用于将现场设备电子装置的作 为初级电压或者基极电压为内部供电的内部输入电压Ue尽可能准确地 调整到可给定的必要时操作中可变的电平上以及至少在非干扰的正常 操作中，将该内部输入电压Ue尽可能恒定保持在瞬时选定的电平上， 其中端电压Uk至少等于最小电压值Uk—min。此外测量及调节单元60与 电压调节器30共同构成用于内部输入电压Ue的输入电压调节器，特别 用于尽可能准确调整内部输入电压并保持持续稳定。
也如图13显示，根据本发明的一构造，这样保持内部输入电压
Ue的电平，使得内部输入电压Ue始终低于端电压Uk。其中内部输入电
压Ue通过前述的输入电压调节器30, 60而保持的电平，例如在操作中
依赖于瞬时流动的供电电流I可将该电平基本上连续地改变。替代地，
也可将电平在供电电流I的一定电流强度范围以及在端电压Uk的相应 电压范围上保持恒定并且阶段性地改变(如图13中通过点化线表示 的)，例如当超过或者不足相应供电电流I和/或端电压Uk给定阈值时。 根据本发明的另一构造，输入电压调节器30， 60设计为，在达到给定的或者可给定的例如15V数量级的最大电压值Ue—m^后，尽管端电压
Uk可能还会继续升高例如超过20v，也将该电平保持恒定。因此，输 入电压调节器30，60的作用不仅仅为用于内部输入电压Ue的电压稳定 器，而且也是限压器。
为了进一步内部分配现场设备电子装置的单独构件或者组件的电
能，该电子装置此外还包括转化稳定的内部输入电压Ue的第一有效电
压控制器UR,，该电压调节器至少间歇地由供电电流I的特别是可变的 第一电流分量h流过并且用于提供基本上恒定调整到第一电平UNls。u 上的现场设备电子装置20第一内部有效电压UN1，该第一电平UNls。
可给定，必要时可参数化。
此外在供电电路40内也同样提供了转化稳定的内部输入电压Ue 的第二有效电压控制器UR2，该电压调节器至少间歇地由供电电流I 的特别是可变的第二电流分量12流过。该第二有效电压控制器UR2又 用于提供现场设备电子装置20内的第二内部有效电压UN2，该第二内
部有效电压UN2在可给定的电压范围内可变。对于现场设备电子装置内 对瞬时负载情况最合适的有效电压UN2的电压值，例如可以在测量及调
节单元60侧考虑了现场设备电子装置内的瞬时负载情况而决定并且以 相应的电压操作信号UN2—^的形式发送至有效电压控制器UR2。如图 5所示，可以例如利用测量及调节单元60的功率控制电路60B产生电 压操作信号UN2
例如可以采用所谓的开关整流器和/或非时钟振荡的线性整流器
作为有效电压控制器URP UR2，而电压调节器30和输入电压调节器 可以例如由分路调节器IS2构成，该分路调节器IS2在旁路中被施加内 部输入电压Ue且例如通过晶体管和/或可调整的齐纳二极管而实现。
除此之外，正如图5所示，供电电流I的特别是可变的第三电流 分量13在正常操作期间至少间歇地流过输入电压控制器，测量及调节单元60发送合适地控制电压调节器30 (这里是分路调节器IS2)并且 还确定第三电流分量的第二电流控制信号13—stell。这里，设计电流控制
信号I3—Stell，使得至少对于由基本保持恒定的内部输入电压Ue和由瞬时
设置的供电电流I得到的在现场设备电子装置20中瞬时可用的电功率 超过在操作及分析电路50当前实际需要的电功率的情况，在输入电压 控制器中提供的晶体管导通，从而足够高的电流分量13流动，以稳定
输入电压Ue。为此，在本发明的另一实施例中，输入电压控制器(这
里是电压调节器30)具有用于消耗电能并除去与之相关联的热能的元 件，特别是具有散热片等的半导体元件。然而，另一方面，设计电流 控制信号I3—stell，使得在操作及分析电路50中对于能量的需求变大时， 它再次减少在电压调节器30中瞬时流动的电流分量13。在本发明的另 一实施例中，为了产生在操作期间控制电压调节器30并因而至少部分 调节在现场设备电子装置中瞬时可用的电功率的分配的控制信号 I3_stell，测量及调节单元60还包括相应的功率控制电路60B。
如图5中另外显示的，在本发明的现场设备电子装置20以及本发 明的现场设备中，操作及分析电路50至少间歇地不仅由特别是可变的 第一有效电流I N1流过而且也由特别是可变的第二有效电流I N2流过， 其中第一有效电流由至少在正常操作中基本上保持恒定的第一有效电
压UN1驱动，第二有效电流由根据操作变化的第二有效电压UN2驱动。
这样的优点是，为现场设备电子装置20的结构组和电路始终提供瞬时 实际的电能，该结构组和电路至少控制现场设备电子装置正常操作并 使现场设备保持运行，特别是前述的至少一个微处理器pC。据此在本 发明的一构造中提供了，前述的微处理器pC和/或前述的信号处理器至 少部分以正常操作中始终保持恒定的第一有效电压UN1或者由其导出 的次级电压操作。根据本发明构造的一完善中，第一有效电压U^或者 由其导出的次级电压至少部分作为操作及分析电路中至少一个A/D转 换器的操作电压。根据本发明的又一构造，至少现场设备电子装置的 操作和保持与前述上一级操作及控制单元通信的构件(这里不仅微处 理器pC还有通信电路COM)至少部分是利用第一有效电压UNi或者由
49由其分压的次级电压供电的。
根据外部供电电路70侧在操作中事实上可以提供哪些电功率以 及依赖于以前述方式已经由第一有效电压UN1供电的消耗器的实际功
率需求的情况，可以为驱动单元50B的特别用于生成驱动信号i^的各
个构件至少部分借助第一有效电压Uw或者由其分压的次级电压供电， 该构件可以例如为驱动单元内的放大器，D/A转换器和/或信号发生器 等等，这里也可参见图12。当然也显示出，在正常操作中，单单现有 的微处理器^C和/或A/D转换器以及它们所需的外围布线已经要始终 需求大约30mW的功率，所以至少在大约40mW的始终可用功率的应 用中，也就是说12v的端电压，驱动单元50B的前述构件只能够以非 常小的范围连接于第一有效电压U^以此而不损害期望的高稳定性。由 此在本发明的构造中此外设计为，驱动单元50B的单独构件尤其是持 久地只操作于第二有效电压UN2。如图12也代替地显示了，第二有效 电压UN2特别适合作为驱动单元50B内的运算-放大器的操作电压。对
应地，励磁线圈的激励电流i^基本上可以由第二有效电压Uw2或者由
其分压的次级电压驱动。
为了跨接供电电压侧的暂时电压波动和/或缓冲由于内部功率需 求的短暂升高而导致的现场设备内部电压供给可能的短时"过载"， 例如在测量变换器开动时或者所述持久存储器EEPROM的覆写时，根 据本发明在操作及分析电路中此外还提供了用于暂时存储电能的特别 是电容性的存储电路。这里显示的实施例中，能量缓冲器C作为电压 调节器30的一部分而显示，所以实际上始终被施加内部输入电压Ue。 但是至少在正常操作中为了能够保证避免有效电压Uw的崩溃，在利用 第一有效电压U^供电的结构组和电路的事先设计中当然要保证，其最 大转化的电功率最大等于正常操作中的最小可用电功率和/或其瞬时转 化的电功率最大等于瞬时可用功率。
在本发明的另一构造中，在正常操作中依赖于现场设备电子装置的内部输入电压Ue的瞬时电压值而调整第二有效电压UN2。替代地或者补充地提供了，第二有效电压UN2依赖于端电压Uk的瞬时电压值而调整，该端电压Uk由供电电压分压，并通过现场设备电子装置的最初而下降。这样调整内部输入电压Ue，例如将该电压与端电压Uk间存在的压差至少在正常操作中尽可能保持恒定在lV上，也显示了优点。另外这样也实现了在电流调节器IS,或者整个电流控制器的操作温度变化的情况下，由各自的传输特性相对准确地调整输入电压Ue以及随之而出现的变化，并以简单的方式实现了内部输入电压Ue的非常鲁棒的调整。该调整可以例如利用前述的测量及调节单元60内的差分放大器实现，该放大器将由内部输入电压Ue相应导出的检测电压与由端电压Uk相应导出的检测电压相减。替代地或者补充地，第二有效电压UN2也依赖于三个电流分量Ip 12， 13中至少一个的瞬时电流强度而调整。例如，第二有效电压UN2可以依赖于第三电流分量13调整，在考虑了瞬时输入电压Ue之后，该电流强度实际上代表了现场设备电子装置内瞬时存在的过剩功率。作为测量变量，这里特别合适的是操作电压调节器并确定第三电流分量13的第二电流调节信号I3—stell。
为了确定和/或监测现场设备电子装置的瞬时操作状态，根据本发明的另一进一步发展，提供了将现场设备电子装置内下降的电压和/或在现场设备电子装置内流动的电流与给定的特别是可调整的阈值进行比较的工具。用于电压和/或电流进行对比的工具例如可以构成为前述供电电路的测量及调节单元的积分组成部分。根据本发明一完善的构造，对比工具设计为，如果检测到通过第二有效电压UN2的最小有效电压极限值不足，该最小有效电压极限为第二有效电压UN2的给定最小有效电压极限，以及检测到通过第三电流分量13的最小电流分量极限值不足，该最小电流分量极限值为第三电流分量13的给定最小电流分量极限，则在现场设备电子装置侧至少生成一个警告现场设备电子装置不足供电的警告信号Xpw—fail。为了第三电流分量13的采集，例如可以采用在输入电压调节器30， 60内的相应由电流分量13流过的检测电阻
R3，该电阻提供基本上与电流成比例的检测电压。根据本发明的另一构造，测量及调节单元60通过电流调节信号13jeu这样操作电压调节器30，使得特别是仅仅当将第二有效电压Un2与至少一个所属的参考电压进行比较的比较器警告了第二有效电压超出对于第二有效电压UN2给定的最大有效电压极限值时，第三电流分量13这时才流动。用于比较电压和/或电流的工具可以例如为简单的比较器，该比较器将各自的检测电压与所属的与各阈值成比例的参考电压进行比较，例如通过输入电压Ue内部生成的参考电压。
在根据本发明的现场设备电子装置中，正如开始已经强调的，进一步提出，至少部分内部操作及分析电路50，但特别是整个内部操作
及分析电路50都至少与电流调节器IS,流电隔离。另外，特别具有优点的是，正如从图5直接看到的，保持内部操作及分析电路50与电流调节器ISi和电压调节器30都流电隔离。于是，在本发明的这个实施例中，可能存在的微处理器pC和/或也可能存在的信号处理器作为操作及分析电路50的部件，同样至少与电流调节器ISi和/或电压调节器30流电隔离。在本发明的另一实施例中，进一步提出，第一有效电压控制器URt保持与驱动电路60B (特别是其中提供的至少一个放大器)和/或至少一个A/D转换器和/或少一个D/A转换器流电隔离。为了实现在操作及分析电路50和至少电流调节器IS,之间的流电隔离，在另一优选实施例中，第二有效电压控制器UR2也与电流调节器ISj和/或电压调节器30流电隔离。
在本发明的另一实施例中，第一有效电压控制器UR,和内部操作及分析电路50彼此流电隔离。例如，有效电压控制器U&和内部操作及分析电路50可以为此利用变压器91彼此耦合。代替这里单独的变压器91，如果需要，还可以使用两个或多个这种变压器，用于耦合有效电压控制器URi和内部操作及分析电路50。这里，本领域技术人员可以认识到并因而无需详细解释，在使用变压器以流电隔离地耦合两个基于直流电压操作的电子元件的情况中，必须首先在变压器的初级侧将直流电压转换为交流电压，并相应地在变压器的次级侧实现从交流到直流电压的转换。相应地，至少对于要传输的有效电压Um是直流电压的情况，变压器91在初级侧和次级侧分别耦合至这种以合适的方式电子地调制直流电压的电子器件以及解调被调制及传输的电压的电子器件，利用这些器件，变压器91作为直流电压转换器或DC/DC转换器，用于由处于初级侧的第一有效电压控制器URi提供的有效电压UN1。相应调制直流电压的电子器件可以例如是用作斩波器的方波调制器，而例如无源或同步钟控整流器可以用作相应的解调电子器件。
根据本发明的进一步发展，电流调节器ISi和至少部分内部操作及分析电路50以非常简单且有效的方式保持彼此流电隔离，其中在两个有效电压控制器UR4、 UR2之间插入流电隔离。为此，如图5所示，变压器91插入在两个有效电压控制器UR^ UR2之间，从而它们通过这里单独的变压器91而特别是排他地耦合在一起，形成合适的直流转换器，该变压器用于耦合两个有效电压控制器UR。 UR2。。根据本发明的一个优选实施例，为此第二有效电压控制器UR2由从第一有效电压控制器U&发送的有效电压U^和/或至少由从第一有效电压Uw得到的次级电压U^'供电。于是，第二有效电压控制器UR2用作消耗器，第一有效电压控制器UR,向其供应恒定的内部有效电压Uw。
正如已经提到的，第二有效电压控制器UR2在操作期间由测量及调节单元60控制，至少当前要为第二有效电压UN2设置的电压电平由测量及调节单元60指定。为此，测量及调节单元60在操作期间至少间歇地发送电压控制信号Uw2一^，其相应控制第二有效电压控制器UR2
并代表当前要为第二有效电压Uw2设置的电压电平。在本发明的另一实
施例中，测量及调节单元60和第二有效电压控制器UR2保持彼此流电隔离。在这种情况中，如图5示意性示出的，测量及调节单元60可以例如利用至少一个变压器92和/或利用至少一个光耦而耦合至第二有效电压控制器UR2，该变压器92至少间歇地连接在电压控制信号UN2—s。 的信号路径中，该光耦至少间歇地连接在电压控制信号UN2_S。 的信号路径中。另外，在本发明的另一实施例中提出，测量及调节单元60和内部 操作及分析电路50保持彼此流电隔离。
如图5示意性示出的，测量及调节单元60和内部操作及分析电路 50可以例如利用至少一个变压器93和/或利用至少一个光耦彼此耦合。 于是，在本发明的这个实施例中，内部操作及分析电路50保持与可能 存在的至少一个用于第三电流分量13的比较器和/或与可能存在的至少 一个用于第二有效电压UN2的比较器流电隔离。为此，在本发明的这 个实施例的进一步发展中，第二有效电压控制器UR2与至少一个用于 第三电流分量13的比较器和/或与至少一个用于第二有效电压UN2的比 较器流电隔离。根据操作及分析电路50和测量及调节单元60的信号 输出端的数目，在现场设备电子装置中除了变压器93之外还需要提供 合适的其它变压器，其中操作及分析电路50和测量及调节单元60的 信号输出端各自直接与操作及分析电路50或测量及调节单元60的对 应信号输入端流电隔离地耦合。例如，变压器93可以用于将报警信号 Xp^一^从测量及调节单元60传输至操作及分析电路50，而如图5所示， 相应的变压器94用于传输测量值信号xM。
对于上述的现场设备电子装置包括通信电路COM的情况，本发明 的另一优选实施例提出，至少通信电路COM保持与电流调节器IS,流 电隔离。为此，现场设备电子装置包括至少一个附加的光耦，或者如 图5所示包括至少一个附加的变压器95。
当然，在上述流电隔离变型的情况中，应当理解，至少对于其中 直流电压/电流以这种方式传递的情况，可能使用的变压器92、 93、 94、 95可以分别是合适的DC/DC转换器的部件。对于其中钟控信号例如数 字信号要被通过变压器或光耦而传递的情况，例如由测量及调节单元 60传递至内部操作及分析电路50的报警信号Xpw》ii或如图5示意性 示出的由内部操作及分析电路50传递至测量及调节单元60的测量值信号XM，如果需要，可以利用合适的电路器件辅助使用的变压器或光
耦，这些电路器件以本领域技术人员熟知的合适的方式转换要传输的 信号。这种用于将数字信号传递通过流电隔离位置的电路的例子例如
在US-B 68 53 685、 US-A 59 52 849和DE-A 102 51 504中有所公开。
在上述流电隔离的变型中，当可能使用的至少一个变压器用于多 路复用操作中，使得在初级侧两个或多个电路部分相连时，也是特别 优选的，其中这两个或多个电路部分各自的输出信号分别通过这一个 变压器而例如时移地顺序传输和/或在不同频带上传输。作为替代或补 充，可能使用的至少一个变压器还可以用于多路分离操作中，使得在 次级侧两个或多个电路部分相连，这两个或多个电路部分各自选择性 地例如时移地顺序接收和/或在不同频带上接收通过这一个变压器传输 的信号。另外，还可以在双工操作或半双工操作中双向使用同一变压 器。同样，还可以在多路复用和/或多路分离操作中单向或双向地安装 可能使用的光耦。
权利要求
1. 由外部电源(70)供电的用于现场设备的现场设备电子装置(20)，其中该外部电源(70)提供特别是单极性的供电电压(Uv)并传递由该供电电压驱动的特别是单极性和/或二进制的可变供电电流(I)，该现场设备电子装置(20)包括-由供电电流(I)流经的电流调节器(IS1)，用于调节和/或调制供电电流(I)，特别是为其提供时钟；-用于控制现场设备的内部操作及分析电路(50)；以及-内部供电电路(40)，该供电电路处于从供电电压(Uv)得到的现场设备电子装置(20)内部输入电压(Ue)并且向内部操作及分析电路(50)供电，该内部供电电路包括--第一有效电压控制器(UR1)，其至少间歇地由供电电流(I)的特别是可变的第一电流分量(I1)流过，且在现场设备电子装置(20)中提供第一内部有效电压(UN1)，该第一内部有效电压被基本恒定地控制到可预定的第一电压电平(UN1+soll)；--第二有效电压控制器(UR2)，其至少间歇地由供电电流(I)的特别是可变的第二电流分量(12)流过，且在现场设备电子装置(20)中提供在可预定的电压范围上可变的第二内部有效电压(UN2)；和--电压调节器(30)，其至少间歇地由供电电流(I)的特别是可变的第三电流分量(13)流过，用于将现场设备电子装置(20)的内部输入电压(Ue)调节并保持在可预定的特别是在操作期间变化的电压电平上；-其中两个有效电压控制器(UR1，UR2)彼此流电隔离。
2. 根据权利要求l所述的现场设备电子装置，其中两个有效电压 控制器(URP UR2)利用至少一个变压器(91)彼此耦合。
3. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中第一有 效电压控制器(UR。和内部操作及分析电路(50)彼此流电隔离。
4. 根据权利要求3所述的现场设备电子装置，其中第一有效电压 控制器(UR。和内部操作及分析电路(50)利用至少一个变压器(91) 彼此耦合。
5. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中电流调 节器(IS》和第二有效电压控制器(UR2)彼此流电隔离。
6. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中电流调 节器(IS。和内部操作及分析电路(50)彼此流电隔离。
7. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中电压调 节器(30)和第二有效电压控制器(UR2)彼此流电隔离。
8. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中电压调 节器(30)和内部操作及分析电路(50)彼此流电隔离。
9. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中操作及 分析电路(50)至少间歇地由第一有效电压(UN1)驱动的特别是可变 的第一有效电流(IN1)以及由第二有效电压(UN2)驱动的特别是可变 的第二有效电流(IN2)流过。
10. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中第二 有效电压控制器(UR2)由从第一有效电压控制器(UR》发送的有效 电压(UN1)和/或至少由从第一有效电压(UN1)得到的次级电压(UN1') 供电。
11. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中现场 设备电子装置的内部输入电压(Ue)被依赖于端电压(Uk)的瞬时电 压电平而得到控制，该端电压由供电电压(Uk)得到并且在现场设备电子装置的输入端下降。
12. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中第二 有效电压(UN2)被依赖于端电压(Uk)的瞬时电压电平而得到控制，该端电压由供电电压(uk)得到并且在现场设备电子装置的输入端下降。
13. 根据权利要求12所述的现场设备电子装置，其中现场设备电 子装置的内部输入电压(Ue)被依赖于端电压(Uk)的瞬时电压电平 而得到控制。
14. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中现场 设备电子装置(20)的内部输入电压(Ue)被利用电压调节器(30) 而保持在可预定的特别是在工作中可变的电压电平，其低于端电压(Uk)。
15. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中内部 输入电压(Ue)被利用电压调节器(30)而保持的电压电平在操作期 间可变，特别是步进式或基本持续变化。
16. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中依赖 于现场设备电子装置的内部输入电压(Ue)的瞬时电压电平，控制第 二有效电压(UN2)。
17. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中依赖 于三个电流分量(h， I2， I3)的至少一个的瞬时电流强度，控制第二 有效电压(UN2)。
18. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中依赖 于第三电流分量(I3)的瞬时电流强度，控制第二有效电压(UN2)。
19. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中依赖 于第二电流分量(12)的瞬时电流强度和现场设备电子装置的内部输入 电压(Ue)的瞬时电压电平，控制第二有效电压(UN2)。
20. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中供电 的外部电源(70)提供具有可变的特别是波动的电压电平的供电电压(Uv)。
21. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中由外 部电源(70)提供的供电电压(Uv)驱动具有可变电流强度的供电电 流(I)，该电流强度特别是以基本不可预先确定的方式波动。
22. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中在操 作及分析电路(50)中提供用于暂时存储电能的存储电路(C)。
23. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中电压 调节器(30)包含一个元件(IS2)，特别是具有冷却体等的半导体元 件，其用于消耗电能并除去由这种方式产生的热能。
24. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中在操 作及分析电路(50)中提供至少一个微处理器(UC),其中第一有效 电压(UN1)或由此得到的次级电压至少部分用作操作电压。
25. 根据权利要求24所述的现场设备电子装置，其中第一有效电 压控制器(UR》和微处理器(UC)彼此流电隔离。
26. 根据权利要求24或25所述的现场设备电子装置，其中电流 调节器(ISO和微处理器(UC)彼此流电隔离。
27. 根据权利要求24 26之一所述的现场设备电子装置，其中电 压调节器(30)和微处理器(nC)彼此流电隔离。
28. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中在操 作及分析电路(50)中提供至少一个数字信号处理器，其中第一有效 电压(UN1)或由此得到的次级电压至少部分用作操作电压。
29. 根据权利要求28所述的现场设备电子装置，其中第一有效电 压控制器(UR。和信号处理器(uC)彼此流电隔离。
30. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中在操 作及分析电路(50)中提供至少一个放大器，其中两个有效电压(UN1， UN2)中的至少一个或由此得到的次级电压至少部分用作操作电压。
31. 根据权利要求30所述的现场设备电子装置，其中第一有效电 压控制器(U&)和至少一个放大器彼此流电隔离。
32. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中在操 作及分析电路中提供至少一个A/D转换器，其中第一有效电压(UN1) 或由此得到的次级电压至少部分用作操作电压。
33. 根据权利要求32所述的现场设备电子装置，其中第一有效电 压控制器(UR》和至少一个A/D转换器彼此流电隔离。
34. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，其中在操 作及分析电路中提供至少一个D/A转换器，其中两个有效电压(UN1， UN2)中的至少一个或由此得到的次级电压至少部分用作操作电压。
35. 根据权利要求34所述的现场设备电子装置，其中第一有效电 压控制器(URi)和至少一个D/A转换器彼此流电隔离。
36. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，还包括用 于比较在现场设备电子装置(20)中下降的电压和/或在现场设备电子 装置(20)中流动的电流的装置。
37. 根据权利要求36所述的现场设备电子装置，其中至少在操作 及分析电路检测到第二有效电压低于对于第二有效电压预定的最小有 效电压极限值和/或第三电流分量低于对于第三电流分量预定的最小电 流分量极限值时，现场设备电子装置产生通知现场设备电子装置供电 不足的报警信号(xpwr_fail)。
38. 根据权利要求36或37所述的现场设备电子装置，还包括至 少一个比较器，其将由供电电流的第三电流分量得到的感测电压与相 关的参考电压比较。
39. 根据权利要求38所述的现场设备电子装置，其中所述至少一 个用于第三电流分量(13)的比较器与第二有效电压控制器(UR2)彼 此流电隔离。
40. 根据权利要求38或39所述的现场设备电子装置，其中所述 至少一个用于第三电流分量(13)的比较器与内部操作及分析电路(50) 彼此流电隔离。
41. 根据权利要求36~38之一所述的现场设备电子装置，还包括 至少一个比较器，其将由第二有效电压与至少一个相关的参考电压比 较。
42. 根据权利要求41所述的现场设备电子装置，其中所述至少一 个用于第二有效电压(UN2)的比较器与第二有效电压控制器(UR2) 彼此流电隔离。
43. 根据权利要求41或42所述的现场设备电子装置，其中所述 至少一个用于第二有效电压(UN2)的比较器与内部操作及分析电路(50)彼此流电隔离。
44. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，还包括测 量及调节单元(60)，用于检测并调节在现场设备电子装置中下降的 电压，特别是第二有效电压，和/或在现场设备电子装置中流动的电流， 特别是第二和/或第三电流分量。
45. 根据权利要求44以及权利要求41~43之一所述的现场设备电 子装置，其中测量及调节单元(60)控制电压调节器，使得当将第二 有效电压与至少一个相关参考电压信号进行比较的比较器用信号通知 第二有效电压超过对于第二有效电压预定的最大有效电压极限值时， 第三电流分量流过。
46. 根据权利要求44或45所述的现场设备电子装置，其中测量 及调节单元(60)基于输入电压(Ue)和/或端电压(Uk)而将输入电 压(Ue)和端电压(Uk)之间存在的电压差(Uk-Ue)调节在预定的电 压电平，特别是等于或大于1 V。
47. 根据权利要求44~46之一所述的现场设备电子装置，其中第 二有效电压控制器(UR2)由测量及调节单元(60)控制。
48. 根据权利要求47所述的现场设备电子装置，其中测量及调节 单元(60)至少间歇地发送控制第二有效电压控制器(UR2)的电压控 制信号(Un2_s。 )，该电压控制信号代表瞬时要为第二有效电压(Un2) 设置的电压电平。
49. 根据权利要求44~48之一所述的现场设备电子装置，其中测量及调节单元(60)和第二有效电压控制器(UR2)彼此流电隔离。
50. 根据权利要求49所述的现场设备电子装置，其中测量及调节单元(60)和第二有效电压控制器(UR2)利用至少一个变压器(92) 和/或至少一个光耦而彼此耦合。
51. 根据权利要求44~50之一所述的现场设备电子装置，其中测 量及调节单元(60)和内部操作及分析电路(50)彼此流电隔离。
52. 根据权利要求51所述的现场设备电子装置，其中测量及调节 单元(60)和内部操作及分析电路(50)利用至少一个变压器(93) 和/或至少一个光耦而耦合在一起。
53. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，还包括感 测电阻(R,， R2, R3)，用于产生基本与电流成比例的感测电压。
54. 根据前述任一权利要求所述的现场设备电子装置，该现场设 备电子装置仅仅通过一对电线(2L)与外部电源电连接。
55. 现场设备，用于测量和/或监控特别是在管道和/或容器中引导 的介质的至少一个预定的物理和/或化学参数，特别是质量流量、密度、 粘度、料位、压力、温度、pH值等，该现场设备包括按照权利要求1~54 之一所述的现场设备电子装置以及与现场设备电子装置电耦合的物理-电子测量变换器(10)，该测量变换器对至少一个参数的变化作出反 应并且至少间歇地发出至少一个对应于参数的测量信号(Sl， s2)，特 别是可变的信号电压和/或可变的信号电流。
56. 根据权利要求55所述的现场设备，现场设备电子装置的操作 及分析电路至少间歇地利用至少一个测量信号产生测量值(Xm)，该 测量值瞬时地特别是数字地代表至少一个待测量和/或待监控的参数。
57. 根据权利要求55或56所述的现场设备，其中测量及调节单 元(60)与电流调节器共同形成特别是线性的电流控制器，并且其中 电流控制器考虑到至少一个瞬时代表待测量和/或监控的参数的测量值 而调节供电电流。
58. 根据权利要求57所述的现场设备，其中供电电流是可变的直 流电流，并且其中电流控制器至少间歇地将测量值调制到供电电流的 幅度。
59. 根据权利要求57所述的现场设备，其中供电电流至少间歇地 是钟控电流，并且其中电流控制器为供电电流提供时钟。
60. 根据权利要求55~59之一所述的现场设备，其中操作及分析 电路包括至少一个用于测量变换器(10)的驱动电路(50B)，第二有 效电压或由其得到的次级电压至少部分用作操作电压。
61. 根据权利要求60所述的现场设备，其中驱动电路包含至少一 个运算放大器。
62. 根据权利要求60或61所述的现场设备，其中驱动电路具有 至少一个D/A转换器。
63. 根据权利要求60~62之一所述的现场设备，其中驱动电路具 有至少一个特别是数字的信号发生器，用于产生驱动信号。
64. 根据权利要求60~63之一所述的现场设备，其中测量变换器 具有特别是可变的电阻抗，特别是具有可变电感的励磁线圈和/或具有 可变电容的测量电容。
65. 根据权利要求64所述的现场设备，其中电阻抗由驱动电路供电。
66. 根据权利要求64或65所述的现场设备，其中测量变换器的 电阻抗依赖于至少一个待测量和/或待监控的参数而改变。
67. 根据权利要求66所述的现场设备，其中在改变的电阻抗上下 降的信号电压和/或流经改变的电阻抗的信号电流用作测量信号。
68. 根据权利要求55~67之一所述的现场设备，其中操作及分析 电路具有用于至少一个传感器信号的至少一个A/D转换器，其中第一 有效电压或由其得到的次级电压至少部分用作操作电压。
69. 根据权利要求68所述的现场设备，其中操作及分析电路具有 至少一个与A/D转换器相连的微计算机，特别是利用微处理器和/或信 号处理器形成的微计算机，用于生成测量值，并且其中第一有效电压 至少部分用作微计算机的操作电压。
70. 根据权利要求55~69之一所述的现场设备，其中测量变换器 包括至少一个用于引导介质的测量管(13)，其插入管道中，特别是 在操作期间至少间歇地振动。
71. 根据权利要求70所述的现场设备，其中至少一个励磁线圈 (26， 36)设置在测量变换器上，用于产生特别是可变的磁场。
72. 根据权利要求71所述的现场设备，其中所述至少一个励磁线 圈(26， 36)在测量变换器(10)操作期间至少间歇地由产生磁场的 激流电流(iexe)流过，该激励电流特别是双极性的和/或电流强度可变 的，该激励电流由第二有效电压或由其得到的次级电压驱动。
73. 根据权利要求72所述的现场设备，其中励磁线圈(26， 36) 通过磁场与插棒式铁心(27， 37)相互作用，并且其中磁场线圈和插 棒式铁心相对彼此可运动。
74. 根据权利要求73所述的现场设备，其中测量变换器的至少一 个测量管(13)由利用磁场线圈和插棒式铁心形成的电动机械的特别 是电动力学的激励机构驱动，在测量变换器操作期间至少间歇地振动。
75. 根据权利要求74所述的现场设备，其中测量变换器包括两个 用于引导介质的测量管，其插入管道中并在操作期间至少间歇振荡。
76. 根据权利要求55~69之一所述的现场设备，其中测量变换器 用于检测包含介质的容器的至少一个参数，特别是料位，并且其中测 量变换器为此包括至少一个测量探头，特别是微波天线、Goubau线缆、 振动的浸入体等，其突入容器内腔中或至少与内腔相通。
77. 根据权利要求55~76之一所述的现场设备，其通过数据传输 系统至少间歇地与远离现场设备设置的外部控制及监控单元通信，其 中在现场设备电子装置中为此还提供了通过数据通信系统控制通信的 通信电路(COM)。
78. 根据权利要求77所述的现场设备，其中第一有效电压(UN1) 或由其得到的次级电压至少部分用作用于通信电路(COM)的操作电 压。
79. 根据权利要求77或78所述的现场设备，其中电流调节器(IS。 和通信电路(COM)彼此流电隔离。
80. 根据权利要求55~79之一所述的现场设备，其中现场设备电 子装置仅仅通过一对电线(2L)与外部电源(70)电连接，并且其中现场设备电子装置(20)通过这一对电线(2L)将至少间歇地产生的 测量值(XM)传递至在外部电源(70)中提供的和/或与外部电源电耦 合的分析电路(80)，其中该测量值瞬时地特别是数字地代表至少一 个待测量和/或待监控的参数。
81. 根据权利要求80所述的现场设备，其中供电电流的特别是被 调节至4~20 mA之间的值的瞬时电流强度代表瞬时产生的测量值(XM)。
82. 现场设备，用于调节特别是在管道和/或容器中引导的介质的 至少一个预定的物理和/或化学参数，特别是质量流量、密度、粘度、 料位、压力、温度、pH值等，该现场设备包括按照权利要求1~54之 一所述的现场设备电子装置以及与现场设备电子装置电耦合的电子-物 理执行机构，该执行机构以影响要调节的参数的执行机构调节运动对 至少一个施加的控制信号的变化作出反应，该控制信号特别是可变的 信号电压和/或可变的信号电流。
全文摘要
现场设备电子装置包括由供电电流流经的电流调节器，用于调节和/或调制供电电流，其中供电电流由外部电源提供的供电电压驱动。另外，现场设备电子装置具有用于控制现场设备的内部操作及分析电路，以及内部供电电路，该供电电路处于由供电电压得到的现场设备电子装置内部输入电压并且向内部操作及分析电路供电。在供电电路中提供有效电压控制器，其至少间歇地由供电电流第一分量流过且在现场设备电子装置中提供第一内部有效电压，该电压被基本恒定地控制为可预定的第一电压电平。另外，供电电路具有第二有效电压控制器，其至少间歇地由供电电流第二分量流过且在现场设备电子装置中提供第二内部有效电压，该电压在可预定的电压范围上变化。供电电路中还包含电压调节器，其至少间歇地由供电电流第三电流分量流过，用于将现场设备电子装置的内部输入电压设置并保持在可预定的电压电平。根据本发明，操作及分析电路至少间歇地既由第一有效电压驱动的第一有效电流流过，又由第二有效电压驱动的第二有效电流流过。
文档编号G05F1/00GK101484862SQ200780025245
公开日2009年7月15日 申请日期2007年6月27日 优先权日2006年7月3日
发明者罗伯特·拉拉 申请人:恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司