专利名称：用于过程技术且具有中央电源的测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于过程技术的测量设备，其具有连接多个测量模块的中央单元，其中中央单元包含中央电源，测量模块可以连接至该中央电源。
本发明还涉及一种用于过程技术中的测量设备的操作方法，该测量设备具有用于连接不同测量模块的中央单元。
背景技术：
已知的测量设备经常装备有技术上非常复杂的电源，该电源必须提供许多不同的电源电压。
除了中央单元本身，也必须向可以与中央单元相连的测量模块提供这种电源。依赖于应用的目的，这些测量模块具有很多种传感器类型，它们往往需要特殊的电源电压。
进一步，测量模块的电耗非常不同，这是现有技术不能为在所有操作点都具有高效率的中央单元提供电源的原因。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的用于过程技术且具有中央电源的测量单元，并且提供一种用于该测量单元的操作方法，其中可以使用很多种测量模块而防止了现有技术的所述缺点，并且其中降低了中央电源中电路的技术复杂度并且增加了测量单元的灵活性。
通过本发明实现这个目的，在上述类型的测量设备中，在测量模块中提供模块电源，该模块电源从中央电源生成一个或多个所需电源电压。
模块电源的一个很大的优点在于，可以相对简单地设计中央电源，并且特别地，不必为可能连接至测量设备并由其供电的每一测量模块提供合适的电源电压。由于显著减小了中央电源的复杂结构，这种测量设备的成本大大减小，并且其对于故障的敏感度降低。
另外，有可能为测量模块供电而无需在设计中央电源时考虑它们的电源电压需求。
本发明的测量设备特别用于测量和/或清洁和/或标定安装中的应用，以及在过程自动化领域中用于测量pH值和/或氧化还原电位和/或其它过程参数。
在本发明的一个特别的具有优点的实施例中，中央电源可以提供交流电压，连接的测量模块借助于它们各自的模块电源，从该交流电压生成所需电源电压。
模块电源的一个非常简单的变型在模块电源中提供了变压器和(如果可能的话)整流电路，使得可以在测量模块中生成直流和交流电压。
整流电路可以包括例如现有的整流桥和滤波网络，以及如果可能的话还包括电压转换器。作为实际的特征，模块电源拥有独立的熔丝，使得测量模块中的错误状态不会干扰测量单元的整个中央电源。
通过选择变压器的变压系数或匝数比可以设置测量模块中的所需电压，从而在原理上，可能生成与中央电源的电压相比较小的辅助电压，以及较大的辅助电压。
具有值“1”的变压比也是可能的，这简单地意味着中央电源和测量模块或者其模块电源之间的电流分离。
还有可能在模块电源中仅提供整流电路而没有变压器，在这种情况中，没有测量模块与中央电源的电流分离。
由中央电源提供的电源电压的频率可以例如为50Hz，电源电压可能之间由公共电网直接得到。
非常具有优点地，也可以使用更高频的电源电压，以对于相同的电源功率允许可能存在的变压器的更小的尺寸。
本发明的测量设备的另一具有优点的实施例形式提供了可以供应直流电压的中央电源。这在测量模块包括微处理器或需要例如5伏特的公共电源电压的其它集成电子元件时，特别实用。
根据本发明的另一实施例形式，模块电源具有开关式电源。由于它们的通常很高的效率，实际上，开关式电源特别适合于向具有高能耗的应用供电。
另外，开关式电源具有非常宽的输入电压范围，使得在中央电源中不需要电路的很高的技术复杂性来生成电源电压，以保证模块电源中具有开关式电源的测量模块的操作。
为了在具有高敏感度的传感器的测量模块中使用，提供对于开关式电源的屏蔽，以减少干扰辐射。如果需要，开关式电源的工作频率可以被设置为明确地高于测量信号的极限频率，或者可以提供用于测量信号的滤波器网络。
为了在防爆中使用，提供本发明的另一实施例形式，其中中央电源具有第一感应装置，并且模块电源具有第二感应装置。由于在本发明的这个变型中传递的电能是根据感应原理得到的，所以不必有电接触以将测量模块连接至中央电源。从而消除了当接触被中断时形成火花的危险。
在这个实施例形式中，优选地在第一和第二感应装置之间具有小的间隔，这是例如通过中央单元或测量模块的相应的啮合的外壳部分而得到的。
本发明的一个变型也是非常具有优点的，其中中央电源提供的电压可以被信息信号调制，从而能够实现中央单元和测量模块之间的数据通信，而无需为此提供独立的传输线。当设计这种系统时，必须考虑变压器的传递函数而选择信息信号的带宽。
本发明的另一个非常具有优点的变型的特征在于，在测量模块中提供反馈单元，其从施加到测量模块的电源电压产生反馈信号，该信号可以被送入中央电源的调节器，用于影响电源电压。
在非常简单的变型中，反馈单元包括例如分压器或用于产生反馈信号的其它电路，其被构造为使得当中央单元产生的电源电压匹配测量模块所需电压时，反馈信号匹配调节器的参考电压。
在这个变型中，具有不同电源电压需求的不同测量模块可以装备有不同特性的分压器，以将各个电源电压转换为调节器的参考电压。
当反馈信号与参考电压的偏差产生控制差时，可以使用该控制差重新调节电源电压。
本发明的目的进一步通过提供用于过程技术中的测量设备的操作方法而实现，其中该测量设备具有用于连接不同测量模块的中央单元，在该设备中，中央单元包括测量模块可以连接至的中央电源，并且其中在测量模块中提供模块电源，模块电源从中央电源生成测量模块所需的一个或多个电源电压。
在这一点，当以信息信号调制中央电源提供的电压时特别具有优点。
本发明的操作方法的一个具有优点的变型的特征在于，在操作期间电源电压被改变。这可以这样实现，例如，测量模块将其模块电源中提供的第二变压器与中央电源相连，或者也可以这样实现，即改变开关式电源的控制因数。
第二变压器可以是例如具有仅是偶尔使用的较大功率输出的变压器。第二变压器在操作期间的关断有助于保持中央电源上的负担尽可能小。
通常，测量模块的功能不限于记录测量值。测量模块还可以包括计算单元、输出单元或其它数据处理设备、或者能够增强测量设备的设备。
从下面根据附图中所描述的本发明的实施例的实例的说明，可以得到本发明的其它特征、可能的应用和优点。在这一点，所有描述的或说明的特征，无论单独还是组合，与所附权利要求中对它们的概括或者所表示的实例以及它们的在说明书和附图中的形式相独立地，形成本发明的主题。
图1显示了本发明的测量设备的实施例的第一形式；图2显示了本发明的测量设备的实施例的第二形式；以及图3显示了本发明的测量设备的实施例的第三形式。
具体实施例方式
在图1所示的本发明的测量设备的实施例的形式中，显示了中央单元1以及两个测量模块2、3。
中央单元1具有中央电源4，其用于向测量模块2、3供电。
中央电源4由例如变压器构成，如果需要，该变压器由自愈过载保护器或熔化型熔丝保护，并且提供频率为50Hz的交流电。
测量模块2具有模块电源2’，并且测量模块3具有模块电源3’。模块电源2’、3’与中央电源4相连，并且将由中央电源4提供的交流电压转换为测量模块2、3所需的电源电压V_2、V_3。
为此，模块电源2’包括直接与中央电源4相连的变压器。变压器具有1～2的变压系数，即，变压器次级侧的电源电压V_2为中央电源4提供给变压器初级侧的交流电压的二倍高。
可以通过选择对于变压器的不同变压系数而调节电源电压V_2的电平。在仅期望测量模块2或模块电压2’和中央电源4的电流分离的情况中，可以使用变压系数为1的变压器。
由于原理上，测量设备不仅适于测量而且适于控制和/或调节过程，所以测量模块还可以具有致动器或执行机构。
图1所示的测量模块2于是具有加热元件(未显示)，作为制动器的一个例子。加热元件由模块电源2’的电源电压V_2直接供电。
也设置在测量模块2中的微处理器需要稳定的5伏特直流电压作为供电电压，该电压是借助于整流电路和附加部件而从电源电压V_2获得的。特别优选地使用电压转换器或电压调节器，用于产生/稳定直流电压。或者，中央电源4也可以提供集成电路频繁需要的稳定直流电压。
测量模块3需要与测量模块2的电源电压V_2不同的电源电压V_3。因此，模块电源3’的变压器具有不同的变压系数。然而，在初级侧这个变压器与模块电源2’的变压器并联连接，使得相同的交流电压在初级侧施加于两个变压器。
进一步，模块电源3’还具有辅助变压器(未显示)，其在特殊的处理步骤中由测量模块3控制并且与中央电源4相连。于是，辅助变压器仅当需要时才起作用，从而防止了测量模块3中不必要的能量损失。
还可以在模块电源2’、3’中安装开关式电源替换变压器，由于较宽的输入电压范围，该开关式电源对于中央电源4提供的电压的限制最小。在测量模块2、3中使用开关式电源的另外的优点是高效率和小尺寸。为了防止过多的干扰辐射，模块电源2’、3’可以被适当地屏蔽。
根据测量设备的模块化结构，可以除了测量模块2、3之外连接更多的测量模块到中央单元1。由于根据本发明，测量模块所需的电源电压是由模块电源提供的，所以在测量设备的制造、安装期间不必考虑附加测量模块的电源电压需求。
在测量设备的设计期间，关于中央电源4，仅需要考虑必须由中央电源4提供的最大电功率。
图2所示的本发明的实施例形式具有中央单元1和测量模块2。中央单元1的中央电源4具有第一感应装置5，其可以与第二感应装置6相互作用。第二感应装置6是测量模块2的模块电源2’的一部分。
通过感应装置5、6之间的充分小的间隔，有可能在中央电源4和模块电源2’或测量模块2之间传递可用的电功率。
本发明的这个能量传递也允许在有爆炸危险的环境中操作测量设备，因为在原理上，这里不可能像例如在分离电接触的情况中可能出现的那样形成火花。
根据法律所需的保护分级的类型，中央单元1或测量模块2的外壳被气密地封闭，并且优选地具有在感应装置5、6的区域中啮合的外壳部分，以允许感应装置5、6相对彼此非常紧密地设置。
在实施例的进一步的非常具有优点的形式中，中央单元1和/或测量模块2的电路被构造为本质上安全的，作为所谓的“Ex-i”电路，该形式也适用于存在爆炸危险的环境。在这个情况中，不需要气密的外壳。
以信息信号调制中央电源4提供的电压也是非常具有优点的。中央单元1和测量模块2、3之间的数据通信因而可以实现，而无需提供用于传递信息信号的附加线路。依赖于用于数据通信的协议，甚至可以在中央单元1和测量模块2、3之间建立双向通信，而无需附加的物理手段。
图3所示的本发明的实施例形式的特征在于，在测量模块2中提供反馈单元7，其从施加于测量模块2的电源电压V_4中生成反馈信号7a，该反馈信号7a可以送入中央电源4的调节器(未显示)并且影响电源电压V_4或者影响在中央电源4的调节器中电源电压V_4的生成。
为此，反馈单元7包括分压器(未显示)，其生成反馈信号7a。中央电源4的调节器具有参考电压源(未显示)，其参考信号与反馈信号7a相比较。为此，这样构造分压器，使得当中央电源4生成的电源电压V_4匹配测量模块2所需的电压时，反馈信号7a匹配调节器的参考信号。
如果中央电源4的调节器生成的电源电压V_4偏离测量模块2所需的电源电压，则从参考电压和反馈信号7a的非消失的差中得到控制差，其用于调节生成的电源电压V_4。
依赖于电源电压需求，对于不同的测量模块2设计不同的分压器，例如依赖于电源电压需求，在每一情况中对于测量模块2的分压器仅有一个元件不同。
作为从电源电压V_4生成反馈信号7a的另一选择，可以考虑生成反馈信号7a的另一类型的装置，例如作为流入测量模块2的电流的函数。
权利要求
1.一种过程技术中使用的测量设备，其具有用于连接不同测量模块(2，3)的中央单元(1)，其中中央单元(1)包含中央电源(4)，测量模块(2，3)可以连接至该中央电源(4)，其特征在于，在测量模块(2，3)中提供模块电源(2’，3’)，其从中央电源(4)生成测量模块所需的一个或多个电源电压(V_2、V_3)。
2.如权利要求1所述的测量设备，其中中央电源(4)可以提供交流电压。
3.如权利要求1或2所述的测量设备，其中中央电源(4)可以提供直流电压。
4.如前述任一权利要求所述的测量设备，其中模块电源(2’，3’)包括变压器。
5.如前述任一权利要求所述的测量设备，其中模块电源(2’，3’)包括开关式电源。
6.如前述任一权利要求所述的测量设备，其中中央电源(4)包括第一感应装置(5)，并且模块电源(2’)包括第二感应装置(6)。
7.如前述任一权利要求所述的测量设备，其中中央电源(4)提供的电压可以被信息信号调制。
8.如前述任一权利要求所述的测量设备，其中测量设备用于测量和/或清洁和/或标定安装中，特别地还在过程自动化领域中用于测量pH值和/或氧化还原电位和/或其它过程参数。
9.如前述任一权利要求所述的测量设备，其中在测量模块(2)中提供反馈单元(7)，其从施加到测量模块(2)的电源电压(V_4)产生反馈信号(7a)，该信号可以被送入中央电源(4)的调节器，并影响电源电压(V_4)。
10.用于过程技术中的测量设备的操作方法，其中该测量设备具有用于连接不同测量模块(2，3)的中央单元(1)，其中该中央单元(1)包括测量模块(2，3)可以连接至的中央电源(4)，并且其中测量模块(2，3)中具有模块电源(2’，3’)，其中模块电源(2’，3’)从中央电源(4)生成测量模块所需的一个或多个电源电压(V_2，V_3)。
11.如权利要求10所述的操作方法，其中以信息信号调制中央电源(4)提供的电压。
12.如权利要求10或11所述的操作方法，其中在操作期间改变电源电压(V_2，V_3)。
全文摘要
本发明涉及一种过程技术中使用的测量设备，其包括连接至不同测量模块(2，3)的中央单元(1)。所述中央单元(1)具有中央电源(4)，测量模块(2，3)可以与其相连。测量模块(2，3)具有模块电源(2’，3’)，其从中央电源(4)生成测量模块所需的一个或多个电源电压(V_2、V_3)，因此模块电源包括变压器、整流电路或开关式电源。
文档编号H02J4/00GK1659487SQ03813765
公开日2005年8月24日 申请日期2003年4月11日 优先权日2002年4月13日
发明者马丁·格尔克, 斯特凡·博伊尔 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司