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
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种尤其是适用于使用在具有模拟输出信号的数字测量变送器中的 变送器电路，其用于将代表随时间改变的物理和/或化学被测变量的时间变化曲线的数字 测量信号转换为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 的电流强度代表被测变量的测量值。此外，本发明还涉及一种借助这种变送器电路形成的 测量设备。
【背景技术】
[0002] 在工业的测量和自动化技术中，尤其是也结合化学过程或方法技术过程的自动 化和/或自动化的控制工业机组，使用直接安装在相应的机组上的、有时也被称为现场设 备或现场测量设备的测量设备，例如科里奥利质量流量测量设备、密度测量设备、磁感应 流量测量设备、涡旋流量测量设备、超声波流量测量设备、热质量流量测量设备、压力测 量设备、填充高度测量设备、温度测量设备、pH值测量设备等，它们分别用于获知代表分 别在预定的测量范围内随时间改变的物理和/或化学被测变量的测量值以及分别用于 产生至少一个在相应的测量设备之外传递上述测量值的数字或模拟测量值信号。要分 别借助相应的测量设备检测的被测变量根据应用情况例如是流体的粉末状的、蒸汽状的 或气态的介质的质量流量、密度、粘度、填充高度或边界状态、压力、pH值、电导率或温度 或类似变量，该介质在相应的容器，例如管状线路或箱中进行引导或存储。对于本领域 技术人员来说本身就公知的测量设备此外还在EP-A1 591 977、GB-A22 29 897、US-A 2001/0016802、US-A2010/0026322、US-A56 72 975、US-A60 14 100、US-A61 40 940、 US-B64 52 493、US-B64 72 884、US-B66 84 340、US-B71 62 651、US-B72 96 482、 US-B76 30 844、US-B77 78 784、US-B77 92 646、W0-A00/26739、W0-A00/48157、W0-A 01/71291、WO-A03/106931、WO-A2008/091548、WO-A2009/002341、WO-A2011/005938、 WO-A2012/009003、WO-A2012/159683、WO-A88/02476、WO-A88/02853、WO-A94/20940、 TO-A95/08123、W0-A95/08758或者也在申请人自己的没有提前公开的国际申请PCT/ EP2012/057791中示出，或者由申请人自己例如以名称t-trendATT12、Promag53H、 Prowirl73F、PromassE200、PromassF200、Promass83X或Promass84F提供在商业上 使用。
[0003] 为了检测相应的过程变量，之前提到类型的测量设备分别具有相应的物理电或化 学电测量传感器。该测量传感器大多安装到相应引导介质的容器的壁中，或者安装到相应 引导介质的线路的路线，例如管状线路中，并且用于生成至少一个与要检测的被测变量相 对应的，即代表其时间变化曲线的首先是模拟的电测量信号，其又借助与测量转换器电联 接的测量设备电子器件进一步进行处理，使获知被测变量的相应的测量值。相应的测量设 备的测量设备电子器件大多安置在比较坚固的，例如耐冲击、耐压力、耐爆炸和/或耐恶劣 气候的电子器件壳体中。该电子器件壳体例如可以远离测量传感器地布置，并且与测量传 感器仅通过柔性的线路连接；但电子器件壳体也可以直接布置在测量传感器上，或者布置 在单独封装测量传感器的测量传感器壳体上。所提到的测量设备的测量设备电子器件在运 行中此外通过相应的联接端子和与之连接的电联接线路与大多在空间上远离相应的测量 设备布置的、大多也在空间上分布的、上级的电子数据处理系统电联接，由相应的测量设备 产生的测量值借助测量值信号以经数据处理系统处理过的格式转送至该电子数据处理系 统。在测量技术中，尤其是也对于在更大的例如在10米至数百米数量级中的距离上传递测 量值信号的情况，非常普遍的是使用模拟电流信号，即模拟测量值信号，其中，被输入的但 仍然在预定的测量区间内变化的，即在用于传递测量值而保留的电流范围内变化的信号电 流的瞬时的电流强度分别精确地代表对被测变量的测量值。在工业的测量技术中，为了传 递测量值经常使用所谓的4-20mA的电流环路，进而这种信号电流被用作为测量值信号，其 可在设定在例如3. 8mA的有时也被称为导电零点或带电零值（Life-Zero-Wert)的下边界 电流强度与设定在例如20. 5mA的上边界电流强度之间的测量区间内变化。在4-20mA的电 流环路中，位于上述尤其也在标准DINIEC60381-1中限定的测量区间之下或之上的电流 强度范围大多针对信号化之前限定的、与相应于相应的测量设备的正常的测量运行的正常 运行模式不同的特殊运行状态（例如警告状态），由于位于因测量设备而异的测量范围之 外的被测变量或者由于测量传感器故障而保留测量设备的相应的特殊运行模式，例如也以 便满足在NAMUR推荐标准NE43:1994年1月18日中规定的对统一的针对具有模拟输出信 号的数字测量变送器的故障信息的信号水平的要求。
[0004] 为了产生测量值信号，在所提到类型的现代测量设备中，借助例如直接布置在测 量传感器和/或提及的电子器件壳体内的模拟数字转换器，首先从测量转换器的模拟电测 量信号中得到代表该模拟电测量信号的数字测量信号。为了进一步处理数字测量信号，BP 为了产生代表相应的被测变量的数字测量值，以及为了将上述测量值转换为至少一个之 前描述类型的可在测量设备电子器件之外传递和评估的测量值信号，测量设备电子器件 此外具有接收数字测量信号的变送器电路。像也在开头提及的US-A2001/0016802、US-A 2010/0026322、US-A2011/0062942、US-B76 30 844、US-B77 92 646、US-B77 78 784、 US-B64 52 493、US-A60 14 100、W0-A95/08123 或W0-A2012/009003 中分别示出的那 样，上述变送器电路在所提及类型的现代测量设备中大多借助有时也具有多于一个的处理 器和/或数字信号处理器0SP)的数字微处理器形成，其通过测量信号输入端输送给该数 字微处理器。上述微处理器由此也被设置成用于基于测量信号输入端上的数字测量信号生 成测量值序列，即在不同的时间点上获得的、分别瞬时代表被测变量的数字测量值的代表 被测变量的时间变化曲线的序列。
[0005] 针对提到的情况，即，模拟电流信号作为测量值信号输出，上述变送器电路此外具 有由微处理器控制的电流接口，其具有至少一个电流输出端和控制输入端，电流接口被设 置成用于可以使信号电流流过电流输出端，并且在此期间，将其电流强度调节到与由微处 理器在相应的控制输出端上预定的、瞬时施加在上述控制输入端上的控制值相当的静态电 流强度水平，使得其中每个静态电流强度水平根据电流接口固有的，即通过形成电流接口 的电子部件的运行参数确定的特性曲线函数分别依赖于附属的控制值。电流接口在此可以 构造为无源的，即在负载调制的意义中调节由布置在测量设备之外的供应电路驱动的电流 的接口，或者可以构造为有源的，即改变由测量设备的内部供应电路驱动的电流的接口。此 外，在微处理器中存储有相应的、由至少两个预定的系数确定的计算规则，其确定如何依赖 于测量值序列的数字测量值获知控制值序列的其中每个控制值。上述计算规则大多是由正 好两个系数确定的线性函数或多项式次数为1的多项式函数。因此，所提到类型的变送器 电路整体上具有通过上述计算规则和电流接口固有的特性曲线函数确定的变送器特性曲 线，根据该变送器特性曲线，相应的变送器电路将其中每个测量值转换为相应的电流强度 水平，或者根据该变送器特性曲线，将位于分别预定的测量范围内的被测变量绘制到信号 电流上。
[0006] 通常，这种电流接口借助线性电流调节器和接在该线性电流调节器之前的数字模 拟转换器形成，用以将针对要调节的信号电流的数字控制值转换为相应的模拟控制值。线 性电流调节器在此借助在流过信号电流的测量电阻上下降的模拟测量电压来检测瞬时电 流强度水平。像在开头提及的W0-A95/08123中示出的那样，上述电流接口此外可以具有 借助数字化上述测量电压的模拟数字转换器形成的电流信号输出端，在该电流信号输出端 上输出电流值序列，即在不同的时间点上获得的分别代表相应的电流强度的数字电流值的 代表信号电流的实际调节出的电流强度的时间变化曲线的序列。通过微处理器的与上述电 流信号输出端相应地连接的电流信号输入端可以由微处理器读入数字电流值并对其进行 进一步处理，例如用以获知端子电压与借助针对信号电流的电流接口实际调节出的电流强 度的依赖性，该端子电压可以在两个分别与在测量设备之外分布的在运行中引导信号电流 的联接线路连接的联接端子之间测得。
[0007] 由于运行测量设备的使用者和/或监督借助测量设备形成的测量点的主管部门 的要求，所提到类型的测量设备也在其开始运转后，尤其是在重新校准的意义中，有时要检 验所要求的或者在说明书中证实的测量精确度，即被测变量最后绘制到测量值信号上的精 确度是否总是能可靠地实现。在检验所提到类型的测量设备时，尤其也特别注意到其相应 的电流接口。这尤其也由于通常是从如下出发的，即，电流接口当前固有的特性曲线函数由 老化决定地可以与原来，即在更早的时间点上，例如在制造商处进行校准期间或者在测量 设备开始运转期间相应的电流接口固有的特性曲线函数不同，根据该电流接口当前固有的 特性曲线函数，信号电流的电流强度当前实际上依赖于附属的控制值来调整。检验电流接 口通常以如下方式进行，即，将电流测量设备，例如数字安培计接入借助电流接口形成的电 路中，从而使上述电流测量设备也可以引导信号电流，并且随后，通过相应的开始指令触发 的微处理器实施相应的测试程序，在该测试程序中，一组之前限定的检验控制值依次转送 到电流接口上，并且产生电流强度水平的与此相应的次序。作为检验控制值大多使用如下 控制值，即，这些控制值与测量区间的与测量范围的范围下限和/或范围上限对应的边界 电流强度相当，也就是说例如针对4mA或20mA的控制值。依赖于相应的检验控制值实际调 节出的静态电流强度水平借助电流测量设备分别被精确测量，并且相应地示出。为了建立 检验文档的目的，检验控制值可以与针对与此相应地实际调节出的电流强度水平的相应的 测量值一起也借助例如直接与电流测量设备联接的或者在其中执行的数字记录设备来存 储。相同地，分别由微处理器调节出的检验控制值也可以在测量设备上显示，并且/或者为 了存储的目的，可以被传送到至少针对该情况通过测量设备电子器件的相应的伺服接口与 微处理器连通的数字记录设备上。
[0008] 由电流测量设备获知的针对各电流强度水平的测量值在电流测量之后与相应附 属的检验控制值进行比较，从而分别获知实际调节出的静态电流强度水平与相应的检验控 制值的偏差。如果整个偏差位于预定的公差范围内，进而确定电流接口的当前的特性曲线 函数与初始的特性曲线函数没有明显偏差，那么相应的电流接口的检验可以被归为合格， 否则需要相应地重新调整变送器电路。在传统的变送器电路中，这种调整例如可以通过如 下方式进行，即，将针对不同的电流强度水平的测量值读入微处理器中，例如通过经由被联 接的键盘手动输入，或者通过从提及的记录设备中直接读出，并且微处理器基于上述测量 值、相应附属的检验控制值以及用于获知控制值的计算规则的存储在微处理器中的系数来 计算出针对计算规则的一组新的替换系数，并且随后修改计算规则，其方法是，随后使用替 换系数代替针对计算规则的初始的系数。上述计算规则的修改也可以在传统的测量设备中 例如通过如下方式进行，即，针对电流强度水平的测量值、相应附属的检验控制值与存储在 微处理器中的系数一起首先由保持在测量设备之外的，必要时也通过伺服接口或无线接口 与变送器电路连通的便携式计算机（例如笔记本）或台式机读入，并且以此为基础计算出 相应的替换系数，其随后又被转送至变送器电路的微处理器。
[0009] 之前提到类型的传统的测量设备电子器件或在其中执行的变送器电路的一个缺 点在于：为了检验其电流接口而中断测量设备的正常的测量运行，进而从测量点被监控的 机组部件在检验的持续时间内必须停止运行。此外，这种检验需要大多很贵的或者要以相 同方式反复校准的电流测量设备，进而需要特殊的检验器件。所提到类型的传统的测量设 备电子器件或其相应的变送器电路的另一缺点还在于：一方面，检验电流接口命令对相应 的借助要检验的测量设备或与之联接的数据处理系统形成的测量系统（在此是暂时接入 对于检验来说必需的电流测量设备）的明显的手动干预，并且另一方面，对控制值计算规 则的可能的修改需要其他特殊的形式为能相应地连通的记录设备和/或经相应编程的计 算机的检验器件，进而需要明显更多的技术费用。
【发明内容】
[0010] 据此，本发明的任务是通过如下方式改进所提到类型的测量设备电子器件，进而 还有利用其形成的测量设备，即，使得可以实现仅利用机载的，即由测量设备电子器件提供 的检验器件来对电流接口进行上述检验，进而即使在没有另外手动干预安装好的，即通过 联接线路已经与上级的数据处理系统联接的测量设备的情况下，或者即使在没有特殊的外 部检验器件的情况下也可以实现，具体而言是尽可能即使在长