具有電流信號的數字測量變送器的製作方法
2023-10-09 16:46:14 2
專利名稱：具有電流信號的數字測量變送器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字測量變送器，特別是利用電流信號的測量變送器，其中，通過調節信號電流或饋電電流而輸出測量值。數字測量變送器包括至少一個用於處理測量信號或用於控制內部功能的微處理器。特別是在與安全相關的應用中，需要能夠以足夠高的概率識別測量變送器或其元件的故障。例如在NAMUR推薦標準NE43中提出，在具有4～20mA帶寬範圍的測量信號電流的測量儀表的情況中，以這個帶寬範圍之外，例如不大於3.6mA或至少21mA的錯誤信號電流來用信號通知儀表故障。
本發明的一個目的是提供一種數字測量變送器，其確定地用信號通知其微處理器的故障。根據本發明，這個目的通過獨立權利要求1中限定的測量變送器實現。
本發明的測量變送器，包括微處理器，其具有重置輸入端和用於提供周期性時鐘信號的時鐘輸出端；監控電路，其具有時鐘輸入端和重置輸出端；和用於發出測量信號電流的電流調節器，該測量信號電流在測量操作中在第一帶寬範圍內代表測量值並且在第一帶寬範圍之外用信號通知故障；其中監控電路的時鐘輸入端與微處理器的時鐘輸出端相連，並且微處理器的重置輸入端與監控電路的重置輸出端相連，並且，在時鐘信號中斷的情況中，監控電路的重置輸出端周期性地發出重置信號；其中測量變送器還包括比較器電路，其具有經由低通濾波器與監控電路的重置輸出端相連的第一輸入端，其上施加參考電壓的第二輸入端，以及與電流調節器的輸入端相連的輸出端，其中，在重複輸出重置信號之後，比較器電路第一輸入端處的電壓高於參考電壓，從而在比較器輸出端上出現設置信號，其令電流調節器發出在第一帶寬範圍之外的錯誤信號電流。
如上所述，測量信號電流的第一帶寬範圍例如是4～20mA。在這種情況中，錯誤信號電流應當至少是21mA或至多3.6mA。在當前的優選實施例形式中，錯誤信號電流被調節為22mA。
監控電路可以例如包括數字計數器，其從開始值計數並且在超過或低於極限值時令重置信號輸出在重置輸出端上。計數器既通過微處理器的時鐘信號的各個脈衝，也通過監控電路的重置信號，而被設置回它的開始值。在這種情況中，這樣關於計數器的計數速度以及微處理器的時鐘頻率選擇極限值，使得在起作用的時鐘信號的情況中，從不低於或超過極限值。另外，這樣選擇極限值，使得在發出重置信號之後，保留足夠的時間用於在單個時鐘擾動之後重新啟動微處理器，從而在達到極限值之前，在微處理器的輸出端再次輸出時鐘信號。結果，只有當在期望時間中重置信號沒有引起成功重置時，才輸出更新的重置信號。
當前優選地，低通濾波器包括RC元件，其中監控電路的輸出信號經由該低通濾波器饋送至比較器電路。比較器電路優選地包括第一運算放大器。
在本發明當前優選實施例中，電流調節器包括兩個並聯的電流調節器電路，其中第一電流調節器電路在第一帶寬範圍內調節測量信號電流，第二電流調節器電路將錯誤信號電流調節至第一帶寬範圍之外的值。
為此，第二電流調節器電路可以包括第二運算放大器，其一個輸入端與比較器電路的輸出端相連，並且其輸出端與電晶體的基極相連，其中錯誤信號電流經由該電晶體而設置。當前優選的是，用於調節錯誤信號電流的第二運算放大器的內部電源電壓獨立於用於調節測量信號電流的電流調節器電路的電源電壓。以這種方式，保證當對於測量信號電流的電流調節器電路電源電壓缺失時，也可以設置錯誤信號電流。
用於調節測量信號電流的第一電流調節器電路可以與第二電流調節器電路類似地實現；其中，在當前優選實施例中，測量變送器包括ASIC，並且第一電流調節器電路的部件集成在ASIC中。
根據從屬權利要求以及附圖中顯示的實施例，可以清楚地看到本發明的進一步的細節以及考慮方式，附圖中
圖1是本發明的測量變送器的電路框圖；圖2是在圖1中示出的測試點的信號的時間分布；和圖3是用於實現本發明的電流調節器的例子。
如圖1所示，本發明的測量變送器的電路包括微處理器1，其具有重置輸入端和用於提供周期性時鐘信號的時鐘輸出端或觸發輸出端，該周期性時鐘信號在圖2中以曲線a表示。另外，提供電流調節器2，其將測量變送器的饋電電流調節作為4～20mA測量信號電流。在正常測量操作中，電流調節器2從微處理器1獲得代表測量值的設置信號，並將饋電電流調節至對應於設置信號的值。測量變送器還包括監控電路3，其具有時鐘輸入端和重置輸出端，其信號在圖2中以曲線b表示。只要接收到微處理器的時鐘信號，監控電路的重置輸出端就保持零。然而，當失去時鐘信號時，在重置輸出端發出重置脈衝，當重置不成功並且微處理器的時鐘信號繼續缺失時，重置脈衝在確定的時間之後重複。重置輸出端的信號還經由低通濾波器5饋送至比較器4的輸入端，比較器包括第一運算放大器。比較器輸入端的信號分布在與2中以曲線c表示。在不成功重置的情況中，多個重置脈衝導致電壓上升，直至超過在比較器4的參考輸入端上的參考電壓。這時，比較器4的輸出端的電壓設置得較高，並且其作為錯誤調節信號而在電流調節器2輸出，電流調節器現在以例如22mA的錯誤信號電流發出饋電電流。圖2中以曲線d示意性顯示饋電電流的一般分布。如圖所示，在正常測量操作期間，饋電電流的值在4～20mA範圍中，並且在以曲線中的X表示的較短的不確定的過渡之後被調節至22mA。
現在根據圖3簡要說明電流調節器2的細節。
所示的電流調節器2包括並聯連接的兩個電流調節器電路，其中第一電流調節器電路在第一帶寬範圍中調節測量信號電流，第二電流調節器電路將錯誤信號電流調節至第一帶寬範圍之外的值。
基本上，兩個電流調節器電路都包括電流調節電晶體21、25，它們的基極分別連接至運算放大器22、26的輸出端。在運算放大器22、26的輸入端上的設置電壓用於調節測量信號電流或錯誤信號電流。比較器4的輸出端通過串聯電阻R2連接至第二電流調節器電路的第二運算放大器26。第二運算放大器的參考輸入端接地。現在，當比較器4的輸出端同樣接地時，第二運算放大器的輸出信號為地電壓，並且第二電晶體被阻斷。相反，在持續沒有微處理器時鐘信號的情況中，比較器4發出設置信號UvFehlerstrom，於是第二運算放大器26發出電壓，這減小了第二電晶體25的阻值，從而電流流經第二電晶體，這相當於22mA的總饋電電流。
在圖中，將這裡沒有詳細顯示的由饋電電流供電的主要電子器件的電阻概括為電阻27或RHE。
原理上，用於調節測量信號電流的第一電流調節器電路與第二電流調節器電路類似地構造，在所示的實施例形式中，測量變送器包括ASIC 24，並且第一電流調節器電路的運算放大器22集成在ASIC 24中。
權利要求
1.測量變送器，包括微處理器(1)，其具有重置輸入端和用於提供周期性時鐘信號的時鐘輸出端；監控電路(3)，其具有時鐘輸入端和重置輸出端；和用於發出測量信號電流的電流調節器(2)，該測量信號電流在測量操作中在第一帶寬範圍內代表測量值；並且在第一帶寬範圍之外用信號通知錯誤，其中監控電路的時鐘輸入端與微處理器的時鐘輸出端相連，微處理器的重置輸入端與監控電路的重置輸出端相連，在時鐘信號缺失時，在監控電路的重置輸出端周期性地發出重置信號，其特徵在於，測量變送器還包括比較器電路(4)，其具有經由低通濾波器(5)與監控電路(3)的重置輸出端相連的第一輸入端，其上施加參考電壓的第二輸入端，和與電流調節器的輸入端相連的輸出端，其中在重複輸出重置信號之後，比較器電路第一輸入端處的電壓超過參考電壓，從而在比較器輸出端上出現設置信號，其令電流調節器發出在第一帶寬範圍之外的錯誤信號電流。
2.根據權利要求1所述的測量變送器，其中低通濾波器包括RC元件。
3.根據權利要求1或2所述的測量變送器，其中比較器電路包括運算放大器。
4.根據前述任一權利要求所述的測量變送器，其中第一帶寬範圍是4～20mA。
5.根據權利要求4所述的測量變送器，其中錯誤信號電流至少為21mA。
6.根據前述任一權利要求所述的測量變送器，其中監控電路包括數字計數器，其從開始值計數並且在超過或低於極限值時允許輸出重置信號，其中計數器既通過微處理器的時鐘信號的各個脈衝也通過監控電路的重置信號而被設置回它的開始值。
7.根據前述任一權利要求所述的測量變送器，其中電流調節器包括兩個並聯的電流調節器電路，其中第一電流調節器電路在第一帶寬範圍內調節測量信號電流，第二電流調節器電路將錯誤信號電流調節至第一帶寬範圍之外的值。
8.根據權利要求7所述的測量變送器，其中第二電流調節器電路包括第二運算放大器，其一個輸入端與比較器電路的輸出端相連，並且其輸出端與電晶體的基極相連，其中錯誤信號電流經通過該電晶體而設置。
9.根據權利要求8所述的測量變送器，其中用於調節錯誤信號電流的第二運算放大器的電源電壓獨立於用於調節測量信號電流的電流調節器電路的電源電壓。
全文摘要
一種測量變送器，包括微處理器(1)，其具有重置輸入端和用於提供周期性時鐘信號的時鐘輸出端；監控電路(3)，其具有時鐘輸入端和重置輸出端；和用於發出測量信號電流的電流調節器(2)，該測量信號電流在測量操作中在帶寬範圍內代表測量值。其中時鐘輸入端與時鐘輸出端相連，並且重置輸入端與重置輸出端相連。在沒有時鐘信號時，重置輸出端周期性地發出重置信號。測量變送器還包括比較器電路(4)，其具有經由低通濾波器(5)與監控電路(3)的重置輸出端相連的第一輸入端和其上施加參考電壓的第二輸入端。比較器電路(4)的輸出端與電流調節器相連。在重複輸出重置信號之後，比較器電路第一輸入端處的電壓高於參考電壓，從而在比較器輸出端上出現設置信號。設置信號令電流調節器發出在帶寬範圍之外的錯誤信號電流。
文檔編號G08C19/02GK1942910SQ200580011853
公開日2007年4月4日 申請日期2005年3月23日 優先權日2004年4月19日
發明者沃爾夫岡·特倫澤 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司