專利名稱:用于改進(jìn)雙線傳感器輸出電流的數(shù)字式轉(zhuǎn)換器的制作方法
本發(fā)明涉及數(shù)字式轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器能夠改進(jìn)敏感過(guò)程變量的雙線傳感器的輸出電流。
現(xiàn)行的模擬式雙線傳感器包括一種與過(guò)程變量相關(guān)的敏感器組件裝置。這種裝置用來(lái)敏感并提供作為過(guò)程變量函數(shù)的敏感元件輸出信號(hào)?，F(xiàn)行的傳感器還包含有與敏感器組件裝置相連接的并向其提供激勵(lì)的激勵(lì)裝置?，F(xiàn)行傳感器包括模擬檢測(cè)裝置。該檢測(cè)裝置用來(lái)向代表被敏感的過(guò)程變量的雙線傳感器輸出提供敏感信號(hào)的模擬轉(zhuǎn)換。經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)了的傳感器，其輸出獲得了很好的改善。從傳感器中去除了模擬檢測(cè)器裝置，而代之以配置了數(shù)字計(jì)算的傳感器輸出的替換設(shè)備。該替換設(shè)備接收敏感元件的輸出，并向該輸出提供線性的或其它的校正值。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，去掉了現(xiàn)行的激勵(lì)裝置，而該設(shè)備則包含有配置在傳感器中并和用來(lái)向其提供激勵(lì)的敏感組件裝置相連接的替換激勵(lì)裝置。在另外的最佳實(shí)施例中，敏感器組件裝置包含有至少是一個(gè)敏感過(guò)程變量的電容性敏感元件，包含跟敏感元件輸出相接的校正裝置，用以向其提供校正量，及包含用以向敏感元件提供模擬校正量的模擬校正裝置。
在另外一個(gè)最佳實(shí)施例中，該設(shè)備還包括一臺(tái)用予計(jì)算輸出校正值、間隔和進(jìn)行零位調(diào)整的微處理機(jī)。這樣當(dāng)傳感器仍留在原地并跟過(guò)程變量和回路相接時(shí)，現(xiàn)行的傳感器輸出得到了改進(jìn)。于是無(wú)須替換現(xiàn)行的敏感器組件或使傳感器與生產(chǎn)流水線或雙線回路相脫離，就可以提供數(shù)字校正的輸出的傳感器。
圖1為先有技術(shù)的模擬式傳感器。是一個(gè)顯示拆除了部分零件的頂部機(jī)架和底部機(jī)架的剖視圖。
圖2是本發(fā)明的傳感器。是一個(gè)顯示拆除了部分零件的頂部機(jī)架和底部機(jī)架的剖視圖。
圖3是本發(fā)明的傳感器的第一個(gè)實(shí)施例的方塊圖。
圖4是本發(fā)明的傳感器第二實(shí)施例的方塊圖。
圖5A、5B和5C一起給出了本發(fā)明的傳感器線路圖。
圖1中，先有技術(shù)的過(guò)程變量傳感器以10表示。用螺栓將傳感器10與法蘭盤聯(lián)接器12相聯(lián)接。而12則將流體連接到傳感器10中。傳感器10敏感法蘭盤聯(lián)接器12上流體的壓力，同時(shí)給雙線回路14提供一個(gè)代表敏感到的壓力的輸出電流。傳感器10由接在雙線回路中的外部電源14A供電，同時(shí)輸出電流，給接在雙線回路14中的外部負(fù)載14B提供一個(gè)例如4～20毫安的輸出。傳感器10含有一個(gè)殼體16。殼體16有三個(gè)彼此密封的艙18、22和24。傳感器10還包括一個(gè)配置在艙18中的電容性壓力敏感元件26。敏感元件26用來(lái)敏感諸如壓差，表壓或絕對(duì)壓力這樣一些過(guò)程變量。敏感元件26通過(guò)兩根導(dǎo)線接在艙18中的電路接線板組件28上。接線板組件28包括將敏感元件輸出電流進(jìn)行整流的二極管30，還包括用來(lái)校正敏感元件輸出的模擬量校正元件32。所述校正包括溫度補(bǔ)償。電纜線34通過(guò)艙18和22之間的一個(gè)密封圈36將電路接線28和艙22中的接線板38連接起來(lái)。為提供敏感元件26特性所需的溫度補(bǔ)償，聯(lián)接器板38還包括附加的模擬量校正式補(bǔ)償電路40。為連接傳感器電路，接線板38配有一個(gè)多引線接頭42。
在工作時(shí)，敏感元件26、電路板組件28、電纜34和接線器板38一起構(gòu)成了傳感器10中的敏感器組件35。此時(shí)，敏感器組件35敏感過(guò)程變量并給聯(lián)接器42提供一個(gè)含有溫度模擬量補(bǔ)償?shù)拿舾性敵鲂盘?hào)。
在密封艙24中的接線片44為導(dǎo)管14C內(nèi)的雙線回路14提供了連接。接線片44有將雙線電路從艙24連接到艙22的封閉的饋電裝置46。在殼體16中的艙22中放入一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換器和激勵(lì)電路組件23。激勵(lì)電路組件23利用模擬電路來(lái)激勵(lì)敏感元件，同時(shí)將敏感元件的信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20毫安的輸出電流。組件23包括印刷電路板23A和23B。23A包括模擬量轉(zhuǎn)換器和與多引線接頭42相連接的激勵(lì)電子設(shè)備;23B包括與23A相連接的間隔和零位調(diào)整電路。一對(duì)密封調(diào)整螺釘50從艙22的內(nèi)表面延伸到傳感器殼體16的外表面。通過(guò)調(diào)整螺釘50，可以調(diào)整印刷電路板23B上的間隔電位器23C和零位電位器23D。模擬量轉(zhuǎn)換器提供了產(chǎn)生輸出信號(hào)的可靠的、低成本的設(shè)備。利用電位器23C、23D可完成間隔和零位的裝定。機(jī)械調(diào)整電位器23C、23D可能會(huì)受到機(jī)械振動(dòng)的影響，因?yàn)闄C(jī)械振動(dòng)有可能改變間隔和零位裝定的位置。電位器23C、23D可以將輸出信號(hào)的間隔和零位的裝定位置調(diào)整到電位器的諸分辨力和校準(zhǔn)上。傳感器中的模擬校正電路則改進(jìn)了作為被敏感的壓力的函數(shù)的傳感器的4～20毫安培輸出信號(hào)的線性，而當(dāng)在模擬轉(zhuǎn)換器，激勵(lì)或敏感器組件中為這種非線性提供調(diào)整時(shí)，則利用數(shù)字電路還可使輸出電流的線性進(jìn)一步得到改善。
在制煉廠組裝或安裝傳感器10的投資是相當(dāng)可觀的。如果拆掉傳感器10，用一種精度較高的傳感器，例如使用數(shù)字電路的那種傳感器來(lái)代替，那末，上述傳感器10的全部安裝費(fèi)用都就被浪費(fèi)了。當(dāng)在制煉廠，比如化學(xué)、石油或礦漿和造紙廠中已安裝傳感器10的情況下，完全更換傳感器10將是花費(fèi)錢又耗費(fèi)時(shí)間的事。在接向法蘭盤聯(lián)接器12的壓力管路中，如果沒(méi)有單獨(dú)切斷閥門，則至少有一部分工廠可能停工，以便使管路壓力降低，使得當(dāng)傳感器卸離法蘭盤聯(lián)接器12的時(shí)候，工作液不致于從法蘭盤聯(lián)接器12中溢出。如果有切斷閥門，則當(dāng)更換傳感器的時(shí)候，則需要將它們?nèi)壳袛?。法蘭盤聯(lián)接器12需要從傳感器10中卸下，同時(shí)要對(duì)更換的傳感器重新用螺栓固定。對(duì)于更換的傳感器，當(dāng)用螺栓固定法蘭盤接板12的時(shí)候，因?yàn)榭赡苡行孤?，所以需要檢查兩個(gè)法蘭盤板聯(lián)接器12之間的密封墊。更換傳感器10后，考慮到更換傳感器時(shí)，空氣會(huì)進(jìn)入壓送管道，因而更換后的傳感器常常需要使其壓送管道排除空氣。完成傳感器10的更換，需要將回路14與傳感器10中的接頭44斷開，同時(shí)還要將導(dǎo)管14C與傳感器10斷開。下一步將要把更換的傳感器重新連接到回路14和導(dǎo)管14a中去。有時(shí)，為更換傳感器而關(guān)閉制煉廠并非切實(shí)可行的，只能等工廠維修時(shí)才例行關(guān)閉?？紤]到跟法蘭盤聯(lián)接器12相連接的導(dǎo)管和導(dǎo)管14C可能由于老化、腐蝕和振動(dòng)而變薄，所以，在更換整個(gè)傳感器時(shí)，在操作過(guò)程可能會(huì)損害一些部件。如果不是整個(gè)的更換，只是用數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)代替?zhèn)鞲衅?0中的模擬電子設(shè)備，則這種改進(jìn)既節(jié)約了整個(gè)更換成本，又節(jié)省了時(shí)間。當(dāng)采用數(shù)字轉(zhuǎn)換器時(shí)，一方面不致于妨礙工廠自身的生產(chǎn)，另一面也不致于妨礙通向傳感器的壓力管路、法蘭聯(lián)接器12、回路線14、接線片44和導(dǎo)管14C。而且，數(shù)字式轉(zhuǎn)換器可提供電氣間隔和零位調(diào)整;從而避免使用敏感于振動(dòng)的電位計(jì)。又可以比電位計(jì)分辨力高的分辨力來(lái)完成間隔和零位的電氣調(diào)整。同時(shí)，也提供了更精確的間隔和零位裝定位置。數(shù)字式轉(zhuǎn)換器而且還可包括數(shù)字線性補(bǔ)償。這種數(shù)字線性補(bǔ)償提供了在較大范圍內(nèi)線性更好的傳感器輸出信號(hào)。傳感器10的主要部分諸如殼體和敏感器組件，包括溫度補(bǔ)償部件、接線片以及連接回路的連接件，均可適用于數(shù)字電路，同時(shí)，將傳感器的性能改進(jìn)為高精度的。因此，模擬轉(zhuǎn)換器可以從傳感器中拆除，而用數(shù)字式轉(zhuǎn)換器來(lái)代替，使得通過(guò)裝有用數(shù)字式轉(zhuǎn)換器的傳感器改進(jìn)成為所要求的水平。改進(jìn)后的傳感器避免了在原材料、裝配勞力、模擬量補(bǔ)償以及生產(chǎn)線安裝等方面的投資而造成的在原料和勞動(dòng)力方面的浪費(fèi)。間隔、零位和其它調(diào)整都可由數(shù)字轉(zhuǎn)換器完成，而無(wú)須用電位計(jì)，并且因而獲得了高的穩(wěn)定性和定位性。
圖2為一個(gè)示例性的傳感器11。該傳感器包括一個(gè)上述數(shù)字式轉(zhuǎn)換器。圖2中，其參考數(shù)字和圖1中的相同的部件具有相應(yīng)的性能。部件23已從傳感器11中拆除。傳感器11將其輸出信號(hào)送到回路14。該輸出信號(hào)具有改進(jìn)的精度，它通過(guò)回路再與一個(gè)控制系統(tǒng)相接口。除敏感器組件所作模擬量補(bǔ)償以外，轉(zhuǎn)換器52還提供了第二個(gè)校正或補(bǔ)償，這樣，傳感器的輸出量就改進(jìn)到所要求的水平，卻避免了為更換整個(gè)傳感器而花費(fèi)時(shí)間和成本及由此引起的麻煩。
轉(zhuǎn)換器52安裝在傳感器11的艙22中，并密封在傳感器里面。轉(zhuǎn)換器52的電路設(shè)計(jì)成能控制能量?jī)?chǔ)存，這樣也就保持了傳感器固有的安全性能。
圖3是按照本發(fā)明制造的傳感器500的第一個(gè)實(shí)施例的方塊圖。傳感器500沿著線514跟過(guò)程變量相接。線514可包括絕對(duì)壓力、表壓或壓差、溫度、濃度、流量、導(dǎo)電性，等等。傳感器500敏感在線514上的過(guò)程變量，同時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)作為過(guò)程變量函數(shù)的輸出信號(hào)。傳感器500還包括輸出信號(hào)接頭502、505。502、504分別沿著線503和505接向雙線回路506。激勵(lì)源508串接在回路506中的線503和507之間，同時(shí)給傳感器500提供能源。傳感器500又還包括一個(gè)電流控制器536?？刂破?36沿著線520接向輸出信號(hào)接線端502，還沿著線540并經(jīng)過(guò)電阻542接向輸出端504。電流控制器536控制著回路506中的作為被敏感的過(guò)程變量函數(shù)的電流I，因此電流I為敏感的過(guò)程變量的函數(shù)。所以，電流I就是傳感器的輸出信號(hào)。電流I最好是和被敏感的過(guò)程變量成正比的一個(gè)低頻的4～20毫安的電流。為敏感在電阻542兩端電壓降，電流控制器536最好也沿著線544被接至輸出端504。因而，電壓降代表了回路電流I。所以，電流控制器536可以監(jiān)視回路電流I，也構(gòu)成了回路電流I的閉環(huán)控制。電阻510接在回路506中的線505和507之間?；芈冯娏鱅流經(jīng)電阻510，與電阻510上的電壓相連接。利用器件512利用電阻510的電壓降。利用器件512可包括控制計(jì)算機(jī)、回路控制器、圖表記錄儀、儀表或其它指示、記錄或控制設(shè)備。
電流控制器536可產(chǎn)生一個(gè)第一通信輸出信號(hào)。第一通訊輸出信號(hào)最好是高頻的、頻率鍵控的(FKS)串行信號(hào)。第一通訊輸出信號(hào)的鍵控或調(diào)制頻率最好選擇得與回路電流的頻率相隔開。這樣一來(lái)，利用器件512可在沒(méi)有大干擾的情況下工作，第一通訊輸出信號(hào)能迭加在回路電流I上而基本上不干擾利用器件512的工作。第一通訊輸出信號(hào)包括表示傳感器工作或安裝的參數(shù)的數(shù)據(jù)。這些參數(shù)，例如有間隔和零位調(diào)整，傳感器的系列號(hào)，被敏感的過(guò)程變量的識(shí)標(biāo)，過(guò)程變量的電流幅度等等。第一通訊輸出信號(hào)從電流控制器536沿著線520、540分別接向輸出端502、504。第一通訊輸出信號(hào)還從輸出端502、504分別接到回路506的線503、505。通訊裝置516沿著線546、548分別接到線503、505。通訊裝置516從電流控制器536沿著線520、503、546、548、505和540接收第一通訊輸出信號(hào)。因而，通訊裝置516接收包括在第一通訊輸出信號(hào)中的數(shù)據(jù)，并向位于遠(yuǎn)離傳感器的操作者提供上述數(shù)據(jù)。通訊裝置516最好與回路506容性連接，以使低頻回路電流I不致于流經(jīng)通訊裝置516。當(dāng)根據(jù)圖3所述的實(shí)施例那樣發(fā)送和接收回路上的通訊信號(hào)時(shí)，那些熟悉本技術(shù)領(lǐng)域：
的人們會(huì)認(rèn)識(shí)到這種通訊信號(hào)也能通過(guò)一條與回路相分離的線或總線送到傳感器。
傳感器10中還包含了一個(gè)與線520相接的，用于接收一部分回路電流I，和以控制的電平進(jìn)一步激勵(lì)傳感器電路的調(diào)節(jié)器518。調(diào)節(jié)器518將激勵(lì)能源沿著線522輸送給激勵(lì)設(shè)備526。還將激勵(lì)能源沿著線524輸送到計(jì)算設(shè)備532。送給調(diào)節(jié)器518的部分回路電流沿著接于調(diào)節(jié)器和線540之間的線550和沿著在計(jì)算設(shè)備532和線540之間的線552返回到回路。
激勵(lì)裝置526產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)輸出信號(hào)。該信號(hào)沿著線527送至敏感器組件528。敏感器組件沿著線514與過(guò)程變量相連接以敏感過(guò)程變量。在線527上的激勵(lì)輸出信號(hào)對(duì)敏感器組件528進(jìn)行激勵(lì)，而敏感器組件528則沿著線530連接被敏感的輸出信號(hào)。該輸出信號(hào)為所敏感的過(guò)程變量的函數(shù)。敏感器組件528包括一個(gè)用來(lái)向線530上的敏感元件輸出信號(hào)提供校正的模擬電路529。由模擬電路529提供的校正用來(lái)校正從所要求的敏感元件輸出信號(hào)偏離到了被敏感的參數(shù)的敏感元件輸出信號(hào)的響應(yīng)。由模擬電路提供的補(bǔ)償包括作為過(guò)程變量函數(shù)的敏感輸出信號(hào)的線性校正;也包括表示壓力、流量、導(dǎo)電性的敏感輸出信號(hào)的溫度補(bǔ)償，還包括熱偶的冷接合補(bǔ)償，等等。在實(shí)施例中，敏感器組件528還包括用于整流線530上的敏感輸出信號(hào)的整流裝置。
將線530上的敏感輸出信號(hào)送到計(jì)算裝置532。計(jì)算裝置532計(jì)算一個(gè)作為敏感輸出信號(hào)函數(shù)的預(yù)測(cè)的輸出信號(hào)。預(yù)測(cè)的輸出信號(hào)是代表要求輸出的信號(hào)。這種要求輸出的信號(hào)，例如為回路506中的電流I的幅度。而預(yù)測(cè)的輸出信號(hào)為敏感參數(shù)的函數(shù)。在計(jì)算裝置中存有常數(shù)533。常數(shù)533代表對(duì)傳感器輸出信號(hào)的數(shù)字校正，此數(shù)字校正超過(guò)了模擬電路所能提供的校正量。常數(shù)533可包括線性校正，間隔校正，零位校正或改進(jìn)傳感器輸出信號(hào)的特性的其他的校正。常數(shù)533包含有線性、間隔和零位調(diào)整的多重校正。將預(yù)測(cè)的輸出信號(hào)沿著線534送至電流控制器536。在實(shí)施例中，電流控制器536將線534上的預(yù)測(cè)的輸出信號(hào)與在線544上敏感的實(shí)際電流I和線520上的控制電流進(jìn)行比較。以使實(shí)際電流I基本上等于由線534上預(yù)測(cè)的輸出信號(hào)所表示的預(yù)測(cè)的電流I。因而，同時(shí)采用模擬量補(bǔ)償和數(shù)字量補(bǔ)償來(lái)改進(jìn)傳感器的輸出。因在傳感器500中已作了數(shù)字補(bǔ)償，所以用利用設(shè)備512所接收的電流更好地代表了被敏感的參數(shù)。
在實(shí)施例中，計(jì)算設(shè)備532也產(chǎn)生一個(gè)表示第一通訊輸出信號(hào)的輸出信號(hào)。此輸出信號(hào)沿著線534送至電流控制器536。因而，電流控制器536疊加了一個(gè)回路電流上的第一通訊輸出信號(hào)。
在實(shí)施例中，通訊裝置516從操作者那里接收表示校正常數(shù)的數(shù)據(jù)。通訊裝置516將包括在線546、548上的校正常數(shù)的第二通訊輸出信號(hào)。該信號(hào)分別送至線503、505。沿著線503、505把第二通訊信號(hào)分別送至輸出端502、504。在傳感器500中，第二通訊輸出信號(hào)由輸出端502、504通過(guò)電阻542并沿著522和520送至計(jì)算裝置532。計(jì)算裝置522接收第二通訊信號(hào)，并把其中的數(shù)據(jù)作為常數(shù)533存儲(chǔ)起來(lái)。傳感器500于是可以從遠(yuǎn)處提供校正常數(shù)。而沒(méi)有必要放置或開啟傳感器器500來(lái)調(diào)整校正常數(shù)533。圖3中的傳感器利用了現(xiàn)行的傳感器中的敏感組件528。所更換的轉(zhuǎn)換器包括計(jì)算裝置532、電流控制器536、調(diào)節(jié)器518和電阻542。也可以提供更換的激勵(lì)裝置。
傳感器10中的電路的第二最佳實(shí)施例的方塊圖示于圖4。它與雙線4～20毫安回路14相連接。將傳感器10接到回路，跟傳感器10中的接線端60、62相接。激勵(lì)源、比如蓄電池或電源，沿著線15跟用電阻66A表示的回路負(fù)載串聯(lián)?；芈坟?fù)載可能包括比如控制計(jì)算機(jī)、圖表記錄儀或電流表?；芈冯娏鲝碾娫?0A流進(jìn)傳感器接線端60，并由傳感器接線端62流出，再沿著線62A到電阻66A。這樣，由回路中向傳感器10供給激勵(lì)能源。傳感器10中的二極管59對(duì)傳感器提供了反極性保護(hù)。低頻回路的電流振幅由與接線端60、62相接的電流控制器來(lái)控制。這樣，回路電流的振幅便是傳感器敏感的過(guò)程變量的一個(gè)函數(shù)。將第一調(diào)節(jié)器68與接線端60相連接，并提供在傳感器10的線70上一個(gè)第一調(diào)節(jié)電位。將第二調(diào)節(jié)器72接到線70，并向線74上提供一個(gè)第二調(diào)節(jié)電位。流經(jīng)傳感器的電流被返回到傳感器10中的電路公共導(dǎo)線76，而公共導(dǎo)線通過(guò)電阻78與接線柱62相連。加在電阻78兩端的電壓代表了回路的實(shí)際電流。電阻78上的壓降沿著線80返回到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)82，從而形成了傳感器輸出電流的閉環(huán)控制。從線70、74給激勵(lì)設(shè)備84提供能源。此時(shí)，激勵(lì)設(shè)備產(chǎn)生激勵(lì)，并沿著線86送到敏感器組件88。該組件88包括電容性壓敏感元件、模擬量線性和溫度補(bǔ)償部件，還有整流電路。
敏感器組件88將作為在線90上的敏感到的參數(shù)的函數(shù)的敏感元件的輸出信號(hào)送至積分電路92。在敏感組件88中進(jìn)行了利用模擬技術(shù)的溫度補(bǔ)償。接口電路94沿著線91、93連接到積分電路92，并將積分電路與積分電路定時(shí)器96以及微型電子計(jì)算機(jī)98相接口。積分電路由線70和76取得能源。因?yàn)殡娢徊畹木壒?，接口電路提供了一個(gè)電平偏移，以便保證兼容納的信號(hào)電平。為形成雙斜率類型的模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器99、積分電路92、接口電路94、積分器定時(shí)器96連同微型電子計(jì)算機(jī)一起工作。雙斜率類型的轉(zhuǎn)換器99完成從敏感器組件88來(lái)的補(bǔ)償?shù)哪M敏感元件輸出信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。雙斜率轉(zhuǎn)換器99給微型電子計(jì)算機(jī)98輸送一個(gè)表示溫度補(bǔ)償?shù)拿舾性妮敵鲂盘?hào)的數(shù)字信號(hào)。為得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的低功耗和小尺寸的微型電子計(jì)算機(jī)98，所以，最好選取單個(gè)芯片的微型電子計(jì)算機(jī)。這種單片微型電子計(jì)算機(jī)，整個(gè)都做在一塊集成電路板上，它包括有微處理機(jī)、程序存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。在另外一個(gè)實(shí)施例中，如果空間和功率要求符合設(shè)計(jì)的話，微型電子計(jì)算機(jī)98可包括分離的微處理機(jī)、程序ROM和RAM。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，監(jiān)視定時(shí)器102與微型電子計(jì)算機(jī)98相連，并能察覺何時(shí)微處理機(jī)98沒(méi)有在由監(jiān)視定時(shí)器裝定的時(shí)限內(nèi)完成選定的任務(wù)。在一定的時(shí)間范圍內(nèi)未能完成任務(wù)，這表示微型電子計(jì)算機(jī)98發(fā)生了故障。當(dāng)這種故障發(fā)生時(shí)，監(jiān)視定時(shí)器將微型電子計(jì)算機(jī)復(fù)位。與微機(jī)98相連的非易失存儲(chǔ)器104已裝有代表用于傳感器的數(shù)字線性校正量的常數(shù)。因此，經(jīng)本發(fā)明改進(jìn)的傳感器，除了能給傳感器的輸出信號(hào)提供在傳感器制造時(shí)已在敏感器組件88實(shí)行的模擬校正以外，還給傳感器的輸出信號(hào)提供了數(shù)字校正量。微型電子計(jì)算機(jī)98根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器104中的數(shù)字校正指令，計(jì)算傳感器的輸出。而計(jì)算后的輸出信號(hào)其精度超過(guò)原來(lái)模擬量傳感器輸出信號(hào)的精度。計(jì)算后的傳感器輸出信號(hào)沿著線106送至數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)電路82。DAC82對(duì)預(yù)測(cè)信號(hào)和表示回路實(shí)際電流的輸出信號(hào)進(jìn)行比較。DAC82將一個(gè)信號(hào)沿著線108送至電流控制器66，這樣使回路電流等于要求的預(yù)測(cè)的傳感器輸出電流。接向微型電子計(jì)算機(jī)98的通訊電路112，提供了從回路中接收數(shù)字指令的裝置。所述數(shù)字指令，例如有傳感器的補(bǔ)償常數(shù)，間隔和零位裝定。傳感器中的通訊電路112沿著線126、128、62A、64A接向帶有第二通訊電路114的雙向通訊電路。第二通訊電路114可以是數(shù)字控制系統(tǒng)的一部分，或可以是接到遠(yuǎn)處的回路的一個(gè)單獨(dú)的裝置。表示間隔、零位和線性校正數(shù)據(jù)進(jìn)入第二通訊電路114。第二通訊電路114將一高頻信號(hào)通過(guò)回路導(dǎo)線62A、電源64和傳感器中的線76、126接至通訊電路112。高頻信號(hào)由傳感器中的通訊電路112檢波。同時(shí)，將“載波檢波”信號(hào)從通訊電路112沿著線116接至微型電子計(jì)算機(jī)98。當(dāng)感知載波檢波信號(hào)時(shí)，微型電子計(jì)算機(jī)98將線118上的信號(hào)接到通訊電路112，從而接通開關(guān)112并激勵(lì)通訊電路112中的調(diào)制-解調(diào)器124。調(diào)制-解調(diào)器124沿著線126、128、76、62A、64A跟第二通訊電路114進(jìn)行雙向通訊。調(diào)制-解調(diào)124接收校正常數(shù)，并經(jīng)微型電子計(jì)算機(jī)傳送到存儲(chǔ)器104。同樣也在存儲(chǔ)器104中接收和儲(chǔ)存間隔和零位校正常數(shù)。調(diào)制-解調(diào)器124將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中表示常數(shù)狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳送到第二通訊電路114。存儲(chǔ)器104中可能包含控制傳感器功能的參數(shù)、序列號(hào)、維修履歷及表示過(guò)程變量的數(shù)據(jù)。
上述電路可從回路中獲得大于4毫安激勵(lì)電平的合成供能電流。將激勵(lì)電路84和微型電子計(jì)算機(jī)98串聯(lián)，以便相同的電流經(jīng)過(guò)它們，并實(shí)現(xiàn)有效地控制總的回路供能激勵(lì)電流。為進(jìn)一步減小回路終端的激勵(lì)電流，在導(dǎo)線70、74和76之間接有充電泵。為更好的平衡兩個(gè)串聯(lián)供能電路的電流需要量，充電泵在串聯(lián)負(fù)載之間傳送電荷。這就進(jìn)一步減少了傳感器終端的供能電流。在傳感器正常工作的時(shí)候，打開開關(guān)122，使得調(diào)制-解調(diào)器不再工作，從而進(jìn)一步減小了供能需要量。因此，由回路14送到傳感器的供能電流可以保持在4毫安以下，以使傳感器能在回路14的電流為4～20毫安時(shí)正常工作。然而，在調(diào)制-解調(diào)器124和電路114兩者之間進(jìn)行通訊一段時(shí)間里，激勵(lì)電流消耗可能暫時(shí)超過(guò)4毫安。
圖5A表示第一部份傳感器線路。圖中，敏感器組件88用虛線圍起來(lái)，它包括電容性的壓敏元件140。壓敏元件140通過(guò)固定電容142、144接至一陣列整流二極管146。將整流二極管146接至激勵(lì)電路84。激勵(lì)電路84通過(guò)整流二極管146對(duì)電容性壓敏元件提供激勵(lì)。敏感器組件88還包括跟敏感元件140和固定電容142、144接在一起的精選固定電阻148、150、152、154、156、158以及與敏感元件140和固定電容142、144相接的作為補(bǔ)償元件的熱敏電阻162、164，以便為敏感元件140提供模擬溫度補(bǔ)償。敏感組件原來(lái)還包括一個(gè)用于模擬量轉(zhuǎn)換器的校正電容166。但對(duì)于數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，電容166就沒(méi)有用了，因而也就不再把它接在該組件中了。
激勵(lì)裝置84包括電阻168、170、172、174、176、178，電容180、182、184、186、188、190、192，放大器194、196，晶體三極管198和五個(gè)繞組接在一起的用以提供激勵(lì)的變壓器200。和敏感組件的配合工作的激勵(lì)電路的工作原理和在U·S·專利3，646，538所介紹的基本是一樣的。
敏感器組件88將表示敏感電壓模擬量的敏感元件電流“Is”沿線202送到積分電路92。敏感器組件88也將一個(gè)模擬溫度補(bǔ)償電流“It”，沿著線204送至積分電路92。敏感元件電流“Is”和溫度補(bǔ)償電流“It”在含有放大器208，電阻210、212、214、216和電容218的放大級(jí)的連接點(diǎn)206上相疊加。該放大級(jí)在線218上形成一個(gè)表示電流(Is+It)之和的電位，因而此電位表示了經(jīng)敏感器組件的模擬補(bǔ)償電路校正的敏感元件輸出電流。線218通過(guò)一個(gè)開關(guān)(場(chǎng)效應(yīng)管)220接至積分器222。在線224上存在著一個(gè)基本固定的基準(zhǔn)電位。該基準(zhǔn)電位通過(guò)開關(guān)(場(chǎng)效應(yīng)管)226接至積分器222。積分器222包括決大器228，電容230和電阻232，其連接示于圖5A。開關(guān)220和226交替動(dòng)作，以便使積分器222交替地對(duì)敏感元件電壓和固定電壓進(jìn)行積分。積分器222在線234上輸出信號(hào)。這個(gè)輸出信號(hào)就是對(duì)加在開關(guān)220、226上的電壓的時(shí)間積分。積分器輸出沿著線234送到比較器236。比較器將積分器的輸出電壓與線238上的實(shí)際固定電壓相比較。比較器的輸出信號(hào)從線240出來(lái)接至圖5B線路，這在后面闡述。
第二調(diào)節(jié)器72一部份供電線路接在導(dǎo)線70和74之間，并在線242和238上形成中間供電。此第二調(diào)節(jié)器72給激勵(lì)電路、積分器和敏感器組件88中的溫度補(bǔ)償電路提供基準(zhǔn)電壓。第二節(jié)器包括電阻244、246、248、250、252，可調(diào)基準(zhǔn)254和電容256、258。上述元件，其連接如圖5A所示。
部件72的接線如圖5A中的“J2”所示，與其它部件的配合接線在圖5B中以同樣的標(biāo)記“J2”表示。
圖5B中，“與非門”246和248接在一起接至組成一個(gè)觸發(fā)電路的250。比較器的輸出(如圖5A所示)沿著線240經(jīng)過(guò)接線J2接至觸發(fā)電路250的一個(gè)“置位”輸入端。觸發(fā)電路250的第一輸出信號(hào)Q沿著線244經(jīng)過(guò)接線J2接到開關(guān)226(圖5A所示)的開關(guān)的門輸入端。觸發(fā)電路250的第二輸出信號(hào)Q沿著線242通過(guò)接線J2送至開關(guān)220(圖5A所示)的開關(guān)的門輸入端。激勵(lì)電壓被相互連接起來(lái)。定時(shí)器96在線252上給電平偏移緩沖器254提供一個(gè)低電平的定時(shí)器輸出信號(hào)，而緩沖器254則給變換器256輸送一個(gè)高電平的定時(shí)器輸出信號(hào)。定時(shí)器96最好采用由RCA有限公司制造的件號(hào)為CD4536B的定時(shí)器。變換器256沿著線258給觸發(fā)電路250的復(fù)位輸入端輸送高電平定時(shí)器輸出信號(hào)。觸發(fā)電路250的Q輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器260，接到定時(shí)器96的復(fù)位輸入端。觸發(fā)電路250的Q輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)變換器262，接到微型電子計(jì)算機(jī)98的輸入端。微型電子計(jì)算機(jī)98最好是由OKI半導(dǎo)體公司制造的80C59。微型電子計(jì)算機(jī)98沿著線264給定時(shí)器96輸送一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。觸發(fā)電路250、定時(shí)器96和積分器92共同組成雙斜率積分線路。觸發(fā)電路250的Q輸出信號(hào)有一個(gè)表示合成電流(Is+It)的脈沖寬度。因此，送到微型電子計(jì)算機(jī)98的信號(hào)表示了被敏感的參數(shù)，包括在敏感器組件88中所作的模擬量補(bǔ)償。在來(lái)自于變換器262的脈沖信號(hào)的寬度內(nèi)，微型電子計(jì)算機(jī)98計(jì)算它自己的時(shí)鐘脈沖，以便完成敏感元件輸出電流(Is+It)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
監(jiān)視定時(shí)器102包括變換器268、270、電容272、274、276、電阻278、280，晶體管282和二極管284。上述元部件的連接，如圖5B所示。當(dāng)微型電子計(jì)算機(jī)98正常工作的時(shí)候，微型電子計(jì)算機(jī)98在線290上周期地給監(jiān)視定時(shí)器輸送脈沖。線290上的脈沖使監(jiān)視定時(shí)器102復(fù)位，從而阻止在線292上發(fā)送監(jiān)視定時(shí)器輸出信號(hào)。然而，如果微型電子計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，因而不能在由監(jiān)視定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)在線290上給出一個(gè)脈沖，則在線292上的監(jiān)視定時(shí)器輸出信號(hào)被送出，從而將微型電子計(jì)算機(jī)98復(fù)位，這樣，正常的工作得以恢復(fù)。
將一個(gè)電可擦只讀存儲(chǔ)器(EEROM)104接到微型電子計(jì)算機(jī)98，并可存儲(chǔ)表示數(shù)字補(bǔ)償，間隔和零位的數(shù)字字。EEROM104的接線也示于圖5B中。微處理機(jī)可讀出存儲(chǔ)在EEROM104中的校正常數(shù)和計(jì)算作為常數(shù)函數(shù)的輸出信號(hào)的校正量。
為形成一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘或時(shí)間基準(zhǔn)，將晶體292接到微型電子計(jì)算機(jī)98。
至于帶有非易失的存儲(chǔ)器的傳感器的工作原理，則本領(lǐng)域的技術(shù)人們會(huì)認(rèn)識(shí)到在微型計(jì)算機(jī)98中的一部份RAM可由電池供電，以獲得校正常數(shù)等的非易失性的存儲(chǔ)。將線70、74和76與電平變換器相連，以向電平變換器供電。
在圖5B中的表以“J3”的接線將線由微計(jì)算機(jī)98連接到圖5C中的電路，供電線70、74、76也通過(guò)“J3”接到圖5C中的線路。
圖5C中加有標(biāo)記“J3”的連接線和圖5B中加有標(biāo)記“J3”的連接線相接。圖5C中的供電線70、74、76通過(guò)連接線“J3”接到圖5B中的線路。傳感器通過(guò)圖5C中的端口60、62接向回路14。來(lái)自于回路的電流進(jìn)入傳感器的端口60。端口60通過(guò)一個(gè)極性保護(hù)二極管59接至線126。儀表端口61、63與二極管59相連接，用以為在導(dǎo)線艙24(示于圖2)的任選指示儀表提供連接。第一調(diào)制器68接向線126，以便從線126上接收回路電流的激勵(lì)部份。調(diào)節(jié)器68向線70供給第一被調(diào)節(jié)的電壓。第一調(diào)節(jié)器包括電阻300、302、304、306、308、310、312，電容314、316、318，放大器320，晶體三極管322、324，二極管326、328，齊納二極管330、332、334、336，并將它們?nèi)鐖D5所示那樣連接在一起，用來(lái)產(chǎn)生被調(diào)電壓。
將電流控制電路66接在線126和62兩端之間，以控制回路電流的大小。電流控制電路66包括放大器350，電阻78、352、354、356，晶體三極管358、360，電容362，齊納二極管364、366。為控制電流從線126流向端62，其連接示于圖5C。由線368給放大器350輸入一個(gè)控制電流，而放大器輸出電流經(jīng)過(guò)電阻354輸送到復(fù)位晶體管358、360上。一部分回路電流從線126經(jīng)齊納二極管364、晶體三極管358、360和電阻356進(jìn)入線76。來(lái)自于部分傳感器線路中的電流也進(jìn)入電路的公共地線76。實(shí)際上，全部回路電流由線76，經(jīng)過(guò)電阻送到端62并返回到回路。電阻78兩端的電壓沿著線370送到DAC82。DAC82最好為模擬器件公司所制造的AD7543。DAC82將線370上的電壓同由DAC從總線372上接收來(lái)的預(yù)測(cè)輸出電壓相比較?？偩€372由DAC經(jīng)接線“J3”送到微型電子計(jì)算機(jī)98(示于圖5B)。
通訊電路112將通訊輸出電流，沿著線128送至電流控制器，以便給回路提供第一通訊信號(hào)，如對(duì)圖3所作的說(shuō)明那樣。第二通訊輸出信號(hào)從回路端60沿著線126接向通訊電路112。通訊電路112從線126上接收第二通訊信號(hào)，并對(duì)第二通訊信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。經(jīng)過(guò)解調(diào)的第二通訊信號(hào)沿著總線374并經(jīng)接線“J3”接到微型電子計(jì)算機(jī)98(在圖5B中)。通訊電路112包括濾波器376。這種濾波器用于對(duì)來(lái)自回路的通訊信號(hào)進(jìn)行濾波和放大。濾波器376接到對(duì)載波進(jìn)行檢波的檢波電路378。濾波器376還接到對(duì)通訊信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)的調(diào)制-解調(diào)器124。調(diào)制-解調(diào)器124最好采用由Tcxas儀表公司所制造的TCM3105。載波檢波器378沿著線116并經(jīng)接線“J3”接到微型電子計(jì)算機(jī)98(在圖5B中)。當(dāng)檢測(cè)到載波時(shí)，微型電子計(jì)算機(jī)98將一信號(hào)沿著線118送到給調(diào)制-解調(diào)器供能的開關(guān)122上。
充電泵132接在線70、74和76之間。充電泵最好包括一個(gè)接到充電泵積分電路392的電容390。充電泵積分電路392最好為由Inlensil公司制造的7660。電容390從線70、74充電，然后又往線74、76放電，結(jié)果使電流達(dá)到平衡。
于是本發(fā)明的裝置可以在將原傳感器置于制煉廠的位置的情況下進(jìn)行安裝，并可提供所要求的數(shù)字校正量?？梢员苊飧鼡Q整個(gè)傳感器所需的費(fèi)用，而卻仍能獲得數(shù)字地預(yù)測(cè)輸出，以提供數(shù)字的線性校正。
以上所敘述的數(shù)字式轉(zhuǎn)換器，具有線性的輸出。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到;熟悉本領(lǐng)域的人們也同樣將本發(fā)明用于非線性輸出，比如平方根輸出或用于逆作用輸出。
權(quán)利要求
1.一種能將一個(gè)選定的第二信息傳送到參數(shù)值傳感器的方法，傳感器可通過(guò)其中的一個(gè)第一套傳送線路，沿雙線載流回路傳輸?shù)谝活愋畔ⅲd流回路則適合于與參數(shù)值傳感器的第一和第二端進(jìn)行電連接，而第一類信息則由那些由在參數(shù)值傳感器中的敏感裝置測(cè)得的值所組成，參數(shù)值取決于參數(shù)值傳感器所連接的設(shè)備的狀況，該方法的特征在于包括斷開并去掉最初電氣地連接在敏感裝置和如前述地固連到設(shè)備的參數(shù)值傳感器中的第一及第二端之間的一部份第一套傳感器電路；和在如前述地固連于設(shè)備的參數(shù)值傳感器中提供一個(gè)電氣地連接于在敏感裝置和第一及第二端之間的第二套傳送電路，第二套傳送電路然后能使改裝后的參數(shù)值傳感器沿著雙線回路傳送第一和第二類信息。
2.權(quán)利要求
1的方法，通過(guò)利用具有頻率成份在第一頻率范圍內(nèi)傳送的信號(hào)傳送由改裝后的參數(shù)值傳感器發(fā)送的第一類信息，通過(guò)利用具有頻率成份在與第一頻率范圍相分離的第二頻率范圍內(nèi)的傳送信號(hào)傳送由改裝后的參數(shù)值傳感器發(fā)送的第二類信息。
3.權(quán)利要求
1的方法，其中改裝后的參數(shù)值傳感器的第二傳送線路能夠接收在第一和第二端提供的信號(hào)，這些信號(hào)包含至少暫時(shí)儲(chǔ)存在那里的信息。
4.一個(gè)參數(shù)值傳感器，具有傳送電路，傳送電路用于沿適合于與在參數(shù)值傳感器中的第一及第二端進(jìn)行電氣連接的雙線回路，傳送由一個(gè)參數(shù)的參數(shù)值傳感器中的敏感裝置測(cè)得的值，參數(shù)值則取決于參數(shù)值傳感器所固連的設(shè)備中的狀況，上述傳感器的特征在于包括在那里提供的三個(gè)終端裝置，包括第一和第二終端裝置;和傳送電路，傳送電路包括一個(gè)電源，該電源能在每個(gè)這些終端裝置上保持相異的電壓值，所述電壓值包括在第一和第二終端裝置上的第一和第二電壓值，該電源保持第三終端裝置上的第三電壓值在第一和第二電壓值的中間值上，電氣地連接在第二和第三終端裝置之間的部份的傳送電路能被比電氣地連接在第一和第三終端裝置之間部分的傳送電路通過(guò)更大的總電流;和一個(gè)充電貯存裝置，它能夠交替地電氣地連接在第一和第三終端和繼之連接在第二和第三終端之間。
5.一個(gè)參量值傳感器，它具有用于沿雙線回路傳輸由參數(shù)值傳送敏感裝置測(cè)得的值，雙線回路適用于與在參量值傳感器中的第一和第二終端裝置相連，參數(shù)值取決于參數(shù)值傳感器所連接的設(shè)備的狀況，該傳感器包括一個(gè)在傳送電路中的、提供給參量值傳感器的微處理機(jī)，微處理機(jī)控制信號(hào)向第一和第二終端裝置的傳送，和一個(gè)復(fù)位裝置，該裝置能當(dāng)參數(shù)值在由復(fù)位定時(shí)器所設(shè)定的時(shí)間內(nèi)不被傳送時(shí)，回復(fù)在微處理機(jī)中的工作順序。
6.用于改進(jìn)現(xiàn)行模擬雙線傳感器的設(shè)備，該設(shè)備具有一敏感器組件，一個(gè)敏感器激勵(lì)電路，和一個(gè)用于向一個(gè)雙線電流回路提供代表一個(gè)敏感的過(guò)程變量的輸出的檢測(cè)器電路，上述設(shè)備的特征在于它包括一個(gè)數(shù)字分量檢測(cè)電路，該檢測(cè)器電路包括連接于敏感器組件和電流回路之間的、用于數(shù)字地計(jì)算傳感器輸出的計(jì)算裝置和包括一個(gè)在電流回路中的、用于向檢測(cè)器電路提供可識(shí)別的校正信號(hào)以改進(jìn)傳感器輸出的裝置。
7.一個(gè)能增加參量值傳感器能力的方法，該傳感器用于接收輸入信息，上述這種傳感器一開始就具有通過(guò)一套其中的傳送線路，能夠沿一雙線載流回路傳送輸出信息，上述回路適合于與傳感器的第一端和第二端相連，輸出信息由那些被在一個(gè)參數(shù)的傳感器中的敏感裝置測(cè)得的值所組成，而參數(shù)值則取決于固連傳感器的設(shè)備的狀況，上述方法的特征在于包括斷開或拆除至少一套傳送電路的一部份線路，這些線路是一開始就被電氣地連接在敏感裝置與在固連到設(shè)備的傳感器中的第一和第二端之間，和在固連至設(shè)備的傳感器中提供一套電氣地連接在敏感裝置與第一和第二端之間的傳送和接收電路，上述一套傳送和接收電路能使改裝的傳感器發(fā)送輸出信息和接收輸入信息。
專利摘要
在包括一個(gè)敏感組件，模擬電路，和一個(gè)向雙線環(huán)路提供一個(gè)代表被敏感的過(guò)程變量(例如壓力)的現(xiàn)行模擬雙線傳感器中，用包括一個(gè)可數(shù)字地計(jì)算傳感器輸出的數(shù)字變換器的設(shè)備代替了模擬檢測(cè)電路。通過(guò)計(jì)算線性校正而改進(jìn)了該輸出。模擬激勵(lì)電路也可以用替換激勵(lì)電路取代，替換的激勵(lì)電路和數(shù)字變換器順序被激勵(lì)，以控制激勵(lì)電流。一個(gè)供給泵可以耦合到環(huán)路以平衡串聯(lián)電路的電流。數(shù)字變換器出能提供電氣間隔和零位調(diào)整。
文檔編號(hào)G08C19/02GK87106642SQ87106642
公開日1988年6月22日 申請(qǐng)日期1987年9月30日
發(fā)明者約翰·A·基伯, 理查德·L·尼爾森, 截維德·L·彼德森 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan