專利名稱：：用于現(xiàn)場設(shè)備的接線端泄露監(jiān)測的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及對現(xiàn)場設(shè)備的狀況的監(jiān)測。具體地，本發(fā)明涉及用于檢測現(xiàn)場設(shè)備中流體的存在的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在許多工業(yè)設(shè)置中，控制系統(tǒng)用來監(jiān)測和控制庫存、工藝等。典型的控制系統(tǒng)包括中央控制室和在地理位置上遠離該控制室的多個現(xiàn)場設(shè)備?，F(xiàn)場設(shè)備采用模擬或數(shù)字通信手段將工藝數(shù)據(jù)傳輸至控制室。傳統(tǒng)上，已經(jīng)采用二線式雙絞線電流回路將模擬現(xiàn)場設(shè)備連接至控制室，每個現(xiàn)場設(shè)備采用單個二線式雙絞線回路連接至控制室。位于現(xiàn)場設(shè)備殼體內(nèi)的是用于將雙絞線電流回路連接至現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)的電路的接線端。該區(qū)域稱為現(xiàn)場設(shè)備的接線板區(qū)。通常，接近20至25伏的電壓差保持在兩條線之間，并且4和20毫安(mA)的電流流過回路。模擬現(xiàn)場設(shè)備通過將流過電流回路的電流調(diào)制為與所感應(yīng)的過程變量成比例的電流而將信號傳遞至控制室。接收裝置測量通過通常位于控制室中的負荷電阻器兩端的電壓，以確定所調(diào)制的電流的大小。而傳統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備僅能夠完成一種功能，近來，將數(shù)字數(shù)據(jù)疊加在電流回路上的混合系統(tǒng)己經(jīng)用在分布式控制系統(tǒng)中了。高速尋址遠程變換器(HighwayAddressableRemoteTransducer)(HART)和美國儀表協(xié)會(ISA)FiddbusSP50標準將數(shù)字載波信號疊加在電流回路信號上。HART標準采用頻移鍵控(FSK)技術(shù)在電流回路上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，并以1200波特和2400波特(baud)的頻率進行工作。其它在電流回路上通信數(shù)字信息的公共協(xié)議為FoundationFieldbU、Profibus和DeviceNet。通常，這些系統(tǒng)以比HART協(xié)議高的頻率進行工作。數(shù)字載波信號能夠用來發(fā)送二次信號和診斷信息。在載波信號上提供的信息的例子包括二次過程變量(secondaryprocessvariables),診斷信息(諸如傳感器診斷、設(shè)備診斷、線診斷、過程診斷等)、工作溫度、傳感器溫度、校正數(shù)據(jù)、設(shè)備ID號碼、結(jié)構(gòu)信息等。因此，單個現(xiàn)場設(shè)備可以具有多種輸入和輸出變量，并可以實現(xiàn)多種功能?，F(xiàn)場設(shè)備通常位于物理上具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中，一個潛在的問題是流體在現(xiàn)場設(shè)備的接線板區(qū)中的積聚。存在于接線板區(qū)中的流體會在現(xiàn)場設(shè)備的接線端之間產(chǎn)生導電路徑，通常稱為接線端泄露(terminaleakage)。在現(xiàn)場設(shè)備中存在接線端泄露影響了現(xiàn)場設(shè)備將所測量的過程變量精確地傳輸至控制室的能力。將與所測量的過程變量相關(guān)的值精確地傳輸至控制室的能力對確保恰當?shù)目刂七^程操作是非常重要的。然而，對于在接線板中存在流體，周期性地檢查每個現(xiàn)場設(shè)備是困難的、且耗費時間的。因此，有利的是設(shè)計一種用于自動檢查現(xiàn)場設(shè)備的接線板區(qū)中存在流體的系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一個方面中，通過基于接線端電壓變化值和電流調(diào)節(jié)器變化值的比較來測量電壓比值而檢測接線端泄露。通過將電壓比值與先前測量的電壓比值進行比較，來確定接線端泄露。圖1為現(xiàn)場設(shè)備的透視圖。圖2為位于現(xiàn)場設(shè)備中的部件的功能塊圖。圖3為由現(xiàn)場設(shè)備采用的電流調(diào)節(jié)器電路的電路圖。圖4A和4B為說明接線端泄露存在和不存在的情況下的通過電流回路連接至控制室的現(xiàn)場設(shè)備的電路圖。圖5為位于現(xiàn)場設(shè)備的通信芯片組內(nèi)的用來檢查現(xiàn)場設(shè)備的接線板中流體的部件的功能塊圖。圖6為用來計算接線端電壓和電流調(diào)節(jié)器電壓之間的電壓比值的電壓比值轉(zhuǎn)換器的功能塊圖。圖7為說明監(jiān)測和檢查接線板區(qū)的接線端泄露的方法的流程圖。圖8A和8B為用來測試本發(fā)明的實用性和精確性的硬件的電路圖。雖然上述附圖闡明了本發(fā)明的一個實施例，如在討論中所提及的那樣，其它實施例也是所希望的。在所有的情況中，本公開以代表性的而非限制的方式呈現(xiàn)本發(fā)明。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想出落入本發(fā)明的原理性的范圍和精神之內(nèi)的各種其它變形和實施例。附圖沒有按比例畫出。在所有的附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的部件。具體實施例方式圖1展示出現(xiàn)場設(shè)備10，其包括殼體12、傳感器板14、電路板16和接線板17(其包括至少兩個標示18a和18b的接線端)。傳感器板14測量過程變量(如，壓力、溫度、流量等等)，并將所測量的過程變量轉(zhuǎn)化為電信號。采用傳統(tǒng)的4-20mA模擬通信技術(shù)、或數(shù)字通信協(xié)議(如，HART)的某些形式，電路板16將由傳感器板14提供的信號轉(zhuǎn)化成能傳輸至控制室的信號。來自控制室的配線通過現(xiàn)場導管端口20進入現(xiàn)場設(shè)備10，并連接至接線板(terminalblock)17內(nèi)的接線端18a和18b。接線板17包括允許蓋子21放在接線板17上的螺紋。理想的是，殼體12和蓋子21用來保護接線端18a和18b遠離外界因數(shù)(如積聚在接線板17中的流體)的影響。盡管進行了這些努力，流體有時還是會在接線板17內(nèi)積聚。由于在接線端18a和18b之間存在流體會不利地影響現(xiàn)場設(shè)備10和控制室之間的通信(如圖4A和4B所示)，則檢査接線板17內(nèi)的接線端泄露的能力將會非常有用。圖2為功能塊圖，說明所監(jiān)測的過程變量在被傳輸至控制室之前如何在現(xiàn)場設(shè)備10中被處理。如圖2所示，傳感器板14包括傳感器件22和模擬到數(shù)字(analog-to-digital)轉(zhuǎn)換器24，且電路板16包括微處理器26和通信芯片組28。傳感器件22測量諸如壓力或溫度的過程變量，并將所測量的過程變量轉(zhuǎn)換成模擬信號。傳感器件22將表示所感應(yīng)的過程變量的模擬信號提供至A/D轉(zhuǎn)換器24，A/D轉(zhuǎn)換器24將模擬信號轉(zhuǎn)換成被提供至微處理器26的數(shù)字信號。微處理器26(也稱為微控制器)廣義上涉及能夠進行計算并與其它部件進行通信的裝置。微處理器26可包括用于存儲由所連接的裝置提供的輸入的存儲器件。在微處理器26的要求下，通信芯片組28將從微處理器26接收的信號轉(zhuǎn)換成能夠傳輸至控制室的信號。通信芯片組28與控制室進行通信，在一個實施例中，通過調(diào)節(jié)被提供至接線端18a和18b的4-20mA之間的電流來進行，其中由通信芯片組28提供的電流的大小表示所感應(yīng)的過程變量的大小。此外，通信芯片組28可以通過將數(shù)字信號疊加在標準的4-20mA信號上(B卩，采用熟知為HART協(xié)議的協(xié)議)而與控制室進行通信。通過以士0.5mA的幅度調(diào)制4-20mA信號而傳輸。在另一個實施例中，代替采用4-20mA電流調(diào)節(jié)的模擬通信，現(xiàn)場設(shè)備10采用熟知為FoundationFieldbus的協(xié)議與控制室進行數(shù)字通信。雖然本發(fā)明也適用于采用數(shù)字通信的實施例，本公開的大部分描述其中現(xiàn)場設(shè)備10通過標準4-20mA模擬信號與控制室進行通信的實施例。圖3為說明電流調(diào)節(jié)器電路30的實施例的電路圖，該電流調(diào)節(jié)器電路30位于通信芯片組28(如圖2中所示)中，該通信芯片組28將由微處理器26(仍然如圖2中所示)提供的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成被提供至控制室的模擬4-20mA信號。電流調(diào)節(jié)器電路30包括輸入端VTXA和輸入端VMSB、電容器C1、C2、C3、C4禾卩C5、電阻器RO(也稱為電流調(diào)節(jié)器電阻RO)、Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8禾BR9，運算放大器OpAmpl，晶體管Ql和Q2，以及連接至接線端18a和18b的輸出端+PWR和-PWR。輸入由微處理器26在輸入端Vtxa和Vmsb提供，且輸出通過輸出端+PWR和-PWR提供至控制室。電流調(diào)節(jié)器電路30基于在輸入端Vtxa和VMSB接收的輸入而調(diào)節(jié)通過電阻RO產(chǎn)生的電流。由微處理器26提供至輸入端Vmsb的信號表示所感應(yīng)的過程變量，并且提供至輸入端VMSB的信號的大小表示通過電阻RO提供的4-20mA電流的大小。即，電流調(diào)節(jié)器電路30基于在輸入端VMSB提供的信號在4mA和20mA之間改變通過電阻RO提供的電流。除了由電流調(diào)節(jié)器電路30基于表示所感應(yīng)的過程變量的輸入而提供的4-20mA模擬電流調(diào)節(jié)，電流調(diào)節(jié)器電路30還可以調(diào)節(jié)通過電阻R0的電流，以將數(shù)字信號傳輸至控制室。通過以士0.5mA的幅度調(diào)制4-20mA信號而傳輸數(shù)字信號(即，執(zhí)行HART數(shù)字通信協(xié)議)。在該實施例中，數(shù)字信號由微處理器26在輸入端VxxA處提供至電流調(diào)節(jié)電路。對于模擬的4-20mA信號和數(shù)字的士0.5mA信號兩者，知道輸出端+PWR和-PWR之間的總電阻允許電流調(diào)節(jié)器電路30通過電阻R0產(chǎn)生正確的電流大小。特別地，電流調(diào)節(jié)器電路30確定設(shè)置在電阻R0兩端的合適的電壓，使得在輸出端+PWR和-PWR之間產(chǎn)生合適的4-20mA電流。如下面的圖4A和4B所示，接線端泄露的存在改變了系統(tǒng)的整體電阻，且因此扭曲了由電流調(diào)節(jié)電路30產(chǎn)生的電流的大小。如果由接線端泄露產(chǎn)生的增加電阻非常大，則提供至控制室的電流的大小不能精確地反映所感應(yīng)的過程變量的大小。圖4A和4B說明現(xiàn)場設(shè)備10至控制室32的連接?，F(xiàn)場設(shè)備10通過絞合線對34(由電阻器Rto。pl和R,。。p2所示)連接至控制室32，控制室32包括電源Vc和內(nèi)部電阻Rc?？刂剖?2還可能包括允許控制室32翻譯由所連接的現(xiàn)場設(shè)備提供的數(shù)據(jù)的多個硬件部件。例如，位于控制室32中的部件包括計算系統(tǒng)、通信卡和存儲裝置。在現(xiàn)場設(shè)備10和控制室32之間產(chǎn)生的電流路徑稱為電流回路L。。p?，F(xiàn)場設(shè)備10由現(xiàn)場接線端18a和18b表示，且電流調(diào)節(jié)電路30負責將回路電流I,。。p調(diào)節(jié)至與所測量的過程變量成比例的大小。電流調(diào)節(jié)電路30(在圖3中更詳細地顯示)在此模塊為理想電流源Ito。p和電流調(diào)節(jié)電阻Ro(與圖3所示的電阻相同)。接線端裝置lO接收來自電源Vc的電源，該電源Vc將約20-25伏的電壓提供至絞合線對和終端裝置。電流調(diào)節(jié)電路30調(diào)節(jié)通過電阻Ro的電流(如關(guān)于圖3所描述的)，以將所感應(yīng)的過程變量傳輸至控制室32。此外，電流調(diào)節(jié)電路30以士0.5mA的幅度調(diào)制通過電阻Ro的電流，以與控制室32進行數(shù)字通信。如圖4A所示，由于在現(xiàn)場設(shè)備10和控制室32之間僅存在單一電流路徑，由電流調(diào)節(jié)電路30設(shè)置的通過電阻Ro的電流的大小等于由控制室32測量的通過電阻Rc的電流的大小。以這種方式，過程變量的大小被精確地從終端裝置10傳輸至控制室32。采用Kirchoff電壓定律，接線端電壓Vx(即，接線端18a和18b之間的電壓)和電流調(diào)節(jié)電壓VQ(即，由電流調(diào)節(jié)器電路30在電阻Ro兩端產(chǎn)生的電壓)之間的關(guān)系可以由下述等式表示。=—~等式l接線端電壓VX和電流調(diào)節(jié)電壓VQ分別表示為電壓變化和W。。電壓變化值表示最大值的電壓和最小值的電壓之間的差分(如，《^max-^_min)。通過調(diào)制回路電流，產(chǎn)生了接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓v。之間的電壓變化。在一個實施例中，現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字通信能力用來產(chǎn)生所希望的電流調(diào)制(如，現(xiàn)場設(shè)備的HART通信裝置可以用來調(diào)制回路電流士0.5mA)。測量接線端電壓變化《^和電流調(diào)節(jié)電壓變化5F。具有使接線端泄露的計算獨立于供給電壓(其隨時間變化)和回路電流(其基于所測量的過程變量而變化)的變化的好處。值RA被定義為等于現(xiàn)場設(shè)備10外部的回路電阻(即，RA=R,。。p,+R,。。p2+Rc)。該等式限定了接線端Vx兩端的電壓和由電流調(diào)節(jié)電路28產(chǎn)生的電阻Ro兩端的電壓之間的關(guān)系。圖4B說明存在于現(xiàn)場設(shè)備10的接線端18a和18b之間的接線端泄露如何影響回路電流，其中接線端泄露由電阻Rx模擬。接線端泄露的存在導致控制室32和現(xiàn)場設(shè)備10之間的電流回路分成三部分電流調(diào)節(jié)部分I"接線端泄露部分12和控制室/回路部分13。這三個電流部分之間的關(guān)系由下述等式定義/3=/1+/2等式2電流調(diào)節(jié)電路28調(diào)節(jié)通過電阻Ro的電流，使得該電流與由現(xiàn)場設(shè)備IO測量的過程變量成比例。因此，電流調(diào)節(jié)部分I,表示由現(xiàn)場設(shè)備10測量的過程變量。然而，接線端泄露電流部分12的存在導致控制室/回路電流部分13的大小大于電流調(diào)節(jié)部分Ii。電流調(diào)節(jié)部分I,和控制室/回路電流13之間的大小的差別導致控制室32曲解了所測量的過程變量的值。再次采用Kirchoff電壓定律，接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓Vo之間的關(guān)系由下述等式定義接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓Vo表示為電壓變化^^和W。。等式1和3之間的比較顯示出，如果能夠測量接線端電壓變化^^和電流調(diào)節(jié)電壓變化5r。之間的比值，則能夠確定接線端泄露電阻Rx。在一個實施例中，下述方法用來確定接線端泄露值Rx。為了對此進行解釋，^&和^;之間的電壓變化之間的比值表示為無量綱參數(shù)K。對于不存在接線端泄露的情況，該參數(shù)由下述等式表示<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>等式4在該等式中，術(shù)語'g/涉及與現(xiàn)場設(shè)備io外部的電流回路相關(guān)的電導值，且術(shù)語'g。，涉及圖4A和4B所示的電阻Ro的電導。對于存在接線端泄露的情況，無量綱參數(shù)K,由下述等式表示為電導<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>等式5在該等式中，術(shù)語'g/將圖3B所示的作為電阻Rx的接線端泄露電阻的電導?；诘仁?和5，泄露電導可以由下述等式表示-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>等式6因此，等式6表明，如果能夠在初始狀態(tài)測量接線端電壓變化^^與電流調(diào)節(jié)電壓變化57。的比值，當沒有泄露電阻存在時，該比值的后續(xù)測量值(與已知的電阻Ro的電導一起)可以用來計算現(xiàn)場設(shè)備接線端18a和18b之間的泄露電阻(或電阻)。圖5為功能塊圖，說明位于通信芯片組28內(nèi)(如圖2所示)的、允許檢查接線板17中的接線端18a和18b之間的接線端泄露的部件之間的連接。所述部件包括電源36、電流調(diào)節(jié)器電路30(在圖3中更詳細地顯示)和電壓比值計算裝置38(在圖6中更詳細地顯示)。在一個實施例中，這些部件中的每一個都位于圖2所示的通信芯片組28內(nèi)。如關(guān)于圖4A和4B所討論的，控制室32在接線端18a和18b之間提供約20-25伏的電壓，在圖4A和4B中標示為接線端電壓Vx。電源36連接在接線端18a和18b之間，采用由控制室32提供的20-25伏的電壓，以將調(diào)節(jié)的電源(標示為PWR)提供至位于現(xiàn)場設(shè)備10內(nèi)的裝置和部件(如，微處理器26、電流調(diào)節(jié)器電路30和電壓比計算裝置38)。電流調(diào)節(jié)器電路30連接為從微處理器26接收輸入，并調(diào)節(jié)提供至接線端18a和18b的電流。如關(guān)于圖3所討論的，從微處理器26接收的輸入可包括表示所感應(yīng)的過程變量的信號和將采用如HART之類的數(shù)字通信標準進行傳輸?shù)男盘?。除了?shù)字通信，為了測量與接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓V。相關(guān)的電壓變化的唯一目的，微處理器還可以指示電流調(diào)節(jié)器電路30調(diào)制回路電流。電壓比值計算裝置38連接為監(jiān)測在接線端18a和18b之間提供的接線端電壓Vx和在電流調(diào)節(jié)器電路30內(nèi)的電流調(diào)節(jié)電阻Ro上產(chǎn)生的電流調(diào)節(jié)電壓Vo?；谒O(jiān)測的接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓Ro，電壓比值計算裝置38計算電壓變化比值K(如圖5所示)。電壓比值計算裝置38將所計算的電壓變化比值K提供至微處理器26。在一個實施例中，微處理器26存儲所計算的電壓變化比值K。在另一個實施例中，微處理器將所計算的電壓變化比值K提供至電流調(diào)節(jié)器電路30，并指示電流調(diào)節(jié)器電流30以采用數(shù)字通信協(xié)議將所計算的值傳輸至控制室32。如上所述，初始電壓變化比值和后續(xù)電壓變化比值k,的計算允許確定存在于接線端18a和18b之間的接線端泄露。圖6示出用來實現(xiàn)電壓比值計算裝置38(如圖5所示)的部件的實施例。電壓比值計算裝置38包括o-S(sigma-ddta)模擬至數(shù)字(analogtodigital)轉(zhuǎn)換器(ADC)40和SINC濾波器42。在該實施例中，在接線端18a和18b之間提供的接線端電壓Vx和在電阻Ro兩端提供的電流調(diào)節(jié)電壓Vo被提供至o-SADC40。在一個實施例中，o-SADC40由一系列開關(guān)、電容器、積分器(即，具有電容反饋的運算放大器)和比較器組成。o-SADC40操作，以平衡由接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓Vo提供的電荷。以土0.5mA的幅度調(diào)制回路電流導致在接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓Vo上都產(chǎn)生電壓變化(在圖6中由符號Vo+和V/以及Vo鄰Vx.示出，其中Vo+禾卩Vx+表示與回路電流調(diào)制相關(guān)的峰值，而V(T和Vx'表示與回路電流調(diào)制相關(guān)的谷值或低點)。通過平衡由接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓Vo提供的電荷，o-SADC40測量至o-SADC的輸入之間的比值。通過調(diào)制回路電流，以在接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓Vo中產(chǎn)生變化，o-SADC40產(chǎn)生表示這些電壓變化之間的比值的單比特流。即，l和0流的密度表示接線端電壓Vx的變化和電流調(diào)節(jié)電壓VQ的變化之間的比值。熟知為脈沖編碼調(diào)制(PCM)的1和0單比特流，提供至SINC濾波器42?；?和0的PCM流，SINC濾波器42將該流轉(zhuǎn)換成表示接線端電壓變化和電流調(diào)節(jié)電壓變化W。的比值的數(shù)字值。該比值由無量綱參數(shù)k表示。隨后，所測量的)c參數(shù)能夠沿著通常的數(shù)字通信裝置傳輸至微處理器26。微處理器可以本地存儲所計算的參數(shù)，或者可以指示電流調(diào)節(jié)器30將所計算的參數(shù)傳輸至控制室32。圖7為說明確定存在接線端泄露的方法的一個實施例的流程圖。在步驟50,進行接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓Vo之間的比值的初始測量，稱為/c。。在一個實施例中，控制室32可以向現(xiàn)場設(shè)備IO發(fā)出指令，指示現(xiàn)場設(shè)備10(特別是電壓比值計算裝置38)測量電壓變化比值K的值(稱為/c。值)。在另一個實施例中，一旦裝配好，現(xiàn)場設(shè)備10可以自動開始;c。值的在步驟52，初始無量綱參數(shù)存儲在存儲器中?，F(xiàn)場設(shè)備10可以本地存儲f。值，或者可以將/c。傳輸至控制室32，控制室32隨后存儲;r。值。在步驟54，在^值的初始測量之后的一定時間處，現(xiàn)場設(shè)備10對接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓V。之間的比值進行二次測量，稱為K,?？梢韵鄳?yīng)于從控制室30接收的指令進行s值的測量，或者由現(xiàn)場設(shè)備10周期性地進行，以確保在現(xiàn)場設(shè)備10的接線端18a和18b之間不存在接線端泄露。在步驟56，后續(xù)電壓變化比值K,存儲至存儲器。電壓變化比值/c,再次本地存儲在現(xiàn)場設(shè)備10上，或者可以傳輸至控制室32，進行存儲。在步驟58，基于電壓變化參數(shù)K。的初始測量，以及電壓變化參數(shù)的隨后測量，能夠采用等式6估計泄露電阻或電導g,。這種計算可以由微處理器26本地進行，或者所測量的K,參數(shù)可以傳輸至控制室32，控制室32隨后進行泄露電阻的計算。在步驟60，基于所計算的泄露電導&，確定泄露電導是否高得引起由現(xiàn)場設(shè)備10提供的信號的失真。S卩，所計算的泄露電導可以與閾值比較，以確定是否需要發(fā)出關(guān)于現(xiàn)場設(shè)備10的通知或警告。圖8A和8B說明用來測試基于電壓比值的測量而進行的泄露電阻的計算的實用性和精確性的硬件的連接。為了實施該試驗，采用下述部件-電壓源VCC、表示現(xiàn)場設(shè)備10外部的電阻的270歐姆(Q)電阻、表示泄露電阻Rx的1350Q電阻、羅斯蒙特(Rosemount)3051C壓力傳送器66、調(diào)制解調(diào)器68和個人計算機70。3051C壓力傳送器66包括現(xiàn)場接線端72a和72b以及輸出電子組件74，輸出電子組件74包括如圖8B所示的電流調(diào)節(jié)電路。調(diào)制解調(diào)器68和PC70連接在270Q電阻兩端，以允許用戶為了試驗的目的控制通過270D電阻產(chǎn)生的電流。圖8B說明輸出電子組件74中的電路配置，包括二極管Dl、晶體管Q3、電阻R10和電流調(diào)節(jié)電阻Ro。在該實施例中，電流調(diào)節(jié)電阻Ro具有135歐姆的電阻。如圖8B所示，測量現(xiàn)場接線端72a和72b上的接線端電壓Vx，并測量電阻R。兩端的電流調(diào)節(jié)電壓Vo。為了在本文中進行該試驗，如圖8A和8B所示的試驗配置可以與圖1所示的現(xiàn)場變送器10進行比較。圖8A所示的3051現(xiàn)場設(shè)備10對應(yīng)于圖1所示的現(xiàn)場設(shè)備10。圖8A所示的輸出電子組件74對應(yīng)于圖1和2所示的電路板16。圖8A和8B所示的現(xiàn)場接線端72a和72b對應(yīng)于圖1所示的現(xiàn)場接線端18a和18b。圖8A所示的1350Q電阻對應(yīng)于圖4B所示的電阻Rx。在該試驗中，采用調(diào)制解調(diào)器68和PC70將流過270Q電阻的回路電流設(shè)為不同的值。通過測量在電流設(shè)置大于所選擇的電流值0.5mA的情況下的結(jié)果電壓Vx和VQ，和隨后測量在電流設(shè)置小于所選擇的電流值0.5mA的情況下的結(jié)果電壓Vx和Vo，從而測量對于每一個電流值的電壓變化^^和5K。通過分別從接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓V。的第二測量值中減去接線端電壓Vx和電流調(diào)節(jié)電壓VQ的第一測量值，確定電壓變化W,和^。通過用電壓變化W,除電壓變化^，確定比值/r。確定電壓變化的該方法僅用于該試驗目的?，F(xiàn)場設(shè)備中的實際實施會存在變化。例如，如關(guān)于圖6所討論的，由o-S調(diào)節(jié)器和SINC濾波器組成的電壓比值數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以用來測量5&和c^。之間的電壓變化比值。表l(下面所示)說明對于不存在泄露的情況(即，當從配置中去除泄露電阻Rx時)所進行的測量和計算結(jié)果。第一欄表示由調(diào)制解調(diào)器68和PC70設(shè)定的回路電流。第二欄顯示關(guān)于第一欄所示的對應(yīng)的回路電流所計算的電壓變化<^。的結(jié)果。第三欄顯示關(guān)于第一欄所示的對應(yīng)的回路電流所計算的電壓變化^^的結(jié)果。第四欄示出電壓變化比值/T。的結(jié)果，并基于第二和第三欄所示的所測量的電壓變化進行計算。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表2說明采用在現(xiàn)場接線端72a和72b之間連接泄露電阻RX(1350Q)所進行的測量，模擬在現(xiàn)場接線端之間存在泄露電阻的情況。流過電阻Ro的電流再次由調(diào)制解調(diào)器68和PC70設(shè)定為三個不同的值，對于每個值，測量相應(yīng)的電壓變化比值?；谒鶞y量的電壓變化，通過用5&除電壓變化比值W。，計算無量綱參數(shù)s。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表3說明采用表1和2的第四欄中列出的和《的計算值以及上述等式6計算的泄露電阻，為了簡單，在此重寫出等式6:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表3展示出，對于所提供的回路電流的每一個值，采用等式6計算出泄露電阻的準確預測值。因此，上述試驗不僅表明本發(fā)明適合用于檢查和量化現(xiàn)場設(shè)備的接線端之間的泄露電阻，而且表明泄露電阻的計算不依賴于回路電流的大小。電壓變化W^和W。)的采用使得接線端泄露的計算獨立于外部因數(shù)(如電源變化和回路電流)的變化。即，將回路電流設(shè)為5.0±0.5mA與將回路電流設(shè)為19.0±0.5mA產(chǎn)生近似相同的泄露電阻計算值(1408Q對比1358Q)。因此，不需要關(guān)于回路電流的目前狀態(tài)或值的特殊信息來滿足測量并確定泄露電阻的目的。雖然已經(jīng)參照較佳實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在形式和細節(jié)上進行各種變化。特別地，本發(fā)明已經(jīng)描述了關(guān)于通過基于所感應(yīng)的過程變量調(diào)制4-20mA回路電流而與控制室進行通信的現(xiàn)場設(shè)備。在其它實施例中，可以與僅采用數(shù)字通信協(xié)議(如FoundationFieldbus)進行通信的現(xiàn)場設(shè)備一起實施本發(fā)明。權(quán)利要求1.檢測接線端泄露的現(xiàn)場設(shè)備，該現(xiàn)場設(shè)備包括傳感器件，用于測量過程變量；第一接線端和第二接線端，連接為與控制室進行通信，在所述第一接線端和所述第二接線端之間存在接線端電壓；電流調(diào)節(jié)電路，連接至所述現(xiàn)場設(shè)備的所述第一接線端和所述第二接線端，其中所述電流調(diào)節(jié)電路通過調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)電壓而調(diào)節(jié)提供至所述現(xiàn)場設(shè)備的所述第一接線端和第二接線端的電流；和電壓比計算裝置，連接至所述第一接線端和所述第二接線端，并連接至所述電流調(diào)節(jié)電路，所述電壓比計算裝置基于由通過所述電流調(diào)節(jié)電路進行的電流的調(diào)制而引起的接線端電壓的變化和電流調(diào)節(jié)電壓的變化，來測量電壓變化比值κ，其中，基于所測量的電壓變化比值κ檢測存在于所述第一接線端和所述第二接線端之間的接線端泄露。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述電壓比計算裝置包括SIGMA-DELTA(cj-S)調(diào)制器，接收所述接線端電壓和所述電流調(diào)節(jié)電壓作為輸入，并提供單比特輸出流，該單比特輸出流表示所述接線端電壓的變化和所述電流調(diào)節(jié)電壓的變化之間的比；禾口SINC濾波器，將由所述a-5調(diào)制器提供的所述單比特輸出流轉(zhuǎn)化為表示所述電壓變化比值k的數(shù)字值。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，進一步包括微處理器，用于基于由所述電壓比計算裝置測量的并提供至所述微處理器的電壓變化比值來計算所述接線端泄露。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述微處理器通過比較第一被測量的電壓變化比值k。和隨后被測量的電壓變化比值來計算所述現(xiàn)場設(shè)備的所述第一接線端和所述第二接線端之間的接線端泄露。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，進一步包括存儲器件，用于存儲由所述電壓比計算裝置計算的電壓變化比值。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中基于下述等式進行所述現(xiàn)場設(shè)備的所述第一接線端和所述第二接線端之間的所述接線端泄露的檢測，其中&表示第一電壓變化比值，表示后續(xù)電壓變化比值，g。表示第一電阻器的電導(電阻的倒數(shù))，且&表示所述現(xiàn)場設(shè)備的所述第一接線端和所述第二接線端之間的所述接線端泄露的電導。7.—種檢測位于現(xiàn)場設(shè)備的殼體內(nèi)的第一接線端和第二接線端之間的接線端泄露的方法，該方法包括在初始時刻t。調(diào)制所述第一接線端和所述第二接線端之間的回路電流；基于所述第一接線端和所述第二接線端之間的初始接線端電壓的變化和連接在所述第一接線端和所述第二接線端之間的電流調(diào)節(jié)電路中的初始電流調(diào)節(jié)電壓的變化，來測量初始電壓變化比值k。；在后續(xù)時刻tt調(diào)制所述第一接線端和所述第二接線端之間的回路電流；基于后續(xù)接線端電壓的變化和后續(xù)電流調(diào)節(jié)電壓的變化，來測量后續(xù)電壓變化比值K,;以及基于所述初始電壓變化比值K。和所述后續(xù)電壓變化比值《，來計算接線端泄露。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中基于所述初始電壓變化比值K。和所述后續(xù)電壓變化比值的測量值來計算接線端泄露的步驟是基于下述等式而進行的&K。)xg。。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括將所述初始電壓變化比值^存儲至位于所述現(xiàn)場設(shè)備上的存儲器件；以及將所述后續(xù)電壓變化比值zc,存儲至位于所述現(xiàn)場設(shè)備上的存儲器件，其中，所述初始電壓變化比值^。和所述后續(xù)電壓變化比值對于微處理器計算接線端泄露是可用的。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括將所述初始電壓變化比值K。傳輸至連接到所述現(xiàn)場設(shè)備的控制室；以及將所述后續(xù)電壓變化比值K,傳輸至連接到所述現(xiàn)場設(shè)備的控制室，其中，所述控制室基于所述初始電壓變化比值k。和所述后續(xù)電壓變化比值來計算所述接線端泄露。11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，測量所述初始電壓變化比值的步驟包括將所述初始接線端電壓和所述初始電流調(diào)節(jié)電壓提供至調(diào)制器，該ci-5調(diào)制器提供表示所述初始接線端電壓的變化和所述初始電流調(diào)節(jié)電壓的變化之間的比值的單比特流；以及將所述單比特流提供至SINC濾波器，該SINC濾波器提供表示所述初始電壓變化比值k。的數(shù)字值。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，測量所述后續(xù)電壓變化比值k,的步驟包括將所述后續(xù)接線端電壓和所述后續(xù)電流調(diào)節(jié)電壓提供至a-S調(diào)制器，該cj-S調(diào)制器提供表示所述后續(xù)接線端電壓的變化和所述后續(xù)電流調(diào)節(jié)電壓的變化之間的比值的單比特流；以及將所述單比特流提供至SINC濾波器，該SINC濾波器提供表示所述后續(xù)電壓變化比值/c,的數(shù)字值。13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括基于所計算的接線端泄露值，確定是否發(fā)出警報。14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中測量初始電壓變化比值k。的步驟是在連接為與所述現(xiàn)場設(shè)備通信的控制室的要求下執(zhí)行的。15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中測量初始電壓變化比值^。的步驟是在安裝所述現(xiàn)場設(shè)備時自動執(zhí)行的。16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中測量后續(xù)電壓變化比值的步驟是在連接為與所述現(xiàn)場設(shè)備通信的控制室的要求下執(zhí)行的。17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中測量后續(xù)電壓變化比值k,的步驟是由所述現(xiàn)場設(shè)備周期性地執(zhí)行的。18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在所述初始時刻to和所述后續(xù)時刻tt調(diào)制所述回路電流的步驟是在微處理器的要求下進行的，以測量所述接線端電壓和所述電流調(diào)節(jié)電壓的電壓變化。19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中在所述初始時刻to或所述后續(xù)時刻tt調(diào)制所述回路電流是為了雙重目的，g卩，在所述現(xiàn)場設(shè)備和控制室之間提供數(shù)字通信，并測量所述接線端電壓和所述電流調(diào)節(jié)電壓的電壓變化。20.—種現(xiàn)場設(shè)備，能夠檢測位于該現(xiàn)場設(shè)備的殼體內(nèi)的第一接線端和第二接線端之間的接線端泄露，該現(xiàn)場設(shè)備包括電流調(diào)節(jié)電路，用于通過調(diào)節(jié)所述電流調(diào)節(jié)電路中的電流調(diào)節(jié)電壓來調(diào)節(jié)在所述第一接線端和所述第二接線端之間流過的電流的大小，并用于調(diào)制所述第一接線端和所述第二接線端之間的電流；基于對所述第一接線端和所述第二接線端之間的電流進行調(diào)制而引起的存在于所述第一接線端和所述第二接線端之間的接線端電壓的變化和所述電流調(diào)節(jié)電壓的變化來測量電壓變化比值/c的裝置；和基于所測量的電壓變化比值k來計算接線端泄露的裝置。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中計算接線端泄露的裝置將第一被測量的電壓變化比值k。與后續(xù)被測量的電壓變化比值《進行比較，以計算所述接線端泄露。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的現(xiàn)場設(shè)備，進一步包括存儲裝置，用于存儲由測量電壓變化比值k的裝置所測量的所述初始電壓變化比值/c。和所述后續(xù)電壓變化比值/c,。23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述電流調(diào)節(jié)電路包括-將由所述測量電壓比值的裝置計算的所述電壓變化比值傳輸至與所述現(xiàn)場設(shè)備相連的控制室的裝置，其中所述控制室基于所述電壓變化比值來計算所述接線端泄露。24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述測量電壓變化比值的裝置包括-cj-S調(diào)制器，接收所述電流調(diào)節(jié)器電壓和所述接線端電壓作為輸入，并提供單比特流作為輸出，所述單比特流表示所述接線端電壓的變化和所述電流調(diào)節(jié)電壓的變化之間的比值；和SINC濾波器，連接至所述調(diào)制器，所述SINC濾波器將由所述ci-S調(diào)制器提供的所述單比特流轉(zhuǎn)換成表示所述電壓變化比值^的數(shù)字值。25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中，所述計算接線端泄露的裝置包括基于所計算的接線端泄露值來確定是否發(fā)出警報的裝置。全文摘要本發(fā)明公開了一種現(xiàn)場設(shè)備，該現(xiàn)場設(shè)備采用電壓變化比值來檢測現(xiàn)場設(shè)備的接線板區(qū)域中的第一接線端和第二接線端之間的接線端泄露的存在，其中所述電壓變化比值基于位于現(xiàn)場設(shè)備的輸出端之間的接線端電壓的變化和位于電流調(diào)節(jié)電路的電流調(diào)節(jié)電壓的變化。較佳地，該現(xiàn)場設(shè)備測量初始電壓變化比值κ₀和后續(xù)電壓變化比值κ_i?；诔跏茧妷鹤兓戎郸?lt;sub>0</sub>和后續(xù)電壓變化比值κ_i，能夠計算存在于第一接線端和第二接線端之間的接線端泄露。文檔編號G01F1/56GK101600945SQ200780050387公開日2009年12月9日申請日期2007年11月29日優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日發(fā)明者克里斯·艾倫·溫多夫,汪榮泰,特侖斯·F·克薩特申請人:羅斯蒙德公司