本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)測至少一個過程變量的裝置，其中，該裝置具有彼此流電隔離的初級側(cè)和次級側(cè)，其中，該次級側(cè)具有對過程變量敏感的傳感器元件和次級側(cè)電子單元并且提供表示該過程變量的測量信號，并且其中，該初級側(cè)具有用于評估測量信號以及用于產(chǎn)生輸出信號的初級側(cè)電子單元。過程變量例如是液體或容器中的粒狀材料的料位、液體的密度、粘度、導(dǎo)電性、流動性或pH值。

背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知大量的配備有兩個電子單元的測量設(shè)備，該兩個電子單元常常彼此流電隔離。初級側(cè)電子單元與測量設(shè)備的電源連接，而次級側(cè)電子單元與傳感器相關(guān)聯(lián)。用于提供能量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖且粋€或多個流電隔離的接口，所述接口能夠以電感或電容方式實施。兩個電子單元之間的通信例如經(jīng)頻率調(diào)制從初級側(cè)到次級側(cè)發(fā)生并且經(jīng)負(fù)載調(diào)制在反向上發(fā)生，諸如在DE102006051900A1中描述的。另外，使用振幅調(diào)制也是已知的。常常，經(jīng)流電隔離的接口從初級側(cè)到次級側(cè)不發(fā)生通信或僅發(fā)生單向通信，并且光耦合器用于從次級側(cè)到初級側(cè)的數(shù)據(jù)傳輸。通常，次級側(cè)把表示過程變量的測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)匠跫墏?cè)，而尤其是參數(shù)數(shù)據(jù)或傳感器專用識別數(shù)據(jù)從初級側(cè)傳輸?shù)酱渭墏?cè)?；诳臻g、能量和成本，初級側(cè)與次級側(cè)之間的接口的數(shù)量通常被減少至最少。以這種方式，可傳送的信息被大大地限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供用于確定至少一個過程變量的裝置，在該裝 置的情況下，改進(jìn)了初級側(cè)與次級側(cè)之間的信息交換。該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征來實現(xiàn)。有利的進(jìn)一步的發(fā)展在從屬權(quán)利要求中被闡明。與傳感器元件相關(guān)聯(lián)的測量設(shè)備的次級側(cè)產(chǎn)生測量信號，初級側(cè)參考過程變量評估該測量信號。根據(jù)本發(fā)明，次級側(cè)電子單元包括調(diào)制單元，該調(diào)制單元通過至少有時把至少另一信息片段調(diào)制到表示過程變量的測量信號上來產(chǎn)生經(jīng)調(diào)制的測量信號。次級側(cè)電子單元把經(jīng)調(diào)制的測量信號經(jīng)由流電隔離的接口傳輸至初級側(cè)。因此，通過評估測量信號的調(diào)制，與在僅有測量信號傳輸?shù)那闆r下相比，初級側(cè)獲取更多信息?；谠u估的經(jīng)調(diào)制的測量信號繼續(xù)進(jìn)行，初級側(cè)產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號顯示過程變量的當(dāng)前值或錯誤狀態(tài)并且例如可提供至控制室或裝置下游的現(xiàn)場設(shè)備。輸出信號能夠例如是常用4-20mA信號并且不同于為測量設(shè)備內(nèi)部的信號的經(jīng)調(diào)制的測量信號。在實施例中，調(diào)制單元執(zhí)行頻率調(diào)制或脈沖寬度調(diào)制。測量信號通常為交流電壓信號。與測量信號相比，對應(yīng)于調(diào)制單元的實施例，經(jīng)調(diào)制的測量信號至少有時具有改變的頻率或改變的脈沖占空比。至少另一信息片段能夠是例如關(guān)于傳感器元件或次級側(cè)電子單元的配置的信息、用于確定或監(jiān)測附加過程變量的信息、或關(guān)于次級側(cè)的當(dāng)前操作狀態(tài)的信息。初級側(cè)能夠檢查從其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否正確到達(dá)次級側(cè)，例如，次級側(cè)電子單元的配置是否正確。對于直接在次級側(cè)執(zhí)行配置的情形，初級側(cè)通過測量信號的調(diào)制學(xué)習(xí)次級側(cè)如何被配置。此外，通過將設(shè)置在次級側(cè)上的參數(shù)定期傳輸至初級側(cè)，使得能夠?qū)崿F(xiàn)相對于測量設(shè)備操作期間的誤差所改變的參數(shù)的控制功能。相對于配置而言，這種讀回功能增加裝置的安全性。在實施例中，次級側(cè)經(jīng)當(dāng)前操作狀態(tài)示出，次級側(cè)電子單元是處 于用于確定和/或監(jiān)測過程變量的測量操作中還是處于診斷狀態(tài)中。術(shù)語診斷狀態(tài)是指執(zhí)行診斷以發(fā)現(xiàn)在次級側(cè)電子單元的部件中的缺陷和在傳感器元件的部件中的缺陷的狀態(tài)。在實施例中，初級側(cè)電子單元基于經(jīng)調(diào)制的測量信號的頻率來確定過程變量的當(dāng)前值并且基于經(jīng)調(diào)制的測量信號的脈沖寬度來記錄另一信息。在附加實施例中，初級側(cè)電子單元基于經(jīng)調(diào)制的測量信號的頻率來確定過程變量的當(dāng)前值并此外同樣基于頻率來記錄另一信息。在本發(fā)明的實施例中，其中，裝置是電子振動測量設(shè)備，其具有機(jī)械可振蕩單元和驅(qū)動/接收單元，其中，該驅(qū)動/接收單元利用傳輸?shù)男盘杹砑顧C(jī)械可振蕩單元以執(zhí)行機(jī)械振蕩并且從機(jī)械可振蕩單元接收振蕩并且將這樣的振蕩轉(zhuǎn)換成接收的電信號，經(jīng)調(diào)制的測量信號承載關(guān)于至少一個振蕩特性的信息。在電子振動測量設(shè)備的實施例中，另一信息涉及驅(qū)動/接收單元的實施或作為最小或最大限制料位的限位開關(guān)的裝置的實施，或涉及振蕩特性或涉及用于評估可振蕩單元和/或驅(qū)動/接收單元的質(zhì)量的變量。根據(jù)一實施例，測量信號承載振蕩的頻率，并且，另一信息是幅度、傳輸信號和接收信號之間的相移、或能量需求，特別是驅(qū)動/接收單元的電流需求。初級側(cè)根據(jù)振蕩的頻率來確定過程變量料位。相移的改變指示例如介質(zhì)的粘度改變。如果介質(zhì)降到可振蕩單元下方或在頻率范圍(其中，振蕩特性取決于過程介質(zhì))以外的振蕩激勵發(fā)生，則淤積的檢測的是可能的。與無淤積可振蕩單元的振蕩幅度相比，幅度的下降表明淤積形成。可振蕩單元的和驅(qū)動/接收單元的質(zhì)量可經(jīng)能量需求決定。過程變量優(yōu)選是介質(zhì)的料位、密度和/或粘度。對于裝置為電子振動測量設(shè)備的情況尤其如此。然而，過程變量能夠為任意其它過程變量，諸如，例如，壓力、溫度、流動性或pH值。附圖說明現(xiàn)在將基于附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，其中：圖1為使用中的測量裝置；圖2為圖1的測量設(shè)備的示意框圖。具體實施方式圖1示出用于確定和/或監(jiān)測容器4中的介質(zhì)5的限制料位、密度、或粘度的電子振動的測量設(shè)備1。測量設(shè)備1布置在容器4中對應(yīng)于待監(jiān)測的限制料位的高度處?；谝詸C(jī)械可振蕩單元2的形式出現(xiàn)的傳感器單元的覆蓋來檢測限制料位的到達(dá)。在圖示的情況中，測量設(shè)備1充當(dāng)過度裝料防護(hù)器并且監(jiān)測介質(zhì)5是否已經(jīng)到達(dá)限制料位。如果情況是這樣，則測量設(shè)備1產(chǎn)生“已覆蓋”報告。驅(qū)動/接收單元3激勵可振蕩單元2以執(zhí)行機(jī)械振蕩，例如，以諧振頻率進(jìn)行機(jī)械振蕩。優(yōu)選地，驅(qū)動/接收單元3被實施為具有一個或多個壓電元件的機(jī)電變送器單元，所述一個或多個壓電元件也接收可振蕩單元2的振蕩并且將它們轉(zhuǎn)換為電信號。如果可振蕩單元2被介質(zhì)5覆蓋，則與具有未覆蓋的可振蕩單元2的振蕩相比，振蕩頻率改變。因此，借助于頻率評估，限制料位是可監(jiān)測的。此外，可根據(jù)振蕩特性決定的是可振蕩單元2周圍的介質(zhì)的密度和粘度。出于電磁兼容性的原因，并且例如也為了在防爆區(qū)域中適用，測量設(shè)備1在次級側(cè)Ⅱ和初級側(cè)I之間使用流電隔離，該次級側(cè)Ⅱ具有可振蕩單元2和獲取測量信號所需的裝配到次級側(cè)電子單元9中的電子部件，該初級側(cè)I具有用于測量設(shè)備1的電源的連接器和用于評估關(guān)于過程變量的測量信號的初級側(cè)電子單元8。次級側(cè)Ⅱ?qū)y量信號傳輸至 初級側(cè)I，該初級側(cè)I評估測量信號并且產(chǎn)生測量設(shè)備1的輸出信號?，F(xiàn)在將基于電子振動料位測量設(shè)備更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。然而，原則上，本發(fā)明在具有流電隔離的任意測量設(shè)備中適用，在流電隔離的情況下，次級側(cè)產(chǎn)生測量信號，并且初級側(cè)從次級側(cè)接收測量信號以便評估。圖2示出電子振動測量設(shè)備1(如圖1中所示的電子振動測量設(shè)備)的配置的示意表示。傳感器單元2與次級側(cè)Ⅱ相關(guān)聯(lián)，而測量設(shè)備1的電源的電壓源13與初級側(cè)I相關(guān)聯(lián)。初級側(cè)I和次級側(cè)Ⅱ彼此流電隔離。經(jīng)流電隔離的接口15(該接口能夠例如為感應(yīng)或電容性接口)，初級側(cè)電子單元8將能量和數(shù)據(jù)傳輸至次級側(cè)Ⅱ。能量和數(shù)據(jù)還能夠經(jīng)由分離的接口被傳輸。在這樣的情況下，數(shù)據(jù)傳輸從初級側(cè)I到次級側(cè)Ⅱ單向地發(fā)生。還存在如下實施例選項：其中，例如，在次級側(cè)電子單元9的存儲器元件直接可配置，并且因此，次級側(cè)具有用于可振蕩單元2的振蕩激勵的振蕩電路的配置的所有信息的情況下，初級側(cè)I不將數(shù)據(jù)傳輸至次級側(cè)Ⅱ。初級側(cè)電子單元8包括以第一微控制器11的形式的邏輯單元。次級側(cè)電子單元9同樣包括以第二微控制器12的形式的邏輯單元。代替微控制器11、12，也能夠使用其它智能邏輯單元，例如，ASIC或FPGA。原則上，在次級側(cè)上可用的也是I/O控制器或總線通信受控遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展器。驅(qū)動/接收單元3被集成到電振蕩電路中，驅(qū)動/接收單元3激勵機(jī)械可振蕩單元2以執(zhí)行機(jī)械振蕩并且從機(jī)械可振蕩單元2接收振蕩。振蕩電路的電子部件對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是充分已知的并且在此處示出為合并到處理單元7中以更好的概述。電子部件包括例如濾波器、放大器、相移器等。第二微控制器12控制處理單元7并且根據(jù)期望的配置設(shè)置用于振蕩激勵的參數(shù)。該配置從第一微控制器11被傳送至第二微控制器12。例如，在測量設(shè)備1被安裝用于檢測最大料位的情況下的配置不同于被安裝用于檢測最小料位的測量設(shè)備1的配置。此外，取決于驅(qū)動/接收單元3的實施會有差別。初級側(cè)電子單元8和次級側(cè)電子單元9之間的通信經(jīng)接口15從初級側(cè)I到次級側(cè)Ⅱ單向地發(fā)生。為此，第一微控制器11按照串行通信將信號發(fā)送至第二微控制器12。該信號包括配置數(shù)據(jù)。第二微控制器12利用這些數(shù)據(jù)來配置振蕩電路。例如，它在振蕩電路中設(shè)置濾波器或放大器的參數(shù)，分別控制開關(guān)以選擇某些可能的信號路徑，或它為驅(qū)動/接收單元3的傳輸?shù)男盘柡徒邮盏男盘栔g的相移建立值。測量信號從振蕩電路耦合出并且以交流電壓的形式存在，其頻率包含關(guān)于可振蕩單元2是否被覆蓋的信息。測量信號被饋送至由第二微控制器12控制的調(diào)制單元14。調(diào)制單元14還能夠被實施為第二微控制器12的部分。第二微控制器12控制調(diào)制單元14，使得它根據(jù)在測量信號上施加的信息改變測量信號。在實施例中，調(diào)制單元14改變測量信號的頻率。在另一個替代或附加實施例中，調(diào)制單元14改變脈沖占空比。調(diào)制單元14將經(jīng)調(diào)制的測量信號經(jīng)另一個流電隔離接口16引導(dǎo)至初級側(cè)I以便評估。在數(shù)字實施例中，初級側(cè)上的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收經(jīng)調(diào)制的測量信號并且將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字測量信號，第一微控制器11評估該數(shù)字測量信號。然而，至少部分地模擬測量信號處理同樣是可能的。初級側(cè)電子單元8參照頻率評估測量信號，以檢測可振蕩單元2的覆蓋狀態(tài)。為此，例如，為頻率提供界限值，其未超出(subceeding)與覆蓋狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，并且其超出與自由狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。通過將測量的頻率與已提供的頻率相比較，相應(yīng)地可認(rèn)識到被監(jiān)測的限制料位是否已經(jīng)到達(dá)。取決于料位，初級側(cè)電子單元8產(chǎn)生輸出信號，例如，以4-20mA 信號的形式的輸出信號。該輸出信號可供應(yīng)至控制室中的過程監(jiān)測單元或可供應(yīng)至后續(xù)過程設(shè)備。除過程變量之外，根據(jù)本發(fā)明，初級側(cè)電子單元8根據(jù)經(jīng)調(diào)制的測量信號來確定附加信息。調(diào)制單元14還能夠以不同的方式調(diào)制測量信號，使得不同的信息可通過經(jīng)調(diào)制的測量信號相繼地傳輸至初級側(cè)I。在這樣的情況下，調(diào)制能夠連續(xù)地或以某種間隔優(yōu)選地以周期性間隔發(fā)生。下面給出能夠與初級側(cè)I相關(guān)并且可比經(jīng)調(diào)制的測量信號傳輸?shù)男畔⒌氖纠?。初級?cè)電子單元8基于傳輸?shù)慕?jīng)調(diào)制的測量信號的頻率來確定料位。例如，經(jīng)調(diào)制的信息能夠通過可振蕩單元的另一個振蕩特性(諸如，在傳輸信號和接收信號之間的幅度或相移)被反映。由此，能夠提供關(guān)于介質(zhì)的密度和/或粘度的信息。基于在伴隨可振蕩單元2的自由振蕩的頻率下降低的幅度，可振蕩單元2上的淤積是可檢測的。存在于振蕩電路中的是可由第二微控制器12控制的開關(guān)6。對于開關(guān)6的控制信號的輸出，第二微控制器12具有控制輸出P1。控制輸出P1與開關(guān)6的連接經(jīng)虛線指示。借助于開關(guān)6，而非機(jī)械可振蕩單元2，RC單元是可引入到振蕩電路中的。在RC單元處接收的信號不再包含關(guān)于過程變量的信息。在這種情況下，相應(yīng)地，振蕩也不利用可振蕩單元2的諧振頻率發(fā)生，而是替換利用由次級側(cè)電子單元9的部件預(yù)定的脫離頻率(tear-offfrequency)發(fā)生。在這種狀態(tài)下，第二微控制器12進(jìn)行振蕩電路的電子部件的診斷。優(yōu)選地，第二微控制器12每隔一定時間進(jìn)行診斷。脫離頻率不僅能夠在診斷狀態(tài)期間而且也在測量操作期間存在，例如，由于淤積或高粘度，當(dāng)可振蕩單元2的振蕩的阻尼大到使得可振蕩單元2不再執(zhí)行機(jī)械振蕩。另外，當(dāng)電纜斷路存在并且可振蕩單元2因此不再可激勵以執(zhí)行振蕩時，振蕩電路以脫離頻率振蕩。如果 初級側(cè)I評估傳輸?shù)臏y量信號的頻率并且檢測脫離頻率，則它產(chǎn)生對應(yīng)于安全狀態(tài)的報警信號或輸出信號。例如，在用于過度裝料防護(hù)器(即，用于檢測最大料位的到達(dá))的限位開關(guān)的情況下，安全狀態(tài)是覆蓋狀態(tài)。為了次級側(cè)Ⅱ能夠獨立于來自初級側(cè)I的命令而執(zhí)行診斷并且它仍然知道在初級側(cè)I上診斷被執(zhí)行，并且在激勵的可振蕩單元2的情況下，測量信號的測量頻率不代表振蕩頻率，次級側(cè)Ⅱ?qū)⒃撔畔鬏斨脸跫墏?cè)I。為此，當(dāng)診斷被執(zhí)行時，第二微控制器12控制調(diào)制單元14使得調(diào)制單元14總是改變當(dāng)前測量信號的頻率或脈沖占空比。在頻率調(diào)制的情況下，這特別是導(dǎo)致脫離頻率的頻率移位，振蕩電路在診斷狀態(tài)下以該脫離頻率振蕩。如果初級側(cè)電子單元8檢測相應(yīng)地移位的頻率，或改變的脈沖占空比，則它不參照過程變量來評估傳輸?shù)慕?jīng)調(diào)制的測量信號，或至少不產(chǎn)生對應(yīng)的輸出信號，而是保持在診斷之前產(chǎn)生的輸出信號。以這種方式，可以防止初級側(cè)I由于脫離頻率的檢測而產(chǎn)生假警報。由于次級側(cè)Ⅱ獨立地開始診斷，不需要診斷開始信號從初級側(cè)I到次級側(cè)Ⅱ的傳輸，使得接口15不必須為此而被激活。這節(jié)省能量。具體地，在用于監(jiān)測最大料位的限位開關(guān)的情況下，即，在“最大”配置中，因此存在四個不同的頻率范圍：第一范圍，該第一范圍伴隨未覆蓋的傳感器單元2并且指示測量設(shè)備1的正常狀態(tài)；第二范圍，該第二范圍伴隨覆蓋的傳感器單元2并且導(dǎo)致測量設(shè)備1的輸出信號的改變，因為已經(jīng)實現(xiàn)被監(jiān)測的限制料位；第三范圍，該第三范圍位于第一和第二范圍的外部并且包括至少一個脫離頻率，該脫離頻率在缺陷的情況下發(fā)生并且導(dǎo)致報警信號的輸出；以及第四范圍，該第四范圍通過測量信號的調(diào)制實現(xiàn)并且包括至少一個頻率，所述至少一個頻率例如為脫離頻率的倍數(shù)并且指示診斷狀態(tài)。在將被公布的德國專利申請DE102010039585.4(US20130139585) 中，描述了用于電子振動測量設(shè)備的變送器單元的壓電元件中的耦合效應(yīng)的補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ诟哒扯冉橘|(zhì)中，該方法也允許在諧振頻率下維持激勵。當(dāng)前補(bǔ)償是否正被執(zhí)行代表能夠被調(diào)制在測量信號上的同樣的信息?？衫脺y量信號傳輸?shù)匠跫墏?cè)I的其它信息是相對于測量設(shè)備1的配置而言的信息。通常，在啟動測量設(shè)備1時，這樣的信息由初級側(cè)電子單元8提供給次級側(cè)電子單元9。由于該信息然后能夠從次級側(cè)電子單元9被讀出并且被傳輸?shù)匠跫墏?cè)I，所以提供檢查是否存在錯誤配置的機(jī)會。在這樣的情況下，錯誤的配置能夠從開始或測量設(shè)備1的工作期間發(fā)生，使得不僅在測量設(shè)備1的啟動之后直接獲得關(guān)于當(dāng)前配置的信息是適當(dāng)?shù)?，而且在測量設(shè)備1的正在進(jìn)行的工作期間也是適當(dāng)?shù)?。另一個可調(diào)制的信息是驅(qū)動/接收單元3的能量需求。特別地，次級側(cè)Ⅱ確定激勵經(jīng)振蕩電路激勵可振蕩單元2共振所需的電流，并且次級側(cè)Ⅱ經(jīng)調(diào)制將電流值傳輸至初級側(cè)I。初級側(cè)微控制器11根據(jù)該信息確定振蕩電路的質(zhì)量，或驅(qū)動/接收單元3和可振蕩單元2的質(zhì)量。下降的質(zhì)量例如在淤積形成在可振蕩單元2上的情況下發(fā)生并且導(dǎo)致下降的測量精度。在一些情況下，特別是在通過與預(yù)定的界限值相比較來監(jiān)測過程變量的情況下，甚至關(guān)于過程變量的不正確的陳述是可能的。通過評估關(guān)于能量需求的信息，能夠防止這樣的不正確的陳述。調(diào)制單元14還能夠被實施并且第二微控制器12的調(diào)制被控制以使得不同的信息已經(jīng)經(jīng)不同的脈沖占空比或不同的頻率被調(diào)制到測量信號上。同樣可能的是，通過預(yù)先確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始信號和信息的固定順序，通過相同的脈沖占空比來傳輸不同的信息。附圖標(biāo)記列表1測量設(shè)備2可振蕩單元3驅(qū)動/接收單元4容器5介質(zhì)6開關(guān)7處理單元8初級側(cè)電子單元9次級側(cè)電子單元10RC單元11第一微控制器12第二微控制器13電壓源14調(diào)制單元15接口16接口P1開關(guān)輸出I初級側(cè)II次級側(cè)