專利名稱：確定測量變換器的負載電阻的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種參照權利要求1的前序部分確定測量變換器的負 載電阻的方法。
背景技術：
在過程自動化技術中大量使用測量變換器，用于把測量值模擬成
4-20mA的信號傳輸給過程控制系統(tǒng)。在過程控制系統(tǒng)中，會對4-20mA 的信號在負載電阻上所引起的電壓降進行評估。相應于測量變換器中 可用電源電壓的情況，不允許負載電阻超過指定的最大值，以便可以 把測量變換器的所有測量范圍傳輸給控制系統(tǒng)。
在起動測量變換器時已經(jīng)應該可以識別過大配置的負載電阻。否 則某些測量值可能僅僅是失真地傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
利用目前公知的用于負載電阻的監(jiān)控方法(經(jīng)常簡稱為負載監(jiān)控) 不僅可以識別過大配置的負載電阻，還可以識別4-20mA信號所用連接 線路中的線路斷裂。對此公知有各種各樣的方法，以下將介紹其中的 兩種。
在第一種方法中監(jiān)控的是電流調(diào)節(jié)器，利用所述電流調(diào)節(jié)器可以 設置4-20mA的信號。如果負載電阻太高，那么調(diào)節(jié)器就不能補償調(diào)節(jié) 偏差了。如果調(diào)節(jié)偏差在較長的時間段內(nèi)都保持在確定的高度上，那 么這是負載電阻值具有太大值的可靠證據(jù)。如果只有在極限測量值時 才出現(xiàn)調(diào)節(jié)偏差，那么在起動測量變換器時就不能保證，可以立即識 別到太大的負載電阻。不能排除，這種極限測量值以巨大的時間延遲 才會出現(xiàn)。這樣在起動時就不能識別到誤差，而是以巨大的時間延遲
3才能識別到。
負載監(jiān)控的另一種方法在于監(jiān)控供給的電壓，必須在連接負載電 阻時根據(jù)所使用電壓源的內(nèi)阻減少所述電壓。如果在連接的負載電阻 上的電壓太高，那么這是錯誤負載電阻的證據(jù)或者可能甚至是線路斷 裂的證據(jù)。
負載監(jiān)控的另一種方法在于，數(shù)碼化電源電壓與瞬時流動的電流， 并根據(jù)歐姆定律由此計算出瞬時負載電阻。
開始的兩種方法易于實施，但是它們也有缺陷，錯誤的負載電阻 也就是說過大的負載電阻以巨大的時間延遲才能被識別。
在開始的兩種方法中不可能有預防措施。
最后的方法可以給出有關電流回路狀態(tài)特別是有關負載電阻準確 值的廣泛信息。因此其使得可以對電流回路以及進而對整個測量系統(tǒng) 進行風險評價。但是其會造成測量變換器中巨大電子消耗，特別是當 在自身的評估電路與電流回路之間的測量變換器中需要電流隔斷裝置 時。
但是利用最后的方法可以保證，在測量變換器的起動時已經(jīng)可以 識別過大的負載電阻。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務在于，說明一種用于確定測量變換器負載電 阻的方法，所述方法不具有上述缺點，可以非常簡單并且成本低廉地 實施。
通過權利要求1中說明的方法特征可以解決該任務。在從屬權利要求中說明本發(fā)明的有利改進。
本發(fā)明的主要思想在于，以電容的形式把測試電壓信號耦合到電 流回路上，并評估相應的電流信號，然后由電流信號的特征性的特征 確定負載電阻的電阻值。
下面借助附圖所示的實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
其中


圖1以示意圖示出帶有過程控制系統(tǒng)的四線制測量變換器； 在圖1中，以示意圖的形式示出了測量變換器MU與過程控制系 統(tǒng)PLS，所述測量變換器與過程控制系統(tǒng)在四線制技術中是通過兩對 導線相互連接的。測量變換器MU具有測量傳感器S用于采集測量值 (例如溫度、壓力、pH值等等)。測量傳感器S的輸出信號將在模
擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器W中數(shù)字化，并且繼續(xù)傳輸給微處理器CPU，在所述微 處理器中將對測量信號進行處理。處理過后的測量信號將通過4-20mA 電流回路S傳輸給過程控制系統(tǒng)PLS。此外，微處理器CPU通過模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器Wl對電流調(diào)節(jié)器SR進行相應的控制。通過預定的處理過 的測量值調(diào)節(jié)4-20mA信號SIG。電流回路S主要由兩根信號線路SL1 與SL2 (第二導線對)組成，所述信號線路與過程控制系統(tǒng)中的負載電 阻Rb相連。通過負載電阻RB獲取過程控制系統(tǒng)PLS中的4-20mA信 號SIG，并且在評估單元E中進行相應地評估，以啟動相應的控制過 程。
大多數(shù)時候，過程控制系統(tǒng)還連接有更多的傳感器，必要時還連 接有執(zhí)行器(例如閥門)。
測量變換器的電壓供應是通過兩個單獨的電源線路VL1與VL2 (第一導線對)完成的，所述電源線與過程控制系統(tǒng)PLS中的電源件
5NT相連。這兩根線路通向直流-直流變換器(DC-DC變換器)，所述 直流-直流變換器提供電源電壓V+用于供應給測量變換器MU上的各 種電器元件。
顯示器D用于顯示特別是測量變換器MU上的現(xiàn)場瞬時測量值， 所述顯示器同樣與微處理器CPU相連。
根據(jù)發(fā)明，測試電壓信號耦合到信號線路SL上。此外，微處理器 CPU的信號輸出端通過用作信號緩沖器的運算放大器SP、測量電阻RM 以及電容器C與信號線路SL1相連。通過運算放大器OP采集測量電 阻Rm上的電壓降，并且通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器W2把電壓降以數(shù)字的形 式繼續(xù)傳輸給微處理器CPU。
以下將詳細解釋參照本發(fā)明的方法。
在方法步驟a)中，測試電壓信號在測量變換器MU中產(chǎn)生，并 且通過電容器C耦合到電流回路S上。在測量電阻Rm上采集屬于測拭 電壓信號的電流信號(方法步驟b)，并且將電流信號繼續(xù)傳輸?shù)轿⑻?理器CPU上。根據(jù)方法步驟c)在微處理器CPU中完成對電流信號的 評估。相應于電容器充電/放電中的、已知的指數(shù)行為，就可以在微處 理器CPU中由電流信號例如關于時間常數(shù)RC的特征性特征獲得負載 電阻RB的電阻值(方法步驟d)。
有利的是，測試電壓信號涉及矩形信號。
在簡單的曲線評估中，可以通過電流信號在不同時間點tl與t2時 的兩個值確定RC時間常數(shù)。
測試信號的產(chǎn)生與評估需要借助安裝在測量變換器MU中的微處 理器CPU完成。如果確定過大的負載電阻，那么在測量變換器MU中就會產(chǎn)生誤 差信號，誤差信號相應地向用戶顯示誤差(過大的負載電阻)。
借助于參照本發(fā)明的方法，在起動測量變換器時就已經(jīng)可以以簡 單的方式識別過大的負載電阻。如果負載電阻確實過大，那么測量變 換器會產(chǎn)生相應的報警信號，并且在起動階段已經(jīng)消除該誤差。這樣
就可以保證在整個測量范圍4-20mA上的到過程控制系統(tǒng)PLS上的可 靠測量值傳輸。
本發(fā)明因測試電壓的電容耦合方式而特別適用于帶有電流隔斷裝 置的測量變換器。
權利要求
1. 用于確定測量變換器負載電阻的方法，所述測量變換器被通過第一導線對而供應電壓，并通過電流回路的第二導線對把可變測量信號傳輸給控制系統(tǒng)，其中所述測量信號由所述測量變換器調(diào)節(jié)并在過程控制系統(tǒng)中在負載電阻上被獲取，其特征在于下面的方法步驟-在所述測量變換器中產(chǎn)生測試電壓信號，通過電容把所述測試電壓信號耦合到所述電流回路中；-采集屬于所述測試電壓信號的電流信號；-在所述測量變換器中評估電流信號；-由所述電流信號的特征性特征確定所述負載電阻的電阻值。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其特征在于，所述測試電壓信號 是矩形信號。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，RC時間常數(shù)用作 所述電流信號的特征性特征。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，通過測量所述電流 信號在不同時間點tl與t2上的兩個值Yl、 Y2確定所述RC時間常數(shù)。
5. 根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述測 試電壓信號的產(chǎn)生與所述電流信號的評估都在安裝在所述測量變換器 中的微處理器CPU中完成。
6. 根據(jù)上述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，如果所 述負載電阻的所述電阻值超過極限值，那么產(chǎn)生誤差信號。
全文摘要
在用于確定測量變換器負載電阻的方法中，所述測量變換器被通過第一導線對供應電壓，并通過第二導線對把可變電流信號通過電流回路傳輸給控制系統(tǒng)，把測試電壓信號電容地耦合到電流回路中，并評估相應的電流信號。負載電阻的瞬時值由電流信號的特征性特征確定，特別是由RC時間常數(shù)確定。這樣在起動測量變換器時已經(jīng)可以識別過大的負載電阻。
文檔編號G05B19/042GK101484854SQ200780024742
公開日2009年7月15日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權日2006年6月30日
發(fā)明者馬丁·格爾克, 馬蒂亞斯·科諾普 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾測量及調(diào)節(jié)技術分析儀表兩合公司