專利名稱：由外部電源供電的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備且由外部電源供電的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子 裝置，以及一種具有這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
在工業(yè)過程測(cè)量及自動(dòng)化技術(shù)中，特別是結(jié)合化工自動(dòng)化或技術(shù) 方法過程和/或工業(yè)廠房控制，為了本地產(chǎn)生模擬或數(shù)字地代表過程變 量的測(cè)量值信號(hào)，使用在過程附近安裝的測(cè)量裝置，即所謂的現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備。同樣，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以實(shí)施為調(diào)節(jié)裝置，用于改變一個(gè)或多個(gè)這種 過程變量并且有效引導(dǎo)過程的流動(dòng)。這種要被檢測(cè)或調(diào)節(jié)的過程變量 例如包括在相應(yīng)容器(例如管道或罐)中引導(dǎo)或存儲(chǔ)的液體、粉末、 蒸汽或氣態(tài)介質(zhì)的質(zhì)量流量、密度、粘度、料位、極限料位、壓力、 溫度等。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的這種現(xiàn)場(chǎng)裝置的其他例子在以下文獻(xiàn)
中有詳細(xì)描述WO-A 05/040735、 WO-A 04/048905、 WO-A 03/048874、 WO-A 02/45045、 WO-A 02/103327、 WO-A 02/086426、 WO-A 01/02816、 WO-A 00/48157、 WO-A 00/36379、 WO-A 00/14485、 WO-A 95/16897、 WO-A 88/02853、 WO-A 88/02476、 US-B 72 00 503、 US-B 70 04 191、 US隱B 69 32 098、 US-B 67 99 476、 US隱B 67 76 053、 US-B 67 69 301、 US-B 65 77 989、 US隱B 66 62 120、 US陽B 65 74 515、 US-B 65 35 161、 US-B 65 12 358、 US-B 64 87 507、 US-B 64 80 131、 US-B 64 76 522、 US-B 63 97 683、 US-B 63 52 000、 US-B 63 11 136、 US-B 62 85 094、 US-B 62 69 701、 US隱B 62 36 322、 US-A61 40 940、 US-A 60 14 100、 US-A60 06 609、 US-A 59 59 372、 US-A57 96 011、 US-A 57 42 225、 US-A 56 87 100、 US-A 56 72 975、 US-A 56 04 685、 US-A 55 35 243、 US-A 54 69 748、 US-A 54 16 723、 US-A 53 63 341、 US-A53 59 881、 US-A 52 31 884、 US-A 52 07 101、 US-A 51 31 279、 US-A 50 68 592、US-A 50 65 152、 US-A 50 52 230、 US-A49 26 340、 US-A48 50 213、 US-A47 68 384、 US-A 47 16 770、 US-A 46 56 353、 US-A 46 17 607、 US-A 45 94 584、 US-A 45 74 328、 US-A 45 24 610、 US隱A44 68 971、 US-A 43 17 116、 US-A 43 08 754、 US-A 38 78 725、 US-A 37 64 880、 EP-A 1 158 289、 EP-A 1 147 463、 EP-A 1 058 093、 EP-A兆4 248、 EP-A 591 926、 EP-A 525 920、或EP-A 415 655、 DE-A 44 12 388 or DE-A 39 34 007。這里公開的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都由外部電源供電，該外部電源提供供電 電壓和由此驅(qū)動(dòng)且流經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子器件的供電電流。
對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用作測(cè)量裝置的情況，它還包括合適的物理-電子或 化學(xué)-電子測(cè)量變換器，用于檢測(cè)相關(guān)過程變量。這種傳感器通常被插 入運(yùn)送介質(zhì)的容器的壁中或者插入引導(dǎo)介質(zhì)的管道中，并用于產(chǎn)生盡 可能精確地代表原始記錄的過程變量的測(cè)量信號(hào)，特別是電子測(cè)量信 號(hào)。為了處理測(cè)量信號(hào)，測(cè)量變換器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中提供的操 作及分析電路相連，該操作及分析電路特別地用于進(jìn)一步處理或分析 至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)。在大量這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，測(cè)量變換器還由至少間 歇地由操作及分析電路生成的驅(qū)動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)，使得傳感器以適合測(cè)量 的方式至少直接地與介質(zhì)交互作用，或者經(jīng)由合適的探頭基本直接與 介質(zhì)交互作用，以引起反映待記錄的參數(shù)的反作用。驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以例 如在電流水平、電壓電平和/或頻率方面得到控制。這種有源測(cè)量變換 器，即合適地轉(zhuǎn)換介質(zhì)中的電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)的測(cè)量變換器的例子特別地 是用于測(cè)量至少間歇流動(dòng)的介質(zhì)的流動(dòng)測(cè)量變換器，其具有至少一個(gè) 由驅(qū)動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)且產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈；或者具有至少一個(gè)由驅(qū)動(dòng)信號(hào)啟 動(dòng)的超聲發(fā)射器；或者具有用于測(cè)量和/或監(jiān)控容器中的料位的料位和/ 或極限料位傳感器，諸如微波天線，Goubau導(dǎo)線，即用于聲波或電磁 表面波的波導(dǎo)，振動(dòng)的浸入體，等等。
為了容納現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，所述類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還包括電子裝 置外殼，例如在US-A 63 97 683或WO-A 00/36379中公開的，其可以 遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就位并且僅僅通過柔性導(dǎo)線與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連；或者如EP-A卯3 651或EP-A 1 008 836所示，直接設(shè)置在測(cè)量變換器上或者 直接設(shè)置在獨(dú)立地容納測(cè)量變換器的測(cè)量變換器外殼上。于是，正如 EP-A 984 248、 US-A 45 94 584、 US-A 47 16 770或US-A 63 52 000所
示，電子裝置外殼往往還容納測(cè)量變換器的一些機(jī)械元件，例如在操 作期間受到機(jī)械力影響而形變的膜狀、棒狀、殼狀或管狀的形變或振 動(dòng)元件；參見上面提到的US-A63 52 000。另外，所述類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 通常通過連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)彼此連接在一起和/ 或與相應(yīng)的過程控制計(jì)算機(jī)相連?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備例如通過(4mA 20mA) 電流回路和/或通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線將它們的測(cè)量值信號(hào)傳遞至這些位置 并且/或者以相應(yīng)的方式接受操作數(shù)據(jù)和/或控制命令。這里用作數(shù)據(jù)傳 輸系統(tǒng)的特別是現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，諸如PROFIBUS-PA、 FOUNDATION FILEDBUS，以及相應(yīng)的傳輸協(xié)議。利用過程控制計(jì)算機(jī)，傳輸?shù)臏y(cè)量 值信號(hào)可以被進(jìn)一步處理并作為相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果而在例如監(jiān)視器上可 視化，并且/或者被轉(zhuǎn)換為對(duì)于其他實(shí)施為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如， 電磁閥、電動(dòng)馬達(dá)等)的控制信號(hào)。
另外，大量上述類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，特別是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在電路上 被設(shè)計(jì)為滿足對(duì)于內(nèi)在爆炸安全的需要。相應(yīng)的，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備被以較低 的電能操作，從而由于不會(huì)達(dá)到燃燒條件，在電子上不會(huì)釋放火花或 電弧。固有安全爆炸保護(hù)例如是根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50 014和EN 50 020 給出的，電子裝置被構(gòu)造為滿足其中定義的燃燒保護(hù)類別"Intrinsic Safety (Ex-i)"。根據(jù)這個(gè)燃燒保護(hù)類別，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中發(fā)生的電流、 電壓和電功率總是不允許超過指定的電流、電壓和電功率極限值。這 三個(gè)極限值被這樣選擇，使得在故障的情況中或者在短路的情況中， 釋放的最大能量不足以產(chǎn)生可燃燒的火花。通常，在內(nèi)在安全現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備的情況中，電功率不允許超過1 W (瓦特)。電壓可以例如由Z-二 極管保持低于指定的極限值，電流例如由電阻保持低于極限值，功率 由限壓和限流元件的合適組合而保持低于指定的極限值。
現(xiàn)代現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是常說的二線制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，即，其中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置通過僅僅一對(duì)電線與外部電源電連接并且現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置還通 過這一對(duì)電線將當(dāng)前測(cè)量值傳遞至外部電源中的和/或與外部電源電連 接的分析單元。在這種情況中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置通常包括電流控 制器，用于設(shè)置和/或調(diào)制(特別是提供時(shí)鐘，諸如選通、觸發(fā)或激發(fā)) 供電電流；內(nèi)部操作及分析電路，用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；以及內(nèi)部供電 電路，其處于由供電電壓獲得的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)部輸入電壓，為 內(nèi)部操作及分析電路供電并且具有至少一個(gè)有效電壓控制器，例如調(diào) 節(jié)器，該有效電壓控制器由供電電流的可變電流分量流過并且在現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備電子裝置中提供內(nèi)部有效電壓，該內(nèi)部有效電壓被調(diào)節(jié)或控制為 基本恒定于可預(yù)定的電壓電平。這種二線制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，特別是二線制 測(cè)量設(shè)備或二線制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的例子可以在以下文獻(xiàn)中看到WO-A 05/040735、 WO-A 04/048905、 WO-A 03/048874、 WO-A 02/45045、 WO-A 02/103327、 WO-A 00/48157、 WO-A 00/26739、 US-B 72 00 503、 US-B 67 99 476、 US-B 65 77 989、 US-B 66 62 120、 US-B 65 74 515、 US-B 65 35 161、 US-B 65 12 358、 US-B 64 80 131、 US-B 63 11 136、 US陽B 62 85 094、US-B 62 69 701、US匿A 61 40 940、US-A 60 14 100、US-A 59 59 372、 US-A57 42 225、 US陽A 56 72 975、 US-A 55 35 243、 US-A 54 16 723、 US-A 52 07 101、 US-A 50 68 592、 US-A 50 65 152、 US-A 49 26 340、 US-A46 56 353、 US-A 43 17 116、 US-A 37 64 880、 EP-A 1 147 463、 EP-A 1 058 093、 EP-A 591 926、 EP-A 525 920、 EP-A 415,655、 DE-A 44 12 388或DE-A 39 34 007。在某些情況中，例如US-A 37 64 880或WO-A 04/048905中所描述的，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)部還提供流電隔離，其 例如在內(nèi)部操作及分析電路和電流控制器之間，以防止在其中安裝現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備的廠房與外部電源之間不再能確保避免的可能的電勢(shì)差不受控 地下降。
由于歷史原因，這種二線制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備大部分都被設(shè)計(jì)為，在構(gòu)造 為電流回路的單對(duì)電線中當(dāng)前流動(dòng)的供電電流的當(dāng)前電流強(qiáng)度被設(shè)置 為處于4 mA~20 mA的值，其同時(shí)還代表了由當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備產(chǎn)生的測(cè) 量值或者當(dāng)前發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的調(diào)節(jié)值。于是，這種二線制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的特殊問題在于，至少名義上可被現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置消耗的電功率(下 面簡稱為"可用功率")在操作期間可能在較寬的范圍以基本不可預(yù) 測(cè)的方式波動(dòng)。為了適應(yīng)這一點(diǎn)，現(xiàn)代二線制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，特別是具有
4~20 mA電流回路的現(xiàn)代二線制測(cè)量設(shè)備通常被設(shè)計(jì)為其可利用在 分析及操作電路中提供的微計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的設(shè)備功能而改變，并且由此， 通常不消耗大量功率的操作及分析電路能夠適應(yīng)當(dāng)前可用的功率。
例如在US-B 67 99 476、US-B 65 12 358或US-A 54 16 723中公開
的，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置對(duì)于可用功率的適應(yīng)可以通過以下方式實(shí)現(xiàn) 將當(dāng)前在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中消耗的功率與當(dāng)前可用功率匹配，并且實(shí)際上， 操作及分析電路的各個(gè)功能單元以合適的可變時(shí)鐘率操作，或者依賴 于當(dāng)前可用功率的水平而操作，甚至切斷一段時(shí)間(備用或睡眠模式)。 正如US-B 67 99 476、 US-A 60 14 100或WO-A 02/103327所公開的， 在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)施為具有有源測(cè)量變換器的二線制測(cè)量設(shè)備的情況，通 過將在測(cè)量變換器中當(dāng)前消耗的電功率與當(dāng)前可用功率匹配(例如通 過將緩沖的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與相應(yīng)的可匹配的用于同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)的選通率同 步)和/或通過減少驅(qū)動(dòng)信號(hào)的最大電流強(qiáng)度和或最大電壓電平，在現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備中當(dāng)前消耗的電功率還與當(dāng)前可用功率匹配。
然而，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)施為二線制測(cè)量設(shè)備的情況中，設(shè)備功能的 改變往往造成在操作期間操作及分析電路確定測(cè)量值的精度和/或操作 及分析電路更新例如測(cè)量值的頻率受到當(dāng)前可用功率改變的影響。而 且，過多功率的緩沖可能僅僅是有條件地補(bǔ)償具有4 20 mA電流回路 的二線制測(cè)量設(shè)備的這個(gè)缺點(diǎn)。 一方面，由于對(duì)于這種二線制測(cè)量設(shè) 備通常需要的內(nèi)在爆炸安全，存在的過多電能最好也只能以非常有限 的量保存在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)部。另一方面，當(dāng)前供電電流以及可 用的過多能量僅僅依賴于當(dāng)前測(cè)量值，從而在持久非常低但是隨時(shí)間 強(qiáng)烈變化的測(cè)量值的情況，相應(yīng)提供的能量緩沖器能夠在較長的時(shí)間 段上變?yōu)橥耆烹?。另外，為了在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中建立這種復(fù)雜的功率管 理，需要在電路和能量方面都消耗較大的功率測(cè)量；關(guān)于這一點(diǎn)，參見WO-A 00/26739、US-B 67 99 476、US-B 65 12 358或EP-A 1 174 841 。
除此之外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在所述類型的具有用于引導(dǎo)并測(cè)量至少間 歇流動(dòng)的介質(zhì)的測(cè)量變換器的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，操作及分析電路的驅(qū)動(dòng)信 號(hào)和/或各元件的合適定時(shí)僅僅是有條件的適合的。特別是在振動(dòng)型測(cè) 量變換器的應(yīng)用場(chǎng)合，是這樣的，例如在上述US-B 67 99 476、US-B 66 91 583、 US-A 60 06 609、 US-A 57 96 011、 US-A 56 87 100、 US-A 53 59 881、 US-A 47 68 384、 US-A 45 24 610或WO-A 02/103327中所描述的。 這里公開的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用于測(cè)量在管道中流動(dòng)的介質(zhì)的參數(shù)，主要是質(zhì) 量流量、密度或粘度。為此，相應(yīng)的測(cè)量變換器包括至少一個(gè)測(cè)量
管，其在操作期間振動(dòng)并用于引導(dǎo)介質(zhì)；激勵(lì)機(jī)構(gòu)，其與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電
子裝置電連接并具有機(jī)械作用于測(cè)量管的振蕩激勵(lì)器，用于驅(qū)動(dòng)測(cè)量
管；和傳感器布置，其利用至少一個(gè)設(shè)置在測(cè)量管上的振蕩傳感器生 成測(cè)量信號(hào)，以本地地代表測(cè)量管振蕩。振蕩激勵(lì)器和振蕩傳感器都 優(yōu)選為電動(dòng)型，即，由勵(lì)磁線圈和通過磁場(chǎng)交替作用于勵(lì)磁線圈的電 樞構(gòu)成。
由于操作這種測(cè)量變換器需要對(duì)激勵(lì)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)有高度精確 的幅度和頻率控制，不可避免的是對(duì)測(cè)量管振蕩的時(shí)間高分辨率采樣。 同樣，在流動(dòng)介質(zhì)上進(jìn)行測(cè)量的情況中，發(fā)出的測(cè)量值必須自身經(jīng)常 被更新。另一方面，由測(cè)量變換器形成的振蕩系統(tǒng)的非常高的機(jī)械時(shí) 間常數(shù)導(dǎo)致在相同的特別是在非靜態(tài)的瞬態(tài)現(xiàn)象加速發(fā)生時(shí)，必須使 用較高的驅(qū)動(dòng)功率和/或評(píng)定較長的設(shè)置時(shí)間。然而，關(guān)于這一點(diǎn)的進(jìn) 一步研究還顯示，由于電功率的存儲(chǔ)容量通常有限，甚至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中 過多能量的緩沖都很少導(dǎo)致依賴于測(cè)量管振幅的信噪比有任何顯著改 變。關(guān)于這一點(diǎn)，甚至?xí)簳r(shí)和部分切斷操作及分析電路也不很適于具 有所述類型有源測(cè)量變換器的二線制測(cè)量設(shè)備，特別是具有用于引導(dǎo) 流動(dòng)介質(zhì)的振動(dòng)型測(cè)量變換器的二線制測(cè)量裝置。
改進(jìn)所述類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特別是二線制測(cè)量裝置的功率容量的另一可能性是，至少在最小可用功率的情況中，盡可能使用實(shí)現(xiàn)裝置功 能的功率，從而至少在較小可用功率的范圍中優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相應(yīng)效
率。例如在US-B 65 77 989或US-A 61 40 940中詳細(xì)討論了建立在這 種原理上的現(xiàn)場(chǎng)電子裝置內(nèi)部供電電路。特別地，這里提出的解決方 案致力于優(yōu)化內(nèi)部實(shí)際可消耗的電功率。為此，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置 中提供輸入電壓控制器，其用于將前述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)部輸入電 壓調(diào)節(jié)并維持在可預(yù)定的且可調(diào)的電壓電平，該輸入電壓控制器具有 在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的輸入端作用的電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器依賴 于當(dāng)前可用功率和當(dāng)前實(shí)際需要功率而至少間歇地由從供電電流得到 的可變電流分量流過。然而，這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的一個(gè)缺點(diǎn)在于， 所有內(nèi)部消耗其都基本上從同一內(nèi)部有效電壓供電，并且這個(gè)單一的 有效電壓可能的崩潰(例如，由于供電電流過小)就能夠?qū)е卢F(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備不再能夠正常操作，或者甚至導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置突然暫時(shí)全部 停機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
由上面以傳統(tǒng)的二線制測(cè)量設(shè)備作為例子討論的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn) 出發(fā)，本發(fā)明的目的是對(duì)于所述類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供合適的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 電子裝置，其至少在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備正常操作中能夠保持分析及操作電路(特 別是其中的微處理器)持續(xù)操作，并且總是向至少獨(dú)立的選擇的功能 單元(特別是提供的微處理器)提供足夠的電能。另外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電 子裝置應(yīng)被設(shè)計(jì)為，各個(gè)組件或元件能夠以較小的花費(fèi)模塊化組裝到 一起，使得至少在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置輸入端提供的組件或元件能夠用 于許多類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，特別是綜合性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。這種利用輸入端提 供的組件或元件形成的輸入模塊應(yīng)當(dāng)以盡可能無損耗且節(jié)能的方式保 持與至少部分分析及操作電路流電隔離，特別是總是保持與分析及操 作電路中提供的包含驅(qū)動(dòng)電路的電路模塊流電隔離。
另外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置應(yīng)當(dāng)被設(shè)計(jì)為，單獨(dú)的組件或元件能夠 以盡可能小的技術(shù)復(fù)雜度和盡可能無損耗且節(jié)能的方式保持彼此有效地流電隔離。另外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置應(yīng)被設(shè)計(jì)為，各個(gè)組件或元件 能夠以較小的花費(fèi)模塊化組裝到一起，使得至少在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置 輸入端提供的組件或元件能夠用于許多類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，特別是綜合 性現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；并且另一方面以盡可能簡單的方式實(shí)現(xiàn)組件與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 電子裝置的其它組件特別是傳感器附近的組件的有效流電隔離。
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明在于一種用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的由外部電源 供電的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，該外部電源提供特別是單極性的供電電壓 并傳遞由該電壓驅(qū)動(dòng)的特別是單極性和/或二進(jìn)制的可變供電電流。本 發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置包括由供電電流流經(jīng)的電流調(diào)節(jié)器，用于 調(diào)節(jié)和/或調(diào)制供電電流特別是為其提供時(shí)鐘；用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi) 部操作及分析電路；以及內(nèi)部供電電路，該供電電路處于從供電電壓 得到的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)部輸入電壓并且向內(nèi)部操作及分析電路供 電。該內(nèi)部供電電路包括第一有效電壓控制器，其至少間歇地由供 電電流的特別是可變的第一電流分量流過，且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中 提供第一內(nèi)部有效電壓，該第一內(nèi)部有效電壓被基本恒定地控制為可 預(yù)定的第一電壓電平；第二有效電壓控制器，其至少間歇地由供電電 流的特別是可變的第二電流分量流過，且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中提供 第二內(nèi)部有效電壓，該第二內(nèi)部有效電壓在可預(yù)定的電壓范圍上變化； 和電壓調(diào)節(jié)器，其至少間歇地由供電電流的特別是可變的第三電流分 量流過，用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入電壓調(diào)節(jié)并保持在可預(yù) 定的特別是在操作期間變化的電壓電平。另外，根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備電子裝置，兩個(gè)有效電壓控制器彼此流電隔離。兩個(gè)有效電壓控制 器能夠例如利用至少一個(gè)變壓器彼此耦合。
另外，本發(fā)明在于一種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其包括前述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝 置。在本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的第一變型中，其用于測(cè)量和/或監(jiān)控特別是 在管道和/或容器中引導(dǎo)的介質(zhì)的至少一個(gè)預(yù)定的物理和/或化學(xué)參數(shù)， 特別是質(zhì)量流量、密度、粘度、料位、壓力、溫度、pH值等，并且現(xiàn) 場(chǎng)設(shè)備為此還包括與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置電耦合的物理-電子測(cè)量變換器，其對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的變化作出反應(yīng)并且至少間歇地發(fā)出至少一個(gè) 對(duì)應(yīng)于參數(shù)的測(cè)量信號(hào)，特別是可變信號(hào)電壓和/或可變信號(hào)電流。在 本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的第二變型中，其用于調(diào)節(jié)特別是在管道和/或容器 中引導(dǎo)的介質(zhì)的至少一個(gè)預(yù)定的物理和/或化學(xué)參數(shù)，特別是質(zhì)量流量、
密度、粘度、料位、壓力、溫度、pH值等，并且現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備為此還包括 與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置電耦合的電亍-物理執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其以影響要調(diào)節(jié)的 參數(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì)至少一個(gè)施加的控制信號(hào)的變化作出反 應(yīng)，該控制信號(hào)特別是可變信號(hào)電壓和/或可變信號(hào)電流。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，第一有效電壓控制器和內(nèi)部操作及分 析電路彼此流電隔離。第一有效電壓控制器和內(nèi)部操作及分析電路可 以例如利用至少一個(gè)變壓器耦合在一起。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，第二有效電壓控制器由從第一有效電 壓控制器提供的有效電壓和/或由此得到的次級(jí)電壓而供電。
在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，電流調(diào)節(jié)器和第二有效電壓控制器彼 此流電隔離。
在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，電流調(diào)節(jié)器和內(nèi)部操作及分析電路彼 此流電隔離。
在本發(fā)明的第五實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器和第二有效電壓控制器彼 此流電隔離。
在本發(fā)明的第六實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器和內(nèi)部操作及分析電路彼 此流電隔離。
在本發(fā)明的第七實(shí)施例中，操作及分析電路至少間歇地由第一有 效電壓驅(qū)動(dòng)的特別是可變的第一有效電流以及由第二有效電壓驅(qū)動(dòng)的特別是可變的第二有效電流流過。
在本發(fā)明的第八實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入電壓和/ 或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的第二有效電壓被依賴于端電壓的瞬時(shí)電壓電平 而得到控制，該端電壓由供電電壓得到并且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置上從 輸入端下降。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子 裝置的內(nèi)部輸入電壓被利用電壓調(diào)節(jié)器而保持在可預(yù)定的特別是在工 作中可變的電壓電平，其低于端電壓。內(nèi)部輸入電壓被利用電壓調(diào)節(jié) 器而保持的電壓電平在操作期間可變，特別是步進(jìn)式或基本持續(xù)變化。
在本發(fā)明的第九實(shí)施例中，依賴于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入 電壓的瞬時(shí)電壓電平和/或依賴于由供電電壓得到并在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝 置上從輸入端開始下降的端電壓的瞬時(shí)電壓電平，控制第二有效電壓。
在本發(fā)明的第十實(shí)施例中，依賴于三個(gè)電流分量的至少一個(gè)的瞬 時(shí)電流強(qiáng)度，控制第二有效電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā) 展中，依賴于第三電流分量的瞬時(shí)電流強(qiáng)度，控制第二有效電壓。在 本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的另一進(jìn)一步發(fā)展中，依賴于第二電流分量的瞬 時(shí)電流強(qiáng)度和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入電壓的瞬時(shí)電壓電平，控 制第二有效電壓。
在本發(fā)明的第十一實(shí)施例中，供電的外部電源提供具有可變的特 別是波動(dòng)的電壓電平的供電電壓。
在本發(fā)明的第十二實(shí)施例中，由外部電源提供的供電電壓驅(qū)動(dòng)具 有可變電流強(qiáng)度的供電電流，該電流強(qiáng)度特別是以基本不可預(yù)先確定 的方式波動(dòng)。
在本發(fā)明的第十三實(shí)施例中，在操作及分析電路中提供用于暫時(shí) 存儲(chǔ)電能的存儲(chǔ)電路。在本發(fā)明的第十四實(shí)施例中，電壓調(diào)節(jié)器包含一個(gè)元件，特別是 半導(dǎo)體元件等，其主要用于消耗電能并除去由這種方式產(chǎn)生的熱能。
在本發(fā)明的第十五實(shí)施例中，在操作及分析電路中提供至少一個(gè) 微處理器，第一有效電壓或由此得到的次級(jí)電壓至少部分用作微處理 器的操作電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，第一有效電
伍:K帀u琉々w1欣5u;理茹仮恥孤fB附閎。tpj込'r頭腿irytrj力—進(jìn) 一步發(fā)展中，微處理器保持與電流調(diào)節(jié)器和/或電壓調(diào)節(jié)器流電隔離。
在本發(fā)明的第十六實(shí)施例中，在操作及分析電路中提供至少一個(gè) 數(shù)字信號(hào)處理器，第一有效電壓或由此得到的次級(jí)電壓至少部分用作 數(shù)字信號(hào)處理器的操作電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中， 第一有效電壓控制器和數(shù)字信號(hào)處理器彼此流電隔離。在本發(fā)明的這 個(gè)實(shí)施例的另一進(jìn)一步發(fā)展中，數(shù)字信號(hào)處理器保持與電流調(diào)節(jié)器和/ 或電壓調(diào)節(jié)器流電隔離。
在本發(fā)明的第十七實(shí)施例中，在操作及分析電路中提供至少一個(gè) 放大器，其中兩個(gè)有效電壓或由此得到的次級(jí)電壓中的至少一個(gè)至少
部分用作操作電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，第一有 效電壓控制器和至少一個(gè)放大器彼此流電隔離。
在本發(fā)明的第十八實(shí)施例中，在操作及分析電路中提供至少一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器，其中第一有效電壓或由此得到的次級(jí)電壓至少部分用作 操作電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，第一有效電壓控 制器和至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器彼此流電隔離。
在本發(fā)明的第十九實(shí)施例中，在操作及分析電路中提供至少一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器，其中兩個(gè)有效電壓或由此得到的次級(jí)電壓中的至少一個(gè) 至少部分用作操作電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，第一有效電壓控制器和至少一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器彼此流電隔離。
在本發(fā)明的第二十實(shí)施例中，在操作及分析電路中提供用于將在 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中下降的電壓和/或在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中流動(dòng)的電 流與參考值比較的裝置。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，在 操作及分析電路檢測(cè)到第二有效電壓低于對(duì)于第二有效電壓預(yù)定的最 小有效電壓極限值以及第三電流分量低于對(duì)于第三電流分量預(yù)定的最 小電流分量極限值時(shí)，操作及分析電路至少產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，通知現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備電子裝置供電不足。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的另一進(jìn)一步發(fā)展中， 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置還包括至少一個(gè)比較器，其將由供電電流的第三電 流分量得到的感測(cè)電壓與相關(guān)的參考電壓比較，并且/或者將第二有效 電壓與至少一個(gè)相關(guān)的參考電壓比較。
在本發(fā)明的第二十一實(shí)施例中，還包括感測(cè)電阻，用于產(chǎn)生基本 與電流成比例的感測(cè)電壓。
在本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的第二十二實(shí)施例中，進(jìn)一步包括 測(cè)量及調(diào)節(jié)單元，用于檢測(cè)并調(diào)節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中下降的電壓， 特別是第二有效電壓，和/或在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中流動(dòng)的電流，特別 是第二和/或第三電流分量。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中， 測(cè)量及調(diào)節(jié)單元控制電壓調(diào)節(jié)器，使得當(dāng)將第二有效電壓與至少一個(gè) 相關(guān)參考電壓信號(hào)進(jìn)行比較的比較器用信號(hào)通知第二有效電壓超過對(duì) 于第二有效電壓預(yù)定的最大有效電壓極限值時(shí)，第三電流分量流過。
在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的另一進(jìn)一步發(fā)展中，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元基于輸 入電壓和/或端電壓而將輸入電壓和端電壓之間的電壓差調(diào)節(jié)在預(yù)定的 電壓電平。
在本發(fā)明的第二十三實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置還包括至少一 個(gè)比較器，其將從供電電流的第三電流分量得到的感測(cè)電壓與相關(guān)的
參考電壓比較，至少一個(gè)用于第三電流分量的比較器被保持與第二有效電壓控制器和/或內(nèi)部操作及分析電路流電隔離。
在本發(fā)明的第二十四實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置還包括至少一 個(gè)比較器，其將第二電壓與至少一個(gè)相關(guān)的參考電壓比較，至少一個(gè) 用于第二有效電壓的比較器被保持與第二有效電壓控制器和/或內(nèi)部操 作及分析電路流電隔離。
在本發(fā)明的第二十五實(shí)施例中，還包括測(cè)量及調(diào)節(jié)單元，其用于 檢測(cè)并調(diào)節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中下降的電壓，特別是第二有效電壓， 和/或在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中流動(dòng)的電流，特別是第二和/或第三電流分 量，并且第二有效電壓控制器由測(cè)量及調(diào)節(jié)單元控制。為此，在本發(fā) 明的進(jìn)一步發(fā)展中，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元至少間歇地發(fā)送控制第二有效電 壓控制器的電壓控制信號(hào)，該電壓控制信號(hào)代表瞬時(shí)要為第二有效電
壓設(shè)置的電壓電平。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的另一進(jìn)一步發(fā)展中，測(cè) 量及調(diào)節(jié)單元和第二有效電壓控制器彼此流電隔離。這里，測(cè)量及調(diào) 節(jié)單元和第二有效電壓控制器可以例如利用至少一個(gè)變壓器和/或至少
一個(gè)光耦而彼此耦合。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的另一進(jìn)一步發(fā)展中，
測(cè)量及調(diào)節(jié)單元和內(nèi)部操作及分析電路彼此流電隔離。這里，測(cè)量及 調(diào)節(jié)單元和內(nèi)部操作及分析電路可以例如利用至少一個(gè)變壓器和/或至
少一個(gè)光耦而耦合在一起。
在本發(fā)明的第二十六實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置僅僅通過一對(duì) 電線與外部電源電連接。
在本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的第一實(shí)施例中，其通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)至少 間歇地與遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)置的外部控制及監(jiān)控單元通信，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 電子裝置中為此還提供了通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)控制通信的通信電路。在 本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，第一有效電壓或由其得到的次 級(jí)電壓至少部分用作用于通信電路的操作電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施 例的另一進(jìn)一步發(fā)展中，電流調(diào)節(jié)器和通信電路彼此流電隔離。在根據(jù)第一變型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備第二實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的 操作及分析電路至少間歇地利用至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生測(cè)量值，該測(cè) 量值瞬時(shí)地特別是數(shù)字地代表至少一個(gè)待測(cè)量和/或待監(jiān)控的參數(shù)。在 本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，電流控制器考慮到瞬時(shí)代表至 少一個(gè)待測(cè)量和/或監(jiān)控的參數(shù)的測(cè)量值而調(diào)節(jié)供電電流。在本發(fā)明的 這個(gè)實(shí)施例的另一進(jìn)一步發(fā)展中，供電電流是可變的直流電流，電流 控制器至少間歇地將測(cè)量值調(diào)制到供電電流的幅度。
在根據(jù)第一變型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備第三實(shí)施例中，供電電流至少間歇地 是鐘控電流，電流控制器相應(yīng)地為供電電流提供時(shí)鐘。
在根據(jù)第一變型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備第四實(shí)施例中，操作及分析電路包括 至少一個(gè)用于測(cè)量變換器的驅(qū)動(dòng)電路，第二有效電壓或由其得到的次 級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展 中，驅(qū)動(dòng)電路包含至少一個(gè)運(yùn)算放大器。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的另
一進(jìn)一步發(fā)展中，驅(qū)動(dòng)電路具有至少一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器和/或至少一個(gè)信
號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的下一進(jìn)一步 發(fā)展，測(cè)量變換器具有由驅(qū)動(dòng)電路供電的特別是可變的電阻抗，特別 是電感可變的勵(lì)磁線圈和/或電容可變的測(cè)量電容。另外，測(cè)量變換器 的電阻抗依賴于至少一個(gè)待測(cè)量和/或待監(jiān)控的參數(shù)而改變。另外，在 改變的電阻抗上下降的信號(hào)電壓和/或流經(jīng)改變的電阻抗的信號(hào)電流用 作測(cè)量信號(hào)。
在根據(jù)第一變型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的第五實(shí)施例中，操作及分析電路具
有用于至少一個(gè)傳感器信號(hào)的至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，其中第一有效電 壓或由其得到的次級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí) 施例的進(jìn)一步發(fā)展中，操作及分析電路具有至少一個(gè)與A/D轉(zhuǎn)換器相 連的微計(jì)算機(jī)，特別是利用微處理器和/或信號(hào)處理器形成的微計(jì)算機(jī)， 用于生成測(cè)量值，第一有效電壓至少部分用作微計(jì)算機(jī)的操作電壓。在根據(jù)第一變型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備第六實(shí)施例中，測(cè)量變換器包括至少 一個(gè)用于引導(dǎo)介質(zhì)的測(cè)量管，其插入管道中，特別是在操作期間至少 間歇地振動(dòng)。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，至少一個(gè)勵(lì)磁 線圈設(shè)置在測(cè)量變換器上，用于產(chǎn)生特別是可變的磁場(chǎng)。在本發(fā)明的 這個(gè)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)實(shí)施例中，勵(lì)磁線圈在測(cè)量變換器操作期間至 少間歇地由產(chǎn)生磁場(chǎng)的激流電流流過，該激勵(lì)電流特別是雙極性的和/ 或電流強(qiáng)度可變的，這種激勵(lì)電流由第二有效電壓或由其得到的次級(jí) 電壓驅(qū)動(dòng)。在本發(fā)明的這個(gè)進(jìn)一步發(fā)展的另一實(shí)施例中，勵(lì)磁線圈通 過磁場(chǎng)與插棒式鐵心相互作用，磁場(chǎng)線圈和插棒式鐵心相對(duì)彼此可運(yùn) 動(dòng)。在本發(fā)明的這個(gè)進(jìn)一步發(fā)展的另一實(shí)施例中，測(cè)量變換器的至少 一個(gè)測(cè)量管由利用磁場(chǎng)線圈和插棒式鐵心形成的電動(dòng)機(jī)械的特別是電 動(dòng)力學(xué)的激勵(lì)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，在測(cè)量變換器操作期間至少間歇地振動(dòng)。
在根據(jù)第一變型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展中，測(cè)量變換器包括兩 個(gè)用于引導(dǎo)介質(zhì)的測(cè)量管，其插入管道中并在操作期間至少間歇振蕩。
在根據(jù)第一變型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的第七實(shí)施例中，測(cè)量變換器用于檢 測(cè)包含介質(zhì)的容器的至少一個(gè)參數(shù)，特別是料位，并且測(cè)量變換器為
此包括至少一個(gè)測(cè)量探頭，特別是微波天線、Goubau線纜、振動(dòng)的浸 入體等，其突入容器內(nèi)腔中或至少與內(nèi)腔相通。
在根據(jù)第一變型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備第八實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置僅 僅通過一對(duì)電線與外部電源電連接，并且現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置通過這一 對(duì)電線將至少間歇地產(chǎn)生的測(cè)量值傳遞至在外部電源中提供的和/或與 外部電源電耦合的分析電路，其中該測(cè)量值瞬時(shí)地特別是數(shù)字地代表 至少一個(gè)待測(cè)量和/或待監(jiān)控的參數(shù)。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步 發(fā)展中，供電電流的特別是被調(diào)節(jié)至4 20 mA之間的值的瞬時(shí)電流強(qiáng) 度代表瞬時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量值。本發(fā)明的基本思想在于， 一方面將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中提供的消 耗器(供電電路自身除外)至少分為具有較高優(yōu)先級(jí)的第一組電子電 路或消耗器以及具有較低優(yōu)先級(jí)的第二組電子電路或消耗器；另一方 面，設(shè)計(jì)供電電路，使得在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的正常操作期間，總能至少覆蓋 第一組電子電路的功率或能量需求。另外，那些主要用于在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 內(nèi)部存儲(chǔ)能量并且/或者令電能在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之外耗散的電路或元件可以 被分配至第三組電子消耗器，其僅僅在第一和第二組電子消耗器供電 充分的情況下才由電流流過并因而被供應(yīng)電能。
具有優(yōu)點(diǎn)地，至少一個(gè)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中提供的微處理器以 及用于與可能的上位控制及監(jiān)控單元通信的通信電路，被分配至具有 較高優(yōu)先級(jí)的第一組電子電路。這樣的優(yōu)點(diǎn)在于，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一方面可 以持久工作，另一方面可以至少保持持久在線。另外，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 是測(cè)量裝置的情況，用于檢測(cè)并提供至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)的測(cè)量信道可 以主要被分配至第一組電子電路，而可能存在的主要用于電子-物理測(cè) 量變換器的操作的激勵(lì)信道可以實(shí)現(xiàn)為具有較低優(yōu)先級(jí)的電子電路。 在具有振動(dòng)型測(cè)量變換器的測(cè)量裝置中使用本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝 置的情況中，這樣的優(yōu)點(diǎn)特別在于，基本上從振蕩傳感器延伸直至微 處理器的整個(gè)測(cè)量信道以基本恒定控制的第一有效電壓操作，并因而 可以在正常操作中持久地被供應(yīng)所需的電能。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)操 作產(chǎn)生的測(cè)量管振蕩總能夠以相同高的頻率得到采樣并且也能夠以高 分辨率得到處理。另外，即使激勵(lì)信道被部分或完全以可變的第二有 效電壓操作，測(cè)量管在正常操作中(可能具有波動(dòng)的振幅)也能夠被 基本沒有間隙地激勵(lì)，即，被持久激勵(lì)。本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn)暫時(shí) 切斷微處理器或者間歇性操作例如激勵(lì)信道都不能顯著改善現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 的能量平衡。然而，關(guān)鍵是， 一方面，盡可能持久且充分地向?qū)τ诓?作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和通信關(guān)鍵的元件提供能量，另一方面，如果需要，對(duì)不 太重要的元件減少供電或?qū)⑵潢P(guān)斷。另外，還發(fā)現(xiàn)，特別是在持續(xù)或 至少近似持續(xù)測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如，克里奧利質(zhì)量流量計(jì))的情況 中，非常有益的是，將可用的電能優(yōu)選投資于至少一個(gè)特別是處理并分析測(cè)量值的微處理器，作為比較，例如傳感系統(tǒng)的激勵(lì)機(jī)構(gòu)僅以剩
余的可用能量工作。以這種方式，盡管不能總實(shí)現(xiàn)對(duì)于由測(cè)量變換器 坦Y卄66Wil縣后扭66縣^/^n品"k . 乂口旦允訓(xùn)rt是律縣活魯由"OT臺(tái)&友龍的
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不足能夠通過在仍然高效工作的微處理器中實(shí)現(xiàn)的測(cè)量值處理及分析 而消除。
由于第二有效電壓控制器由從第一有效電壓控制器傳遞的有效電 壓和/或由其得到的次級(jí)電壓供電，所以還可以通過僅僅幾個(gè)變壓器以 及僅僅幾個(gè)光耦而以非常簡單且成本低廉的方式實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子 裝置的各個(gè)元件或組件之間非常有效的流電隔離。當(dāng)在前述具有不同 優(yōu)先級(jí)的電子電路組之間創(chuàng)建流電隔離和/或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置模塊化 構(gòu)造時(shí)，特別是這樣的。
兩個(gè)有效電壓控制器的這種層級(jí)互連的另一優(yōu)點(diǎn)還在于，至少最 初對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置提供的組件或元件仍然可以用于許多類型的特 別是綜合性的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，特別是當(dāng)各個(gè)組件或元件模塊化組合和/或彼 此流電隔離地實(shí)現(xiàn)時(shí)。以這種方式，例如利用最初提供的組件或元件 形成的輸入模塊可以以簡單、節(jié)能的方式保持與包括至少部分分析及 操作電路特別是其中的驅(qū)動(dòng)電路的電路模塊流電隔離。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作需要較少功率，所以 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠滿足不同的爆炸保護(hù)類別的規(guī)格。這使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特別 地還適合在有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中的應(yīng)用，在這些環(huán)境中僅允許具有內(nèi) 在安全的設(shè)備。另外，在這種情況中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以實(shí)施為能夠與通 用的現(xiàn)場(chǎng)總線共同工作。這一方面可以通過到現(xiàn)場(chǎng)總線的直接連接而 實(shí)現(xiàn)，例如，對(duì)應(yīng)于 FIELDBUS 協(xié)議 (FIELDBUS 是 FIELDBUS-FOUNDATION的注冊(cè)商標(biāo))。另一方面，共同工作可以間 接地利用總線耦合器實(shí)現(xiàn)，例如利用相應(yīng)的HART協(xié)議(HART是 HART User Group的注冊(cè)商標(biāo))。


現(xiàn)在根據(jù)實(shí)施例以及附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。功能相同的元件在各 個(gè)附圖中具有相同的附圖標(biāo)記，在后續(xù)附圖中僅當(dāng)需要時(shí)才重復(fù)出現(xiàn) 相同的附圖標(biāo)記。附圖中
圖1是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及通過一對(duì)電線與其電連接的外部電源的透視 性側(cè)視圖2是適用于圖1的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的振動(dòng)型測(cè)量變換器的一個(gè)實(shí)施例
的局部剖開的透視性第一側(cè)視圖3是圖2的測(cè)量變換器的透視性第二側(cè)視圖4是圖2的測(cè)量變換器的電動(dòng)機(jī)械激勵(lì)機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例；
圖5是適用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特別是二線制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝
置的框圖6~8是具有圖2~4的振動(dòng)型測(cè)量變換器且適用于圖1的現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備中的激勵(lì)電路的實(shí)施例的電路的部分框圖9~12是適用于圖6 8的激勵(lì)電路的末級(jí)的實(shí)施例的電路圖；和 圖13示意性示出在圖5的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中電壓分量的依賴關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了適用于工業(yè)測(cè)量及自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)施例， 其具有由外部電源70供電的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20。在操作中，外部電 源70提供特別是單極性的供電電壓Uv并同時(shí)傳遞由供電電壓Uv相應(yīng) 驅(qū)動(dòng)的可變的特別是二進(jìn)制的供電電流I。為此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置在 工作期間通過至少一對(duì)電線2L與外部電源70電連接。由于在外部電 源70和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20的輸入端之間自然存在電壓差，所以供 電電壓Uv在這段距離上下降至在到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的輸入端處實(shí)際
存在的端電壓UK。
根據(jù)本發(fā)明的一構(gòu)造，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的設(shè)計(jì)和安排為，最大 轉(zhuǎn)換的電功率小于或者最大等于1W。根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的設(shè)計(jì)和安排為，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的爆炸保護(hù)方面足夠滿足例如
歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50 014和EN 50 020提出的內(nèi)在爆炸安全(Ex-i)的要求。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用于測(cè)量和/或監(jiān)控管道和 /或容器中引導(dǎo)的介質(zhì)特別是氣體和/或液體的至少一個(gè)預(yù)定的物理和/ 或化學(xué)參數(shù)，例如流量、密度、粘度、料位、壓力、溫度、pH值等， 并用于重復(fù)發(fā)出合適地代表該參數(shù)的測(cè)量值。為此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還包括 物理-電子測(cè)量變換器，其與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置電耦合，用于對(duì)于至少 一個(gè)參數(shù)的改變作出反應(yīng)并用于至少間歇地發(fā)出至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于參數(shù) 的測(cè)量值，該測(cè)量值特別是可變的信號(hào)電壓和/或可變的信號(hào)電流。作 為替代或補(bǔ)充，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中可以提供電子-物理執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其與現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備電子裝置電耦合，用于以執(zhí)行機(jī)構(gòu)的影響要調(diào)整的參數(shù)的調(diào)節(jié)運(yùn) 動(dòng)，對(duì)于至少一個(gè)施加的控制信號(hào)(其特別是可變的信號(hào)電壓和/或可 變的信號(hào)電流)作出反應(yīng)；換言之，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還可以例如用于調(diào)節(jié)介 質(zhì)的至少一個(gè)這種物理和/或化學(xué)參數(shù)。為了控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，特別是為 了啟動(dòng)所述的測(cè)量變換器或啟動(dòng)所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置 中還提供內(nèi)部操作及分析電路50。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是用于測(cè)量至少一個(gè) 預(yù)定的物理和/或化學(xué)參數(shù)的測(cè)量裝置的情況，進(jìn)一步提出，操作及分 析電路50確定對(duì)于參數(shù)的至少一個(gè)測(cè)量值或多個(gè)相應(yīng)測(cè)量值。
在圖l所示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況中，該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是在線測(cè)量裝置，其 特別用于檢測(cè)管道(未顯示)中流動(dòng)的介質(zhì)特別是氣體和/或液體的參 數(shù)，例如質(zhì)量流量、密度和/或粘度，并且用于形成瞬時(shí)代表該參數(shù)的 測(cè)量信Xm。相應(yīng)地，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以例如是克里奧利質(zhì)量流量計(jì)、密度 計(jì)、或粘度計(jì)。為了產(chǎn)生至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)，這里顯示的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包 括振動(dòng)型測(cè)量變換器10以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20，前者容納在合適的 測(cè)量變換器外殼100內(nèi)，后者容納在所示的電子裝置外殼200內(nèi)并以 合適的方式與測(cè)量變換器10電連接。
圖2~4顯示了這種測(cè)量變換器的一個(gè)實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)和操作方式例如在US-A 60 06 609中有全面介紹。然而，這里要注意的是，盡管 這個(gè)實(shí)施例中提供的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是具有振動(dòng)型測(cè)量變換器的在線測(cè)量裝 置，但是本發(fā)明當(dāng)然還可用于其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如具有磁感應(yīng)測(cè)量變 換器或聲學(xué)測(cè)量變換器的在線測(cè)量裝置。同樣，本發(fā)明還可以在用于 測(cè)量參數(shù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中得到使用，該參數(shù)是與裝有介質(zhì)的容器相結(jié)合 確定的，例如料位和/或極限料位。這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常是利用以下測(cè)量 變換器實(shí)現(xiàn)的，該測(cè)量變換器具有至少一個(gè)突入容器內(nèi)腔中或至少與 內(nèi)腔相通的測(cè)量頭，例如微波天線、Goubau線纜、振動(dòng)的浸入體等。
為了引導(dǎo)待測(cè)介質(zhì)，圖2~4中顯示的實(shí)施例的測(cè)量變換器IO包括 至少一個(gè)具有入口端11和出口端12的測(cè)量管13，其具有在操作期間 可彈性形變的可預(yù)定的測(cè)量管內(nèi)腔13A以及可預(yù)定的額定直徑。測(cè)量 管內(nèi)腔13A的彈性形變?cè)谶@里意味著，為了產(chǎn)生上述的介質(zhì)內(nèi)部且表 征介質(zhì)的反作用力，測(cè)量管內(nèi)腔13A的空間形狀和/或空間位置以預(yù)定 的方式在測(cè)量管13的彈性范圍內(nèi)循環(huán)地特別是周期性地改變；例如參 見US-A 48 01 897、US-A 56 48 616、US-A 57 96 011或US-A 60 06 609。 如果需要，例如EP-A 1 260 798所示，測(cè)量管還可以彎曲。另外，還 可以使用兩條彎曲或直的測(cè)量管，代替單一測(cè)量管。這種振動(dòng)型測(cè)量 變換器的其他合適的實(shí)施例例如在US-B 67 11 958、 US-B 66 91 583、 US-B 66 66 098、 US陽A 53 01 557、 US-A 53 57 811、 US-A 55 57 973、 US-A 56 02 345、 US-A 56 48 616或US-A 57 96 011中有全面介紹。特 別適合用作圖3和4的直測(cè)量管13的材料例如是鈦合金。然而，代替 鈦合金，也可以使用其它對(duì)于這種特別是彎曲的測(cè)量管常用的材料， 例如不銹鋼、鉭或鋯。
測(cè)量管13以常見的方式在入口側(cè)和出口側(cè)與引入及引出介質(zhì)的 管道相通，該測(cè)量管可振蕩地夾持在支持框架14中，該支持框架是剛 性的特別是彎曲及扭轉(zhuǎn)剛性的并且由測(cè)量變換器外殼100圍繞。支持 框架14在入口側(cè)利用入口板213以及在出口側(cè)利用出口板223固定至 測(cè)量管13，這兩個(gè)板分別被測(cè)量管13的相應(yīng)延伸件131、 132穿透。另外，支持框架14具有第一側(cè)板24和第二側(cè)板34,側(cè)板24、 34分別 固定至入口板213和出口板223，使得它們基本平行于測(cè)量管13延伸 并且與該管具有距離，且彼此之間具有距離；參見圖3。于是，兩個(gè)側(cè) 板24、 34的相向的側(cè)面同樣彼此平行?？v向桿25固定在側(cè)板24、 34 上，與測(cè)量管13相距，用作吸收測(cè)量管13的振蕩的配重。如圖4所 示，縱向桿25基本平行于測(cè)量管13的整個(gè)可振蕩長度延伸；然而這 并不是必須的，因?yàn)?，如果需要，縱向桿25當(dāng)然可以更短。支持框架 14具有兩個(gè)側(cè)板24、 34、入口板213、出口板223和縱向桿25，從而 支持框架具有基本平行于測(cè)量管中軸線13B延伸的縱向重心線，其中 測(cè)量管中軸線虛擬連接入口端11和出口端12。圖3和4中示出的螺釘 頭表示，側(cè)板24、 34到入口板213、到出口板223和到縱向桿25的上 述固定可以通過螺紋連接實(shí)現(xiàn)；然而，也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已 知的其它合適的緊固方式。對(duì)于測(cè)量變換器IO要可拆卸地與管道組裝 的情況，測(cè)量管13在入口側(cè)具有第一法蘭119以及在出口側(cè)具有第二 法蘭120，參見圖1;代替法蘭19、 20,也可以成型例如其它管道連接 件用于與管道的可拆卸的連接，例如在圖3中顯示的所謂三向夾扣連 接。如果需要，測(cè)量管13還可以例如利用熔焊或硬焊等直接與管道連 接。
為了在介質(zhì)內(nèi)生成前述的反作用力，在測(cè)量變換器10的操作過程 中，測(cè)量管13由與測(cè)量管耦合的電動(dòng)機(jī)械激勵(lì)機(jī)構(gòu)16驅(qū)動(dòng)，以可給 定的振蕩頻率，特別是自然諧振頻率，在所謂的有效模式下振動(dòng)并由 此以給定的方式而彈性形變。如前所述，這個(gè)諧振頻率也依賴于液體 的瞬時(shí)密度。在顯示的實(shí)施例中，振動(dòng)的測(cè)量管13由靜態(tài)的靜止位置 在空間上特別是橫向偏轉(zhuǎn)，如這種振動(dòng)型測(cè)量變換器中的通常情況； 同樣對(duì)這樣的測(cè)量變換器也是有效的，即其中一個(gè)或者多個(gè)彎曲的測(cè) 量管圍繞相應(yīng)的分別虛擬連接入口端及出口端的想象的縱軸實(shí)施懸臂 振動(dòng)，或者對(duì)于這些測(cè)量變換器，其中一個(gè)或者多個(gè)直的測(cè)量管圍繞 測(cè)量管縱軸也可只實(shí)行平坦的彎曲振動(dòng)。在另一情況中，例如WO-A 95/16 897中所述，測(cè)量變換器IO實(shí)行蠕動(dòng)的放射振動(dòng)，所以振動(dòng)測(cè)量管的橫切面以對(duì)此常見的方式對(duì)稱形變，測(cè)量管縱向軸線保留在其靜 態(tài)靜止位置。
激勵(lì)機(jī)構(gòu)16用于，通過轉(zhuǎn)換由操作及分析電路50以電子驅(qū)動(dòng)信 號(hào)形式饋入的電子激勵(lì)功率Pexe，生成作用于測(cè)量管13的激勵(lì)力Fexe。
在自然諧振頻率上的激勵(lì)中，激勵(lì)功率Pexe實(shí)際上只作為經(jīng)過機(jī)械的和 液體內(nèi)部的摩擦而由振動(dòng)系統(tǒng)剝奪的功率分量的補(bǔ)償。為了達(dá)到盡可 能高的效率，由此盡可能地準(zhǔn)確地調(diào)整激勵(lì)功率Pexe，使得測(cè)量管的振 動(dòng)基本上保持在期望的有效模式中，例如基本諧振頻率。為了將激勵(lì)
力F^傳遞到測(cè)量管13，如圖4所示，激勵(lì)機(jī)構(gòu)16包括剛性的、電磁 和/或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的杠桿機(jī)構(gòu)15，該杠桿機(jī)構(gòu)具有抗彎固定于測(cè)量管13 的懸臂154和軛鐵163。該軛鐵163也同樣抗彎固定于懸臂154的與測(cè) 量管13具有一定距離的末端，并且配置于測(cè)量管13上側(cè)而且橫切于 測(cè)量管。例如懸臂154可以為將測(cè)量管容納在一個(gè)鉆孔內(nèi)的金屬片。 對(duì)于杠桿機(jī)構(gòu)15的其他合適的實(shí)施例，可參閱已經(jīng)提及的US-A60 06 609。對(duì)比于圖4，杠桿機(jī)構(gòu)15為T-型并配置為，大約在入口及出口端 11， 12的正中間作用于測(cè)量管13上，測(cè)量管借此可以獲知其在操作中 最大的橫向偏轉(zhuǎn)。為了驅(qū)動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)15，根據(jù)圖4的激勵(lì)機(jī)構(gòu)16包括 第一勵(lì)磁線圈26和所屬的第一永磁鐵芯27以及第二勵(lì)磁線圈36和所 屬的第二永磁鐵芯37。這兩個(gè)勵(lì)磁線圈26， 36優(yōu)選為串聯(lián)，特別是可 拆卸地固定于測(cè)量管13兩側(cè)的、軛鐵163下面的支撐架14，并且與分 別所屬的鐵芯27或者說37在操作中互相作用。這兩個(gè)勵(lì)磁線圈26， 36當(dāng)然應(yīng)要求也可以并聯(lián)。如圖3和圖5所示，兩個(gè)鐵芯27， 37以如 下方式以一定距離固定于軛鐵163，即在測(cè)量變換器IO的操作過程中， 鐵芯27實(shí)際上由勵(lì)磁線圈26的磁場(chǎng)所貫穿且鐵芯37實(shí)際上由勵(lì)磁線 圈36的磁場(chǎng)所貫穿并且由于相應(yīng)的電動(dòng)和/或電磁力效應(yīng)而運(yùn)動(dòng)，特別 是分別伸入所屬勵(lì)磁線圈。由勵(lì)磁線圈26， 36的磁場(chǎng)所生成的鐵芯27, 37的運(yùn)動(dòng)，，由軛鐵163和懸臂154傳輸?shù)綔y(cè)量管13上，其中鐵芯 27， 37特別是也作用為活動(dòng)鐵芯。鐵芯27， 37相對(duì)于分別所屬磁線圈 的運(yùn)動(dòng)是這樣形成的，即軛鐵163由其靜止位置交替地向側(cè)板24方向和側(cè)板34方向偏轉(zhuǎn)。 一條相應(yīng)的，平行于所述測(cè)量管-中軸線13B的 杠桿機(jī)構(gòu)15的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線例如可以穿過懸臂154分布。作為激勵(lì)機(jī)構(gòu)16 支撐元件的支撐架14此外包括與側(cè)板24， 34特別是可拆卸地連接的 支撐件29，用于支撐勵(lì)磁線圈26， 36和即將解釋的電磁制動(dòng)系統(tǒng)217 的單個(gè)的構(gòu)件。
在測(cè)量變換器10的實(shí)施例中，固定夾持在入口端11和出口端12 的振動(dòng)的測(cè)量管13的橫向偏轉(zhuǎn)同時(shí)引起其測(cè)量管內(nèi)腔13A的彈性變 形，該彈性變形實(shí)際上在測(cè)量管13的整個(gè)長度上構(gòu)成。此外在測(cè)量管 13內(nèi)，由于杠桿機(jī)構(gòu)15作用于測(cè)量管的扭矩同時(shí)對(duì)橫向偏轉(zhuǎn)會(huì)引起圍 繞測(cè)量管-中軸線13B至少間斷式的扭轉(zhuǎn)，所以測(cè)量管13實(shí)際上以作 為有效模式的混合彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式而振蕩。其中可以這樣形成測(cè)量 管13的扭轉(zhuǎn)，g卩，與測(cè)量管13相距的懸臂154末端的橫向偏轉(zhuǎn)與測(cè) 量管13的橫向偏轉(zhuǎn)或者同向或者反向。測(cè)量管13可以以相當(dāng)于同向 情況下的第一彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式或者以相當(dāng)于反向情況下的第二彎曲 振蕩-扭轉(zhuǎn)模式而實(shí)施扭轉(zhuǎn)振蕩。然后根據(jù)該實(shí)施例的測(cè)量變換器10， 例如900Hz的第二彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式的自然基礎(chǔ)-諧振頻率近似雙倍 于第一彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式。對(duì)于測(cè)量管13在操作中只以第二彎曲振蕩 -扭轉(zhuǎn)模式執(zhí)行振蕩的情況，在激勵(lì)機(jī)構(gòu)16內(nèi)集成了基于渦流原理的電 磁制動(dòng)系統(tǒng)217，用于穩(wěn)固前述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的位置。通過電磁制動(dòng)系統(tǒng) 217可以保證，測(cè)量管13始終以第二彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式振蕩，并且可 能的作用于測(cè)量管13的外部干擾影響不會(huì)到其他特別是第一彎曲振蕩 -扭轉(zhuǎn)模式的自發(fā)轉(zhuǎn)換。電磁制動(dòng)系統(tǒng)的細(xì)節(jié)在US-A 60 06 609中有詳 細(xì)描述。
為了令測(cè)量管13振動(dòng)，激勵(lì)機(jī)構(gòu)16在操作中借助同樣振蕩的特
別是具有可調(diào)振幅和可調(diào)激勵(lì)頻率fexe的激勵(lì)電流iexe而供電，使得勵(lì)
磁線圈26，36在操作中由該激勵(lì)電流流過并且以相應(yīng)方式產(chǎn)生鐵芯27， 37的運(yùn)動(dòng)所需的磁場(chǎng)。如圖2的示意顯示，由此外包括在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電 子裝置20中的驅(qū)動(dòng)單元50B提供激勵(lì)電流^e且該電流例如可以為諧波交流電。在使用根據(jù)圖2~4所示實(shí)施例的測(cè)量變換器的情況中，激
勵(lì)電流We的激勵(lì)頻率f^優(yōu)選選定或者調(diào)整為，橫向振蕩的測(cè)量管13
盡可能只以第二彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式振蕩。
還要提及，即使在此顯示的實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20只包 括一個(gè)由驅(qū)動(dòng)單元50B供電的可變感應(yīng)阻抗(這里為具有可變電感的 勵(lì)磁線圈)，還可將該驅(qū)動(dòng)單元50B設(shè)計(jì)為可以激勵(lì)其他的電阻抗， 例如具有可變電容的測(cè)量電容等。對(duì)于電容壓力傳感器為測(cè)量變換器 的情況，在操作過程中該電阻抗也依賴于至少一個(gè)待測(cè)量和/或監(jiān)測(cè)的 參數(shù)而變化，如眾所周知，通過該自變電阻抗而降低的信號(hào)電壓和/或 流過該自變電阻抗的信號(hào)電流用作測(cè)量信號(hào)。
為了檢測(cè)測(cè)量管13的變形，如圖2， 3所示，測(cè)量變換器10此外 包括傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過至少一個(gè)對(duì)測(cè)量管13的振動(dòng)做出反應(yīng)的第 一傳感元件17而生成一個(gè)代表該振動(dòng)的第一振蕩測(cè)量信號(hào)作為測(cè)量信 號(hào)S。傳感元件17例如可以由永磁鐵芯構(gòu)成，例如傳感元件17可以 由永磁鐵芯構(gòu)成，該鐵芯固定于測(cè)量管13并與勵(lì)磁線圈相互作用，該 勵(lì)磁線圈由支撐架14支撐。特別適合作為傳感元件17的是那些基于 電動(dòng)原理采集測(cè)量管13的偏轉(zhuǎn)速度的元件。也可以采用測(cè)量加速度的
電動(dòng)傳感器的或者測(cè)量距離的電阻傳感器或光學(xué)傳感器。當(dāng)然也可以 采用其他本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的適合檢測(cè)振動(dòng)的傳感器。此外傳感系
統(tǒng)還包括一個(gè)特別與第一傳感元件17相同的第二傳感元件18，利用該 傳感元件提供同樣代表測(cè)量管13振動(dòng)的第二振蕩測(cè)量信號(hào)作為第二測(cè) 量信號(hào)S2。在實(shí)施例中顯示的測(cè)量變換器中，這兩個(gè)傳感元件17， 18 特別是與測(cè)量管13的中心距離相等地沿測(cè)量管13彼此相距，并且利 用該傳感系統(tǒng)17， 18不僅在入口側(cè)也在出口側(cè)現(xiàn)場(chǎng)采集測(cè)量管13的 振動(dòng)并形成相應(yīng)的振蕩測(cè)量信號(hào)。
圖5中以方塊電路圖的方式示意了一種適合圖1至圖4中現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20的實(shí)施例。圖5右側(cè)示意了具有激勵(lì)機(jī)構(gòu)16
37和傳感系統(tǒng)n， is的上述振動(dòng)型測(cè)量變換器，其中只象征性地顯示了 測(cè)量變換器的測(cè)量原理所需的勵(lì)磁線圈。
第一測(cè)量信號(hào)Si和可能存在的第二測(cè)量信號(hào)S2通常都具有與測(cè)量
管13瞬時(shí)振蕩頻率相應(yīng)的信號(hào)頻率，如圖2所示，這些信號(hào)被引導(dǎo)至 操作及分析電路的分析單元50A,該分析單元在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20 中且優(yōu)選為數(shù)字的。分析單元50A用于特別是數(shù)值地確定瞬時(shí)代表要 采集的過程參數(shù)的測(cè)量值XM，并且將該測(cè)量值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的在操作及 分析電路輸出端可檢測(cè)的測(cè)量值信號(hào)xM，這里過程參數(shù)例如為質(zhì)量流 量，密度，粘度等。盡管在這里顯示的測(cè)量變換器的情況中，根據(jù)測(cè) 量信號(hào)Sp S2中的唯一一個(gè)完全可確定密度或者粘度，而對(duì)于要測(cè)量 質(zhì)量流量的情況，技術(shù)人員以已知方式使用兩個(gè)測(cè)量信號(hào)St和S2，以 例如在信號(hào)-時(shí)間范圍或者信號(hào)-頻率范圍內(nèi)確定與質(zhì)量流量相對(duì)應(yīng)的 相差。
根據(jù)本發(fā)明的一種構(gòu)造，通過使用在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20內(nèi)的微 計(jì)算機(jī)HC實(shí)現(xiàn)分析單元50A，該微計(jì)算機(jī)以相應(yīng)方式編程為，根據(jù)傳 感系統(tǒng)17， 18傳送的測(cè)量信號(hào)而數(shù)字地確定測(cè)量值XM。對(duì)于微計(jì)算 機(jī)的實(shí)現(xiàn)可以采用例如合適的微處理器和/或先進(jìn)的信號(hào)處理器。如圖 5所示，分析單元50A此外包括至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，通過該轉(zhuǎn)換器 將測(cè)量信號(hào)S,， S2之一數(shù)字化地引導(dǎo)至該微處理器，或者特別是如科 氏質(zhì)量流量傳感器通常的那樣將之前由兩個(gè)測(cè)量信號(hào)Sp S2得到的信
號(hào)差數(shù)字化地引導(dǎo)至該微處理器?？梢愿M(jìn)一步將分析單元50A側(cè)生 成和/或接收的測(cè)量或操作數(shù)據(jù)易失性地或者永久性地存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù) 字存儲(chǔ)器RAM， EEPROM內(nèi)。
如前所述，操作及分析電路50此外還包括驅(qū)動(dòng)單元50B,該驅(qū)動(dòng) 單元用于向激勵(lì)系統(tǒng)16供應(yīng)所述激勵(lì)電流i^，并與測(cè)量管13 —起實(shí) 際上構(gòu)成了調(diào)節(jié)回路。該調(diào)節(jié)回路設(shè)計(jì)為，被電子調(diào)制到測(cè)量管13的 激勵(lì)振動(dòng)的機(jī)械諧振頻率和通過參考信號(hào)Sr給定的振動(dòng)振幅。驅(qū)動(dòng)單元50B可以以通常方式借助所謂的PLL鎖相環(huán)形成，用于電子調(diào)整諧 振頻率還有驅(qū)動(dòng)信號(hào)的相位；以及借助相應(yīng)的振幅調(diào)整級(jí)形成，用于 電子調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)的振幅以及振動(dòng)振幅。
如圖5所示，驅(qū)動(dòng)單元50B也接觸分析單元，特別是前述微處理 器pC，驅(qū)動(dòng)單元50B從分析單元接收例如所需操作數(shù)據(jù)，如瞬時(shí)要調(diào) 整的激勵(lì)頻率和/或?qū)τ诩?lì)電流的瞬時(shí)要調(diào)整的振幅和必要時(shí)要調(diào)整 的相位，或者向該分析單元發(fā)送驅(qū)動(dòng)單元50B內(nèi)部生成的調(diào)整信號(hào)和/ 或調(diào)整參數(shù)，該調(diào)整信號(hào)和/或調(diào)整參數(shù)特別是關(guān)于調(diào)整過的激勵(lì)電流 iexe和/或已饋入測(cè)量變換器內(nèi)的激勵(lì)功率P^的信息。驅(qū)動(dòng)單元50B的 操作數(shù)據(jù)，激勵(lì)頻率，振幅和/或相位，可以為絕對(duì)給定值也可以為相 對(duì)給定值。替代地或者補(bǔ)充地，傳輸給驅(qū)動(dòng)單元50B的操作數(shù)據(jù)可以 代表激勵(lì)頻率，振幅和/或相位的遞增的變化或者說遞減的變化。除微 處理器pC之外，例如操作及分析電路50也可以具有用于生成驅(qū)動(dòng)信 號(hào)的信號(hào)發(fā)生器，例如數(shù)字信號(hào)處理器或者相應(yīng)的作為信號(hào)發(fā)生器構(gòu) 造的可編程邏輯構(gòu)件，特別是FPGA。
圖6至12以方塊電路圖的方式顯示了驅(qū)動(dòng)單元50B的實(shí)施例，其 特別也適用于自保護(hù)測(cè)量儀表和/或作為2L測(cè)量儀表配置的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
在第一方案中，將傳感器17， 18輸送的傳感信號(hào)之一或者也可以 將它們的總和作為輸入信號(hào)引導(dǎo)至振幅解調(diào)級(jí)pd。由此振幅解調(diào)級(jí)pd 輸入側(cè)與傳感器17， 18之一連接，圖6中為傳感器17。振幅解調(diào)級(jí) pd用于連續(xù)確定測(cè)量管振動(dòng)的振蕩振幅。此外振幅解調(diào)級(jí)pd還用于輸 送例如簡單直流信號(hào)的輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)代表采集的振蕩振幅。 為此在本發(fā)明的振幅解調(diào)級(jí)pd的優(yōu)選構(gòu)造中提供了輸入信號(hào)的峰值檢 測(cè)器。例如也可以采用用于采集振蕩振幅的同步整流器而取代峰值檢 測(cè)器，該同步整流器由與輸入信號(hào)相同相位的參考信號(hào)發(fā)出時(shí)鐘。對(duì) 比級(jí)sa的第一輸入端連接于振幅解調(diào)級(jí)pd的一個(gè)輸出端；可調(diào)整的參 考信號(hào)Sr被引導(dǎo)至對(duì)比級(jí)Sa的第二輸入端，該信號(hào)給定測(cè)量管13的解調(diào)級(jí)pd的輸出信號(hào)與參考信號(hào)Sr的 偏差并將該偏差以相應(yīng)的輸出信號(hào)輸出。例如該偏差可以在簡單差值 的使用下而以絕對(duì)振幅誤差形式確定或者繼續(xù)傳送，該簡單差值為采 集的和通過參考信號(hào)Sr給定的振蕩振幅差值；或者例如在比例的使用 下而以相對(duì)振幅誤差確定或者繼續(xù)傳送，該比例為采集的和給定的振 蕩振幅比例。振幅解調(diào)級(jí)pd的輸入信號(hào)被引導(dǎo)至振幅調(diào)制級(jí)aml的第 一輸入端且對(duì)比級(jí)sa的輸出信號(hào)被引導(dǎo)至第二輸入端。振幅調(diào)制級(jí)aml 用于以對(duì)比級(jí)sa的輸出信號(hào)振幅調(diào)制振幅解調(diào)級(jí)pd的輸入信號(hào)。例如 其中，傳感信號(hào)S〗之一，兩個(gè)傳感信號(hào)Sp S2之和或者一個(gè)按比例的 例如通過相應(yīng)的、特別是數(shù)字的信號(hào)發(fā)生器人工生成的信號(hào)，可以作 為輸入信號(hào)并且由此作為在其頻率上完全可變的載波信號(hào)，在該信號(hào) 上調(diào)制了由對(duì)比級(jí)sa生成的，振幅可變的誤差信號(hào)。該誤差信號(hào)顯示 了測(cè)量管13瞬時(shí)振動(dòng)振幅與它的額定振蕩振幅間的偏差，該額定振蕩 振幅由參考信號(hào)Sr代表。此外振幅調(diào)制級(jí)ami還用于為激勵(lì)系統(tǒng)16 提供載有驅(qū)動(dòng)能量的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。為此振幅調(diào)制級(jí)包括相應(yīng)末級(jí)ps,用 于放大以調(diào)制信號(hào)調(diào)制的載波信號(hào)。參見圖6，為了以調(diào)制信號(hào)調(diào)制載 波信號(hào)振幅，在振幅調(diào)制級(jí)ami內(nèi)還提供了乘法器ml。
圖7內(nèi)以方塊電路圖的方式部分地顯示了根據(jù)本發(fā)明第二方案的 驅(qū)動(dòng)單元50B的第二方案電路圖。圖7的實(shí)施例基本上通過以下而區(qū) 別于圖6的實(shí)施例，S卩，由脈寬調(diào)制級(jí)pwm取代振幅調(diào)制級(jí)am，該脈 寬調(diào)制級(jí)pwm具有以外部交變信號(hào)提供時(shí)鐘的脈寬調(diào)制器pm。如圖7 所示，脈寬調(diào)制器pm以恒定的正的第一直流電壓+Ul操作并處于電路 零點(diǎn)SN。將振幅解調(diào)級(jí)pd的輸入信號(hào)引導(dǎo)至脈寬調(diào)制器pm的第一輸 入端(載波信號(hào)的輸入端)。由此這個(gè)第一輸入端連接于一個(gè)傳感器 (圖7中又為傳感器7)。將誤差信號(hào)引導(dǎo)至脈寬調(diào)制器pm的第二輸 入端(調(diào)制信號(hào)輸入端)，該誤差信號(hào)與確定的振幅誤差成比例。脈 寬調(diào)制器pm的輸出端又連接于末級(jí)ps'的一個(gè)輸入端，該末級(jí)在輸出 側(cè)向激勵(lì)系統(tǒng)6提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由末級(jí)ps'提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)這里 為方波信號(hào)，其以振幅解調(diào)級(jí)pd的輸入信號(hào)的信號(hào)頻率為時(shí)鐘并且具有以對(duì)比級(jí)sa輸出信號(hào)調(diào)制的脈寬。
圖8內(nèi)以方塊電路圖的方式部分地顯示了驅(qū)動(dòng)單元50B的第三方 案電路圖。圖8的實(shí)施例基本上通過以下而區(qū)別于圖6的實(shí)施例，即 由比較器kk和直流電壓轉(zhuǎn)換器dc而取代乘法器ml ，該轉(zhuǎn)換器提供至 少一個(gè)驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電流iexe的驅(qū)動(dòng)電壓。該驅(qū)動(dòng)電壓的振幅又依賴于對(duì)比 級(jí)sa的輸出信號(hào)并且因此而考慮為非恒定的。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓的設(shè)計(jì)， 激勵(lì)電流iexe如前所述，可為雙極或者單極。因此根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選 實(shí)施例，直流電壓傳感器dc提供具有正的第一電位+u和負(fù)的第二電位 -u的驅(qū)動(dòng)電壓，其中直流電壓傳感器dc的操作-輸入端接收對(duì)比級(jí)sa 的輸出信號(hào)，該操作-輸入端用于電位調(diào)整。由直流電壓傳感器dc提供 的振幅適當(dāng)調(diào)整的驅(qū)動(dòng)電壓作為操作電壓被施加于用于激勵(lì)系統(tǒng)16供 電的脈寬調(diào)制級(jí)pwm的末級(jí)ps〃。此外末級(jí)ps〃輸入側(cè)連接于比較器 kk的一個(gè)輸出端。比較器kk以恒定的、正的第一直流電壓+Ul操作并 且處于電路零點(diǎn)SN。峰值檢測(cè)器pd的輸入信號(hào)引導(dǎo)至比較器kk的一 個(gè)輸入端。由此，比較器kk在輸入側(cè)與一個(gè)傳感器(圖8中又為傳感 器17)相連。
圖6至7中的虛線分別意味著，可由傳感器17， 18的傳感信號(hào)之 和取代單個(gè)傳感信號(hào)而引導(dǎo)至峰值檢測(cè)器pd和乘法器ml或者說脈寬 調(diào)制器pm或者說比較器kk;則這些傳感信號(hào)由加法器引導(dǎo)。替代地， 如前所述，也可以采用通過數(shù)字信號(hào)處理器和與其輸出端連接的D/A 轉(zhuǎn)換器生成的頻率和相位按傳感信號(hào)做相應(yīng)調(diào)整的人工信號(hào)。在圖6 至7中，還可以看到其他的虛線表示的部分電路圖，顯示了優(yōu)選激勵(lì) 電路的更好的完善。在驅(qū)動(dòng)單元50B的一例完善中，提供了放大器vv， 該放大器串聯(lián)于峰值檢測(cè)器pd或者必要時(shí)串聯(lián)于同步整流器。在驅(qū)動(dòng) 單元50B的另一完善中，提供了放大器v，該放大器將對(duì)比級(jí)sa的輸 出信號(hào)在作為誤差信號(hào)到達(dá)振幅調(diào)制級(jí)am之前而放大。這樣的放大器 可以為運(yùn)算放大器op，其正向輸入端處于電路零點(diǎn)SN，其反向輸入端 通過串聯(lián)電阻wv連接于對(duì)比級(jí)sa的輸出端并且通過并聯(lián)電阻ws連接于放大器輸出端。這種布圖形式的運(yùn)算放大器op分別位于圖6至7的 右上側(cè)。在驅(qū)動(dòng)單元50B的又一完善中，提供了積分放大器vi，該放 大器將對(duì)比級(jí)sa的輸出信號(hào)在作為誤差信號(hào)到達(dá)乘法器m之前放大并 積分。這樣的放大器可以為運(yùn)算放大器op'，其正向輸入端處于電路零 點(diǎn)SN,其反向輸入端通過串聯(lián)電阻wv'連接于對(duì)比級(jí)sa的輸出端并且 通過由并聯(lián)電阻ws'和電容器k組成的串聯(lián)電路連接于放大器輸出端。 這種布圖形式的運(yùn)算放大器op'分別位于圖6至7的右側(cè)中間。
驅(qū)動(dòng)單元50B的另一完善在于差分積分放大器vd，其將對(duì)比級(jí)sa 的輸出信號(hào)在作為誤差信號(hào)到達(dá)乘法器ml之前放大、差分并積分。這 樣的放大器可以為運(yùn)算放大器op〃，其正向輸入端處于電路零點(diǎn)SN， 其反向輸入端通過串聯(lián)電阻wv〃與第一電容kl的并聯(lián)電路而連接于對(duì) 比級(jí)sa的輸出端并且通過由電流分量電阻ws〃和第二電容器k2組成的 串聯(lián)電路而連接于放大器輸出端。這種布圖形式的運(yùn)算放大器op〃分別 位于圖6至7的右下側(cè)。圖6至7中通過箭頭表示，各個(gè)放大器v,vi,vd 置于虛線表示的方框q處，該方框或者位于對(duì)比級(jí)sa輸出端和振幅調(diào) 制級(jí)am第二輸入端之間或者位于對(duì)比級(jí)sa輸出端和脈寬調(diào)制級(jí)pwm 調(diào)制信號(hào)輸入端之間。
在本發(fā)明的框架中，圖6至7內(nèi)各個(gè)電路部分的功能通過相應(yīng)的 模擬或者數(shù)字電路部分實(shí)現(xiàn)，在后者的情況中，例如借助于適當(dāng)編程 的微處理器而實(shí)現(xiàn)，其中要引導(dǎo)至該微處理器的信號(hào)之前要經(jīng)過模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換并且其輸出信號(hào)也一樣要經(jīng)過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。
圖9中顯示了末級(jí)ps第一實(shí)施例的電路圖，其例如根據(jù)圖6可以 插入振幅調(diào)制級(jí)am內(nèi)。運(yùn)算放大器ov以正的和負(fù)的，分別恒定的直 流電壓+U， -U操作并且如下布線，其反向輸入端通過第一電阻wl處 于電路零點(diǎn)SN，且其正向輸入端通過第二電阻w2處于乘法器ml的 輸出端。運(yùn)算放大器ov的一個(gè)輸出端通過第三電阻w3的中間電路連 接于變壓器tf的初級(jí)繞組的第一極ppl;初級(jí)繞組的第二極pp2處于電
42路零點(diǎn)SN。變壓器tf還具有一個(gè)次級(jí)繞組，其利用兩極spl， sp2連接到激勵(lì)系統(tǒng)16。
初級(jí)繞組具有初級(jí)匝數(shù)N1且次級(jí)繞組具有次級(jí)匝數(shù)N2。變壓器tf為電流-升高變壓器且具有例如20: 1的變壓比N1/N2。運(yùn)算放大器ov的反向輸入端通過第四電阻w4與初級(jí)繞組的第一極ppl相連接。其正向輸入端通過第五電阻w5連接于輸出端。五個(gè)電阻wl， w2, w3，w4，和w5分別具有相應(yīng)阻值R1， R2， R3， R4,和R5。阻值Rl選定為等于阻值R2且阻值R4選定為等于阻值R5。如果以u(píng)m表示乘法器m的輸出電壓，則激勵(lì)系統(tǒng)16內(nèi)流動(dòng)的交流電流i可以如下得出R5Nll=ummRlR3N2。圖10中顯示了末級(jí)ps'第二實(shí)施例的電路圖，例如根據(jù)圖7可以插入脈寬調(diào)制級(jí)pwm內(nèi)。這個(gè)補(bǔ)充推挽式末級(jí)構(gòu)造的"核心"是P溝道-加強(qiáng)-絕緣層-場(chǎng)效應(yīng)晶體管P (以下簡稱晶體管)與N溝道-加強(qiáng)-絕緣層-場(chǎng)效應(yīng)晶體管N的控制電流通路的串聯(lián)電路。在控制電流通路的連接點(diǎn)連接了激勵(lì)系統(tǒng)16。為每一條控制電流通路并聯(lián)了保護(hù)二極管dn， dp，其中各自的陰極接于各自的晶體管正點(diǎn)上。串聯(lián)電路P晶體管側(cè)的末端處于恒定的正第二直流電壓+U2并且其N晶體管側(cè)的末端處于相應(yīng)的恒定的負(fù)直流電壓-U2。晶體管N， P控制極彼此連接并連接于比較器kk'的輸出端。比較器kk'的正向輸入端接于脈寬調(diào)制器pm的輸出端，對(duì)比于圖7。比較器kk'的反向輸入端連接于分壓器的分接點(diǎn)，該分壓器由電阻rl和電阻r2組成。電阻rl， r2具有相同的阻值并且處于正的直流電壓+Ul和電路零點(diǎn)SN之間。電阻rl， r2和比較器kk'用于脈寬調(diào)制器pm的輸出信號(hào)關(guān)于直流電壓+Ul半值的對(duì)稱。激勵(lì)系統(tǒng)16在傳感器17的輸出信號(hào)或者傳感器17， 18的輸出信號(hào)之和每次正向穿過零點(diǎn)時(shí)，接收到正電流脈沖；在傳感器17的輸出信號(hào)或者傳感器17，18的輸出信號(hào)之和每次負(fù)向穿過零點(diǎn)時(shí)，接收到負(fù)電流脈沖。這些電流脈沖的寬度各自自動(dòng)調(diào)整，從而達(dá)到由參考信號(hào)Sr給定的測(cè)量管13的振蕩振幅。
圖11中顯示了末級(jí)ps〃另一實(shí)施例的電路圖，其例如根據(jù)圖8可以插入振幅調(diào)制級(jí)ami內(nèi)。這個(gè)又為補(bǔ)充推挽式末級(jí)構(gòu)造的"核心"也是如圖10所示的，P溝道-加強(qiáng)-絕緣層-場(chǎng)效應(yīng)晶體管P'與N溝道-加強(qiáng)-絕緣層-場(chǎng)效應(yīng)晶體管N'的控制電流通路的串聯(lián)電路。在控制電流通路的連接點(diǎn)連接了激勵(lì)系統(tǒng)6。為每一條控制電流通路并聯(lián)了保護(hù)二極管dn'， dp'，其中各自的陰極接于各自的晶體管正點(diǎn)上。串聯(lián)電路P晶體管側(cè)的末端被施加正直流電壓+U，該正直流電壓依賴于對(duì)比級(jí)sa的輸出信號(hào)并且其N晶體管側(cè)的末端被施加負(fù)直流電壓-U，該負(fù)直流電壓依賴于對(duì)比級(jí)sa的輸出信號(hào)。晶體管N'， P'控制極彼此連接并連接于比較器kk〃的輸出端。比較器kk〃的正向輸入端接于比較器kk的輸出端，對(duì)比于圖8。比較器kk〃的反向輸入端連接于分壓器的分接點(diǎn)，該分壓器由電阻r3和電阻r4組成。電阻r3， r4具有相同的阻值并且處于正直流電壓+Ul和電路零點(diǎn)SN之間。電阻r3， r4和比較器kk〃用于比較器kk的輸出信號(hào)關(guān)于直流電壓+Ul半值的對(duì)稱。在傳感器17的輸出信號(hào)或者傳感器17， 18的輸出信號(hào)之和的每個(gè)正半波期間，激勵(lì)系統(tǒng)16接收到正電流脈沖；在傳感器17的輸出信號(hào)或者傳感器17，18的輸出信號(hào)之和的每個(gè)負(fù)半波期間，激勵(lì)系統(tǒng)16接收到負(fù)電流脈沖。這些電流脈沖的各個(gè)幅度依賴于自身側(cè)的直流電壓+U， -U，該直流電壓又依賴于對(duì)比級(jí)sa的輸出信號(hào)，從而由參考信號(hào)Sr給定的測(cè)量管13的振蕩振幅會(huì)自動(dòng)調(diào)整。
最后在圖12中以方塊電路圖的方式示意地顯示了混合驅(qū)動(dòng)單元50B的實(shí)施例，其部分?jǐn)?shù)字操作和部分模擬操作。驅(qū)動(dòng)單元50B包括數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，用于將由微計(jì)算機(jī)50A生成的對(duì)于激勵(lì)信號(hào)各個(gè)參數(shù)的特別是數(shù)值的給定值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字振蕩信號(hào)，所述參數(shù)例如
為激勵(lì)電流Ue的振幅，激勵(lì)信號(hào)的相位和/或其振蕩頻率等。如前所述，
各個(gè)參數(shù)可以例如作為絕對(duì)值和/或作為增量或者減量傳送給驅(qū)動(dòng)單元50B。
如前所述，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由外部電源70例如遠(yuǎn)程配置的測(cè)量變換器-供電器等供電，該供電器通過至少一條導(dǎo)線2L與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者更確切說與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20連接。例如該測(cè)量變換器 -供電器又可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與處于過程控制室內(nèi)的上一級(jí)過程控 制系統(tǒng)連接。在這里顯示的實(shí)施例中，如在工業(yè)測(cè)量及自動(dòng)化技術(shù)的 大量應(yīng)用中通常的那樣，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置此外與外部電源至少間歇 地只通過一條唯一導(dǎo)線對(duì)2L有效電連接。與此相對(duì)應(yīng)地，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電 子裝置一方面通過這條導(dǎo)線對(duì)供電，另一方面，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置將 至少間歇生成的測(cè)量值信號(hào)XM也相同通過該導(dǎo)線對(duì)2L發(fā)送至配置于 外部電源70內(nèi)和/或與供電電源電耦合的外部分析電路80。例如連接 測(cè)量變換器-供電器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的這里唯一的導(dǎo)線對(duì)2L可與饋入供電 電流I的電源71和測(cè)量電阻RM串聯(lián)連接，例如該電源可以為電池， 或者由內(nèi)部供電網(wǎng)供電的直流源。供電電源70提供供電電流I并以操 作所需電能為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20供電。測(cè)量電阻Rm此外具有丙個(gè) 測(cè)量端子72， 73，在該端子上可檢測(cè)到瞬時(shí)代表測(cè)量值XM的供電電 流作為與電流成比例的測(cè)量電壓UM。例如測(cè)量電壓UM可以現(xiàn)場(chǎng)顯示 或者引導(dǎo)至上一級(jí)的測(cè)量值處理單元。這里唯一的導(dǎo)線對(duì)2L例如可以 作為所謂的二線制電流回路，特別是4mA-20mA電流回路，或者作為 到外部數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線(例如PROFIBUS-PA或者FOUNDATION FIELDBUS)的連接導(dǎo)體。
此外根據(jù)本發(fā)明的又一結(jié)構(gòu)，將瞬時(shí)測(cè)量值XM調(diào)制到供電電流I 上。例如瞬時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備確定的測(cè)量值可由供電電流I的瞬時(shí)的、特 別是4mA和20mA間的電流強(qiáng)度代表，該供電電流I在構(gòu)成為二線制 電流回路的導(dǎo)線對(duì)2L內(nèi)流動(dòng)。
此外根據(jù)本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備至少間歇地與外部操作及 控制單元通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通信，該外部操作及控制單元例如可以為 手動(dòng)操作儀器或者可編程控制器(SPS),通信可以為交換現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特 定數(shù)據(jù)。為此在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20內(nèi)還提供了通信電路COM，該 通信電路控制和操作通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的通信。例如除了測(cè)量值Xm通 信電路也特別用于將其他的內(nèi)部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備-參數(shù)轉(zhuǎn)換為通過導(dǎo)線對(duì)2L可傳輸?shù)男盘?hào)并將該信號(hào)耦合進(jìn)導(dǎo)線。作為替代或者補(bǔ)充，也可以將
通信電路COM設(shè)計(jì)為，相應(yīng)接收由外部經(jīng)過導(dǎo)線對(duì)2L發(fā)送的現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備參數(shù)。特別對(duì)于前述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在操作中只通過二線制電流回路連接 于外部供電電路的情況，通信電路COM可以例如為根據(jù)HART Communication Foundation, Austin TX的HART(g-現(xiàn)場(chǎng)通信協(xié)議工作 的接口電路，該接口電路采用了 FSK-編碼的高頻交流電作為信號(hào)載波。
由圖1和5的組合可以看出，為調(diào)整和調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)部的電壓 和/或電流，此外現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20還包括至少一個(gè)由供電電流I流 過的電流調(diào)節(jié)器ISp用于調(diào)整和/或調(diào)制供電電流I，特別是為供電電 流提供時(shí)鐘。此外在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20內(nèi)還提供了內(nèi)部供電電路40， 該內(nèi)部供電電路被施加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20的內(nèi)部輸入電壓Ue并且 用于為內(nèi)部操作及分析電路50供電，該內(nèi)部輸入電壓Ue由端電壓UK 分壓得到。
為了采集和調(diào)整在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20內(nèi)瞬時(shí)下降的電壓和/或 瞬時(shí)流動(dòng)的電流，供電電路40此外還包括相應(yīng)的測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60。 并且特別是對(duì)于前述將測(cè)量值XM調(diào)制到供電電流I的情況，測(cè)量及調(diào) 節(jié)單元60還用于將由操作及分析電路50送出的，代表瞬時(shí)生成的測(cè) 量值Xm的測(cè)量信信號(hào)XM轉(zhuǎn)化為第一電流調(diào)節(jié)信號(hào)Istell，該第一電流 調(diào)節(jié)信號(hào)對(duì)應(yīng)于電流調(diào)節(jié)器ISt和供電電流而調(diào)整。為此，測(cè)量及調(diào)節(jié) 單元60具有相應(yīng)的電流控制電路60A,其將由內(nèi)部操作及分析電路50 提供至測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60的測(cè)量值信號(hào)XM合適地轉(zhuǎn)換為電流調(diào)節(jié)信 號(hào)Istell。測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60的電流控制電路60A與電流調(diào)節(jié)器ISi實(shí) 際上共同構(gòu)成供電電流I的電流電流控制器-這里所謂的線性縱向電流
控制器。根據(jù)本發(fā)明的一構(gòu)造，將電流調(diào)節(jié)信號(hào)IsteH設(shè)計(jì)為，前述電流 控制器按照瞬時(shí)決定的測(cè)量值XM將供電電流I調(diào)整為與該測(cè)量值成比 例。替代地或者補(bǔ)充地，電流調(diào)節(jié)信號(hào)IsteU構(gòu)成為，電流控制器向供電
電流I發(fā)出時(shí)鐘，例如為了達(dá)到根據(jù)PROFIBUS-PA標(biāo)準(zhǔn)的通信目的而 二進(jìn)制編碼。為了生成合適地代表電流的特別是基本上與電流成比例的檢測(cè)電壓I^t， I2.ist, I3.ist，此外在供電電路40內(nèi)還相應(yīng)地提供了至 少間歇地由供電電流或者由該電流得到的電流分量Ip 12， 13流過的檢 測(cè)電阻Rp R2， R3。
至少對(duì)于前述為了顯示測(cè)量值XM而調(diào)制供電電流I的幅度并且由
于外部電源有限的電功率而令由外部電源提供的供電電壓Uv和隨之而 出現(xiàn)的端電壓Uk隨升高的供電電流I而相應(yīng)降低或者相反地隨著降低 的供電電流I而相應(yīng)升高的情況，供電電壓Uv和端電壓Uk的電壓電平 以不可預(yù)見的方式波動(dòng)并且將它們視為在操作中以顯著的程度變化。 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備如前述，以工業(yè)測(cè)量技術(shù)長久采用的標(biāo)準(zhǔn)4mA至20mA操 作時(shí)，對(duì)于正常操作的供電只提供4mA以下的電流范圍以及根據(jù)供電 電壓值始終只提供大約40至90mW (=毫瓦)的電功率。
如圖5所示，此外供電電路40在輸入端還包括由測(cè)量及調(diào)節(jié)單元 60激勵(lì)的電壓調(diào)節(jié)器30，該電壓調(diào)節(jié)器用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的作 為初級(jí)電壓或者基極電壓為內(nèi)部供電的內(nèi)部輸入電壓Ue盡可能準(zhǔn)確地 調(diào)整到可給定的必要時(shí)操作中可變的電平上以及至少在非干擾的正常 操作中，將該內(nèi)部輸入電壓Ue盡可能恒定保持在瞬時(shí)選定的電平上， 其中端電壓Uk至少等于最小電壓值Uk—min。此外測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60與 電壓調(diào)節(jié)器30共同構(gòu)成用于內(nèi)部輸入電壓Ue的輸入電壓調(diào)節(jié)器，特別 用于盡可能準(zhǔn)確調(diào)整內(nèi)部輸入電壓并保持持續(xù)穩(wěn)定。
也如圖13顯示，根據(jù)本發(fā)明的一構(gòu)造，這樣保持內(nèi)部輸入電壓
Ue的電平，使得內(nèi)部輸入電壓Ue始終低于端電壓Uk。其中內(nèi)部輸入電
壓Ue通過前述的輸入電壓調(diào)節(jié)器30, 60而保持的電平，例如在操作中
依賴于瞬時(shí)流動(dòng)的供電電流I可將該電平基本上連續(xù)地改變。替代地，
也可將電平在供電電流I的一定電流強(qiáng)度范圍以及在端電壓Uk的相應(yīng) 電壓范圍上保持恒定并且階段性地改變(如圖13中通過點(diǎn)化線表示 的)，例如當(dāng)超過或者不足相應(yīng)供電電流I和/或端電壓Uk給定閾值時(shí)。 根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造，輸入電壓調(diào)節(jié)器30， 60設(shè)計(jì)為，在達(dá)到給定的或者可給定的例如15V數(shù)量級(jí)的最大電壓值Ue—m^后，盡管端電壓
Uk可能還會(huì)繼續(xù)升高例如超過20v，也將該電平保持恒定。因此，輸 入電壓調(diào)節(jié)器30，60的作用不僅僅為用于內(nèi)部輸入電壓Ue的電壓穩(wěn)定 器，而且也是限壓器。
為了進(jìn)一步內(nèi)部分配現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的單獨(dú)構(gòu)件或者組件的電
能，該電子裝置此外還包括轉(zhuǎn)化穩(wěn)定的內(nèi)部輸入電壓Ue的第一有效電
壓控制器UR,，該電壓調(diào)節(jié)器至少間歇地由供電電流I的特別是可變的 第一電流分量h流過并且用于提供基本上恒定調(diào)整到第一電平UNls。u 上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20第一內(nèi)部有效電壓UN1，該第一電平UNls。
可給定，必要時(shí)可參數(shù)化。
此外在供電電路40內(nèi)也同樣提供了轉(zhuǎn)化穩(wěn)定的內(nèi)部輸入電壓Ue 的第二有效電壓控制器UR2，該電壓調(diào)節(jié)器至少間歇地由供電電流I 的特別是可變的第二電流分量12流過。該第二有效電壓控制器UR2又 用于提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20內(nèi)的第二內(nèi)部有效電壓UN2，該第二內(nèi)
部有效電壓UN2在可給定的電壓范圍內(nèi)可變。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi) 對(duì)瞬時(shí)負(fù)載情況最合適的有效電壓UN2的電壓值，例如可以在測(cè)量及調(diào)
節(jié)單元60側(cè)考慮了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)的瞬時(shí)負(fù)載情況而決定并且以 相應(yīng)的電壓操作信號(hào)UN2—^的形式發(fā)送至有效電壓控制器UR2。如圖 5所示，可以例如利用測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60的功率控制電路60B產(chǎn)生電 壓操作信號(hào)UN2
例如可以采用所謂的開關(guān)整流器和/或非時(shí)鐘振蕩的線性整流器
作為有效電壓控制器URP UR2，而電壓調(diào)節(jié)器30和輸入電壓調(diào)節(jié)器 可以例如由分路調(diào)節(jié)器IS2構(gòu)成，該分路調(diào)節(jié)器IS2在旁路中被施加內(nèi) 部輸入電壓Ue且例如通過晶體管和/或可調(diào)整的齊納二極管而實(shí)現(xiàn)。
除此之外，正如圖5所示，供電電流I的特別是可變的第三電流 分量13在正常操作期間至少間歇地流過輸入電壓控制器，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60發(fā)送合適地控制電壓調(diào)節(jié)器30 (這里是分路調(diào)節(jié)器IS2)并且 還確定第三電流分量的第二電流控制信號(hào)13—stell。這里，設(shè)計(jì)電流控制
信號(hào)I3—Stell，使得至少對(duì)于由基本保持恒定的內(nèi)部輸入電壓Ue和由瞬時(shí)
設(shè)置的供電電流I得到的在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20中瞬時(shí)可用的電功率 超過在操作及分析電路50當(dāng)前實(shí)際需要的電功率的情況，在輸入電壓 控制器中提供的晶體管導(dǎo)通，從而足夠高的電流分量13流動(dòng)，以穩(wěn)定
輸入電壓Ue。為此，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，輸入電壓控制器(這
里是電壓調(diào)節(jié)器30)具有用于消耗電能并除去與之相關(guān)聯(lián)的熱能的元 件，特別是具有散熱片等的半導(dǎo)體元件。然而，另一方面，設(shè)計(jì)電流 控制信號(hào)I3—stell，使得在操作及分析電路50中對(duì)于能量的需求變大時(shí)， 它再次減少在電壓調(diào)節(jié)器30中瞬時(shí)流動(dòng)的電流分量13。在本發(fā)明的另 一實(shí)施例中，為了產(chǎn)生在操作期間控制電壓調(diào)節(jié)器30并因而至少部分 調(diào)節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中瞬時(shí)可用的電功率的分配的控制信號(hào) I3_stell，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60還包括相應(yīng)的功率控制電路60B。
如圖5中另外顯示的，在本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20以及本發(fā) 明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，操作及分析電路50至少間歇地不僅由特別是可變的 第一有效電流I N1流過而且也由特別是可變的第二有效電流I N2流過， 其中第一有效電流由至少在正常操作中基本上保持恒定的第一有效電
壓UN1驅(qū)動(dòng)，第二有效電流由根據(jù)操作變化的第二有效電壓UN2驅(qū)動(dòng)。
這樣的優(yōu)點(diǎn)是，為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置20的結(jié)構(gòu)組和電路始終提供瞬時(shí) 實(shí)際的電能，該結(jié)構(gòu)組和電路至少控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置正常操作并 使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備保持運(yùn)行，特別是前述的至少一個(gè)微處理器pC。據(jù)此在本 發(fā)明的一構(gòu)造中提供了，前述的微處理器pC和/或前述的信號(hào)處理器至 少部分以正常操作中始終保持恒定的第一有效電壓UN1或者由其導(dǎo)出 的次級(jí)電壓操作。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一完善中，第一有效電壓U^或者 由其導(dǎo)出的次級(jí)電壓至少部分作為操作及分析電路中至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn) 換器的操作電壓。根據(jù)本發(fā)明的又一構(gòu)造，至少現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的 操作和保持與前述上一級(jí)操作及控制單元通信的構(gòu)件(這里不僅微處 理器pC還有通信電路COM)至少部分是利用第一有效電壓UNi或者由
49由其分壓的次級(jí)電壓供電的。
根據(jù)外部供電電路70側(cè)在操作中事實(shí)上可以提供哪些電功率以 及依賴于以前述方式已經(jīng)由第一有效電壓UN1供電的消耗器的實(shí)際功
率需求的情況，可以為驅(qū)動(dòng)單元50B的特別用于生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)i^的各
個(gè)構(gòu)件至少部分借助第一有效電壓Uw或者由其分壓的次級(jí)電壓供電， 該構(gòu)件可以例如為驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)的放大器，D/A轉(zhuǎn)換器和/或信號(hào)發(fā)生器 等等，這里也可參見圖12。當(dāng)然也顯示出，在正常操作中，單單現(xiàn)有 的微處理器^C和/或A/D轉(zhuǎn)換器以及它們所需的外圍布線已經(jīng)要始終 需求大約30mW的功率，所以至少在大約40mW的始終可用功率的應(yīng) 用中，也就是說12v的端電壓，驅(qū)動(dòng)單元50B的前述構(gòu)件只能夠以非 常小的范圍連接于第一有效電壓U^以此而不損害期望的高穩(wěn)定性。由 此在本發(fā)明的構(gòu)造中此外設(shè)計(jì)為，驅(qū)動(dòng)單元50B的單獨(dú)構(gòu)件尤其是持 久地只操作于第二有效電壓UN2。如圖12也代替地顯示了，第二有效 電壓UN2特別適合作為驅(qū)動(dòng)單元50B內(nèi)的運(yùn)算-放大器的操作電壓。對(duì)
應(yīng)地，勵(lì)磁線圈的激勵(lì)電流i^基本上可以由第二有效電壓Uw2或者由
其分壓的次級(jí)電壓驅(qū)動(dòng)。
為了跨接供電電壓側(cè)的暫時(shí)電壓波動(dòng)和/或緩沖由于內(nèi)部功率需 求的短暫升高而導(dǎo)致的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)部電壓供給可能的短時(shí)"過載"， 例如在測(cè)量變換器開動(dòng)時(shí)或者所述持久存儲(chǔ)器EEPROM的覆寫時(shí)，根 據(jù)本發(fā)明在操作及分析電路中此外還提供了用于暫時(shí)存儲(chǔ)電能的特別 是電容性的存儲(chǔ)電路。這里顯示的實(shí)施例中，能量緩沖器C作為電壓 調(diào)節(jié)器30的一部分而顯示，所以實(shí)際上始終被施加內(nèi)部輸入電壓Ue。 但是至少在正常操作中為了能夠保證避免有效電壓Uw的崩潰，在利用 第一有效電壓U^供電的結(jié)構(gòu)組和電路的事先設(shè)計(jì)中當(dāng)然要保證，其最 大轉(zhuǎn)化的電功率最大等于正常操作中的最小可用電功率和/或其瞬時(shí)轉(zhuǎn) 化的電功率最大等于瞬時(shí)可用功率。
在本發(fā)明的另一構(gòu)造中，在正常操作中依賴于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入電壓Ue的瞬時(shí)電壓值而調(diào)整第二有效電壓UN2。替代地或者補(bǔ)充地提供了，第二有效電壓UN2依賴于端電壓Uk的瞬時(shí)電壓值而調(diào)整，該端電壓Uk由供電電壓分壓，并通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的最初而下降。這樣調(diào)整內(nèi)部輸入電壓Ue，例如將該電壓與端電壓Uk間存在的壓差至少在正常操作中盡可能保持恒定在lV上，也顯示了優(yōu)點(diǎn)。另外這樣也實(shí)現(xiàn)了在電流調(diào)節(jié)器IS,或者整個(gè)電流控制器的操作溫度變化的情況下，由各自的傳輸特性相對(duì)準(zhǔn)確地調(diào)整輸入電壓Ue以及隨之而出現(xiàn)的變化，并以簡單的方式實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部輸入電壓Ue的非常魯棒的調(diào)整。該調(diào)整可以例如利用前述的測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60內(nèi)的差分放大器實(shí)現(xiàn)，該放大器將由內(nèi)部輸入電壓Ue相應(yīng)導(dǎo)出的檢測(cè)電壓與由端電壓Uk相應(yīng)導(dǎo)出的檢測(cè)電壓相減。替代地或者補(bǔ)充地，第二有效電壓UN2也依賴于三個(gè)電流分量Ip 12， 13中至少一個(gè)的瞬時(shí)電流強(qiáng)度而調(diào)整。例如，第二有效電壓UN2可以依賴于第三電流分量13調(diào)整，在考慮了瞬時(shí)輸入電壓Ue之后，該電流強(qiáng)度實(shí)際上代表了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)瞬時(shí)存在的過剩功率。作為測(cè)量變量，這里特別合適的是操作電壓調(diào)節(jié)器并確定第三電流分量13的第二電流調(diào)節(jié)信號(hào)I3—stell。
為了確定和/或監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的瞬時(shí)操作狀態(tài)，根據(jù)本發(fā)明的另一進(jìn)一步發(fā)展，提供了將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)下降的電壓和/或在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)流動(dòng)的電流與給定的特別是可調(diào)整的閾值進(jìn)行比較的工具。用于電壓和/或電流進(jìn)行對(duì)比的工具例如可以構(gòu)成為前述供電電路的測(cè)量及調(diào)節(jié)單元的積分組成部分。根據(jù)本發(fā)明一完善的構(gòu)造，對(duì)比工具設(shè)計(jì)為，如果檢測(cè)到通過第二有效電壓UN2的最小有效電壓極限值不足，該最小有效電壓極限為第二有效電壓UN2的給定最小有效電壓極限，以及檢測(cè)到通過第三電流分量13的最小電流分量極限值不足，該最小電流分量極限值為第三電流分量13的給定最小電流分量極限，則在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置側(cè)至少生成一個(gè)警告現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置不足供電的警告信號(hào)Xpw—fail。為了第三電流分量13的采集，例如可以采用在輸入電壓調(diào)節(jié)器30， 60內(nèi)的相應(yīng)由電流分量13流過的檢測(cè)電阻
R3，該電阻提供基本上與電流成比例的檢測(cè)電壓。根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60通過電流調(diào)節(jié)信號(hào)13jeu這樣操作電壓調(diào)節(jié)器30，使得特別是僅僅當(dāng)將第二有效電壓Un2與至少一個(gè)所屬的參考電壓進(jìn)行比較的比較器警告了第二有效電壓超出對(duì)于第二有效電壓UN2給定的最大有效電壓極限值時(shí)，第三電流分量13這時(shí)才流動(dòng)。用于比較電壓和/或電流的工具可以例如為簡單的比較器，該比較器將各自的檢測(cè)電壓與所屬的與各閾值成比例的參考電壓進(jìn)行比較，例如通過輸入電壓Ue內(nèi)部生成的參考電壓。
在根據(jù)本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中，正如開始已經(jīng)強(qiáng)調(diào)的，進(jìn)一步提出，至少部分內(nèi)部操作及分析電路50，但特別是整個(gè)內(nèi)部操作
及分析電路50都至少與電流調(diào)節(jié)器IS,流電隔離。另外，特別具有優(yōu)點(diǎn)的是，正如從圖5直接看到的，保持內(nèi)部操作及分析電路50與電流調(diào)節(jié)器ISi和電壓調(diào)節(jié)器30都流電隔離。于是，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，可能存在的微處理器pC和/或也可能存在的信號(hào)處理器作為操作及分析電路50的部件，同樣至少與電流調(diào)節(jié)器ISi和/或電壓調(diào)節(jié)器30流電隔離。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，進(jìn)一步提出，第一有效電壓控制器URt保持與驅(qū)動(dòng)電路60B (特別是其中提供的至少一個(gè)放大器)和/或至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和/或少一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器流電隔離。為了實(shí)現(xiàn)在操作及分析電路50和至少電流調(diào)節(jié)器IS,之間的流電隔離，在另一優(yōu)選實(shí)施例中，第二有效電壓控制器UR2也與電流調(diào)節(jié)器ISj和/或電壓調(diào)節(jié)器30流電隔離。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，第一有效電壓控制器UR,和內(nèi)部操作及分析電路50彼此流電隔離。例如，有效電壓控制器U&和內(nèi)部操作及分析電路50可以為此利用變壓器91彼此耦合。代替這里單獨(dú)的變壓器91，如果需要，還可以使用兩個(gè)或多個(gè)這種變壓器，用于耦合有效電壓控制器URi和內(nèi)部操作及分析電路50。這里，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到并因而無需詳細(xì)解釋，在使用變壓器以流電隔離地耦合兩個(gè)基于直流電壓操作的電子元件的情況中，必須首先在變壓器的初級(jí)側(cè)將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，并相應(yīng)地在變壓器的次級(jí)側(cè)實(shí)現(xiàn)從交流到直流電壓的轉(zhuǎn)換。相應(yīng)地，至少對(duì)于要傳輸?shù)挠行щ妷篣m是直流電壓的情況，變壓器91在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)分別耦合至這種以合適的方式電子地調(diào)制直流電壓的電子器件以及解調(diào)被調(diào)制及傳輸?shù)碾妷旱碾娮悠骷?，利用這些器件，變壓器91作為直流電壓轉(zhuǎn)換器或DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于由處于初級(jí)側(cè)的第一有效電壓控制器URi提供的有效電壓UN1。相應(yīng)調(diào)制直流電壓的電子器件可以例如是用作斬波器的方波調(diào)制器，而例如無源或同步鐘控整流器可以用作相應(yīng)的解調(diào)電子器件。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步發(fā)展，電流調(diào)節(jié)器ISi和至少部分內(nèi)部操作及分析電路50以非常簡單且有效的方式保持彼此流電隔離，其中在兩個(gè)有效電壓控制器UR4、 UR2之間插入流電隔離。為此，如圖5所示，變壓器91插入在兩個(gè)有效電壓控制器UR^ UR2之間，從而它們通過這里單獨(dú)的變壓器91而特別是排他地耦合在一起，形成合適的直流轉(zhuǎn)換器，該變壓器用于耦合兩個(gè)有效電壓控制器UR。 UR2。。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，為此第二有效電壓控制器UR2由從第一有效電壓控制器U&發(fā)送的有效電壓U^和/或至少由從第一有效電壓Uw得到的次級(jí)電壓U^'供電。于是，第二有效電壓控制器UR2用作消耗器，第一有效電壓控制器UR,向其供應(yīng)恒定的內(nèi)部有效電壓Uw。
正如已經(jīng)提到的，第二有效電壓控制器UR2在操作期間由測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60控制，至少當(dāng)前要為第二有效電壓UN2設(shè)置的電壓電平由測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60指定。為此，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60在操作期間至少間歇地發(fā)送電壓控制信號(hào)Uw2一^，其相應(yīng)控制第二有效電壓控制器UR2
并代表當(dāng)前要為第二有效電壓Uw2設(shè)置的電壓電平。在本發(fā)明的另一實(shí)
施例中，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60和第二有效電壓控制器UR2保持彼此流電隔離。在這種情況中，如圖5示意性示出的，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60可以例如利用至少一個(gè)變壓器92和/或利用至少一個(gè)光耦而耦合至第二有效電壓控制器UR2，該變壓器92至少間歇地連接在電壓控制信號(hào)UN2—s。 的信號(hào)路徑中，該光耦至少間歇地連接在電壓控制信號(hào)UN2_S。 的信號(hào)路徑中。另外，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中提出，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60和內(nèi)部 操作及分析電路50保持彼此流電隔離。
如圖5示意性示出的，測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60和內(nèi)部操作及分析電路 50可以例如利用至少一個(gè)變壓器93和/或利用至少一個(gè)光耦彼此耦合。 于是，在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)部操作及分析電路50保持與可能 存在的至少一個(gè)用于第三電流分量13的比較器和/或與可能存在的至少 一個(gè)用于第二有效電壓UN2的比較器流電隔離。為此，在本發(fā)明的這 個(gè)實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展中，第二有效電壓控制器UR2與至少一個(gè)用于 第三電流分量13的比較器和/或與至少一個(gè)用于第二有效電壓UN2的比 較器流電隔離。根據(jù)操作及分析電路50和測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60的信號(hào) 輸出端的數(shù)目，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中除了變壓器93之外還需要提供 合適的其它變壓器，其中操作及分析電路50和測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60的 信號(hào)輸出端各自直接與操作及分析電路50或測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60的對(duì) 應(yīng)信號(hào)輸入端流電隔離地耦合。例如，變壓器93可以用于將報(bào)警信號(hào) Xp^一^從測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60傳輸至操作及分析電路50，而如圖5所示， 相應(yīng)的變壓器94用于傳輸測(cè)量值信號(hào)xM。
對(duì)于上述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置包括通信電路COM的情況，本發(fā)明 的另一優(yōu)選實(shí)施例提出，至少通信電路COM保持與電流調(diào)節(jié)器IS,流 電隔離。為此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置包括至少一個(gè)附加的光耦，或者如 圖5所示包括至少一個(gè)附加的變壓器95。
當(dāng)然，在上述流電隔離變型的情況中，應(yīng)當(dāng)理解，至少對(duì)于其中 直流電壓/電流以這種方式傳遞的情況，可能使用的變壓器92、 93、 94、 95可以分別是合適的DC/DC轉(zhuǎn)換器的部件。對(duì)于其中鐘控信號(hào)例如數(shù) 字信號(hào)要被通過變壓器或光耦而傳遞的情況，例如由測(cè)量及調(diào)節(jié)單元 60傳遞至內(nèi)部操作及分析電路50的報(bào)警信號(hào)Xpw》ii或如圖5示意性 示出的由內(nèi)部操作及分析電路50傳遞至測(cè)量及調(diào)節(jié)單元60的測(cè)量值信號(hào)XM，如果需要，可以利用合適的電路器件輔助使用的變壓器或光
耦，這些電路器件以本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的合適的方式轉(zhuǎn)換要傳輸?shù)?信號(hào)。這種用于將數(shù)字信號(hào)傳遞通過流電隔離位置的電路的例子例如
在US-B 68 53 685、 US-A 59 52 849和DE-A 102 51 504中有所公開。
在上述流電隔離的變型中，當(dāng)可能使用的至少一個(gè)變壓器用于多 路復(fù)用操作中，使得在初級(jí)側(cè)兩個(gè)或多個(gè)電路部分相連時(shí)，也是特別 優(yōu)選的，其中這兩個(gè)或多個(gè)電路部分各自的輸出信號(hào)分別通過這一個(gè) 變壓器而例如時(shí)移地順序傳輸和/或在不同頻帶上傳輸。作為替代或補(bǔ) 充，可能使用的至少一個(gè)變壓器還可以用于多路分離操作中，使得在 次級(jí)側(cè)兩個(gè)或多個(gè)電路部分相連，這兩個(gè)或多個(gè)電路部分各自選擇性 地例如時(shí)移地順序接收和/或在不同頻帶上接收通過這一個(gè)變壓器傳輸 的信號(hào)。另外，還可以在雙工操作或半雙工操作中雙向使用同一變壓 器。同樣，還可以在多路復(fù)用和/或多路分離操作中單向或雙向地安裝 可能使用的光耦。
權(quán)利要求
1. 由外部電源(70)供電的用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置(20)，其中該外部電源(70)提供特別是單極性的供電電壓(Uv)并傳遞由該供電電壓驅(qū)動(dòng)的特別是單極性和/或二進(jìn)制的可變供電電流(I)，該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置(20)包括-由供電電流(I)流經(jīng)的電流調(diào)節(jié)器(IS1)，用于調(diào)節(jié)和/或調(diào)制供電電流(I)，特別是為其提供時(shí)鐘；-用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部操作及分析電路(50)；以及-內(nèi)部供電電路(40)，該供電電路處于從供電電壓(Uv)得到的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置(20)內(nèi)部輸入電壓(Ue)并且向內(nèi)部操作及分析電路(50)供電，該內(nèi)部供電電路包括--第一有效電壓控制器(UR1)，其至少間歇地由供電電流(I)的特別是可變的第一電流分量(I1)流過，且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置(20)中提供第一內(nèi)部有效電壓(UN1)，該第一內(nèi)部有效電壓被基本恒定地控制到可預(yù)定的第一電壓電平(UN1+soll)；--第二有效電壓控制器(UR2)，其至少間歇地由供電電流(I)的特別是可變的第二電流分量(12)流過，且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置(20)中提供在可預(yù)定的電壓范圍上可變的第二內(nèi)部有效電壓(UN2)；和--電壓調(diào)節(jié)器(30)，其至少間歇地由供電電流(I)的特別是可變的第三電流分量(13)流過，用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置(20)的內(nèi)部輸入電壓(Ue)調(diào)節(jié)并保持在可預(yù)定的特別是在操作期間變化的電壓電平上；-其中兩個(gè)有效電壓控制器(UR1，UR2)彼此流電隔離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中兩個(gè)有效電壓 控制器(URP UR2)利用至少一個(gè)變壓器(91)彼此耦合。
3. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第一有 效電壓控制器(UR。和內(nèi)部操作及分析電路(50)彼此流電隔離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第一有效電壓 控制器(UR。和內(nèi)部操作及分析電路(50)利用至少一個(gè)變壓器(91) 彼此耦合。
5. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中電流調(diào) 節(jié)器(IS》和第二有效電壓控制器(UR2)彼此流電隔離。
6. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中電流調(diào) 節(jié)器(IS。和內(nèi)部操作及分析電路(50)彼此流電隔離。
7. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中電壓調(diào) 節(jié)器(30)和第二有效電壓控制器(UR2)彼此流電隔離。
8. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中電壓調(diào) 節(jié)器(30)和內(nèi)部操作及分析電路(50)彼此流電隔離。
9. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中操作及 分析電路(50)至少間歇地由第一有效電壓(UN1)驅(qū)動(dòng)的特別是可變 的第一有效電流(IN1)以及由第二有效電壓(UN2)驅(qū)動(dòng)的特別是可變 的第二有效電流(IN2)流過。
10. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第二 有效電壓控制器(UR2)由從第一有效電壓控制器(UR》發(fā)送的有效 電壓(UN1)和/或至少由從第一有效電壓(UN1)得到的次級(jí)電壓(UN1') 供電。
11. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入電壓(Ue)被依賴于端電壓(Uk)的瞬時(shí)電 壓電平而得到控制，該端電壓由供電電壓(Uk)得到并且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的輸入端下降。
12. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第二 有效電壓(UN2)被依賴于端電壓(Uk)的瞬時(shí)電壓電平而得到控制，該端電壓由供電電壓(uk)得到并且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的輸入端下降。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電 子裝置的內(nèi)部輸入電壓(Ue)被依賴于端電壓(Uk)的瞬時(shí)電壓電平 而得到控制。
14. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中現(xiàn)場(chǎng) 設(shè)備電子裝置(20)的內(nèi)部輸入電壓(Ue)被利用電壓調(diào)節(jié)器(30) 而保持在可預(yù)定的特別是在工作中可變的電壓電平，其低于端電壓(Uk)。
15. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中內(nèi)部 輸入電壓(Ue)被利用電壓調(diào)節(jié)器(30)而保持的電壓電平在操作期 間可變，特別是步進(jìn)式或基本持續(xù)變化。
16. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中依賴 于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入電壓(Ue)的瞬時(shí)電壓電平，控制第 二有效電壓(UN2)。
17. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中依賴 于三個(gè)電流分量(h， I2， I3)的至少一個(gè)的瞬時(shí)電流強(qiáng)度，控制第二 有效電壓(UN2)。
18. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中依賴 于第三電流分量(I3)的瞬時(shí)電流強(qiáng)度，控制第二有效電壓(UN2)。
19. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中依賴 于第二電流分量(12)的瞬時(shí)電流強(qiáng)度和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入 電壓(Ue)的瞬時(shí)電壓電平，控制第二有效電壓(UN2)。
20. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中供電 的外部電源(70)提供具有可變的特別是波動(dòng)的電壓電平的供電電壓(Uv)。
21. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中由外 部電源(70)提供的供電電壓(Uv)驅(qū)動(dòng)具有可變電流強(qiáng)度的供電電 流(I)，該電流強(qiáng)度特別是以基本不可預(yù)先確定的方式波動(dòng)。
22. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中在操 作及分析電路(50)中提供用于暫時(shí)存儲(chǔ)電能的存儲(chǔ)電路(C)。
23. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中電壓 調(diào)節(jié)器(30)包含一個(gè)元件(IS2)，特別是具有冷卻體等的半導(dǎo)體元 件，其用于消耗電能并除去由這種方式產(chǎn)生的熱能。
24. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中在操 作及分析電路(50)中提供至少一個(gè)微處理器(UC),其中第一有效 電壓(UN1)或由此得到的次級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第一有效電 壓控制器(UR》和微處理器(UC)彼此流電隔離。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中電流 調(diào)節(jié)器(ISO和微處理器(UC)彼此流電隔離。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24 26之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中電 壓調(diào)節(jié)器(30)和微處理器(nC)彼此流電隔離。
28. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中在操 作及分析電路(50)中提供至少一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，其中第一有效 電壓(UN1)或由此得到的次級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第一有效電 壓控制器(UR。和信號(hào)處理器(uC)彼此流電隔離。
30. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中在操 作及分析電路(50)中提供至少一個(gè)放大器，其中兩個(gè)有效電壓(UN1， UN2)中的至少一個(gè)或由此得到的次級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第一有效電 壓控制器(U&)和至少一個(gè)放大器彼此流電隔離。
32. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中在操 作及分析電路中提供至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，其中第一有效電壓(UN1) 或由此得到的次級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第一有效電 壓控制器(UR》和至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器彼此流電隔離。
34. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中在操 作及分析電路中提供至少一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，其中兩個(gè)有效電壓(UN1， UN2)中的至少一個(gè)或由此得到的次級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第一有效電 壓控制器(URi)和至少一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器彼此流電隔離。
36. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，還包括用 于比較在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置(20)中下降的電壓和/或在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子 裝置(20)中流動(dòng)的電流的裝置。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中至少在操作 及分析電路檢測(cè)到第二有效電壓低于對(duì)于第二有效電壓預(yù)定的最小有 效電壓極限值和/或第三電流分量低于對(duì)于第三電流分量預(yù)定的最小電 流分量極限值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置產(chǎn)生通知現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置供電 不足的報(bào)警信號(hào)(xpwr_fail)。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36或37所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，還包括至 少一個(gè)比較器，其將由供電電流的第三電流分量得到的感測(cè)電壓與相 關(guān)的參考電壓比較。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中所述至少一 個(gè)用于第三電流分量(13)的比較器與第二有效電壓控制器(UR2)彼 此流電隔離。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38或39所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中所述 至少一個(gè)用于第三電流分量(13)的比較器與內(nèi)部操作及分析電路(50) 彼此流電隔離。
41. 根據(jù)權(quán)利要求36~38之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，還包括 至少一個(gè)比較器，其將由第二有效電壓與至少一個(gè)相關(guān)的參考電壓比 較。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中所述至少一 個(gè)用于第二有效電壓(UN2)的比較器與第二有效電壓控制器(UR2) 彼此流電隔離。
43. 根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中所述 至少一個(gè)用于第二有效電壓(UN2)的比較器與內(nèi)部操作及分析電路(50)彼此流電隔離。
44. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，還包括測(cè) 量及調(diào)節(jié)單元(60)，用于檢測(cè)并調(diào)節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中下降的 電壓，特別是第二有效電壓，和/或在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中流動(dòng)的電流， 特別是第二和/或第三電流分量。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44以及權(quán)利要求41~43之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電 子裝置，其中測(cè)量及調(diào)節(jié)單元(60)控制電壓調(diào)節(jié)器，使得當(dāng)將第二 有效電壓與至少一個(gè)相關(guān)參考電壓信號(hào)進(jìn)行比較的比較器用信號(hào)通知 第二有效電壓超過對(duì)于第二有效電壓預(yù)定的最大有效電壓極限值時(shí)， 第三電流分量流過。
46. 根據(jù)權(quán)利要求44或45所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中測(cè)量 及調(diào)節(jié)單元(60)基于輸入電壓(Ue)和/或端電壓(Uk)而將輸入電 壓(Ue)和端電壓(Uk)之間存在的電壓差(Uk-Ue)調(diào)節(jié)在預(yù)定的電 壓電平，特別是等于或大于1 V。
47. 根據(jù)權(quán)利要求44~46之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中第 二有效電壓控制器(UR2)由測(cè)量及調(diào)節(jié)單元(60)控制。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中測(cè)量及調(diào)節(jié) 單元(60)至少間歇地發(fā)送控制第二有效電壓控制器(UR2)的電壓控 制信號(hào)(Un2_s。 )，該電壓控制信號(hào)代表瞬時(shí)要為第二有效電壓(Un2) 設(shè)置的電壓電平。
49. 根據(jù)權(quán)利要求44~48之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中測(cè)量及調(diào)節(jié)單元(60)和第二有效電壓控制器(UR2)彼此流電隔離。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中測(cè)量及調(diào)節(jié)單元(60)和第二有效電壓控制器(UR2)利用至少一個(gè)變壓器(92) 和/或至少一個(gè)光耦而彼此耦合。
51. 根據(jù)權(quán)利要求44~50之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中測(cè) 量及調(diào)節(jié)單元(60)和內(nèi)部操作及分析電路(50)彼此流電隔離。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，其中測(cè)量及調(diào)節(jié) 單元(60)和內(nèi)部操作及分析電路(50)利用至少一個(gè)變壓器(93) 和/或至少一個(gè)光耦而耦合在一起。
53. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，還包括感 測(cè)電阻(R,， R2, R3)，用于產(chǎn)生基本與電流成比例的感測(cè)電壓。
54. 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置，該現(xiàn)場(chǎng)設(shè) 備電子裝置僅僅通過一對(duì)電線(2L)與外部電源電連接。
55. 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，用于測(cè)量和/或監(jiān)控特別是在管道和/或容器中引導(dǎo) 的介質(zhì)的至少一個(gè)預(yù)定的物理和/或化學(xué)參數(shù)，特別是質(zhì)量流量、密度、 粘度、料位、壓力、溫度、pH值等，該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括按照權(quán)利要求1~54 之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置以及與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置電耦合的物理-電子測(cè)量變換器(10)，該測(cè)量變換器對(duì)至少一個(gè)參數(shù)的變化作出反 應(yīng)并且至少間歇地發(fā)出至少一個(gè)對(duì)應(yīng)于參數(shù)的測(cè)量信號(hào)(Sl， s2)，特 別是可變的信號(hào)電壓和/或可變的信號(hào)電流。
56. 根據(jù)權(quán)利要求55所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的操作 及分析電路至少間歇地利用至少一個(gè)測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生測(cè)量值(Xm)，該 測(cè)量值瞬時(shí)地特別是數(shù)字地代表至少一個(gè)待測(cè)量和/或待監(jiān)控的參數(shù)。
57. 根據(jù)權(quán)利要求55或56所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中測(cè)量及調(diào)節(jié)單 元(60)與電流調(diào)節(jié)器共同形成特別是線性的電流控制器，并且其中 電流控制器考慮到至少一個(gè)瞬時(shí)代表待測(cè)量和/或監(jiān)控的參數(shù)的測(cè)量值 而調(diào)節(jié)供電電流。
58. 根據(jù)權(quán)利要求57所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中供電電流是可變的直 流電流，并且其中電流控制器至少間歇地將測(cè)量值調(diào)制到供電電流的 幅度。
59. 根據(jù)權(quán)利要求57所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中供電電流至少間歇地 是鐘控電流，并且其中電流控制器為供電電流提供時(shí)鐘。
60. 根據(jù)權(quán)利要求55~59之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中操作及分析 電路包括至少一個(gè)用于測(cè)量變換器(10)的驅(qū)動(dòng)電路(50B)，第二有 效電壓或由其得到的次級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)電路包含至少一 個(gè)運(yùn)算放大器。
62. 根據(jù)權(quán)利要求60或61所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)電路具有 至少一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器。
63. 根據(jù)權(quán)利要求60~62之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)電路具 有至少一個(gè)特別是數(shù)字的信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
64. 根據(jù)權(quán)利要求60~63之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中測(cè)量變換器 具有特別是可變的電阻抗，特別是具有可變電感的勵(lì)磁線圈和/或具有 可變電容的測(cè)量電容。
65. 根據(jù)權(quán)利要求64所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中電阻抗由驅(qū)動(dòng)電路供電。
66. 根據(jù)權(quán)利要求64或65所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中測(cè)量變換器的 電阻抗依賴于至少一個(gè)待測(cè)量和/或待監(jiān)控的參數(shù)而改變。
67. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中在改變的電阻抗上下 降的信號(hào)電壓和/或流經(jīng)改變的電阻抗的信號(hào)電流用作測(cè)量信號(hào)。
68. 根據(jù)權(quán)利要求55~67之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中操作及分析 電路具有用于至少一個(gè)傳感器信號(hào)的至少一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，其中第一 有效電壓或由其得到的次級(jí)電壓至少部分用作操作電壓。
69. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中操作及分析電路具有 至少一個(gè)與A/D轉(zhuǎn)換器相連的微計(jì)算機(jī)，特別是利用微處理器和/或信 號(hào)處理器形成的微計(jì)算機(jī)，用于生成測(cè)量值，并且其中第一有效電壓 至少部分用作微計(jì)算機(jī)的操作電壓。
70. 根據(jù)權(quán)利要求55~69之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中測(cè)量變換器 包括至少一個(gè)用于引導(dǎo)介質(zhì)的測(cè)量管(13)，其插入管道中，特別是 在操作期間至少間歇地振動(dòng)。
71. 根據(jù)權(quán)利要求70所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中至少一個(gè)勵(lì)磁線圈 (26， 36)設(shè)置在測(cè)量變換器上，用于產(chǎn)生特別是可變的磁場(chǎng)。
72. 根據(jù)權(quán)利要求71所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中所述至少一個(gè)勵(lì)磁線 圈(26， 36)在測(cè)量變換器(10)操作期間至少間歇地由產(chǎn)生磁場(chǎng)的 激流電流(iexe)流過，該激勵(lì)電流特別是雙極性的和/或電流強(qiáng)度可變 的，該激勵(lì)電流由第二有效電壓或由其得到的次級(jí)電壓驅(qū)動(dòng)。
73. 根據(jù)權(quán)利要求72所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中勵(lì)磁線圈(26， 36) 通過磁場(chǎng)與插棒式鐵心(27， 37)相互作用，并且其中磁場(chǎng)線圈和插 棒式鐵心相對(duì)彼此可運(yùn)動(dòng)。
74. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中測(cè)量變換器的至少一 個(gè)測(cè)量管(13)由利用磁場(chǎng)線圈和插棒式鐵心形成的電動(dòng)機(jī)械的特別 是電動(dòng)力學(xué)的激勵(lì)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，在測(cè)量變換器操作期間至少間歇地振動(dòng)。
75. 根據(jù)權(quán)利要求74所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中測(cè)量變換器包括兩個(gè) 用于引導(dǎo)介質(zhì)的測(cè)量管，其插入管道中并在操作期間至少間歇振蕩。
76. 根據(jù)權(quán)利要求55~69之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中測(cè)量變換器 用于檢測(cè)包含介質(zhì)的容器的至少一個(gè)參數(shù)，特別是料位，并且其中測(cè) 量變換器為此包括至少一個(gè)測(cè)量探頭，特別是微波天線、Goubau線纜、 振動(dòng)的浸入體等，其突入容器內(nèi)腔中或至少與內(nèi)腔相通。
77. 根據(jù)權(quán)利要求55~76之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其通過數(shù)據(jù)傳輸 系統(tǒng)至少間歇地與遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)置的外部控制及監(jiān)控單元通信，其 中在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中為此還提供了通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)控制通信的 通信電路(COM)。
78. 根據(jù)權(quán)利要求77所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中第一有效電壓(UN1) 或由其得到的次級(jí)電壓至少部分用作用于通信電路(COM)的操作電 壓。
79. 根據(jù)權(quán)利要求77或78所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中電流調(diào)節(jié)器(IS。 和通信電路(COM)彼此流電隔離。
80. 根據(jù)權(quán)利要求55~79之一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電 子裝置僅僅通過一對(duì)電線(2L)與外部電源(70)電連接，并且其中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置(20)通過這一對(duì)電線(2L)將至少間歇地產(chǎn)生的 測(cè)量值(XM)傳遞至在外部電源(70)中提供的和/或與外部電源電耦 合的分析電路(80)，其中該測(cè)量值瞬時(shí)地特別是數(shù)字地代表至少一 個(gè)待測(cè)量和/或待監(jiān)控的參數(shù)。
81. 根據(jù)權(quán)利要求80所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中供電電流的特別是被 調(diào)節(jié)至4~20 mA之間的值的瞬時(shí)電流強(qiáng)度代表瞬時(shí)產(chǎn)生的測(cè)量值(XM)。
82. 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，用于調(diào)節(jié)特別是在管道和/或容器中引導(dǎo)的介質(zhì)的 至少一個(gè)預(yù)定的物理和/或化學(xué)參數(shù)，特別是質(zhì)量流量、密度、粘度、 料位、壓力、溫度、pH值等，該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括按照權(quán)利要求1~54之 一所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置以及與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置電耦合的電子-物 理執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)以影響要調(diào)節(jié)的參數(shù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)對(duì) 至少一個(gè)施加的控制信號(hào)的變化作出反應(yīng)，該控制信號(hào)特別是可變的 信號(hào)電壓和/或可變的信號(hào)電流。
全文摘要
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置包括由供電電流流經(jīng)的電流調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)和/或調(diào)制供電電流，其中供電電流由外部電源提供的供電電壓驅(qū)動(dòng)。另外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置具有用于控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的內(nèi)部操作及分析電路，以及內(nèi)部供電電路，該供電電路處于由供電電壓得到的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置內(nèi)部輸入電壓并且向內(nèi)部操作及分析電路供電。在供電電路中提供有效電壓控制器，其至少間歇地由供電電流第一分量流過且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中提供第一內(nèi)部有效電壓，該電壓被基本恒定地控制為可預(yù)定的第一電壓電平。另外，供電電路具有第二有效電壓控制器，其至少間歇地由供電電流第二分量流過且在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置中提供第二內(nèi)部有效電壓，該電壓在可預(yù)定的電壓范圍上變化。供電電路中還包含電壓調(diào)節(jié)器，其至少間歇地由供電電流第三電流分量流過，用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備電子裝置的內(nèi)部輸入電壓設(shè)置并保持在可預(yù)定的電壓電平。根據(jù)本發(fā)明，操作及分析電路至少間歇地既由第一有效電壓驅(qū)動(dòng)的第一有效電流流過，又由第二有效電壓驅(qū)動(dòng)的第二有效電流流過。
文檔編號(hào)G05F1/00GK101484862SQ200780025245
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者羅伯特·拉拉 申請(qǐng)人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司