專利名稱：具有電流信號的數(shù)字測量變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字測量變送器，特別是利用電流信號的測量變送器，其中，通過調(diào)節(jié)信號電流或饋電電流而輸出測量值。數(shù)字測量變送器包括至少一個用于處理測量信號或用于控制內(nèi)部功能的微處理器。特別是在與安全相關(guān)的應(yīng)用中，需要能夠以足夠高的概率識別測量變送器或其元件的故障。例如在NAMUR推薦標(biāo)準(zhǔn)NE43中提出，在具有4～20mA帶寬范圍的測量信號電流的測量儀表的情況中，以這個帶寬范圍之外，例如不大于3.6mA或至少21mA的錯誤信號電流來用信號通知儀表故障。
本發(fā)明的一個目的是提供一種數(shù)字測量變送器，其確定地用信號通知其微處理器的故障。根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過獨立權(quán)利要求1中限定的測量變送器實現(xiàn)。
本發(fā)明的測量變送器，包括微處理器，其具有重置輸入端和用于提供周期性時鐘信號的時鐘輸出端；監(jiān)控電路，其具有時鐘輸入端和重置輸出端；和用于發(fā)出測量信號電流的電流調(diào)節(jié)器，該測量信號電流在測量操作中在第一帶寬范圍內(nèi)代表測量值并且在第一帶寬范圍之外用信號通知故障；其中監(jiān)控電路的時鐘輸入端與微處理器的時鐘輸出端相連，并且微處理器的重置輸入端與監(jiān)控電路的重置輸出端相連，并且，在時鐘信號中斷的情況中，監(jiān)控電路的重置輸出端周期性地發(fā)出重置信號；其中測量變送器還包括比較器電路，其具有經(jīng)由低通濾波器與監(jiān)控電路的重置輸出端相連的第一輸入端，其上施加參考電壓的第二輸入端，以及與電流調(diào)節(jié)器的輸入端相連的輸出端，其中，在重復(fù)輸出重置信號之后，比較器電路第一輸入端處的電壓高于參考電壓，從而在比較器輸出端上出現(xiàn)設(shè)置信號，其令電流調(diào)節(jié)器發(fā)出在第一帶寬范圍之外的錯誤信號電流。
如上所述，測量信號電流的第一帶寬范圍例如是4～20mA。在這種情況中，錯誤信號電流應(yīng)當(dāng)至少是21mA或至多3.6mA。在當(dāng)前的優(yōu)選實施例形式中，錯誤信號電流被調(diào)節(jié)為22mA。
監(jiān)控電路可以例如包括數(shù)字計數(shù)器，其從開始值計數(shù)并且在超過或低于極限值時令重置信號輸出在重置輸出端上。計數(shù)器既通過微處理器的時鐘信號的各個脈沖，也通過監(jiān)控電路的重置信號，而被設(shè)置回它的開始值。在這種情況中，這樣關(guān)于計數(shù)器的計數(shù)速度以及微處理器的時鐘頻率選擇極限值，使得在起作用的時鐘信號的情況中，從不低于或超過極限值。另外，這樣選擇極限值，使得在發(fā)出重置信號之后，保留足夠的時間用于在單個時鐘擾動之后重新啟動微處理器，從而在達(dá)到極限值之前，在微處理器的輸出端再次輸出時鐘信號。結(jié)果，只有當(dāng)在期望時間中重置信號沒有引起成功重置時，才輸出更新的重置信號。
當(dāng)前優(yōu)選地，低通濾波器包括RC元件，其中監(jiān)控電路的輸出信號經(jīng)由該低通濾波器饋送至比較器電路。比較器電路優(yōu)選地包括第一運(yùn)算放大器。
在本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選實施例中，電流調(diào)節(jié)器包括兩個并聯(lián)的電流調(diào)節(jié)器電路，其中第一電流調(diào)節(jié)器電路在第一帶寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)測量信號電流，第二電流調(diào)節(jié)器電路將錯誤信號電流調(diào)節(jié)至第一帶寬范圍之外的值。
為此，第二電流調(diào)節(jié)器電路可以包括第二運(yùn)算放大器，其一個輸入端與比較器電路的輸出端相連，并且其輸出端與晶體管的基極相連，其中錯誤信號電流經(jīng)由該晶體管而設(shè)置。當(dāng)前優(yōu)選的是，用于調(diào)節(jié)錯誤信號電流的第二運(yùn)算放大器的內(nèi)部電源電壓獨立于用于調(diào)節(jié)測量信號電流的電流調(diào)節(jié)器電路的電源電壓。以這種方式，保證當(dāng)對于測量信號電流的電流調(diào)節(jié)器電路電源電壓缺失時，也可以設(shè)置錯誤信號電流。
用于調(diào)節(jié)測量信號電流的第一電流調(diào)節(jié)器電路可以與第二電流調(diào)節(jié)器電路類似地實現(xiàn)；其中，在當(dāng)前優(yōu)選實施例中，測量變送器包括ASIC，并且第一電流調(diào)節(jié)器電路的部件集成在ASIC中。
根據(jù)從屬權(quán)利要求以及附圖中顯示的實施例，可以清楚地看到本發(fā)明的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)以及考慮方式，附圖中

圖1是本發(fā)明的測量變送器的電路框圖；圖2是在圖1中示出的測試點的信號的時間分布；和圖3是用于實現(xiàn)本發(fā)明的電流調(diào)節(jié)器的例子。
如圖1所示，本發(fā)明的測量變送器的電路包括微處理器1，其具有重置輸入端和用于提供周期性時鐘信號的時鐘輸出端或觸發(fā)輸出端，該周期性時鐘信號在圖2中以曲線a表示。另外，提供電流調(diào)節(jié)器2，其將測量變送器的饋電電流調(diào)節(jié)作為4～20mA測量信號電流。在正常測量操作中，電流調(diào)節(jié)器2從微處理器1獲得代表測量值的設(shè)置信號，并將饋電電流調(diào)節(jié)至對應(yīng)于設(shè)置信號的值。測量變送器還包括監(jiān)控電路3，其具有時鐘輸入端和重置輸出端，其信號在圖2中以曲線b表示。只要接收到微處理器的時鐘信號，監(jiān)控電路的重置輸出端就保持零。然而，當(dāng)失去時鐘信號時，在重置輸出端發(fā)出重置脈沖，當(dāng)重置不成功并且微處理器的時鐘信號繼續(xù)缺失時，重置脈沖在確定的時間之后重復(fù)。重置輸出端的信號還經(jīng)由低通濾波器5饋送至比較器4的輸入端，比較器包括第一運(yùn)算放大器。比較器輸入端的信號分布在與2中以曲線c表示。在不成功重置的情況中，多個重置脈沖導(dǎo)致電壓上升，直至超過在比較器4的參考輸入端上的參考電壓。這時，比較器4的輸出端的電壓設(shè)置得較高，并且其作為錯誤調(diào)節(jié)信號而在電流調(diào)節(jié)器2輸出，電流調(diào)節(jié)器現(xiàn)在以例如22mA的錯誤信號電流發(fā)出饋電電流。圖2中以曲線d示意性顯示饋電電流的一般分布。如圖所示，在正常測量操作期間，饋電電流的值在4～20mA范圍中，并且在以曲線中的X表示的較短的不確定的過渡之后被調(diào)節(jié)至22mA。
現(xiàn)在根據(jù)圖3簡要說明電流調(diào)節(jié)器2的細(xì)節(jié)。
所示的電流調(diào)節(jié)器2包括并聯(lián)連接的兩個電流調(diào)節(jié)器電路，其中第一電流調(diào)節(jié)器電路在第一帶寬范圍中調(diào)節(jié)測量信號電流，第二電流調(diào)節(jié)器電路將錯誤信號電流調(diào)節(jié)至第一帶寬范圍之外的值。
基本上，兩個電流調(diào)節(jié)器電路都包括電流調(diào)節(jié)晶體管21、25，它們的基極分別連接至運(yùn)算放大器22、26的輸出端。在運(yùn)算放大器22、26的輸入端上的設(shè)置電壓用于調(diào)節(jié)測量信號電流或錯誤信號電流。比較器4的輸出端通過串聯(lián)電阻R2連接至第二電流調(diào)節(jié)器電路的第二運(yùn)算放大器26。第二運(yùn)算放大器的參考輸入端接地。現(xiàn)在，當(dāng)比較器4的輸出端同樣接地時，第二運(yùn)算放大器的輸出信號為地電壓，并且第二晶體管被阻斷。相反，在持續(xù)沒有微處理器時鐘信號的情況中，比較器4發(fā)出設(shè)置信號UvFehlerstrom，于是第二運(yùn)算放大器26發(fā)出電壓，這減小了第二晶體管25的阻值，從而電流流經(jīng)第二晶體管，這相當(dāng)于22mA的總饋電電流。
在圖中，將這里沒有詳細(xì)顯示的由饋電電流供電的主要電子器件的電阻概括為電阻27或RHE。
原理上，用于調(diào)節(jié)測量信號電流的第一電流調(diào)節(jié)器電路與第二電流調(diào)節(jié)器電路類似地構(gòu)造，在所示的實施例形式中，測量變送器包括ASIC 24，并且第一電流調(diào)節(jié)器電路的運(yùn)算放大器22集成在ASIC 24中。
權(quán)利要求
1.測量變送器，包括微處理器(1)，其具有重置輸入端和用于提供周期性時鐘信號的時鐘輸出端；監(jiān)控電路(3)，其具有時鐘輸入端和重置輸出端；和用于發(fā)出測量信號電流的電流調(diào)節(jié)器(2)，該測量信號電流在測量操作中在第一帶寬范圍內(nèi)代表測量值；并且在第一帶寬范圍之外用信號通知錯誤，其中監(jiān)控電路的時鐘輸入端與微處理器的時鐘輸出端相連，微處理器的重置輸入端與監(jiān)控電路的重置輸出端相連，在時鐘信號缺失時，在監(jiān)控電路的重置輸出端周期性地發(fā)出重置信號，其特征在于，測量變送器還包括比較器電路(4)，其具有經(jīng)由低通濾波器(5)與監(jiān)控電路(3)的重置輸出端相連的第一輸入端，其上施加參考電壓的第二輸入端，和與電流調(diào)節(jié)器的輸入端相連的輸出端，其中在重復(fù)輸出重置信號之后，比較器電路第一輸入端處的電壓超過參考電壓，從而在比較器輸出端上出現(xiàn)設(shè)置信號，其令電流調(diào)節(jié)器發(fā)出在第一帶寬范圍之外的錯誤信號電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量變送器，其中低通濾波器包括RC元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的測量變送器，其中比較器電路包括運(yùn)算放大器。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的測量變送器，其中第一帶寬范圍是4～20mA。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量變送器，其中錯誤信號電流至少為21mA。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的測量變送器，其中監(jiān)控電路包括數(shù)字計數(shù)器，其從開始值計數(shù)并且在超過或低于極限值時允許輸出重置信號，其中計數(shù)器既通過微處理器的時鐘信號的各個脈沖也通過監(jiān)控電路的重置信號而被設(shè)置回它的開始值。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的測量變送器，其中電流調(diào)節(jié)器包括兩個并聯(lián)的電流調(diào)節(jié)器電路，其中第一電流調(diào)節(jié)器電路在第一帶寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)測量信號電流，第二電流調(diào)節(jié)器電路將錯誤信號電流調(diào)節(jié)至第一帶寬范圍之外的值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量變送器，其中第二電流調(diào)節(jié)器電路包括第二運(yùn)算放大器，其一個輸入端與比較器電路的輸出端相連，并且其輸出端與晶體管的基極相連，其中錯誤信號電流經(jīng)通過該晶體管而設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量變送器，其中用于調(diào)節(jié)錯誤信號電流的第二運(yùn)算放大器的電源電壓獨立于用于調(diào)節(jié)測量信號電流的電流調(diào)節(jié)器電路的電源電壓。
全文摘要
一種測量變送器，包括微處理器(1)，其具有重置輸入端和用于提供周期性時鐘信號的時鐘輸出端；監(jiān)控電路(3)，其具有時鐘輸入端和重置輸出端；和用于發(fā)出測量信號電流的電流調(diào)節(jié)器(2)，該測量信號電流在測量操作中在帶寬范圍內(nèi)代表測量值。其中時鐘輸入端與時鐘輸出端相連，并且重置輸入端與重置輸出端相連。在沒有時鐘信號時，重置輸出端周期性地發(fā)出重置信號。測量變送器還包括比較器電路(4)，其具有經(jīng)由低通濾波器(5)與監(jiān)控電路(3)的重置輸出端相連的第一輸入端和其上施加參考電壓的第二輸入端。比較器電路(4)的輸出端與電流調(diào)節(jié)器相連。在重復(fù)輸出重置信號之后，比較器電路第一輸入端處的電壓高于參考電壓，從而在比較器輸出端上出現(xiàn)設(shè)置信號。設(shè)置信號令電流調(diào)節(jié)器發(fā)出在帶寬范圍之外的錯誤信號電流。
文檔編號G08C19/02GK1942910SQ200580011853
公開日2007年4月4日 申請日期2005年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月19日
發(fā)明者沃爾夫?qū)ぬ貍悵?申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司