專利名稱：用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)控至少一個(gè)過程變量的裝置，其包括至少一個(gè) 繼電器和至少一個(gè)電壓源。過程變量例如是物位、密度、粘度、壓力、流量、PH值或溫度。
背景技術(shù)：
在過程及自動(dòng)化技術(shù)的測(cè)量儀表中有時(shí)使用繼電器，以用信號(hào)表示存在開關(guān)狀態(tài) 或工作狀態(tài)。對(duì)于電子電路發(fā)展的基本需求往往是良好的功率平衡，即，損耗功率盡可能小。在 繼電器工作的情況中，可以節(jié)省相對(duì)較多的損耗功率。實(shí)際上，繼電器需要對(duì)應(yīng)于繼電器額 定電壓的吸合電壓；然而，要將繼電器保持在吸合狀態(tài)，需要小得多的電壓，即所謂的保持 電壓。這以簡(jiǎn)單的例子為基礎(chǔ)而得到清楚的顯示。假設(shè)繼電器的額定電壓為24V且電阻為 1600Ω。為了令繼電器可靠地進(jìn)入吸合狀態(tài)，向繼電器提供24V。由此，得到24ν/1600Ω = 15mA的電流。與之相關(guān)的是P = 15mA*24V = 360mff的損耗功率。為了減少這個(gè)損耗功率， 經(jīng)常使用所謂的保持電路，其中電流被減少至保持電流。然而，保持了 24V的高電壓，從而 這個(gè)電壓仍然在功率平衡方面不利地影響其他電路部件。特別是在其后串聯(lián)連接線性調(diào)節(jié) 器的情況中，是這樣的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供對(duì)于繼電器的控制，其中減少了損耗功率。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過以下特征得以實(shí)現(xiàn)提供至少一個(gè)升壓?jiǎn)卧?；繼電器、電 壓源和升壓?jiǎn)卧舜似ヅ洳⑶冶舜讼噙B，使得當(dāng)電壓源向繼電器提供用于吸合繼電器的電 壓時(shí)，升壓?jiǎn)卧钍┘佑诶^電器的電壓升高，從而施加的電壓至少對(duì)應(yīng)于繼電器的吸合電 壓。于是，通過升壓?jiǎn)卧?，在吸合的情況中向繼電器提供的電壓升高為至少等于吸合電壓， 即，也實(shí)現(xiàn)了繼電器的吸合。在一個(gè)實(shí)施例中，繼電器和電壓源被構(gòu)造并彼此匹配為，使得至少在吸合情況中 電壓源向繼電器提供的電壓低于繼電器的吸合電壓。與這個(gè)實(shí)施例相伴隨的是以下特征 升壓?jiǎn)卧a(chǎn)生的電壓升高導(dǎo)致在繼電器吸合的時(shí)刻施加于繼電器的電壓高于繼電器的吸 合電壓或額定電壓。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在保持情況中，即，在繼電器吸合并因而處 于閉合狀態(tài)之后，電壓源向繼電器提供的電壓小于吸合電壓，但是至少等于保持電壓。于 是，損耗功率減小。在一個(gè)實(shí)施例中，繼電器、電壓源和升壓?jiǎn)卧?lián)連接。在一個(gè)實(shí)施例中，升壓?jiǎn)卧O(shè)置在電壓源和繼電器之間。在前面的兩個(gè)實(shí)施例以及與其相關(guān)聯(lián)的設(shè)置中的至少一種中，電壓源的電壓既施 加于繼電器上又施加于升壓?jiǎn)卧?。于是，在吸合時(shí)刻可以實(shí)現(xiàn)繼電器上的電壓升高。在一個(gè)實(shí)施例中，升壓?jiǎn)卧哂兄辽僖粋€(gè)電子振蕩電路。
在一個(gè)實(shí)施例中，振蕩電路是LC振蕩電路。
在一種變型中，振蕩電路用作對(duì)于相應(yīng)于振蕩電路的瞬態(tài)特性而傳輸至繼電器的 電子電壓的存儲(chǔ)器。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓源與振蕩電路和繼電器相連。在另一實(shí)施例中， 振蕩電路接觸附加的電壓源。在第二變型中，升壓?jiǎn)卧缦聦?shí)現(xiàn)在一個(gè)實(shí)施例中，升壓?jiǎn)卧哂兄辽僖粋€(gè)電壓儲(chǔ)存單元。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓儲(chǔ)存單元被實(shí)施并設(shè)置為，使得在繼電器的吸合狀態(tài)中，電 壓源和電壓儲(chǔ)存單元串聯(lián)連接。在一個(gè)實(shí)施例中，電壓儲(chǔ)存單元包括至少一個(gè)電容器。對(duì)于所有實(shí)施例，可以如此規(guī)劃本發(fā)明通過使用較小的電壓作為工作電壓(艮口， 用于保持狀態(tài))，并且通過用于繼電器的電壓在吸合時(shí)刻被特定升壓?jiǎn)卧咧了璧念~ 定電壓，而減少損耗功率。在一個(gè)實(shí)施例中，提供至少一個(gè)第一繼電器和至少一個(gè)第一升壓?jiǎn)卧?，提供至?一個(gè)第二繼電器和至少一個(gè)第二升壓?jiǎn)卧?，并且第一升壓?jiǎn)卧偷诙龎簡(jiǎn)卧煌貙?shí) 施。在這個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量儀表具有兩個(gè)繼電器，它們或者用信號(hào)表示不同的狀態(tài)或者冗余 地表示相同的狀態(tài)。對(duì)于針對(duì)安全的應(yīng)用，會(huì)需要冗余地且不同地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的主要部 件。在用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的這種構(gòu)成中，兩個(gè)繼電器分別與一個(gè)不同構(gòu) 造的也就是不同的升壓?jiǎn)卧噙B。升壓?jiǎn)卧貏e地實(shí)現(xiàn)了升高電壓的另一方法。例如，一 個(gè)升壓?jiǎn)卧哂猩厦嬗懻摰陌凑罩辽僖粋€(gè)實(shí)施例的振蕩電路，第二升壓?jiǎn)卧哂星笆龅碾?壓儲(chǔ)存單元。于是，在一個(gè)變型中，使用振蕩電路的瞬態(tài)特性，并且在另一變型中使用附加 的電容器電壓，以在繼電器上產(chǎn)生電壓升高。


現(xiàn)在根據(jù)附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中圖1是升壓?jiǎn)卧牡谝蛔冃偷母鶕?jù)本發(fā)明的裝置的一些部件的框圖；圖2是第一變型的電路的細(xì)節(jié)圖；圖3是用于電壓升高的第二變型，其中繼電器釋放；圖4是圖3的具有吸合的繼電器的實(shí)施例；和圖5是具有兩個(gè)繼電器的根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量儀表的一部分。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了電路的框圖。沒有顯示用于確定和/或監(jiān)控過程變量的裝置的附加部 件(例如，實(shí)際的傳感器單元)。電壓源2通過開關(guān)4與繼電器1相連。如果例如由過程變量的測(cè)量而得出超過了 極限值，那么通過操縱開關(guān)4而吸合繼電器1。如果過程變量例如是介質(zhì)(例如，液體或松 散材料)在容器中的物位并且如果傳感器單元是振蕩叉、單棒或者薄膜振蕩器，那么例如 可以通過分析傳感器單元的振蕩的特征變量而識(shí)別到超過物位。繼電器1通過施加于其上的等于或大于其額定電壓或其吸合電壓的電壓而吸合。 為了在保持狀態(tài)中減少在繼電器1上的損耗，電壓源2與繼電器1相匹配，使得源2供應(yīng)給 繼電器1的電壓低于其吸合電壓。
為了繼電器1確實(shí)在吸合時(shí)刻被吸合，這里提供振蕩電路3作為升壓?jiǎn)卧?，其在 這里是具有線圈、電容器和電阻器的LC振蕩電路。這里，線圈和電容器串聯(lián)連接。電阻器 與電容器并聯(lián)。這個(gè)振蕩電路3同樣與電壓源2相連并且串聯(lián)連接在源2和繼電器1之間。 以這種方式，電壓源2的電壓既處于繼電器1上又處于升壓?jiǎn)卧?上，即，在理想的情況中， 繼電器1上的電壓增倍。在振蕩電路3之后還有整流器6，其由阻塞二極管和平滑電容器構(gòu) 成，平滑電容器從振蕩電路2的振蕩信號(hào)產(chǎn)生平滑的曲線，該曲線的幅度相應(yīng)于振蕩電路3 中的衰減而下降。在圖1的這個(gè)實(shí)施例中，利用了 LC振蕩電路的瞬態(tài)特性。通過正確選擇部件，在 接通電壓時(shí)振蕩電路被激勵(lì)并且開始振蕩。通過隨后的整流，直流分量被通過電容濾波并 作為吸合電壓而饋送至繼電器。通過相應(yīng)地設(shè)定大小，可以相應(yīng)于對(duì)于繼電器開關(guān)特性的 需求而優(yōu)化振幅及穩(wěn)定時(shí)間。振蕩電路3的振蕩頻率特別地匹配繼電器1的慣性。為了吸 合繼電器1，特別是僅僅使用一個(gè)脈沖。在圖2中詳細(xì)展示了圖1的電路的各個(gè)部件。電壓源2和振蕩電路3在這里與同 一參考地電位相連。在振蕩電路中，在開關(guān)4和線圈之間還設(shè)置有一個(gè)二極管，其作為空載 二極管并且對(duì)于釋放時(shí)刻有重要意義。整流器6通過兩個(gè)二極管、電容器和電阻器從振蕩 電路的振蕩信號(hào)產(chǎn)生平滑的信號(hào)。這里，在閉合開關(guān)4的時(shí)刻，也就是在應(yīng)當(dāng)吸合繼電器1 的瞬間，得到最大振幅。通過衰減，電壓變小。這里，這樣選擇衰減和響應(yīng)頻率，使得能夠良 好且可靠地切換繼電器1。這個(gè)變型的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，產(chǎn)生電壓升高基本上僅需要一個(gè)開 關(guān)，其中它特別地是切換繼電器已經(jīng)需要的開關(guān)。在圖3和4中，顯示了升壓?jiǎn)卧?的第二變型。對(duì)于升壓?jiǎn)卧?，提供電壓儲(chǔ)存單元10，它在這里具體地是電容器。電容器10在 這里一方面與電壓源2相連，另一方面與參考電位相連。在圖3中，用于繼電器1的開關(guān)4 打開。電壓源2、電容器10和繼電器1串聯(lián)連接。在繼電器1之后提供LED 15，其向觀察 者光學(xué)地指示繼電器是否被切換。圖4中，用于繼電器1的開關(guān)4閉合，S卩，例如介質(zhì)已經(jīng) 達(dá)到物位或者發(fā)生了其他要通過切換繼電器1而發(fā)出信號(hào)的狀況。開關(guān)4與再充電開關(guān)11 相連，后者將電容器10與電壓源2相連。S卩，電壓源2和電容器10被串聯(lián)連接，并且相應(yīng) 的，兩個(gè)電壓之和施加于繼電器，該繼電器吸合并且在這里例如點(diǎn)亮LED 15。在另一實(shí)施例 中，電容器10與一附加電壓源相連，從而總體上對(duì)于繼電器1還得到了另一電壓。電壓升高的這個(gè)第二變型還可以如下描述電容器10經(jīng)由解耦二極管12而處于 電壓源2的工作電壓并且被充電至該電壓。繼電器1被釋放(圖3)。通過相應(yīng)的傳感器信 號(hào)，啟動(dòng)繼電器工作。同時(shí)，切換再充電開關(guān)11，從而電容器10的下端處于電壓源。以這 種方式，電容器10的電壓和電壓源2的電壓相加。如果繼電器1被接通，那么電容器10被 放電至電源電壓和二極管12上下降的電壓之間的差。這個(gè)保持電壓足以可靠地將繼電器 1保持在吸合狀態(tài)。如果輸入信號(hào)令繼電器釋放，那么再充電開關(guān)11被再次帶到電容器10 與參考地電位相連的位置，從而電容器10可以自己再充電。繼電器1上的電壓脈沖依賴于 充電電容10以及流經(jīng)繼電器1的放電電流?？傮w上，電壓脈沖應(yīng)當(dāng)設(shè)定在約20ms至50ms 之間。這個(gè)時(shí)間足以可靠地切換繼電器1。通過圖3和4的電路，可以選擇較低的工作電 壓；在最好的情況中，它是繼電器的額定電壓的一半。在這個(gè)第二變型中需要兩個(gè)開關(guān)。圖5顯示了本發(fā)明的裝置的一部分。這里例如提供振蕩叉作為傳感器單元30，其用于確定或監(jiān)控過程變量，諸如物位、密度或粘度。這里，電壓源2與兩個(gè)繼電器21、22相 連。它們例如顯示了兩種不同的開關(guān)狀態(tài)或者各自具有相同的開關(guān)狀態(tài)。繼電器還可以用 于顯示測(cè)量儀表的工作狀態(tài)。 每一繼電器21、22與其自己的升壓?jiǎn)卧?5、26相連。這里，例如第一升壓?jiǎn)卧?5 根據(jù)前述第一變型而實(shí)現(xiàn)，即，振蕩電路用于電壓升高，而第二升壓?jiǎn)卧?6具有相應(yīng)切換 的電容器作為電壓儲(chǔ)存單元。附圖標(biāo)記列表
1繼電器
2電壓源
3振蕩電路
4開關(guān)
5升壓?jiǎn)卧?br> 6整流器
10電壓儲(chǔ)存單元
11再充電開關(guān)
12二極管
15LED
21第一繼電器
22第二繼電器
25第一升壓?jiǎn)卧?br> 26第二升壓?jiǎn)卧?br> 30傳感器單元
權(quán)利要求
用于確定和/或監(jiān)控至少一個(gè)過程變量的裝置，其包括至少一個(gè)繼電器(1，21，22)和至少一個(gè)電壓源(2)，其特征在于，提供至少一個(gè)升壓?jiǎn)卧?5，10，25，26)；以及所述繼電器(1，21，22)、所述電壓源(2)和所述升壓?jiǎn)卧?5，10，25，26)彼此匹配并且彼此相連，使得當(dāng)所述電壓源(2)為了吸合所述繼電器(1，21，22)而向所述繼電器(1，21，22)提供電壓時(shí)，所述升壓?jiǎn)卧?5，10，25，26)令施加于所述繼電器(1，21，22)的電壓升高，從而施加的電壓至少對(duì)應(yīng)于所述繼電器(1，21，22)的吸合電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，繼電器⑴和電壓源⑵被構(gòu)造并彼此匹配為， 使得至少在吸合情況中電壓源⑵向繼電器(1)提供的電壓低于繼電器(1)的吸合電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，繼電器(1，21，22)、電壓源(2)和升壓?jiǎn)卧?(5，10，25，26)串聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，升壓?jiǎn)卧?5，10，25，26)設(shè)置在電壓源(2)和繼 電器(1，21，22)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其中，升壓?jiǎn)卧?5，10，25，26)具有至少一個(gè) 電子振蕩電路(3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，振蕩電路(3)是LC振蕩電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其中，升壓?jiǎn)卧?5)具有至少一個(gè)電壓儲(chǔ)存單 元(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，電壓儲(chǔ)存單元(10)被實(shí)施并設(shè)置為，使得在繼電 器(1，21，22)的吸合狀態(tài)中，電壓源(2)和電壓儲(chǔ)存單元(10)串聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其中，電壓儲(chǔ)存單元(10)包括至少一個(gè)電容器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的裝置，其中，提供至少一個(gè)第一繼電器(21)和至少 一個(gè)第一升壓?jiǎn)卧?25)，提供至少一個(gè)第二繼電器(22)和至少一個(gè)第二升壓?jiǎn)卧?26)，并 且第一升壓?jiǎn)卧?25)和第二升壓?jiǎn)卧?26)不同地構(gòu)造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定和/或監(jiān)控至少一個(gè)過程變量的裝置，其包括至少一個(gè)繼電器(1，21，22)和至少一個(gè)電壓源(2)。在本發(fā)明中，提供至少一個(gè)升壓?jiǎn)卧?5，10，25，26)；繼電器(1，21，22)、電壓源(2)和升壓?jiǎn)卧?5，10，25，26)彼此匹配并且彼此相連，使得當(dāng)電壓源(2)向繼電器(1，21，22)提供用于吸合繼電器(1，21，22)的電壓時(shí)，升壓?jiǎn)卧?5，10，25，26)令施加于繼電器(1，21，22)的電壓升高，從而施加的電壓至少對(duì)應(yīng)于繼電器(1，21，22)的吸合電壓。
文檔編號(hào)H01H47/04GK101889191SQ200880119747
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月15日
發(fā)明者克勞斯·拉夫, 沃爾夫?qū)げ剪敋J 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司