專利名稱：用于過(guò)程技術(shù)且具有中央電源的測(cè)量設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于過(guò)程技術(shù)的測(cè)量設(shè)備，其具有連接多個(gè)測(cè)量模塊的中央單元，其中中央單元包含中央電源，測(cè)量模塊可以連接至該中央電源。
本發(fā)明還涉及一種用于過(guò)程技術(shù)中的測(cè)量設(shè)備的操作方法，該測(cè)量設(shè)備具有用于連接不同測(cè)量模塊的中央單元。
背景技術(shù)：
已知的測(cè)量設(shè)備經(jīng)常裝備有技術(shù)上非常復(fù)雜的電源，該電源必須提供許多不同的電源電壓。
除了中央單元本身，也必須向可以與中央單元相連的測(cè)量模塊提供這種電源。依賴于應(yīng)用的目的，這些測(cè)量模塊具有很多種傳感器類型，它們往往需要特殊的電源電壓。
進(jìn)一步，測(cè)量模塊的電耗非常不同，這是現(xiàn)有技術(shù)不能為在所有操作點(diǎn)都具有高效率的中央單元提供電源的原因。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的用于過(guò)程技術(shù)且具有中央電源的測(cè)量單元，并且提供一種用于該測(cè)量單元的操作方法，其中可以使用很多種測(cè)量模塊而防止了現(xiàn)有技術(shù)的所述缺點(diǎn)，并且其中降低了中央電源中電路的技術(shù)復(fù)雜度并且增加了測(cè)量單元的靈活性。
通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，在上述類型的測(cè)量設(shè)備中，在測(cè)量模塊中提供模塊電源，該模塊電源從中央電源生成一個(gè)或多個(gè)所需電源電壓。
模塊電源的一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)在于，可以相對(duì)簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)中央電源，并且特別地，不必為可能連接至測(cè)量設(shè)備并由其供電的每一測(cè)量模塊提供合適的電源電壓。由于顯著減小了中央電源的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這種測(cè)量設(shè)備的成本大大減小，并且其對(duì)于故障的敏感度降低。
另外，有可能為測(cè)量模塊供電而無(wú)需在設(shè)計(jì)中央電源時(shí)考慮它們的電源電壓需求。
本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備特別用于測(cè)量和/或清潔和/或標(biāo)定安裝中的應(yīng)用，以及在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中用于測(cè)量pH值和/或氧化還原電位和/或其它過(guò)程參數(shù)。
在本發(fā)明的一個(gè)特別的具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，中央電源可以提供交流電壓，連接的測(cè)量模塊借助于它們各自的模塊電源，從該交流電壓生成所需電源電壓。
模塊電源的一個(gè)非常簡(jiǎn)單的變型在模塊電源中提供了變壓器和(如果可能的話)整流電路，使得可以在測(cè)量模塊中生成直流和交流電壓。
整流電路可以包括例如現(xiàn)有的整流橋和濾波網(wǎng)絡(luò)，以及如果可能的話還包括電壓轉(zhuǎn)換器。作為實(shí)際的特征，模塊電源擁有獨(dú)立的熔絲，使得測(cè)量模塊中的錯(cuò)誤狀態(tài)不會(huì)干擾測(cè)量單元的整個(gè)中央電源。
通過(guò)選擇變壓器的變壓系數(shù)或匝數(shù)比可以設(shè)置測(cè)量模塊中的所需電壓，從而在原理上，可能生成與中央電源的電壓相比較小的輔助電壓，以及較大的輔助電壓。
具有值“1”的變壓比也是可能的，這簡(jiǎn)單地意味著中央電源和測(cè)量模塊或者其模塊電源之間的電流分離。
還有可能在模塊電源中僅提供整流電路而沒(méi)有變壓器，在這種情況中，沒(méi)有測(cè)量模塊與中央電源的電流分離。
由中央電源提供的電源電壓的頻率可以例如為50Hz，電源電壓可能之間由公共電網(wǎng)直接得到。
非常具有優(yōu)點(diǎn)地，也可以使用更高頻的電源電壓，以對(duì)于相同的電源功率允許可能存在的變壓器的更小的尺寸。
本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備的另一具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例形式提供了可以供應(yīng)直流電壓的中央電源。這在測(cè)量模塊包括微處理器或需要例如5伏特的公共電源電壓的其它集成電子元件時(shí)，特別實(shí)用。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例形式，模塊電源具有開關(guān)式電源。由于它們的通常很高的效率，實(shí)際上，開關(guān)式電源特別適合于向具有高能耗的應(yīng)用供電。
另外，開關(guān)式電源具有非常寬的輸入電壓范圍，使得在中央電源中不需要電路的很高的技術(shù)復(fù)雜性來(lái)生成電源電壓，以保證模塊電源中具有開關(guān)式電源的測(cè)量模塊的操作。
為了在具有高敏感度的傳感器的測(cè)量模塊中使用，提供對(duì)于開關(guān)式電源的屏蔽，以減少干擾輻射。如果需要，開關(guān)式電源的工作頻率可以被設(shè)置為明確地高于測(cè)量信號(hào)的極限頻率，或者可以提供用于測(cè)量信號(hào)的濾波器網(wǎng)絡(luò)。
為了在防爆中使用，提供本發(fā)明的另一實(shí)施例形式，其中中央電源具有第一感應(yīng)裝置，并且模塊電源具有第二感應(yīng)裝置。由于在本發(fā)明的這個(gè)變型中傳遞的電能是根據(jù)感應(yīng)原理得到的，所以不必有電接觸以將測(cè)量模塊連接至中央電源。從而消除了當(dāng)接觸被中斷時(shí)形成火花的危險(xiǎn)。
在這個(gè)實(shí)施例形式中，優(yōu)選地在第一和第二感應(yīng)裝置之間具有小的間隔，這是例如通過(guò)中央單元或測(cè)量模塊的相應(yīng)的嚙合的外殼部分而得到的。
本發(fā)明的一個(gè)變型也是非常具有優(yōu)點(diǎn)的，其中中央電源提供的電壓可以被信息信號(hào)調(diào)制，從而能夠?qū)崿F(xiàn)中央單元和測(cè)量模塊之間的數(shù)據(jù)通信，而無(wú)需為此提供獨(dú)立的傳輸線。當(dāng)設(shè)計(jì)這種系統(tǒng)時(shí)，必須考慮變壓器的傳遞函數(shù)而選擇信息信號(hào)的帶寬。
本發(fā)明的另一個(gè)非常具有優(yōu)點(diǎn)的變型的特征在于，在測(cè)量模塊中提供反饋單元，其從施加到測(cè)量模塊的電源電壓產(chǎn)生反饋信號(hào)，該信號(hào)可以被送入中央電源的調(diào)節(jié)器，用于影響電源電壓。
在非常簡(jiǎn)單的變型中，反饋單元包括例如分壓器或用于產(chǎn)生反饋信號(hào)的其它電路，其被構(gòu)造為使得當(dāng)中央單元產(chǎn)生的電源電壓匹配測(cè)量模塊所需電壓時(shí)，反饋信號(hào)匹配調(diào)節(jié)器的參考電壓。
在這個(gè)變型中，具有不同電源電壓需求的不同測(cè)量模塊可以裝備有不同特性的分壓器，以將各個(gè)電源電壓轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)器的參考電壓。
當(dāng)反饋信號(hào)與參考電壓的偏差產(chǎn)生控制差時(shí)，可以使用該控制差重新調(diào)節(jié)電源電壓。
本發(fā)明的目的進(jìn)一步通過(guò)提供用于過(guò)程技術(shù)中的測(cè)量設(shè)備的操作方法而實(shí)現(xiàn)，其中該測(cè)量設(shè)備具有用于連接不同測(cè)量模塊的中央單元，在該設(shè)備中，中央單元包括測(cè)量模塊可以連接至的中央電源，并且其中在測(cè)量模塊中提供模塊電源，模塊電源從中央電源生成測(cè)量模塊所需的一個(gè)或多個(gè)電源電壓。
在這一點(diǎn)，當(dāng)以信息信號(hào)調(diào)制中央電源提供的電壓時(shí)特別具有優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的操作方法的一個(gè)具有優(yōu)點(diǎn)的變型的特征在于，在操作期間電源電壓被改變。這可以這樣實(shí)現(xiàn)，例如，測(cè)量模塊將其模塊電源中提供的第二變壓器與中央電源相連，或者也可以這樣實(shí)現(xiàn)，即改變開關(guān)式電源的控制因數(shù)。
第二變壓器可以是例如具有僅是偶爾使用的較大功率輸出的變壓器。第二變壓器在操作期間的關(guān)斷有助于保持中央電源上的負(fù)擔(dān)盡可能小。
通常，測(cè)量模塊的功能不限于記錄測(cè)量值。測(cè)量模塊還可以包括計(jì)算單元、輸出單元或其它數(shù)據(jù)處理設(shè)備、或者能夠增強(qiáng)測(cè)量設(shè)備的設(shè)備。


從下面根據(jù)附圖中所描述的本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)例的說(shuō)明，可以得到本發(fā)明的其它特征、可能的應(yīng)用和優(yōu)點(diǎn)。在這一點(diǎn)，所有描述的或說(shuō)明的特征，無(wú)論單獨(dú)還是組合，與所附權(quán)利要求中對(duì)它們的概括或者所表示的實(shí)例以及它們的在說(shuō)明書和附圖中的形式相獨(dú)立地，形成本發(fā)明的主題。
圖1顯示了本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備的實(shí)施例的第一形式；圖2顯示了本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備的實(shí)施例的第二形式；以及圖3顯示了本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備的實(shí)施例的第三形式。
具體實(shí)施例方式
在圖1所示的本發(fā)明的測(cè)量設(shè)備的實(shí)施例的形式中，顯示了中央單元1以及兩個(gè)測(cè)量模塊2、3。
中央單元1具有中央電源4，其用于向測(cè)量模塊2、3供電。
中央電源4由例如變壓器構(gòu)成，如果需要，該變壓器由自愈過(guò)載保護(hù)器或熔化型熔絲保護(hù)，并且提供頻率為50Hz的交流電。
測(cè)量模塊2具有模塊電源2’，并且測(cè)量模塊3具有模塊電源3’。模塊電源2’、3’與中央電源4相連，并且將由中央電源4提供的交流電壓轉(zhuǎn)換為測(cè)量模塊2、3所需的電源電壓V_2、V_3。
為此，模塊電源2’包括直接與中央電源4相連的變壓器。變壓器具有1～2的變壓系數(shù)，即，變壓器次級(jí)側(cè)的電源電壓V_2為中央電源4提供給變壓器初級(jí)側(cè)的交流電壓的二倍高。
可以通過(guò)選擇對(duì)于變壓器的不同變壓系數(shù)而調(diào)節(jié)電源電壓V_2的電平。在僅期望測(cè)量模塊2或模塊電壓2’和中央電源4的電流分離的情況中，可以使用變壓系數(shù)為1的變壓器。
由于原理上，測(cè)量設(shè)備不僅適于測(cè)量而且適于控制和/或調(diào)節(jié)過(guò)程，所以測(cè)量模塊還可以具有致動(dòng)器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
圖1所示的測(cè)量模塊2于是具有加熱元件(未顯示)，作為制動(dòng)器的一個(gè)例子。加熱元件由模塊電源2’的電源電壓V_2直接供電。
也設(shè)置在測(cè)量模塊2中的微處理器需要穩(wěn)定的5伏特直流電壓作為供電電壓，該電壓是借助于整流電路和附加部件而從電源電壓V_2獲得的。特別優(yōu)選地使用電壓轉(zhuǎn)換器或電壓調(diào)節(jié)器，用于產(chǎn)生/穩(wěn)定直流電壓?；蛘?，中央電源4也可以提供集成電路頻繁需要的穩(wěn)定直流電壓。
測(cè)量模塊3需要與測(cè)量模塊2的電源電壓V_2不同的電源電壓V_3。因此，模塊電源3’的變壓器具有不同的變壓系數(shù)。然而，在初級(jí)側(cè)這個(gè)變壓器與模塊電源2’的變壓器并聯(lián)連接，使得相同的交流電壓在初級(jí)側(cè)施加于兩個(gè)變壓器。
進(jìn)一步，模塊電源3’還具有輔助變壓器(未顯示)，其在特殊的處理步驟中由測(cè)量模塊3控制并且與中央電源4相連。于是，輔助變壓器僅當(dāng)需要時(shí)才起作用，從而防止了測(cè)量模塊3中不必要的能量損失。
還可以在模塊電源2’、3’中安裝開關(guān)式電源替換變壓器，由于較寬的輸入電壓范圍，該開關(guān)式電源對(duì)于中央電源4提供的電壓的限制最小。在測(cè)量模塊2、3中使用開關(guān)式電源的另外的優(yōu)點(diǎn)是高效率和小尺寸。為了防止過(guò)多的干擾輻射，模塊電源2’、3’可以被適當(dāng)?shù)仄帘巍?br> 根據(jù)測(cè)量設(shè)備的模塊化結(jié)構(gòu)，可以除了測(cè)量模塊2、3之外連接更多的測(cè)量模塊到中央單元1。由于根據(jù)本發(fā)明，測(cè)量模塊所需的電源電壓是由模塊電源提供的，所以在測(cè)量設(shè)備的制造、安裝期間不必考慮附加測(cè)量模塊的電源電壓需求。
在測(cè)量設(shè)備的設(shè)計(jì)期間，關(guān)于中央電源4，僅需要考慮必須由中央電源4提供的最大電功率。
圖2所示的本發(fā)明的實(shí)施例形式具有中央單元1和測(cè)量模塊2。中央單元1的中央電源4具有第一感應(yīng)裝置5，其可以與第二感應(yīng)裝置6相互作用。第二感應(yīng)裝置6是測(cè)量模塊2的模塊電源2’的一部分。
通過(guò)感應(yīng)裝置5、6之間的充分小的間隔，有可能在中央電源4和模塊電源2’或測(cè)量模塊2之間傳遞可用的電功率。
本發(fā)明的這個(gè)能量傳遞也允許在有爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中操作測(cè)量設(shè)備，因?yàn)樵谠砩希@里不可能像例如在分離電接觸的情況中可能出現(xiàn)的那樣形成火花。
根據(jù)法律所需的保護(hù)分級(jí)的類型，中央單元1或測(cè)量模塊2的外殼被氣密地封閉，并且優(yōu)選地具有在感應(yīng)裝置5、6的區(qū)域中嚙合的外殼部分，以允許感應(yīng)裝置5、6相對(duì)彼此非常緊密地設(shè)置。
在實(shí)施例的進(jìn)一步的非常具有優(yōu)點(diǎn)的形式中，中央單元1和/或測(cè)量模塊2的電路被構(gòu)造為本質(zhì)上安全的，作為所謂的“Ex-i”電路，該形式也適用于存在爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境。在這個(gè)情況中，不需要?dú)饷艿耐鈿ぁ?br> 以信息信號(hào)調(diào)制中央電源4提供的電壓也是非常具有優(yōu)點(diǎn)的。中央單元1和測(cè)量模塊2、3之間的數(shù)據(jù)通信因而可以實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需提供用于傳遞信息信號(hào)的附加線路。依賴于用于數(shù)據(jù)通信的協(xié)議，甚至可以在中央單元1和測(cè)量模塊2、3之間建立雙向通信，而無(wú)需附加的物理手段。
圖3所示的本發(fā)明的實(shí)施例形式的特征在于，在測(cè)量模塊2中提供反饋單元7，其從施加于測(cè)量模塊2的電源電壓V_4中生成反饋信號(hào)7a，該反饋信號(hào)7a可以送入中央電源4的調(diào)節(jié)器(未顯示)并且影響電源電壓V_4或者影響在中央電源4的調(diào)節(jié)器中電源電壓V_4的生成。
為此，反饋單元7包括分壓器(未顯示)，其生成反饋信號(hào)7a。中央電源4的調(diào)節(jié)器具有參考電壓源(未顯示)，其參考信號(hào)與反饋信號(hào)7a相比較。為此，這樣構(gòu)造分壓器，使得當(dāng)中央電源4生成的電源電壓V_4匹配測(cè)量模塊2所需的電壓時(shí)，反饋信號(hào)7a匹配調(diào)節(jié)器的參考信號(hào)。
如果中央電源4的調(diào)節(jié)器生成的電源電壓V_4偏離測(cè)量模塊2所需的電源電壓，則從參考電壓和反饋信號(hào)7a的非消失的差中得到控制差，其用于調(diào)節(jié)生成的電源電壓V_4。
依賴于電源電壓需求，對(duì)于不同的測(cè)量模塊2設(shè)計(jì)不同的分壓器，例如依賴于電源電壓需求，在每一情況中對(duì)于測(cè)量模塊2的分壓器僅有一個(gè)元件不同。
作為從電源電壓V_4生成反饋信號(hào)7a的另一選擇，可以考慮生成反饋信號(hào)7a的另一類型的裝置，例如作為流入測(cè)量模塊2的電流的函數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種過(guò)程技術(shù)中使用的測(cè)量設(shè)備，其具有用于連接不同測(cè)量模塊(2，3)的中央單元(1)，其中中央單元(1)包含中央電源(4)，測(cè)量模塊(2，3)可以連接至該中央電源(4)，其特征在于，在測(cè)量模塊(2，3)中提供模塊電源(2’，3’)，其從中央電源(4)生成測(cè)量模塊所需的一個(gè)或多個(gè)電源電壓(V_2、V_3)。
2.如權(quán)利要求1所述的測(cè)量設(shè)備，其中中央電源(4)可以提供交流電壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的測(cè)量設(shè)備，其中中央電源(4)可以提供直流電壓。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的測(cè)量設(shè)備，其中模塊電源(2’，3’)包括變壓器。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的測(cè)量設(shè)備，其中模塊電源(2’，3’)包括開關(guān)式電源。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的測(cè)量設(shè)備，其中中央電源(4)包括第一感應(yīng)裝置(5)，并且模塊電源(2’)包括第二感應(yīng)裝置(6)。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的測(cè)量設(shè)備，其中中央電源(4)提供的電壓可以被信息信號(hào)調(diào)制。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的測(cè)量設(shè)備，其中測(cè)量設(shè)備用于測(cè)量和/或清潔和/或標(biāo)定安裝中，特別地還在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域中用于測(cè)量pH值和/或氧化還原電位和/或其它過(guò)程參數(shù)。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的測(cè)量設(shè)備，其中在測(cè)量模塊(2)中提供反饋單元(7)，其從施加到測(cè)量模塊(2)的電源電壓(V_4)產(chǎn)生反饋信號(hào)(7a)，該信號(hào)可以被送入中央電源(4)的調(diào)節(jié)器，并影響電源電壓(V_4)。
10.用于過(guò)程技術(shù)中的測(cè)量設(shè)備的操作方法，其中該測(cè)量設(shè)備具有用于連接不同測(cè)量模塊(2，3)的中央單元(1)，其中該中央單元(1)包括測(cè)量模塊(2，3)可以連接至的中央電源(4)，并且其中測(cè)量模塊(2，3)中具有模塊電源(2’，3’)，其中模塊電源(2’，3’)從中央電源(4)生成測(cè)量模塊所需的一個(gè)或多個(gè)電源電壓(V_2，V_3)。
11.如權(quán)利要求10所述的操作方法，其中以信息信號(hào)調(diào)制中央電源(4)提供的電壓。
12.如權(quán)利要求10或11所述的操作方法，其中在操作期間改變電源電壓(V_2，V_3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種過(guò)程技術(shù)中使用的測(cè)量設(shè)備，其包括連接至不同測(cè)量模塊(2，3)的中央單元(1)。所述中央單元(1)具有中央電源(4)，測(cè)量模塊(2，3)可以與其相連。測(cè)量模塊(2，3)具有模塊電源(2’，3’)，其從中央電源(4)生成測(cè)量模塊所需的一個(gè)或多個(gè)電源電壓(V_2、V_3)，因此模塊電源包括變壓器、整流電路或開關(guān)式電源。
文檔編號(hào)H02J4/00GK1659487SQ03813765
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月13日
發(fā)明者馬丁·格爾克, 斯特凡·博伊爾 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾分析儀表兩合公司