CN101111989B

CN101111989B - 现场设备以及用于其的现场设备电子系统

Info

Publication number: CN101111989B
Application number: CN200580047442.0A
Authority: CN
Inventors: 罗伯特·拉拉
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: DE102004063735A1; CN101111989A

Abstract

一种现场设备电子系统，包括：由供电电流流过的电流调节器，用于调整和/或调制供电电流；用于控制现场设备的内部操作及分析电路；和内部供电电路，其被施加从供电电压分压的现场设备电子系统内部输入电压并且为内部操作及测量电路供电。供电电路具有：至少间歇地由供电电流的第一分流流过的电压调节器，其提供了现场设备电子系统的第一内部有效电压，该电压基本上恒定调节到可给定的第一电平；至少间歇地由供电电流的第二分流流过的第二电压调节器，其提供了现场设备电子系统的在可给定的电压范围内可变的第二内部有效电压；和至少间歇地由供电电流的第三分流流过的稳压器，用于将现场设备电子系统的内部输入电压调整和保持在可给定的电平上。

Description

现场设备以及用于其的现场设备电子系统

技术领域

本发明涉及一种由外部电源供电的用于现场设备的现场设备电子系统以及具有该现场设备电子系统的现场设备。

背景技术

在工业过程测量技术中，特别是也与化学或者工艺技术的过程自动化和/或工业设备的控制联系在一起，为了在本地生成过程参数的模拟或者数字测量值信号，也采用了临近过程安装的测量仪表，被称为现场设备。同样现场设备可以构成为一个或者多个改变过程参数的并因此而影响过程的调节仪器。例如对于分别将被检测的和将被调整的过程参数，可以由现有技术得出，可以为引入或者装入相应容器的，例如导管或者粮仓内的液体，粉末状、蒸汽状或者气状介质的质量流量，密度，粘度，料位或者极限位，压力，温度或者相同的。由此类延伸的例子，由本领域技术人员熟知的现场设备由以下参考文献详细描述，即WO-A 03/048874，WO-A 02/45045，WO-A 02/103327，WO-A02/086426，WO-A 01/02816，WO-A 00/48157，WO-A 00/36379，WO-A00/14485，WO-A 95/16897，WO-A 88/02853，WO-A 88/02476US-B 6799476，US-B 6776053，US-B 6769301，US-B 6577989，US-B 6662120，US-B 6574515，US-B 6535161，US-B 6512358，US-B 6487507，US-B 6480131，US-B 6476522，US-B 6397683，US-B 6352000，US-B 6311136，US-B 6285094，US-B 6269701，US-B 6236322，US-A 6140940，US-A 6014100，US-A 6006609，US-A 5959372，US-A 5796011，US-A 5742225，US-A 5742225，US-A 5687100，US-A 5672975，US-A 5604685，US-A 5535243，US-A 5469748，US-A 5416723，US-A 5363341，US-A 5359881，US-A 5231884，US-A 5207101，US-A 5131279，US-A 5068592，US-A 5065152，US-A 5052230，US-A 4926340，US-A 4850213，US-A 4/68384，US-A 4716770，US-A 4656353，US-A 4617607，US-A 4594584，US-A 4574328，US-A 4524610，US-A 4468971，US-A 4317116，US-A 4308754，US-A 3878725，EP-A 1158289，EP-A 1147463，EP-A 1058093，EP-A 984248，EP-A 591926，EP-A 525920，EP-A 415655，DE-A 4412388，DE-A 3934007。在以上所描述的现场设备中分别由外部电源供电，该电源提供电压和由该电压供电的，流过该现场设备电子系统的电流。

当现场设备为测量仪表的情况下，该测量仪表此外还包括相应的物理电子或者化学电子测量传感器，用于各自过程参数的检测。该传感器至少安装入各自介质的容器壁或者引导各自介质的引导的分布中，例如导管，并且作用为，尽可能准确地生成代表至少一个最初获得的过程参数的特别是电子的，测量信号。为了测量信号的处理，测量传感器还连接于在现场设备电子系统中，特别是用于至少一个测量信号的继续处理或者分析的操作及分析电路。在大量这样的现场设备中，用于操作中测量信号生成的测量传感器由操作及分析电路的至少时间性生成的一个驱动信号如下激励，即该传感器以适合测量的方式至少直接作用于介质或者通过相应的探针实际上直接作用于介质，以引起与要检测的参数相对应的反应。驱动信号例如可以关于电流强度，电压值和/或频率做相应调整。作为这些有效的例子，即将介质中的电子驱动信号做相应转化的测量传感器特别是要列举用于至少时间性流动介质的测量的流量测量传感器，该传感器具有至少一个由驱动信号激励的，产生磁场的线圈或者至少一个由驱动信号激励的超身波发射器或者容器中测量和/或监测料位的料位和/或极限位传感器，例如微波天线，Gouboun导线，声学的或者电磁表面波的波导，振动的浸没体或者相同的。

为了容纳该现场设备电子系统，所述的现场设备此外还包括电子系统外壳，如US-A 6397683或者WO-A 00/36379所述，远离现场设备配置并可以通过一条柔性的导线连接，或者例如如EP-A 903651或者EP-A 1008836显示的，直接配置于测量传感器或者配置于与测量传感器分离的测量传感器外壳处。电子系统外壳，如EP-A 984248，US-A 4594584，US-A 4716770，US-A 6352000显示，经常用于容纳测量传感器的一些机械构件，例如，在机械影响下操作程度上变形的模状、棍状、套筒状或者管状的变形或者振动体，也可对比于本文开始所述US-B 6352000。所述类型的现场设备此外通常借助连接于现场设备电子系统的数据传输系统彼此相连和/或与相应的过程控制计算机连接，借此现场设备例如通过(4mA至20mA)电流回路和/或通过数字数据总线发送测量值信号和/或以相同的方式接收操作数据和/或操作命令。这里特别是串行的，现场总线系统，例如PROFIBUS-PA，FOUNDATION FIELDBUS以及相应的传输协议作为数据传输系统。通过过程控制计算机可以将传输的测量值信号继续处理并作为相应的测量结果显示于例如显示器和/或转换为其他的作为调节仪器构成的现场设备的操作信号，例如磁阀，电动电机等。

此外前述形式的大量现场设备，特别是现场测量仪表，电子方面的设计为，它们能够满足本身固有的爆炸安全性的要求。对应地这些现场设备以低电子功率驱动，在欠缺点火条件下不会引起电火花或电弧。例如欧洲标准EN50014和EN50020给出了自保护的爆炸保护，即电子装置构造为满足标准内定义的“内部安全(Ex-i)”点火保护方式。根据该保护方式，在现场设备内出现的电流，电压和电功率任何时刻都不能超过给定的电流极限值、电压极限值和功率极限值。这三个极限值以如下方式选定，即在错误情况下或者由于短接而释放的最大能量不能产生能够点火的火花。通常自保护的现场设备的电功率不能超过1W(＝瓦)。电压可以由Z-二极管，电流例如可以由电阻，以及功率可以由限压和限流元件的组合而保持在给定极限值以下。

现代现场设备经常指所谓的二线制现场设备，其中现场设备电子系统只通过一条唯一的双导线与外部电源电连接并且现场设备电子系统也通过该唯一的双导线将瞬时测量值传送给外部电源内的和/或与该外部电源电耦合连接的分析单元。该现场设备电子系统分别包括用于电流的调整和/或调制的由供电电流流过的稳流器，特别是用于供电电流的时钟振荡，用于现场设备操作的内部操作及分析电路以及设置于由供电电压划分的现场设备电子系统的内部输入电压的、为内部操作及分析电路供电的内部供电电路，该内部供电电路包括至少一个由供电电流的可变分流流过的电压调节器，该电压调节器提供基本上恒定调整到给定电平的现场设备电子系统内的内部有效电压。这样二线制现场设备的例子，特别是二线制测量仪表或者二线制调节仪器，可以由WO-A 03/048874，WO-A 02/45045，WO-A 02/103327，WO-A00/48157，WO-A 00/26739，WO-A 94/20940，US-B 6799476，US-B 6577989，US-B 6662120，US-B 6574515，US-B 6535161，US-B 6512358，US-B 6480131，US-B 6311136，US-B 6285094，US-B 6269701，US-A 6140940，US-A 6014100，US-A 5959372，US-A 5742225，US-A 5672975，US-A 5535243，US-A 5416723，US-A 5207101，US-A 5068592，US-A 5065152，US-A 4926340，US-A 4656353，US-A 4317116，EP-A 1147841，EP-A 1058093，EP-A 591926，EP-A525920，EP-A 415655，DE-A 4412388，DE-A 3934007得知。

由于历史原因，这些二线制现场设备大部分设计为，调整到4mA和20mA(毫安)之间的一个值的、在构成电流回路的唯一双导线内瞬时流过的供电电流的瞬时电流强度同时也代表了由现场设备生成的瞬时测量值或发送到现场设备的瞬时调整值。因此在这样的二线制现场设备中存在一个特别的问题，即由现场设备电子系统至少名义上可转化或者要转化的电功率(以下简称“可支配功率”)在操作期间实际上以不可预见的方式可在宽范围内波动。这样的结果就是，现代二线制现场设备(2L-现场设备)，特别是具有(4mA至20mA)电流回路的现代二线制测量仪表(2L测量仪表)，因此通常设计为，借助分析及操作电路中的微计算机实现的仪器功能性是可改变的，并且就此而言使大部分转化较少功率的操作及分析电路能够适应瞬时可支配功率。

现场设备电子系统与可支配功率的合适匹配，例如US-B 6799476和US-B 6512358的记载，可以通过瞬时现场设备转化的功率与瞬时可支配功率的补偿而达到，并以以下方式，即操作及分析电路的单个功能单元以相应变化的时钟率操作或者，以瞬时可支配功率值，甚至可以间歇地关闭(待机或休眠模式)。以二线制测量仪表设计的，具有激活的测量传感器的现场设备中，瞬时在现场设备内转化的电功率，如US-B 6799476和US-A 6014100或WO-A 02/103327显示的，可以通过瞬时在测量传感器内转化的电功率的适应而适应于瞬时可支配功率，例如通过必要时缓冲的驱动信号的时钟振荡陪同相应可调整的选通率，以该选通率而时钟振荡驱动信号，和/或通过驱动信号的最大电流强度和/或最大电压值的减小。

当然以二线制测量仪表实施的现场设备的仪器功能性改变大部分也会有以下结果，即在操作中的操作及分析电路决定测量值的准确性，和/或操作及分析电路刷新例如测量值的经常性，依赖于瞬时可支配功率，并受变化制约。时间性存在的过剩功率的缓冲也只能有条件地纠正具有(4mA到20mA)电流回路的二线制测量仪表的缺点。一方面，因为通常对于这些二线制测量仪表经常要求同样的本身固有的爆炸安全性，因此任何时候存在的多余电子能量总归只能以非常限制的程度存储于测量仪表电子系统内部。另一方面，瞬时供电电流和任何时候存在的多余能量只取决于瞬时测量值，所以对于持久非常低的，但是时间上非常强波动的测量值，相应的能量缓冲器由此经过长的时间周期完全可以被卸载。由此，对于现场设备内的这样复杂的功率管理的转化是非常麻烦的并且也要求电路和能量高成本的功率测量，可以对比的描述在WO-A 00/26739，US-B 6799476，US-B 6512358，和EP-A1174841中。

除此之外，具有用于至少时间性流动的介质引导和测量的测量传感器的前述现场设备更一步显示了，驱动信号的适合的时钟振荡和/或操作分析电路的单独构件只是有条件地合适的。特别是针对本文开始US-B 6799476，US-B 6691583，US-A 6006609，US-A 5796011，US-A 5687100，US-A 5359881，US-A 4768384，US-A 4524610或者WO-A 02/103327所述的振动类型的测量传感器的应用。其中显示的现场设备用于导管内流动介质参数的测量，特别是质量流量，密度或者粘度。由此目的，相应的测量传感器分别包括至少一个在操作中振动的、用于引导介质的测量管，一种与现场设备电子系统电连接的激励系统、该系统具有机械影响测量管的、用于测量管驱动的振荡激励，以及一种传感器系统，现场代表测量管振荡的测量信号借助至少一个配置于测量管的振荡传感器生成。不仅振荡激励而且振荡传感器都最好为电-动类型，也都分别借助一个励磁线圈和一个与该线圈通过磁场而相互作用的活动铁芯构成。

由于测量传感器操作所需的高准确度的驱动信号的振幅及频率调节，对于激励系统测量管振荡的时间上清晰的扫描是必须的。程度相同地，对于流动介质进行的测量也要相对经常地刷新给出的测量值。此外，由测量传感器构成的振荡系统的大部分非常高的机械时间常数会导致，对于各种情况下的相同加速，特别是在不稳定的起振过程中，需要高的驱动功率和/或必须施加相对长的起振时间。更进一步的实验显示，由于电功率通常限制的存储容量，现场设备内的过剩能量的缓冲也很难引起依赖于测量管振荡振幅的信噪比的显著改善。因此对于前述形式的具有激活的测量传感器的二线制测量仪表，特别是对于具有用于引导流动介质的、振动型测量传感器的二线制测量仪表，操作及分析电路的暂时的和局部的关闭也是不适合的。

前述类型的现场设备效率改善的另一种可能性，特别是对于二线制测量仪表，在于，至少从最小可支配功率上尽可能多地为仪器功能性的实现而采用，即将现场设备的相应效率至少在较小可支配功率的范围进行优化。对应地，为现场设备电子系统内部供电的供电电路例如由US-B 6577989或者US-A 6140940陪同进行了描述。特别是其中解决方案的目的为，将内部事实上可转化的电功率进行优化。为此，在现场设备电子系统内分别提供了用于将前述的现场设备电子系统的内部输入电压调整并保持在可给定、必要时可调节的电平的输入电压调节器，该输入电压调节器带有作用于现场设备电子系统最初的稳压器，该稳压器依赖于瞬时可支配功率和瞬时事实需要的功率，由供电电流分支的、可变化的分流至少间歇地流过。但是前述现场设备电子系统具有以下缺点，即全部内部负载实际上由一个相同的内部有效电压供电并且这个唯一的有效电压在任何情况下的崩溃，例如作为低电流的后果，都会造成现场设备不能正常操作或者甚至直接导致现场设备电子系统的突然暂时性完全失灵。

发明内容

由前述传统2L测量仪表的例子而讨论的现有技术的缺点出发，由此本发明的目的为，发明一种适合前述现场设备的现场设备电子系统，该电子系统可以使分析及操作电路，特别是其内提供的微处理器，至少在现场设备的正常操作中持续操作并且其中为至少单独选定的功能单元，特别是微处理器，始终提供足够程度的电能。

本发明的技术解决方案在于，现场设备的由外部电源供电的现场设备电子系统，其中外部电源提供特别是单极性的供电电压和由该供电电压驱动的特别是单极性和/或双极性的可变供电电流，该现场设备电子系统包括：

-由供电电流流过的稳流器，用于调整和/或调制供电电流，特别是供电电流的时钟，

-用于控制现场设备的内部操作及分析电路，以及

-内部供电电路，其被施加从供电电压分压的现场设备电子系统内部输入电压且给内部操作及分析电路供电，该内部供电电路具有

--第一电压调节器，其至少间歇地由特别是可变的供电电流第一分流流过，该电压调节器提供现场设备电子系统内的第一内部有效电压，该有效电压基本上恒定地调整到可给定的第一电平，

--第二电压调节器，其至少间歇地由特别是可变的供电电流第二分流流过，该电压调节器提供现场设备电子系统内的第二内部有效电压，该有效电压在可给定的电压范围可变，以及

--稳压器，其至少间歇地由特别是可变的供电电流第三分流流过，该调节器用于将现场设备电子系统的内部输入电压调整和保持到可给定的电平，特别是在操作过程中可变的电平，

-其中操作及分析电路至少间歇地不仅由特别是可变的第一有效电流流过而且也由特别是可变的第二有效电流流过，其中第一有效电流由第一有效电压驱动，第二有效电流由第二有效电压驱动。

此外本发明还在于包括前述现场设备电子系统的现场设备。在本发明现场设备的第一方案中，该仪器用于测量和/或监测特别是管道和/或容器中引导的介质的至少一个给定的物理和/或化学参数，特别是流量，密度，粘度，料位，压力，温度，PH值等，为此该测量仪表还包括与现场设备电子系统电连接的物理-电子测量传感器，该传感器对于至少一个参数的变化做出反应且至少间歇地给出至少一个与该参数相对应的测量信号，特别是可变的信号电压和/或可变的信号电流。在本发明的现场设备的第二方案中，该仪器用于调整特别是管道和/或容器中引导的介质的至少一个给定的物理和/或化学参数，特别是流量，密度，粘度，料位，压力，温度，PH值等，为此该测量仪表还包括与现场设备电子系统电连接的电子-物理控制调节元件，该控制调节元件以其对调整参数有影响的调整动作而对至少一个设置的控制信号的变化作出反应，该控制信号特别是可变的信号电压和/或可变的信号电流。

根据本发明的第一构造，现场设备电子系统的内部输入电压和/或现场设备电子系统的第二有效电压被依赖于端电压的瞬时电压高度而调整，该端电压从供电电压分压且最初在现场设备电子系统两端。在本发明该构造的完善中，现场设备电子系统的内部输入电压通过稳压器保持在可给定的特别是操作中可变的电平上，该电平低于端电压。通过稳压器将内部输入电压保持在该电平，该电平可以在操作中特别是阶段式地或者基本上持续地可变。

根据本发明的第二构造，第二有效电压被依赖于现场设备电子系统的内部输入电压的瞬时电压高度和/或依赖于从供电电压分压且最初在现场设备电子系统两端的端电压的瞬时电压值而调整。

根据本发明的第三构造，第二有效电压依赖于三个分流中的至少一个的瞬时电流强度而调整。在本发明该构造的完善中，第二有效电压依赖于第三分流的瞬时电流强度而调整。此外在本发明该构造的另一完善中，第二有效电压依赖于第二分流的瞬时电流强度和现场设备电子系统的内部输入电压的瞬时电压高度而调整。

根据本发明的第四构造，外部的供电电源提供具有可变的，特别是波动的电压高度的供电电压。

根据本发明的第五构造，由外部电源提供的供电电压驱动供电电流，该供电电流的电流强度可变，特别是以基本上不可预见的方式波动。

根据本发明的第六构造，在操作及分析电路内提供了用于暂时存储电能的存储电路。

根据本发明的第七构造，稳压器包括主要用于耗散电能以及导出其中由此形成的热能的构件，特别是半导体元件等。

根据本发明的第八构造，在操作及分析电路内提供了至少一个微处理器和/或数字信号处理器，其中第一有效电压或者由其导出的次级电压至少部分用作操作电压。

根据本发明的第九构造，在操作及分析电路内提供了至少一个放大器，其中两个有效电压中的至少一个或者由其导出的次级电压至少部分用作操作电压。

根据本发明的第十构造，在操作及分析电路内提供了至少一个A/D转换器，其中第一有效电压或者由其导出的次级电压至少部分用作操作电压。

根据本发明的第十一构造，在操作及分析电路内提供了至少一个D/A转换器，其中两个有效电压中的至少一个或者由其导出的次级电压至少部分用作操作电压。

根据本发明的第十二构造，在操作及分析电路内提供了将在现场设备电子系统两端的电压和/或在现场设备电子系统中流动的电流与参考值做比较的工具。在本发明该构造的完善中，如果操作及分析电路检测到第二有效电压低于对于第二有效电压给定的最小有效电压极限值以及第三分流低于对于第三分流给定的最小分流极限值，则操作及分析电路至少生成用信号通知现场设备电子系统供电不足的报警信号。在本发明该构造的另一完善中，现场设备电子系统此外包括至少一个将由供电电流的第三分流导出的检测电压与所属参考电压进行比较的比较器，和/或将第二有效电压与至少一个所属参考电压进行比较的比较器。

根据本发明的第十三构造，此外还包括用于生成基本上与电流成比例的检测电压的检测电阻。

根据本发明的第十四构造，此外还包括测量及调节单元，用于检测和调整在现场设备电子系统两端的电压，特别是第二有效电压，和/或在现场设备电子系统内流动的电流，特别是第二和/或第三分流。在本发明该构造的完善中，测量及调节单元这样控制稳压器，使得如果将第二有效电压与至少一个所属参考电压比较的比较器用信号通知第二有效电压超出了对于第二有效电压给定的最大有效电压极限值，则第三分流流动。在本发明该构造的另一完善中，测量及调节单元根据输入电压和/或端电压将输入电压和端电压之间形成的电压差调整到一个给定的电压高度。

根据本发明的第十五构造，现场设备电子系统与外部电源只通过唯一的一对导线电连接。

根据本发明现场设备的第一构造，该现场设备至少间歇地通过数据传输系统与远离现场设备配置的外部控制单元通信，其中在现场设备电子系统内还提供了通信电路，其控制经过数据传输系统的通信。在本发明该构造的完善中，第一有效电压或者由此分压的次级电压至少部分用作通信电路的操作电压。

根据本发明现场设备的根据第一方案的第二构造，现场设备电子系统的操作及分析电路至少间歇地借助至少一个测量信号生成至少代表要测量和/或要监测的参数的特别是数字的瞬时测量值。在本发明该构造的完善中，稳流器根据瞬时代表至少一个测量和/或监测参数的测量值而调整供电电流。在本发明该构造的另一完善中，供电电流为可变的直流并且稳流器被设计为至少间歇地将供电电流的振幅调制到测量值上。

根据本发明现场设备的根据第一方案的第三构造，供电电流至少间歇地为脉冲电流，并且其中稳流器为供电电流提供时钟脉冲。

根据本发明现场设备的根据第一方案的第四构造，操作及分析电路包括至少一个用于测量传感器的驱动电路，在该电路中第二有效电压或者由该有效电压导出的次级电压至少部分被用作操作电压。在本发明该构造的完善中，驱动电路至少包括运算放大器。在本发明该构造的另一完善中，驱动电路包括至少一个D/A转换器和/或至少一个用于生成驱动信号的信号发生器。根据本发明该构造的又一完善，测量传感器包括由驱动电路供电的特别是可变的电阻抗，特别是具有可变电感的励磁线圈和/或具有可变电容的测量电容器。此外测量传感器的电阻抗依赖于至少一个测量和/或监测参数而变化。另外，在变化的电阻抗两端的信号电压和/或流过变化的电阻抗的信号电流作为测量信号。

根据本发明现场设备的根据第一方案的第五构造，操作及分析电路包括用于至少一个传感器信号的至少一个A/D转换器，在该转换器中第一有效电压或者由该电压导出的次级有效电压至少部分作为操作电压。在本发明该构造的完善中，操作及分析电路包括至少一个与A/D转换器连接的微计算机，其特别是通过微处理器和/或信号处理器构成，用于生成测量值，其中第一有效电压至少部分作为微计算机的操作电压。

根据本发明现场设备的根据第一方案的第六构造，测量传感器包括至少一个用于引导介质的测量管，其安装入导管中，特别是在操作中至少间歇地振动。在本发明该构造的完善中，在测量传感器处配置了至少一个励磁线圈，用于生成特别是可变的磁场。在本发明该构造的另一完善中，励磁线圈在测量传感器操作中至少间歇地由磁场生成的激励电流流过，该激励电流特别是双极性的和/或电流强度可变的，由第二有效电压或者由该电压导出的次级电压驱动。根据本发明该构造的下一完善，励磁线圈通过磁场与活动铁芯相互作用，并且其中磁场线圈与活动铁芯可彼此相对运动。根据本发明该构造的又一完善，测量传感器的至少一个测量管由通过磁场线圈和活动铁芯形成的激励系统驱动，在测量传感器操作中至少间歇地振动，该激励系统是电机的特别是电动的激励系统。

根据本发明现场设备的根据第一方案的另一完善，测量传感器包括两个用于引导介质的测量管，它们安装入导管且在操作中至少间歇地振动。

根据本发明现场设备的根据第一方案的第七构造，测量传感器用于检测装有介质的容器的至少一个参数，特别是料位，并且为此该测量传感器包括至少一个伸入容器内腔的或者至少与内腔相通信的测量探针，特别是微波天线，Gouboun-导线，振动的潜入体等。

根据本发明现场设备的根据第一方案的第八构造，现场设备电子系统与外部电源只通过唯一的一对导线电连接并且该现场设备电子系统将至少间歇生成的、代表至少一个测量和/或监测参数的特别是数字的瞬时测量值通过该唯一的一对导线传输到在外部电源内的和/或与该电源电连接的分析电路中。在本发明该构造的完善中，特别是调整到4mA和20mA之间的值的供电电流瞬时电流强度代表了瞬时生成的测量值。

本发明的基本构思在于，将现场设备电子系统内的消耗器(除了供电电路自身)一方面至少划分为具有高优先级的第一电路组或者电消耗器组和具有低优先级的第二电路组或者电消耗器组，以及另一方面将供电电源设计为，在现场设备正常操作中，至少要始终满足第一电路组的功率或能量需求。由此，特别是作用为将电能存储在现场设备内部和/或将电能由现场设备散逸的电路或者构件被分配给第三电消耗器组，只有在第一和第二电消耗器组有足够供电时，该电消耗器组才由电流流过并以此而提供电能。

将具有高优先级的第一电路组以具有优点的方式分配于现场设备电子系统内的至少一个微处理器和用于与可能的上位控制单元通信的通信电路。这样的优点是，一方面能够保持现场设备始终的操作并且另一方面至少也能够始终在线。此外，对于现场设备为测量仪表的情况，用于检测和准备至少一个测量信号的测量通道主要分配于第一电路组，而可能存在的主要是用于驱动电子-物理测量传感器的激励通道可以作为具有低优先级的电路实现。这样在具有振动型测量传感器的测量仪表内应用本发明现场设备电子系统的情况中，特别是具有优点，即实际上整个的、由振荡传感器到微处理器的测量通道由基本上恒定调整的第一有效电压驱动并且由此在正常操作中始终被提供所需的电功率。优点为，始终能够相同程度地高频率扫描并以高分辨率处理根据操作生成的测量管振荡。此外，即使激励通道部分地或者完全地由变化的第二有效电压驱动，实际上也能够始终无间隙地激励正常操作中的测量管，如果也以必要时波动的振幅。另外本发明基于认识到，不仅微处理器的暂时关闭，而且例如激励通道的间隙的驱动都不能够引起现场设备的能量平衡的显著改善。更多地要根据情况，一方面为了现场设备的操作和必要时的通信，为活性构件尽可能提供始终的和足够的能量并且另一方面，如果必要，尽量少的必要构件根据需要被减压供电或者关闭。此外还显示出，特别是连续测量或者至少近似连续测量的现场设备，例如科氏质量流量计，这样是非常值得的，即，将可支配电能首先投入至少一个微处理器，特别是投入到测量值的处理和分析，例如投入到传感器系统的激励系统中，相应地只以剩余的可支配能量去驱动。在这种方式下，虽然不总能够为测量传感器提供的测量信号达到优化的信噪比，但是测量信号必要时存在的质量亏损可以不用其他的而由测量值处理及分析来补偿，测量值的处理及分析前后一致地由高效操作的微处理器实现。

本发明的另外优点在于，由于操作所必需的小功率，使现场设备能够自身遵守各种爆炸保护等级的规定。由此使现场设备在特定方式下也适用于有爆炸危险的、只允许自身安全仪器的环境中。此外该现场设备可以构造为，可以与通常的现场总线的一种共同操作。可以一方面通过与现场总线的直接连接而实现，例如，对应于FELDBUS-协议，(FELDBUS是FELDBUS FOUNDATION的注册商标)。另一方面可以通过总线耦合器间接实现共同操作，例如对应于所谓的HART-协议(HART是HART User Group的注册商标)。

附图说明

现根据实施例和附图对本发明作进一步的解释。功能相同的部分在单独附图中以相同标识表示，在后面的附图中只是为了有意义的显示而重复。

图1是现场设备的侧面图以及与该仪器通过一对导线电连接的外部电源，

图2是适合于图1中现场设备实施例的振动型测量传感器的部分剖开的第一侧视剖视图，

图3是图2的测量传感器的第二侧视的剖视图，

图4是图2的测量传感器的电机激励系统的实施例，

图5是适合应用于现场设备内的现场设备电子系统的方块电路图，特别是二线制现场设备，

图6至图8部分地显示了适合图1的现场设备的应用具有图2至图4的振动型测量传感器的实施例的方块图形式的电路图，

图9至图12是适合图6至图8中激励电路的结束级的实施例电路图。

具体实施方式

图1显示了适合于工业测量及自动化技术应用的具有现场设备电子系统20的现场设备的一实施例，该现场设备电子系统由外部电源70供电。操作中，外部电源70提供一个特别是单极性的供电电压U_v并且外部电源70随同输出由供电电压U_v相应驱动的可变的特别是双极性的供电电流I。为此，现场设备电子系统在操作中与外部电源70通过至少一对导线2L电连接。由于外部电源70和现场设备电子系统20的输入端之间自然出现的电压降，供电电压U_v自然还要以这种方式降低为现场设备电子系统开始时实际的端电压U_k。

根据本发明的一构造，现场设备电子系统的设计和安排为，最大转换的电功率小于或者最大等于1W。根据本发明的另一构造设计为，该现场设备的设计和安排为，它的自安全程度达到了在爆炸安全性方面足够满足例如欧洲标准EN 50014和EN 50020提出的内部安全爆炸(Ex-i)保护的要求。

根据本发明的另一构造，该现场设备用于测量和/或监测在管道和/或容器中引导的介质的至少一个给定的物理和/或化学参数以及重复提供相应代表该参数的测量值，该介质特别是气体和/或液体，参数例如是流量，密度，粘度，料位，压力，温度，pH值等。为此该测量仪表还包括与现场设备电子系统电连接的物理-电子的测量传感器，该测量传感器对至少一个参数的变化作出反应并且至少间歇地发出至少一个与该参数对应的测量信号，特别是可变的信号电压和/或可变的信号电流。替代地或者补充地，在现场设备内可提供与现场设备电子系统电耦合的电子-物理控制调节元件，该控制调节元件以对调整参数有影响的调整动作对至少一个设置的控制信号的变化作出反应，所述控制信号特别是可变的信号电压和/或可变的信号电流，或者另一种说法，现场设备例如可以设计为用于调整介质的至少一个这种物理和/或化学参数。为了控制现场设备，特别是为了触发上述测量传感器或者为了触发上述控制调节元件，在现场设备电子系统内此外还提供了内部操作及分析电路50。对于现场设备是用于测量至少一个给定的物理和/或化学参数的测量仪表的情况，操作及分析电路50此外还确定参数的至少一个测量值或多个相应测量值。

图1显示的现场设备为在线测量仪表，特别是用于检测在(这里未显示的)导管内流动的介质，特别是气体和/或液体的参数，例如质量，密度和/或粘度，并且形成瞬时代表该参数的测量值X_M。据此该现场设备例如可以为科氏质量流量计，密度测量仪表，或者粘度测量仪表。为了生成至少一个测量信号，这里显示的现场设备包括放置于相应测量传感器外壳100内的振动型测量传感器10以及位于电子系统外壳200内且与测量传感器10以适当方式电连接的现场设备电子系统20。

在图2至图4中显示了这种测量传感器的实施例，其结构和操作方式额外也详细地描述在US-A 6006609内。在此已经指出，尽管实施例中显示的现场设备为具有振动型测量传感器的在线测量仪表，本发明也可以转换为其他现场设备，例如具有磁感应测量传感器或者声波测量传感器的在线传感器。同样地，本发明也可用于测量参数的现场设备内，该参数与装有介质的容器共同确定例如料位和/或极限状态。这样的现场设备通常通过以下测量传感器实现，该测量传感器包括至少一个伸入容器内腔的或者至少与内腔相通的测量探针，例如微波天线，Gouboun-导线，振动的潜入体等。

为了引导测量介质，根据图2至图4的实施例的测量传感器10包括至少一个具有进口端11和出口端12的测量管13，该测量管具有可给定的在操作中可弹性变形的测量管内腔13A和可给定的内径。测量管内腔13A的弹性变形意味着，为了生成前述介质内部的以及描述介质的反作用力，将测量管内腔13A的空间形状和/或空间位置在测量管13的弹性范围内以可给定的方式循环地、特别是周期性地改变，例如参见US-A 4801897，US-A 5648616，US-A 5796011或者US-A 6006609。如果需要，例如可将测量管弯曲，如EP-A 1260798所显示。由此，例如取代唯一的测量管，也可能采用两个弯曲或者直的测量管。这种振动型测量传感器的其他合适的实施例例如详细地描述在US-B6711958，US-B 6691583，US-B 6666098，US-A 5301557，US-A 5357811，US-A 5557973，US-A 5602345，US-A 5648616或者US-A 5796011中。对于图3和图4的直型测量管13的材料，钛合金是特别适合的。也可以取代钛合金而使用其他类型的，特别是弯曲的测量管通常使用的材料，例如不锈钢，钽或者锆合金等。

以通常的方式在进口和出口侧与将介质导入和导出的导管相通的测量管13可振动地夹持在支撑架14内，该支撑架是硬的，特别是弯曲及扭曲刚性的且由测量传感器外壳100包封。支撑架14在进口侧通过进口板213且在出口侧通过出口板223固定于测量管13，其中这两个板由测量管13的相应延长件131，132分别贯穿。此外支撑架14包括第一侧板24和第二侧板34，这两个侧板24，34分别以如下方式固定于进口板213和出口板223，即它们实际上平行于测量管13并与测量管以及彼此间以一定距离配置，参见图3。由此两个侧板24，34的彼此面对的侧面同样彼此平行。纵向棒25以与测量管13相距的方式固定于侧板24，34，作为消除测量管13的振动的配重。如图4显示，纵向棒25实际上平行于测量管13的整个可振动长度延伸；但是这并不是必须的，纵向棒25自然可以应要求而实施得较短些。具有两个侧板24、34、进口板213、出口板223和纵向棒25的支撑架14具有纵向重心线，该重心线平行于虚拟连接进口端11和出口端12的测量管中轴线13B。图3和图4中借助螺钉头表明了侧板24，34在进口板213、出口板223和纵向棒25的上述固定可以通过旋接而实现；也可以采用其他本领域技术人员熟知的其他固定方式。对于测量传感器10可拆卸地安装于导管的情况，在测量管13进口端模制了第一法兰119且在出口端模制了第二法兰120，参见图1；也可以由其他用于与导管可拆卸连接的导管连接件取代法兰119，120，例如如图3显示的所谓三向夹扣连接。如果需要，测量管13也可以例如通过焊接或者硬焊等而直接连接于导管。

为了生成前述的介质内的反作用力，测量管13在测量传感器10的操作过程中，由与测量管耦合的电-机激励系统16驱动，以可给定的振荡频率，特别是自然谐振频率，在所谓的有效模式下振动并由此以给定的方式而弹性形变。如前所述，这个谐振频率也依赖于液体的瞬时密度。在显示的实施例中，振动的测量管13由静态的静止位置在空间上特别是横向偏转，如这种振动型测量传感器中的通常情况；同样对这样的测量传感器也是有效的，即其中一个或者多个弯曲的测量管围绕相应的分别虚拟连接进口端及出口端的想象的纵轴实施悬臂振动，或者对于这些测量传感器，其中一个或者多个直的测量管围绕测量管纵轴也可只实行平坦的弯曲振动。在另一情况中，例如WO-A 95/16

897中所述，测量传感器10实行蠕动的放射振动，所以振动测量管的横切面以通常方式对称形变，测量管纵向轴线保留在其静态静止位置。

激励系统16用于，通过转换由操作及分析电路50以电子驱动信号形式馈入的电子激励功率P_exe，生成作用于测量管13的激励力F_exe。在自然谐振频率上的激励中，激励功率P_exe实际上只作为经过机械的和液体内部的摩擦而由振动系统剥夺的功率分量的补偿。为了达到尽可能高的效率，由此将激励功率P_exe尽可能地准确地调整为，在期望的有效模式中基本上保持测量管的振动，例如基本谐振频率的振动。为了将激励力F_exe传递到测量管13，如图2所示，激励系统16包括刚性的、电磁和/或电动驱动的杠杆机构15，该杠杆机构具有抗弯固定于测量管13的悬臂154和轭铁163。该轭铁163也同样抗弯固定于悬臂154的与测量管13具有一定距离的末端，并且配置于测量管13上侧而且横切于测量管。例如悬臂154可以为将测量管容纳在一个钻孔内的金属片。对于杠杆机构15的其他合适的实施例，可参阅已经提及的US-A 6006609。对比于图2，杠杆机构15为T-型并配置为，大约在进口及出口端11，12的正中间作用于测量管13上，测量管借此可以获知其在操作中最大的横向偏转。根据图2，为了达到驱动杠杆机构15的目的，激励系统16包括第一励磁线圈26和所属的第一永磁铁芯27以及第二励磁线圈36和所属的第二永磁铁芯37。这两个励磁线圈26，36优选为串联，特别是可拆卸地固定于测量管13两侧的、轭铁163下面的支撑架14，并且与分别所属的铁芯27或者说37在操作中互相作用。这两个励磁线圈26，36当然应要求也可以并连。如图3和图2所示，两个铁芯27，37以如下方式以一定距离固定于轭铁163，即在测量传感器10的操作过程中，铁芯27实际上由励磁线圈26的磁场所贯穿且铁芯37实际上由励磁线圈36的磁场所贯穿并且由于相应的电动和/或电磁力效应而运动，特别是分别伸入所属励磁线圈。由励磁线圈26，36的磁场所生成的铁芯27，37的运动，，由轭铁163和悬臂154传输到测量管13上，其中铁芯27，37特别是也作用为活动铁芯。铁芯27，37相对于分别所属磁线圈的运动是这样形成的，即轭铁163由其静止位置交替地向侧板24方向和侧板34方向偏转。一条相应的，平行于所述测量管-中轴线13B的杠杆机构15的转动轴线例如可以穿过悬臂154分布。作为激励系统16支撑元件的支撑架14此外包括与侧板24，34特别是可拆卸地连接的支撑件29，用于励磁线圈26，36和即将解释的电磁制动系统217的必要时单个构件的支撑。

在测量传感器10的实施例中，固定夹持在进口端11和出口端12的振动的测量管13的横向偏转同时引起其测量管内腔13A的弹性变形，该弹性变形实际上在测量管13的整个长度上构成。此外在测量管13内，由于杠杆机构15作用于测量管的扭矩同时对横向偏转会引起围绕测量管-中轴线13B至少间断式的扭转，所以测量管13实际上以作为有效模式的混合弯曲振荡-扭转模式而振荡。其中可以这样形成测量管13的扭转，即与测量管13相距的悬臂154末端的横向偏转或者同向于或者反向于测量管13的横向偏转。测量管13可以以相当于同向情况下的第一弯曲振荡-扭转模式或者以相当于反向情况下的第二弯曲振荡-扭转模式而实施扭转振荡。然后根据该实施例的测量传感器10，例如900Hz的第二弯曲振荡-扭转模式的自然基础-谐振频率近似双倍于第一弯曲振荡-扭转模式。对于测量管13在操作中只以第二弯曲振荡-扭转模式执行振荡的情况，在激励系统16内集成了基于涡流原理的电磁制动系统217，用于稳固前述转动轴线的位置。通过电磁制动系统217可以保证，测量管13始终以第二弯曲振荡-扭转模式振荡，并且可能的作用于测量管13的干扰影响不会引起自动转换，特别是不会引起转入第一弯曲振荡-扭转模式的转换。电磁制动系统的细节在US-A 6006609中有详细描述。

为了令测量管13振动，激励系统16在操作中借助同样振荡的特别是具有可调振幅和可调激励频率f_exe的激励电流i_exe而供电，该激励电流流过操作中的励磁线圈26，36并且以相应方式产生铁芯27，37的运动所需的磁场。如图2的示意显示，由此外包括在现场设备电子系统20中的驱动单元50B提供激励电流i_exe且该电流例如可以为谐波交流电。根据图2至图4的实施例，在测量传感器的应用中，激励电流i_exe的激励频率f_exe优选选定或者调整为，横向振荡的测量管13尽可能只以第二弯曲振荡-扭转模式振荡。

还要提及，即使在此显示的实施例中，现场设备电子系统20只包括一个由驱动单元50B供电的可变感应阻抗(这里为可变电感的励磁线圈)，还可将该驱动单元50B设计为可以激励其他的电阻抗，例如可变电容的测量电容等。对于电容压力传感器为测量传感器的情况，在操作过程中该电阻抗依赖于至少一个测量和/或监测参数而变化，如众所周知，通过该自变电阻抗而降低的信号电压和/或流过该自变电阻抗的信号电流用作测量信号。

为了检测测量管13的变形，如图2，3所示，测量传感器10此外包括传感器系统，该系统通过至少一个对测量管13振动做出反应的第一传感元件17而生成一个代表该振动的作为测量信号S₁的第一振荡测量信号。传感元件17例如可以由永磁铁芯构成，例如传感元件17可以由永磁铁芯构成，该铁芯固定于测量管13并与励磁线圈相互作用，该励磁线圈由支撑架14支撑。特别适合作为传感元件17的是那些基于电动原理采集测量管13的偏转速度的元件。也可以采用测量加速度的电动传感器的或者测量距离的电阻传感器或光学传感器。当然也可以采用其他本领域技术人员熟悉的适合检测振动的传感器。此外传感器系统还包括一个特别与第一传感元件17相同的第二传感元件18，该传感元件同样生成一个代表测量管振动的第二振荡测量信号作为第二测量信号S₂。在实施例中显示的测量传感器中，这两个传感器元件17，18特别是与测量管13的中心距离相等地沿测量管13彼此相距，并如下配置，即通过该传感器17，18不仅在进口侧也在出口侧现场采集测量管13的振动并形成相应的振荡测量信号。

此外图5中以方块电路图的方式示意了一种适合图1至图4中现场设备的现场设备电子系统的构造。图5右侧示意了具有激励系统16和传感系统17，18的上述振动型测量传感器，其中只象征性地显示了测量传感器的测量原理所需的励磁线圈。

如图5所示，将第一测量信号S₁和必要时存在的第二测量信号S₂引导至在现场设备电子系统20中提供的优选为数字的操作及分析电路分析单元50A，其中第一测量信号和第二测量信号通常都包括每一个相当于测量管13瞬时振荡频率的信号频率。分析单元50A用于特别是数值地确定瞬时代表要采集的过程参数的测量值X_M，并且将该测量值转化为相应的在操作及分析电路输出端可检测的测量值信号x_M，这里过程参数例如为质量流量，密度，粘度等。这里显示的测量传感器根据存在的测量信号S₁，S₂中的唯一一个完全可确定密度或者粘度，而对于质量流量的测量，技术人员熟知地使用两个测量信号S₁和S₂，所以要决定与质量流量相对应的相差，例如在信号-时间范围或者信号-频率范围内。

根据本发明的一种构造，通过使用在现场设备电子系统20内的微计算机μC实现分析单元50A，该微计算机以相应方式编程为，根据传感系统17，18传送的测量信号而数字地决定测量值X_M。对于微计算机的实现可以采用例如合适的微处理器和/或先进的信号处理器。如图5所示，分析单元50A此外包括至少一个A/D转换器，通过该转换器将测量信号S₁，S₂之一数字化地引导至该微处理器，或者特别是如科氏质量流量传感器通常将由之前的两个测量信号S₁，S₂导出的信号差数字化地引导至该微处理器。可以更进一步将分析单元50A侧生成和/或接收的测量-或者操作数据易失性地或者永久性地存储到相应的数字存储器RAM，EEPROM内。

如前所述，操作及分析电路50此外还包括驱动单元50B，该驱动单元用于以所述激励电流i_exe为激励系统16供电，并与测量管13一起实际上构成了调节回路。该调节回路设计为，被电子调制到测量管13的激励振动的机械谐振频率和通过参考信号Sr给定的振动振幅。驱动单元50B可以以通常方式借助所谓的PLL锁相环形成，用于谐振频率还有驱动信号相位的电调整；以及借助相应的振幅调整级形成，用于驱动信号振幅以及振动振幅的电调整。

如图5所示，驱动单元50B也连接于特别是前述微处理器μC的分析单元，例如驱动单元50B从分析单元接收所需操作数据，如瞬时要调整的激励频率和/或用于激励电流的瞬时要调整的振幅和必要时要调整的相位，或者向该分析单元发送驱动单元50B内部生成的调整信号和/或调整参数，该调整信号和/或调整参数特别是关于调整过的激励电流i_exe和/或已馈入测量传感器内的激励功率P_exe的信息。驱动单元50B的操作数据，激励频率，振幅和/或相位，可以为绝对给定值也可以为相对给定值。替代地或者补充地，传输给驱动单元50B的操作数据可以代表激励频率，振幅和/或相位的递增的变化或者说递减的变化。额外地对于微处理器μC，例如操作及分析电路50也可以包括用于驱动信号生成的信号发生器，例如数字信号处理器或者相应的作为信号发生器构造的，特别是FPGA的可编程逻辑构件。

图6至12以方块电路图的方式显示了驱动单元50B的实施例，特别也适合于自保护测量仪表的应用和/或作为2L测量仪表配置的现场设备。

在第一方案中，将传感器17，18输送的传感信号之一或者也可以将它们的总和作为输入信号引导至振幅解调级pd，由此振幅解调级pd输入侧与传感器17，18之一连接，图6中为传感器17。振幅解调级pd用于连续确定测量管振动的振荡振幅。此外振幅解调级pd还用于输送例如简单直流信号的输出信号，该输出信号代表采集的振荡振幅。为此在本发明的振幅解调级pd的优选构造中提供了输入信号的峰值检测器。例如也可以采用用于振荡振幅采集的同步整流器而取代峰值检测器，该同步整流器由与输入信号相同相位的参考信号发出时钟。对比级sa的第一输入端连接于振幅解调级pd的一个输出端；可调整的参考信号Sr被引导至对比级Sa的第二输入端，该信号给定测量管13的振动振幅。对比级sa决定振幅解调级pd的输出信号与参考信号Sr的偏差并将该偏差以相应的输出信号输出。例如该偏差可以在简单差值的使用下而以绝对振幅误差形式确定或者继续传送，该简单差值为采集的和通过参考信号Sr给定的振荡振幅差值；或者例如在比例的使用下而以相对振幅误差确定或者继续传送，该比例为采集的和给定的振荡振幅比例。振幅解调级pd的输入信号被引导至振幅调制级am1的第一输入端且对比级sa的输出信号被引导至第二输入端。振幅调制级am1用于以对比级sa的输出信号振幅调制振幅解调级pd的输入信号。例如其中，传感信号S₁之一，两个传感信号S₁，S₂之和或者一个按比例的例如通过相应的、特别是数字的信号发生器人工生成的信号，可以作为输入信号并且由此作为在其频率上完全可变的载波信号，在该信号上调制了由对比级sa生成的，振幅可变的误差信号。该误差信号显示了测量管13瞬时振动振幅与它的额定振荡振幅间的偏差，该额定振荡振幅由参考信号Sr代表。此外振幅调制级am1还用于为激励系统16提供载有驱动能量的驱动信号。为此振幅调制级包括相应结束级ps，用于放大以调制信号调制的载波信号。对比于图6，为了以调制信号调制载波信号振幅，在振幅调制级am1内还提供了乘法器m1。

图7内以方块电路图的方式部分地显示了根据本发明第二方案的驱动单元50B的第二方案电路图。图7的实施例基本上通过以下而区别于图6的实施例，即由脉宽调制级pwm取代振幅调制级am，该脉宽调制级pwm具有以外部交替信号提供时钟的脉宽调制器pm。如图7所示，脉宽调制器pm以恒定的正的第一直流电压+U1操作并处于电路零点SN。将振幅解调级pd的输入信号引导至脉宽调制器pm的第一输入端(载波信号的输入端)。由此这个第一输入端连接于一个传感器(图7中又为传感器17)。将误差信号引导至脉宽调制器pm的第二输入端(调制信号输入端)，该误差信号与确定的振幅误差成比例。脉宽调制器pm的输出端又连接于结束级ps′的一个输入端，该结束级在输出侧向激励系统16提供相应的驱动信号。由结束级ps′提供的驱动信号这里为方波信号，其以振幅解调级pd的输入信号的信号频率为时钟并且包括以对比级sa输出信号调制的脉宽。

图8内以方块电路图的方式部分地显示了驱动单元50B的第三方案电路图。图8的实施例基本上通过以下而区别于图6的实施例，即由比较器kk和直流电压转换器dc而取代乘法器m1，该转换器提供至少一个驱动激励电流i_exe的驱动电压。该驱动电压的振幅又依赖于对比级sa的输出信号并且因此而考虑为非恒定的。根据驱动电压的设计，激励电流i_exe如前所述，可为双极或者单极。因此根据本发明的一优选实施例，直流电压变换器dc提供具有正的第一电位+u和负的第二电位-u的驱动电压，其中直流电压变换器dc的操作-输入端接收对比级sa的输出信号，该操作-输入端用于电位调整。由直流电压变换器dc提供的振幅适当调整的驱动电压作为操作电压被施加于用于激励系统16供电的脉宽调制级pwm的结束级ps″。此外结束级ps″输入侧连接于比较器kk的一个输出端。比较器kk以恒定的、正的第一直流电压+U1操作并且处于电路零点SN。峰值检测器pd的输入信号引导至比较器kk的一个输入端。由此，比较器kk输入侧连接于一个传感器(图8中又为传感器17)。

图6至7中的虚线分别意味着，可由传感器17，18的传感信号之和取代单个传感信号而引导至峰值检测器pd和乘法器m1或者说脉宽调制器pm或者说比较器kk；则这些传感信号由加法器引导。替代地，如前所述，也可以采用通过数字信号处理器和与其输出端连接的D/A转换器生成的频率和相位按传感信号做相应调整的人工信号。在图6至7中，还可以看到其他的虚线表示的部分电路图，显示了优选激励电路的更好的完善。在驱动单元50B的一例完善中，提供了放大器vv，该放大器串连于峰值检测器pd或者必要时串连于同步整流器。在驱动单元50B的另一完善中，提供了放大器v，该放大器将对比级sa的输出信号在作为误差信号到达振幅调制级am之前而放大。这样的放大器可以为运算放大器op，其正向输入端处于电路零点SN，其反向输入端通过串联电阻wv连接于对比级sa的输出端并且通过并联电阻ws连接于放大器输出端。这种布图形式的运算放大器op分别位于图6至7的右上侧。在驱动单元50B的又一完善中，提供了积分放大器vi，该放大器将对比级sa的输出信号在作为误差信号到达乘法器m之前放大并积分。这样的放大器可以为运算放大器op′，其正向输入端处于电路零点SN，其反向输入端通过串联电阻wv′连接于对比级sa的输出端并且通过由并联电阻ws′和电容器k组成的串联电路连接于放大器输出端。这种布图形式的运算放大器op′分别位于图6至7的右侧中间。

驱动单元50B的另一完善在于差分积分放大器vd，该放大器将对比级sa的输出信号在作为误差信号到达乘法器m1之前放大、差分并积分。这样的放大器可以为运算放大器op″，其正向输入端处于电路零点SN，其反向输入端通过串联电阻wv″与第一电容k1的并联电路连接于对比级sa的输出端并且通过由并联电阻ws″和第二电容器k2组成的串联电路连接于放大器输出端。这种布图形式的运算放大器op″分别位于图6至7的右下侧。图6至7中通过箭头表示了，将各个放大器v，vi，vd置于虚线表示的方框q处，该方框或者位于对比级sa输出端和振幅调制级am第二输入端之间或者位于对比级sa输出端和脉宽调制级pwm调制信号输入端之间。

在本发明的框架中，图6至7内单独的部分电路功能通过相应的模拟或者数字部分电路实现，在后者的情况中，例如通过适当编程的微处理器而实现，其中要引导至该微处理器的信号之前要经过模拟/数字转换并且其输出信号也一样要经过数字/模拟转换。

图9中显示了结束级ps第一实施例的电路图，例如根据图6可以插入振幅调制级am内。运算放大器ov以正的和负的，分别恒定的直流电压+U，-U操作并且如下布线，其反向输入端通过第一电阻w1处于电路零点SN，且其正向输入端通过第二电阻w2处于乘法器m1的输出端。运算放大器ov的一个输出端通过第三电阻w3的中间电路连接于变压器tf的初级绕组的第一极pp1；初级绕组的第二极pp2处于电路零点SN。变压器tf还具有一个次级绕组，其通过两极sp1，sp2与激励系统16连接。

初级绕组具有初级绕组数N1且次级绕组具有次级绕组数N2。变压器tf为电流-升高变压器且具有例如20∶1的变压比N1/N2。运算放大器ov的反向输入端通过第四电阻w4与初级绕组的第一极pp1相连接。其正向输入端通过第五电阻w5连接于输出端。五个电阻w1，w2，w3，w4，和w5分别具有相应阻值R1，R2，R3，R4，和R5。阻值R1选定为等于阻值R2且阻值R4选定为等于阻值R5。如果以um表示乘法器m的输出电压，则激励系统16内流动的交流电流i可以如下得出：R5N11＝um m R1 R3 N2。图10中显示了结束级ps′第二实施例的电路图，例如根据图7可以插入脉宽调制级pwm内。这个补充推挽式结束级构造的“核心”是P沟道-加强-绝缘层-场效应晶体管P(以下简称晶体管)与N沟道-加强-绝缘层-场效应晶体管N的控制电流通路的串联电路。在控制电流通路的连接点连接了激励系统16。为每一条控制电流通路并联了保护二极管dn，dp，其中各自的阴极接于各自的晶体管正点上。串联电路P晶体管侧的末端被施加恒定的正第二直流电压+U2并且其N晶体管侧的末端被施加相应的恒定的负直流电压-U2。晶体管N，P控制极彼此连接并连接于比较器kk′的输出端。比较器kk′的正向输入端接于脉宽调制器pm的输出端，对比于图7。比较器kk′的反向输入端连接于分压器的分接点，该分压器由电阻r1和电阻r2组成。电阻r1，r2具有相同的阻值并且处于正的直流电压+U1和电路零点SN之间。电阻r1，r2和比较器kk′用于脉宽调制器pm的输出信号关于直流电压+U1半值的对称。激励系统16在传感器17的输出信号或者传感器17，18的输出信号之和每次正向穿过零点时，接收到正电流脉冲；在传感器17的输出信号或者传感器17，18的输出信号之和每次负向穿过零点时，接收到负电流脉冲。为达到由参考信号Sr给定的测量管13的振荡振幅，各自的脉冲宽度自动调整。

图11中显示了结束级ps″另一实施例的电路图，例如根据图8可以插入振幅调制级am1内。这个又为补充推挽式结束级构造的“核心”也是如图10所示的，P沟道-加强-绝缘层-场效应晶体管P′与N沟道-加强-绝缘层-场效应晶体管N′的控制电流通路的串联电路。在控制电流通路的连接点连接了激励系统16。为每一条控制电流通路并联了保护二极管dn′，dp′，其中各自的阴极接于各自的晶体管正点上。串联电路P晶体管侧的末端被施加正直流电压+U2，该正直流电压依赖于对比级sa的输出信号并且其N晶体管侧的末端被施加负直流电压-U2，该负直流电压依赖于对比级sa的输出信号。晶体管N′，P′控制极彼此连接并连接于比较器kk″的输出端。比较器kk″的正向输入端接于比较器kk的输出端，对比于图8。比较器kk″的反向输入端连接于分压器的分接点，该分压器由电阻r3和电阻r4组成。电阻r3，r4具有相同的阻值并且处于正直流电压+U1和电路零点SN之间。电阻r3，r4和比较器kk″用于比较器kk的输出信号关于直流电压+U1半值的对称。激励系统16在传感器17的输出信号或者传感器17，18的输出信号之和的每个正半波期间，接收到正电流脉冲；在传感器17的输出信号或者传感器17，18的输出信号之和的每个负半波期间，接收到负电流脉冲。各自的电流脉冲幅度依赖于自身侧的直流电压+U，-U，该直流电压又依赖于对比级sa的输出信号，所以由参考信号Sr给定的测量管13的振荡振幅会自动调整。

最后在图12中以方块电路图的方式示意地显示了混合驱动单元50B的实施例，其部分操作为数字的和部分操作为模拟的。驱动单元50B包括数字信号发生器，用于将由微计算机50A生成的特别是数值的给定值，转换为相应的数字振荡信号，该给定值例如为激励电流i_exe的振幅，激励信号的相位和/或其振荡频率等激励信号单独参数的给定值。单独的参数，如前所述，可以作为绝对值和/或作为增加的值或者说减小的值传送给驱动单元50B。

如前所述，现场设备电子系统和现场设备由外部电源70供电，例如远程配置的测量变换器-供电器等，该供电器通过至少一条双导线2L与现场设备或者更确切说与现场设备电子系统20连接。例如该测量变换器-供电器又可以通过现场总线系统与处于过程控制室内的上一级过程控制系统连接。在这里显示的实施例中，如在工业测量及自动化技术的大量应用中通常的那样，现场设备电子系统此外与外部电源至少间歇地只通过一条唯一双导线2L有效电连接。与此相对应地，现场设备电子系统一方面通过这条双导线供电，另一方面，现场设备电子系统将至少间歇生成的测量值信号X_M也相同通过该双导线2L发送至配置于外部电源70内和/或与供电电源电耦合的外部分析电路80。例如连接测量变换器-供电器和现场设备的这里唯一的双导线2L可与馈入供电电流I的电源71和测量电阻R_M串联连接，例如该电源可以为电池，或者由内部供电网供电的直流源。供电电源70提供供电电流I并以操作所需电能为现场设备电子系统20供电。测量电阻R_M此外具有两个测量端子72，73，可在该端子上检测到代表瞬时测量值X_M的供电电流且与电流成比例的测量电压U_M。例如测量电压U_M可以现场显示或者引导至上一级的测量值处理单元。这里唯一的双导线2L例如可以作为所谓的二线制电流回路，特别是4mA-20mA电流回路，或者作为到外部数字现场总线的连接导体，例如PROFIBUS-PA或者FOUNDATION FIELDBUS。

此外根据本发明的又一结构，将瞬时测量值X_M调制到供电电流I上。例如由现场设备决定的瞬时测量值可由供电电流I的瞬时、特别是4mA和20mA间的电流强度代表，该供电电流I在构成二线制电流回路的双导线2L内流动。

此外根据本发明的另一结构提供了现场设备至少间歇地与外部操作及控制单元通过数据传输系统通信，例如该外部操作及控制单元可以为手动操作仪器或者可编程控制器(SPS)，通信可以为交换现场设备特定数据。为此在现场设备电子系统20内还提供了通信电路COM，该通信电路控制和操作通过数据传输系统的通信。例如除了测量值X_M通信电路也特别用于将其他的内部现场设备-参数转换为通过双导线2L可传输的信号并将该信号耦合进导线。替代地或者补充地，也可以将通信电路COM设计为，相应接收由外部经过双导线2L发送的现场设备参数。例如通信电路COM可以为根据HART CommunicationFoundation，Austin TX的HART@-现场通信协议工作的接口电路，该接口电路采用了FSK-编码的高频交流电作为信号载波，特别对于前述操作中现场设备只通过二线制回路连接于外部电源的情况。

由图1和5的组合可以看出，为调整和调节现场设备内部的电压和/或电流，此外现场设备电子系统20还包括至少一个由供电电流I流过的电流调节器IS₁，用于调整和/或调制供电电流I，特别是供电电流的时钟。此外在现场设备电子系统20内还提供了内部供电电路40，该内部供电电路被施加现场设备电子系统20的内部输入电压U_e并且用于为内部操作及分析电路50供电，该内部输入电压U_e由端电压U_K分压。

为了采集和调整在现场设备电子系统20内瞬时下降的电压和/或瞬时流动的电流，供电电路40此外还包括测量及调节单元60。并且特别是对于前述将测量值X_M调制到供电电流I的情况，测量及调节单元60还用于将由操作分析电路50送出的，代表瞬时生成的测量值X_M的测量值信号X_M转化为第一电流调节信号I_stell，该第一电流调节信号对应于电流调节器IS₁和供电电流而调整。测量及调节单元60与电流调节器IS₁实际上共同构成供电电流的电流稳流器-这里所谓的线性纵向稳流器。根据本发明的一构造，将电流调节信号I_stell设计为，前述稳流器按照瞬时决定的测量值X_M将供电电流I调整为与该测量值成比例。替代地或者补充地，电流调节信号I_stell构成为，稳流器向供电电流I发出时钟，例如为了达到根据PROFIBUS-PA标准的通信目的而二进制编码。为了生成代表相应电流的特别是基本上与电流成比例的检测电压I_1-ist，I_2-ist，I_3-ist，此外在供电电路40内还相应地提供了至少间歇地由供电电流或者由该电流的分流I₁，I₂，I₃流过的检测电阻R₁，R₂，R₃。

至少对于前述为了显示测量值X_M而调制供电电流I的幅度并且由于外部电源有限的电功率而由外部电源提供的供电电压U_v和随之而出现的端电压U_k随升高的供电电流I而相应降低或者相反地随着降低的供电电流I而相应升高的情况，供电电压U_v和端电压U_k的电压值以不可预见的方式波动并且将它们视为在操作中以显著的程度变化。当现场设备如前述，以工业测量技术长久采用的标准4mA至20mA操作时，对于正常操作的供电只提供4mA以下的电流范围以及根据供电电压值始终只提供大约40至90mW(＝毫瓦)的电功率。

如图5所示，此外供电电路40最初还包括由测量及调节单元60激励的稳压器30，该稳压器用于将现场设备电子系统的作为初级电压或者基极电压为内部供电的内部输入电压U_e尽可能准确地调整到可给定的必要时操作中可变的电平上以及至少在非干扰的正常操作中，将该内部输入电压U_e尽可能恒定保持在瞬时选定的电平上，其中端电压U_k至少等于最小电压值U_{k_min}。此外测量及调节单元60与稳压器30共同构成内部输入电压U_e的输入电压电压调节器，特别用于尽可能准确调整内部输入电压并保持持续稳定。也如图13显示，根据本发明的一构造，这样保持内部输入电压U_e的电平，即内部输入电压U_e始终低于端电压U_k。其中内部输入电压U_e通过前述的输入电压调节器30，60而保持的电平，例如在操作中依赖于瞬时流动的供电电流I可将该电平基本上连续地改变。替代地，也可将电平在供电电流I的一定电流强度范围以及在端电压U_k的相应电压范围上保持恒定并且阶段性地改变(如图13中通过点化线表示的)，例如当超过或者不足相应供电电流I和/或端电压U_k给定阈值时。根据本发明的另一构造，输入电压调节器30，60设计为，在达到给定的或者可给定的例如15v数量级的最大电压值U_{e_max}后，尽管端电压U_k可能还会继续升高例如超过20v，也将该电平保持恒定。因此，输入电压调节器30，60的作用不仅仅为内部输入电压U_e的电压调节器，而且也是限压器。

对于现场设备电子系统的单独构件或者组件的电能的继续内部分配，该电子系统此外还包括转化稳定的内部输入电压U_e的第一有效电压调节器UR₁，该电压调节器至少间歇地由特别可变的供电电流I的第一分流I₁流过并且用于提供基本上恒定调整到第一电平U_{N1_soll}上的现场设备电子系统20的第一内部有效电压U_N1，该第一电平U_{N1_soll}可给定，必要时可参数化。此外在供电电路40内也同样提供了转化稳定的内部输入电压U_e的第二有效电压调节器UR₂，该电压调节器至少间歇地由特别是可变的供电电流I的第一分流I₂流过。该第二有效电压调节器UR₂又用于提供现场设备电子系统20内的第二内部有效电压U_N2，该第二内部有效电压U_N2在可给定的电压范围内可变。对于现场设备电子系统内对瞬时负载情况最合适的有效电压U_N2的电压值，例如可以在测量及调节单元60侧考虑了现场设备电子系统内的瞬时负载情况而决定并且以相应的电压操作信号U_{N2_soll}的形式发送至有效电压调节器UR₂。例如可以采用所谓的开关整流和/或非时钟振荡的线性整流器作为有效电压调节器UR₁，UR₂，而稳压器30和输入电压调节器可以由分路调节器IS₂构成，例如该分路调节器IS₂通过旁路被施加内部输入电压U_e，通过晶体管和/或可调整的齐纳二极管而实现。

由此如图5所示，输入电压调节器设计为，在正常操作中至少间歇地由特别可变的供电电流I第三分流I₃流过，其中测量及调节单元60提供第二电流调节信号I_{3_stell}，该第二电流调节信号I_{3_stell}相应控制稳压器30(这里为分路调节器IS₂)及确定第三分流。在现场设备电子系统20内瞬时可支配的电功率超过操作及分析电路50侧瞬时实际所需的电功率时，其中可支配的电功率由基本上保持恒定的内部输入电压U_e和瞬时调整的供电电流I得出，至少对于上述情况而将电流调节信号I_{3_stell}设计为，为了让稳定输入电压U_e的足够高的分流I₃流过而使输入电压调节器内的晶体管能够以足够程度导电。为了达到该目的，在输入电压调节器的内部(这里稳压器30的内部)，根据本发明的另一构造，也提供了用于耗散电能并将其中由此形成的热能导出的构件，特别是具有冷却片的半导体元件等。另一方面电流调节信号I_{3_stell}也设计为，当操作分析电路50中的功率需求逐渐变大时在此减小稳压器30内瞬间流动的分流I₃。

如图5中另外显示的，在本发明的现场设备电子系统20以及本发明的现场设备中提供了，操作分析电路50至少间歇地不仅由在正常操作下基本上保持恒定的第一有效电压U_N1供电，特别是可变的第一有效电流I_N1流过而且也由根据操作变化的第二有效电压U_N2供电，特别是可变的第二有效电流I_N2流过。这样的优点是，为现场设备电子系统20的结构组和电路始终提供瞬时事实上所需的电能，该结构组和电路至少控制现场设备电子系统正常操作并使现场设备保持运行，特别是前述的至少一个微处理器μC。据此在本发明的一构造中提供了，前述的微处理器μC和/或前述的信号处理器至少部分以正常操作中始终保持恒定的第一有效电压U_N1或者由其导出的次级电压操作。根据本发明构造的一完善中，第一有效电压U_N1或者由其导出的次级电压至少部分作为操作分析电路中至少一个A/D转换器的操作电压。根据本发明的又一构造设计为，至少操作和保持与前述上一级操作及控制单元通信的现场设备电子系统的构件(这里不仅微处理器μC还有通信电路COM)至少部分通过第一有效电压U_N1或者由与其分压的次级电压供电。

根据外部供电电路70侧在操作中事实上可以提供哪些电功率以及依赖于在前述方式中已经由第一有效电压U_N1供电的负载的事实需求功率的情况，可以为驱动单元50B的特别用于生成驱动信号i_exe的单独构件至少部分借助第一有效电压U_N1或者由与其分压的次级电压供电，例如该构件可以为驱动单元内的放大器，D/A转换器和/或信号发生器等等，这里也可对比于图12。当然也显示出，在正常操作中，单单现有的微处理器μC和/或A/D转换器以及它们所需的外围布线已经要始终需求大约30mW的功率，所以至少在大约40mW的始终可支配功率的应用中，也就是说12v的端电压，驱动单元50B的前述构件只能够以非常小的范围连接于第一有效电压U_N1以此而不损害期望的高稳定性。由此在本发明的构造中此外设计为，驱动单元50B的单独构件尤其是持久地只操作于第二有效电压U_N2。如图12也代替地显示了，第二有效电压U_N2特别适合作为驱动单元50B内的运算-放大器的操作电压。对应地，励磁线圈的激励电流i_exe基本上可以由第二有效电压U_N2或者由与其分压的次级电压供电。

为了跨接供电电压侧的暂时电压波动和/或缓冲由于内部功率需求的短暂升高而导致的现场设备内部电压供给的可能瞬间“过载”，例如在测量传感器开动时或者所述持久存储器EEPROM的覆写时，根据本发明的完善在操作分析电路中此外还提供了用于暂时存储电子能量的特别电容性的存储电路。这里显示的实施例中，能量缓冲器C作为稳压器30的一部分而显示，所以实际上始终被施加内部输入电压U_e。但是在正常操作中至少为了保证避免有效电压U_N1的崩溃，在通过第一有效电压U_N1供电的结构组和电路的事先设计中当然要保证，其最大转化的电功率最大等于正常操作中最小可支配电功率和/或其瞬时转化的电功率最大等于瞬时可支配功率。

在本发明的另一构造中此外提供了，在正常操作中的第二有效电压U_N2依赖于现场设备电子系统的内部输入电压U_e的瞬时电压值而调整。替代地或者补充地提供了，第二有效电压U_N2依赖于端电压U_k的瞬时电压值而调整，该端电压U_k由供电电压分压，并通过现场设备电子系统的最初而下降。这样调整内部输入电压U_e，例如将该电压与端电压U_k间存在的压差至少在正常操作中尽可能保持恒定在1v上，也显示了优点。另外这样也实现了在电流调节器IS₁或者整个稳流器的操作温度变化的情况下，由各自的传输特性相对准确地调整输入电压U_e以及随之而出现的变化，并以简单的方式实现了内部输入电压U_e的非常鲁棒的调整。该调整例如可以通过前述的测量及调节单元60内的差动放大器实现，该放大器将由内部输入电压U_e相应导出的检测电压与由端电压U_k相应导出的检测电压相减。替代地或者补充地，第二有效电压U_N2也依赖于三个分流I₁，I₂，I₃中至少一个的瞬时电流强度而调整。例如，第二有效电压U_N2可以依赖于第三分流I₃调整，在考虑了瞬时输入电压U_e之后，该电流强度实际上代表了现场设备电子系统内瞬时存在的过剩功率。作为测量参数这里特别合适的是操作稳压器和确定第三分流I₃的第二电流调节信号I_{3_stell}。

为了确定和/或监测现场设备电子系统的瞬时操作状态，根据本发明的另一完善，提供了将现场设备电子系统内下降的电压和/或在现场设备电子系统内流动的电流与给定的特别是可调整的阈值进行对比的工具。用于电压和/或电流进行对比的工具例如可以构成为前述供电电路的测量及调节单元的积分组成部分。根据本发明一完善的构造，对比工具设计为，如果检测到通过第二有效电压U_N2的最小有效电压极限值不足，该最小有效电压极限为第二有效电压U_N2的给定最小有效电压极限，以及检测到通过第三分流I₃的最小分流极限值不足，该最小分流极限值为第三分流I₃的给定最小分流极限，则在现场设备电子系统侧至少生成一个警告现场设备电子系统不足供电的警告信号X_{pwr_fail}。为了第三分流I₃的采集，例如可以采用在输入电压调节器30，60内的相应由分流I₃流过的检测电阻R₃，该电阻提供基本上与电流成比例的检测电压。根据本发明的另一构造，测量及调节单元60通过电流调节信号I_{3_stell}这样操作稳压器30，如果比较器警告了通过第二有效电压的给定最大有效电压极限值被超出时，第三分流I₃尤其这时才流动，该比较器将第二有效电压与至少一个所属的参考电压进行比较。例如用于对比电压和/或电流的工具可以为简单的比较器，该比较器将各自的检测电压与所属的与各自阈值成比例的参考电压进行比较，例如通过输入电压U_e内部生成的参考电压。

Claims

1.一种由外部电源(70)供电的用于现场设备的现场设备电子系统(20)，其中外部电源(70)提供供电电压(U_v)和由该供电电压驱动的可变供电电流(I)，该现场设备电子系统(20)包括：

-由供电电流(I)流过的电流调节器(IS₁)，用于调整和/或调制供电电流(I)；

-用于控制现场设备的内部操作及分析电路(50)；以及

-内部供电电路(40)，其连接至或被施加从供电电压(U_v)分压的现场设备电子系统(20)内部输入电压(U_e)且给内部操作及分析电路(50)供电，该内部供电电路具有；

--第一电压调节器(UR₁)，其至少间歇地由供电电流(I)第一分流(I₁)流过，该电压调节器提供现场设备电子系统(20)内的第一内部有效电压(U_N1)，该有效电压恒定地调整到可给定的第一电平(U_{N1_soll})；

--第二电压调节器(UR₂)，其至少间歇地由供电电流(I)第二分流(I₂)流过，该电压调节器提供现场设备电子系统(20)内的第二内部有效电压(U_N2)，该有效电压在可给定的电压范围可变；以及

--稳压器(30)，其至少间歇地由供电电流(I)第三分流(I₃)流过，该稳压器用于将现场设备电子系统(20)的内部输入电压(U_e)调整和保持到可给定的电平；

-其中内部操作及分析电路(50)至少间歇地不仅由第一有效电流(I_N1)流过而且也由第二有效电流(I_N2)流过，其中第一有效电流由第一内部有效电压(U_N1)驱动，第二有效电流由第二内部有效电压(U_N2)驱动。

2.根据权利要求1的现场设备电子系统，其中现场设备电子系统的内部输入电压(U_e)依赖于端电压(U_k)的瞬时电压值而调整，该端电压从供电电压(U_v)分压并被施加至现场设备电子系统。

3.根据权利要求1的现场设备电子系统，其中现场设备电子系统的第二内部有效电压(U_N2)依赖于端电压(U_k)的瞬时电压值而调整，该端电压从供电电压(U_v)分压并被施加至现场设备电子系统。

4.根据权利要求3的现场设备电子系统，其中现场设备电子系统的内部输入电压(U_e)依赖于端电压(U_k)的瞬时电压值而调整。

5.根据权利要求2或3的现场设备电子系统，其中现场设备电子系统的内部输入电压(U_e)通过稳压器(30)保持在可给定的电平上，该电平低于端电压(U_k)。

6.根据权利要求5的现场设备电子系统，其中现场设备电子系统的通过稳压器(30)保持的内部输入电压(U_e)的电平在操作中是可变的。

7.根据权利要求1的现场设备电子系统，其中通过稳压器(30)将内部输入电压(U_e)保持到的电平在操作中是可变的。

8.根据权利要求7的现场设备电子系统，其中通过稳压器(30)将内部输入电压(U_e)保持到的电平在操作中是阶段式地或者持续地可变的。

9.根据权利要求1的现场设备电子系统，其中第二内部有效电压(U_N2)依赖于现场设备电子系统的内部输入电压(U_e)的瞬时电压值而调整。

10.根据权利要求1的现场设备电子系统，其中第二内部有效电压(U_N2)依赖于三个分流(I₁，I₂，I₃)中的至少一个的瞬时电流强度而调整。

11.根据权利要求1的现场设备电子系统，其中第二内部有效电压(U_N2)依赖于第三分流(I₃)的瞬时电流强度而调整。

12.根据权利要求1的现场设备电子系统，其中第二内部有效电压(U_N2)依赖于第二分流(I₂)的瞬时电流强度和现场设备电子系统的内部输入电压(U_e)的瞬时电压值而调整。

13.根据权利要求1的现场设备电子系统，具有至少一个以下特征：

外部的供电电源(70)提供具有可变的电压值的供电电压(U_v)；

由外部电源(70)提供的供电电压(U_v)驱动供电电流(I)，该供电电流的电流强度可变；

在内部操作及分析电路(50)内提供了用于暂时存储电能的存储电路(C)；

稳压器(30)包括用于耗散电能以及导出其中由此形成的热能的构件(IS₂)；

在内部操作及分析电路(50)内提供了至少一个微处理器(μC)，其中第一内部有效电压(U_N1)或者由其导出的次级电压至少部分用作操作电压；

在内部操作及分析电路(50)内提供了至少一个数字信号处理器，其中第一内部有效电压(U_N1)或者由其导出的次级电压至少部分用作操作电压；

在内部操作及分析电路(50)内提供了至少一个放大器，其中两个内部有效电压(U_N1，U_N2)中的至少一个或由其导出的次级电压至少部分用作操作电压；

在内部操作及分析电路(50)内提供了至少一个A/D转换器，其中第一内部有效电压(U_N1)或者由其导出的次级电压至少部分用作操作电压；

在内部操作及分析电路(50)内提供了至少一个D/A-转换器，其中两个内部有效电压(U_N1，U_N2)中的至少一个或由其导出的次级电压至少部分用作操作电压。

14.根据权利要求1的现场设备电子系统，此外在内部操作及分析电路内还提供了将在现场设备电子系统(20)中电压的下降和/或在现场设备电子系统(20)中电流的流动做比较的工具。

15.根据权利要求14的现场设备电子系统，其中如果在内部操作及分析电路内检测到第二内部有效电压低于对于第二内部有效电压给定的最小有效电压极限值以及第三分流低于对于第三分流给定的最小分流极限值，则内部操作及分析电路至少生成一个警告现场设备电子系统的不足供电的报警信号(X_{pwr_fail})。

16.根据权利要求15现场设备电子系统，还包括至少一个将由供电电流的第三分流导出的检测电压与对于该检测电压指定的参考电压进行比较的比较器；和/或此外还包括至少一个将第二内部有效电压与至少一个对于该第二内部有效电压指定的参考电压进行比较的比较器。

17.根据权利要求1的现场设备电子系统，此外还包括测量及调节单元(60)，用于检测和调整现场设备电子系统内的内部电压和/或现场设备电子系统内流动的电流。

18.根据权利要求17的现场设备电子系统，其中所述测量及调节单元(60)用于检测和调整第二内部有效电压和/或所述第二和第三电流分量中的至少一个。

19.根据权利要求17的现场设备电子系统，此外至少还包括一个比较器，该比较器将第二内部有效电压与至少一个对于该第二内部有效电压指定的参考电压进行比较，其中测量及调节单元这样控制稳压器，使得如果将第二内部有效电压与至少一个对于该第二内部有效电压指定的参考电压比较的比较器用信号通知第二内部有效电压超出了对于第二内部有效电压给定的最大有效电压极限值，则第三分流流动。

20.根据前述权利要求17或19的现场设备电子系统，其中测量及调节单元根据输入电压和/或端电压将输入电压和端电压之间形成的压差调整到一个给定的电压值。

21.根据前述权利要求20的现场设备电子系统，其中测量及调节单元根据输入电压和/或端电压将输入电压和端电压之间形成的压差保持在等于或大于1V。

22.根据权利要求1的现场设备电子系统，此外还包括用于生成与电流成比例的检测电压的检测电阻(R₁，R₂，R₃)。

23.根据权利要求1的现场设备电子系统，该现场设备电子系统与外部的供电只通过唯一的双导线(2L)电连接。

24.一种现场设备，用于测量和/或监测介质的至少一个给定的物理和/或化学参数，该现场设备包括如权利要求1至23之一的现场设备电子系统以及与现场设备电子系统电耦合的物理-电子测量传感器(10)，该传感器对于至少一个参数的变化做出反应且至少间歇地给出至少一个与该参数相对应的测量信号(S₁，S₂)。

25.根据权利要求24的现场设备，其中要测量和/或监测的所述至少一个给定的物理和/或化学参数是从以下选择的：介质的流量、介质的密度、介质的粘度、介质的料位、介质的压力、介质的温度、介质的pH值；和/或

其中所述至少一个与该参数相对应的测量信号(S₁，S₂)是可变的信号电压和/或可变的信号电流。

26.根据权利要求24的现场设备，其中所述介质被导入导管和/或容器内。

27.根据权利要求24的现场设备，其中现场设备电子系统的内部操作及分析电路借助至少一个测量信号至少间歇地生成一个至少代表要测量和/或要监测的参数的瞬时测量值(X_M)。

28.根据前述权利要求24或27的现场设备，其中稳流器根据瞬时代表至少一个测量和/或监测参数的测量值而调整供电电流。

29.根据权利要求28的现场设备，其中供电电流为可变的直流并且稳流器设计为将供电电流的振幅至少间歇地调制到测量值上。

30.根据前述权利要求28的现场设备，其中供电电流至少间歇地为脉冲电流，并且其中稳流器为供电电流提供时钟脉冲。

31.根据前述权利要求24或27的现场设备，其中内部操作及分析电路包括至少一个用于测量传感器(10)的驱动电路(50B)，在该电路(50B)中第二内部有效电压或者由该有效电压导出的次级电压至少部分被用于操作电压。

32.根据权利要求31的现场设备，其中驱动电路至少包括运算放大器；和/或其中驱动电路包括至少一个D/A-转换器；和/或其中驱动电路包括至少一个用于生成驱动信号的信号发生器。

33.根据前述权利要求24或27的现场设备，其中测量传感器包括由驱动电路供电的可变的电阻抗。

34.根据权利要求33的现场设备，其中测量传感器的所述可变的电阻抗是具有可变电感的励磁线圈和/或具有可变电容的测量电容。

35.根据权利要求33的现场设备，其中测量传感器的电阻抗依赖于至少一个测量和/或监测参数而变化。

36.根据权利要求35的现场设备，其中经过自变电阻抗而下降的信号电压和/或通过可变电阻抗流过的信号电流作为测量信号。

37.根据前述权利要求24或27的现场设备，其中内部操作及分析电路包括对于至少一个传感器信号的至少一个A/D转换器，第一内部有效电压或者由该电压导出的次级有效电压至少部分用作A/D转换器的操作电压。

38.根据权利要求37的现场设备，其中内部操作及分析电路包括至少一个与A/D转换器连接的微计算机，用于测量值的生成，其中第一内部有效电压至少部分作为微计算机的操作电压。

39.根据前述权利要求24或27的现场设备，其中测量传感器包括至少一个用于引导介质的测量管(13)，其安装入导管中。

40.根据权利要求39的现场设备，其中测量传感器的所述至少一个测量管(13)在操作中至少间歇地振动。

41.根据权利要求39的现场设备，其中在测量传感器处至少配置了一个用于生成磁场的励磁线圈(26，36)。

42.根据权利要求41的现场设备，其中励磁线圈(26，36)在测量传感器操作中至少间歇地由磁场生成的激励电流(I_exe)流过，由第二内部有效电压或者由该电压导出的次级电压驱动。

43.根据权利要求42的现场设备，其中励磁线圈(26，36)通过磁场与活动铁芯(27，37)相互作用，并且其中励磁线圈与活动铁芯可彼此相对运动。

44.根据权利要求43的现场设备，其中测量传感器的至少一个测量管(13)由通过励磁线圈和活动铁芯形成的电机的激励系统驱动，在测量传感器操作中至少间歇地振动。

45.根据权利要求44的现场设备，其中测量传感器包括两个用于引导介质的测量管，它们安装入导管且在操作中至少间歇地振动。

46.根据前述权利要求24或27的现场设备，其中测量传感器用于检测装有介质的容器的至少一个参数，并且为此该测量传感器包括至少一个伸入容器内腔的或者至少与内腔相通信的测量探针。

47.根据权利要求46的现场设备，其中测量传感器用于检测装有介质的容器的料位；并且/或者其中为此该测量传感器包括至少一个从以下组中选择的测量探针：微波天线，Gouboun-导线，振动的潜入体。

48.根据前述权利要求24或27的现场设备，其中该现场设备至少间歇地通过数据传输系统与远离现场设备配置的外部操作及控制单元通信，其中在现场设备电子系统内还提供了控制经过数据传输系统的通信的通信电路(COM)。

49.根据权利要求48的现场设备，其中第一内部有效电压(U_N1)或者由此导出的次级电压至少部分作为通信电路(COM)的操作电压。

50.根据前述权利要求24或27的现场设备，其中现场设备电子系统与外部电源(70)只通过唯一的双导线(2L)电连接，并且该现场设备电子系统(20)将至少间歇生成的测量值(X_M)通过该唯一的双导线(2L)传输到在外部电源(70)内的和/或与该电源电耦合连接的分析电路中(80)，其中所述测量值(X_M)瞬时地代表至少一个测量和/或监测的参数。

51.根据权利要求50的现场设备，其中供电电流瞬时电流强度代表了瞬时生成的测量值。

52.一种现场设备，用于测量和/或监测介质的至少一个给定的物理和/或化学参数，该现场设备包括如权利要求1至23之一的现场设备电子系统以及与现场设备电子系统电耦合连接的电子-物理的控制调节元件，该控制调节元件以其对调整参数有影响的调整动作而对至少一个设置的控制信号的变化作出反应。