CN101454641B - 测量变换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量变换器，其具有传感器(1)用于检测物理的或化学的参数(2)和用于产生相应的测量信号，还具有分析处理装置(3)用于取决于测量信号求得测量值和用于输出测量值。在传感器(1)和分析处理装置(3)之间设有用于测量值的数字传输的接口(4)和另外的接口(5)。通过该另外的接口(5)可以利用一信号为分析处理单元(3)指示出传感器(1)的当前的测量信号已经准备好用于传输。因此可以使分析处理装置(3)实现同步于传感器(1)的采样时刻。

Description

测量变换器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的测量变换器。

背景技术

在自动化技术中经常使用现场用仪表用于过程测量仪表设施，它们例如用于检测和/或影响过程变量并通过一种自动化网络，尤其是用一种现场总线而相互连接起来用于交换数据。现场用仪表检测一种物理的或者化学的参数作为过程变量，这些现场用仪表常常称为测量变换器，因为它们分别将这些参数变换成一个测量值并将它例如输出至一个上级控制站或者作为实际值输出至一个调节器用于进一步处理。这种型式的测量变换器的实例有用于液位的、质量流量、压力、温度、PH-值、导电性等的测量变换器。

测量变换器常常设计为模块式。例如在一种用于磁感应式流量测量的测量变换器中一个传感器用于检测流动速度作为流过测量管子的介质的物理参数并用于产生一个测量信号，该信号对应于流动速度。一个分析处理装置用于对测量信号进一步分析处理并用于实施通信任务，这些任务除了测量值传输之外也包含了监测和诊断功能。分析处理装置根据测量信号计算出流动速度的测量值并将它通过通信接口，例如输出给一个上级控制站或者一个用于流量调节的调节器用来进一步处理。传感器和分析处理单元常常也称为传感器或发送器。

尤其是当测量变换器应用在一种采样调节装置中时，在此装置中周期性地在某些时刻检测测量值并通过一个调节器在考虑到采样间隔的情况下计算出新的调节参数用于下一个采样间隔，重要的是：传给调节器的实际值对应于当前的物理或化学参数。在检测这些参数和确定测量值时时间的偏差影响到可达到的调节精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有模块化结构的测量变换器，它可以实现使输出的测量值与检测物理的或化学的参数的时刻更加准确的对应配合。

为了实现该目的，开头所述类型的新的测量变换器具有在权利要求1的特征部分中所述的特征。在从属权利要求中说明了本发明的有利改进方案。

本发明的优点在于：它可以使得作为物理的或者化学的参数的不同时间的采样而在传感器里已经形成的测量信号在时间上准确地数字传输至一个分析处理装置，用于对不同时间检测到的数字测量信号进行数字的进一步处理。因为测量信号检测的和信号预处理的模拟部分可以在传感器里结合起来，用于产生一个数字的测量信号，因此就不必再通过较长的连接线路进行模拟信号的传输。因此减少了测量变换器相对于从外面来的干扰的灵敏度，这种干扰可能使模拟信号失真，并且改善了测量精度。另一个优点在于：本发明可以使得分析处理装置的分析处理同步于采样时刻进行，在这些采样时刻传感器检测物理的或者化学的参数并产生一个对应的数字的测量信号。因此可以使这些通过测量变换器输出的测量值的一种所谓的抖动(Jitter)大大减少。在重复事件(wiederkehrend)的计划的和实际的时刻之间的时间上的波动的偏差称之为抖动。一种这样的抖动的作用相当于测量值的一种叠加的嗓声并因而导致测量精度的降低。

另一方面通过本发明可以在一种现场总线或者一个采用周期性传输测量值的自动化网络中使传感器的测量信号产生匹配于测量变换器的测量值输出的时刻，这就是说使传感器与分析处理装置实现同步。这可以以简单的方式按如下进行：分析处理装置如此提前地通过传感器起动对物理的或化学的参数的采样，以至于恰恰在周期性地传输测量值的时刻通过分析处理装置使分析处理结束，从而在测量值传输的任何时刻都存在有一个尽可能是当前的测量值。

在磁性感应流量测量器的情况下传感器每秒大约提供二个至五个更新的测量信号。如果通过现场总线请求测量变换器的一个测量值的话，那么常常就要求：在几个毫秒之内就提供这测量值。因此可能有以下情况：检测物理的或化学的参数的时刻(从这些参数已经推导出了测量值)已经过去了200-500ms。为了能够使这在随后的对测量值的分析处理中加以考虑，可以使测量值在通过现场总线进行数据传输时设有一个时间印记。附加的时间信息例如可以在应用测量值时在一个调节器中包括在调节算法里，以改善调节精度。

传感器用一信号为分析处理装置指示出：何时准备好了一个当前的测量信号用于传输到分析处理装置。其优点在于：用于数字传输测量信号的接口可以设计成简单的主-从接口(Master-Slave-Schnittstelle)，此时分析处理装置作为主设备取出由传感器作为从设备所提供的数字测量信号。一个这样的数字接口可以用特别少的费用来实现。

为了抑制嗓声常常在测量变换器的分析处理装置里集成有数字滤波器功能。由于已经在分析处理装置里进行这种测量值滤波时考虑到了通过传感器对物理的或化学的参数进行采样的各自时刻，因此可以进一步改善测量精度。

可以有利地应用一种传输装置作为另外的接口，该传输装置设计用于将传感器运行所必需的能量从分析处理装置传输至传感器。因为测量变换器的传感器大多数通过分析处理装置供给运行电能。因此在这种设计方案中有利的是：在分析处理装置和传感器之间无需附带的连接用于实现另外的接口并且使测量变换器的制造费用降低。此外这有利地影响着测量变换器的可用性，这是因为并不需要附带的、容易发生故障的插接接点。

此外分析处理装置可以有利地被设计用于监测传感器的指示信号的重复率是否遵守可预设的极限值。在功能正常时传感器周期性地如同心脏跳动那样将指示信号输出给分析处理装置。在传感器里可以集成有自诊断的功能。如果传感器用这些措施确定了一个故障，那么它就将这故障例如通过中断心跳通知给分析处理装置。指示信号的缺失通过分析处理装置被立即识别作故障状态。因此可以实现测量变换器的较高的安全性等级。自动化技术设备的运营者感兴趣的是使各自的设备设计成尽可能运行可靠的。这种安全性由于在运行阶段里设备部件的可能的功能故障而受到限制。每个部件可以或者在连续运行期间有故障地继续运行，但或者整个就失效了。根据有缺陷部件装入设备里的情况，单个设备部件的失效在一定条件下引起整个设备的失效。为了保证设备部件的安全性，按照工业标准IEC61508已经规定了安全完整性等级(SIL)。这里给出一个数，它提供给各自设备部件一安全性等级。例如“SIL1”代表了SIL-等级1并表示了在安全完整性等级的等级简图之内最低的保护程度。相应地“SIL2”就是一种较高的保护程度。每个安全等级可以对应配有一个概率：系统在1000年、10000年或者100000年等之内的运行导致一次人的寿命的损失。较高的安全等级因此在使用部件时是有重大意义的。

如果除了测量信号本身之外传感器的运行状态，尤其是在出现故障时，可以通过用于数字传输测量信号的接口传输，那么安全等级可以有利地被进一步提高。如果同样的安全数据通过二个独立的接口从一个数据源被传输至一个数据目的地的话，那么就降低了错误的安全数据的风险并相应地提高了整个系统的可用性。此外附加地传输运行状态可以实现测量变换器的诊断功能。如果识别出了一种传感器的不安全的运行状态，那么既通过数字接口也通过另外的接口，指示出有故障的运行状态，因为通过另外的接口不再输出当前的测量信号准备好的指示信号。

附图说明

根据表示出本发明的一个实施例的附图，以下对于发明以及设计方案和优点进行详细叙述。

在唯一的图中表示了一种具有模块化构造的测量变换器。

具体实施方式

测量变换器具有传感器1，用于检测物理的或化学的参数2，还有一个分析处理装置3用于根据测量信号求出测量值。在传感器1里的测量电路23用于检测物理的或化学的参数并用于转变成一个可继续处理的电信号。这种信号在一个微控制器6进行信号预处理。通过传感器1对应于物理或化学的参数2而产生的数字测量信号通过一个接口4被传输至分析处理单元3。设有另外的接口5，用于以一信号为分析处理装置3指出：传感器1的当前测量信号准备好了用于传输。该测量信号接着经由按照主-从原理工作的接口4通过分析处理装置3从传感器1中拾取。因此使分析处理装置3了解到通过传感器1已经产生了数字测量信号的各自的时刻。通过数字接口4附带地将用于运行状态的标志例如在一种磁感应流量测量变换器的情况下如“测量管空了”或者“磁路有故障”这样的标志传输给分析处理装置3用于诊断功能。为了实现数字通信在传感器1或分析处理装置3的微控制器6和微控制器7里分别集成了所谓的UART(通用异步接收器-发送器)部件，它们具有输出TX1或TX2以及输入RX1或RX2。接口4和5满足了根据EX(ia)的防爆要求。在接口4的数据路径中各自的限压器8或9和限流器10或11用于保证防爆。设计有所谓的RS-485收发机12或13作为线路发报机(Leitungstreiber)。测量变换器的电流供给通过一个230V的接线14进行。电网电压通过一个所谓AC/DC-变换器15转变成一种内部应用的18V直流电压。由此在分析处理装置3里也分出对于传感器1运行所必需的能量。为了保证防爆设计有另外的接口5，这另外的接口除了用于传输指示信号之外也用于传输对于传感器1运行所必需的能量。在传感器1侧一个电路18用于由输入能量产生内部的运行电压。为了指示出：传感器1的一个当前测量信号准备好用来传输，因此应用了一个开关19。它短时地被打开用于调制由传感器1引入的电流。用一个电路20来检测在分析处理装置3一侧的指示信号并将其引向微控制器7的一个输入21用于进行进一步处理。在分析处理装置3里通过数字测量信号的适合的继续处理获得一个测量值，该测量值在一个自动化网络里，例如通过现场总线22被传输至另外的自动化部件。测量变换器的其它可以按已知方式实现的部件为了清楚起见在图中未表示出。

Claims (3)

1.一种测量变换器，具有传感器(1)，用于检测物理的或化学的参数(2)和用于产生相应的测量信号，所述测量变换器具有分析处理装置(3)，用于取决于测量信号求得测量值和用于输出所述测量值，其特征在于，在所述传感器(1)和所述分析处理装置(3)之间设有用于测量信号的数字传输的接口(4)和设有另外的接口(5)，其中通过所述另外的接口(5)可以利用一信号为所述分析处理装置(3)指示出所述传感器(1)的当前的测量信号已经准备好用于传输，其中所述测量变换器还设有装置(15…18)，用于将所述传感器(1)运行所必需的能量从所述分析处理装置(3)传输至所述传感器(1)；用于所述传感器(1)的运行能量的所述传输装置(15…18)设计成所述另外的接口(5)，其中所述传感器(1)配备有一装置(19)，以改变供给电流用于指示出所述传感器(1)的当前的测量信号已经准备好用于传输，以及其中所述分析处理装置(3)配备有一装置(20)，以检测供给电流的这种变化并作为指示信号分析处理这种变化。

2.根据权利要求1所述的测量变换器，其特征在于，所述分析处理装置(3)设计为监测所述传感器(1)的指示信号的重复率是否遵守可预设的极限值，其中指示信号表明所述传感器(1)的当前的测量信号已经准备好用于传输。

3.根据前述权利要求1或2所述的测量变换器，其特征在于，所述传感器(1)的运行状态同样也可以通过用于测量值的数字传输的所述接口(4)传输。

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