CN1016542B - 带有阈值检测电路的双线传送器 - Google Patents

Abstract

传送器包括一个具有响应于传送器被传感参数的传感器的传感装置和一个提供激励输出以激励传感器的激励装置。一个阈值检测电路与传感器输出相连并提供一个代表激励输出中不希望的变化的检测器输出，该变化造成传感器输出基本上不代表被传感参数。一个输出装置与传感器输出和检测器输出相连，并提供传送器输出，该输出是传感器输出和检测器输出的函数。一个代表激励输出中不希望的变化的特殊的传送器的输出被提供，从而改善了传送的输出。

Description

本发明涉及一种用于改善双线传送器的输出的阈值检测电路。

本发明涉及一种用以提供代表被传感参数的传送器输出的双线电流传送器。该传送器包括：一个传感装置，该装置具有一个对参数作出响应的传感器;一个激励装置，用以提供一个激励输出以激励传感器。该传感装置提供一个传感器输出，该输出随着“激励输出和检测参数”的函数的变化而变化。该传送器有一个与传感器输出端相连的输出装置，用于将作为传感器输出的函数的传送器输出送至双线电路。然而，在激励输出中的不希望的变化会使得传感器输出并不真正代表被传感参数。根据本发明，传送器有一个与传感器输出端相连的阈值检测装置，它至少有一个对应于预定的传感器输出值的预定的阈值，该预定的传感器输出值是根据激励输出中的不希望的变化而产生的。阈值检测装置将传感器输出与阈值作比较，并向输出装置提供一个检测器输出，该输出作为这种比较的函数。在检测出激励输出中不希望的变化之后，例如，输出装置使输出一个代表这一现象的特殊的传送器输出，借此改善传送器的输出。

在一个最佳实施例中，传感装置还包括一个将传感器输出反馈至传感装置的反馈装置，这就使得激励输出随着传感器输出的函数的变化而变化。在另一最佳实施例中，激励装置包括一个振荡器装置，用以提供一个时变振荡器输出以激励传感器，其中反馈装置还包括一个与传感器输出端和振荡器装置相连的控制装置，用于控制作为传感器输出函数的振荡器输出。

图1是本发明的带有阈值检测电路的双线传送器的一个最佳实施例的方框图。

图2是带有阈值检测电路的双线传送器的另一最佳实施例。

在图1中，根据本发明制造的双线传送器的一个最佳实施例用编号10表示。传送器10与被传感参数相耦合，该参数和箭头12所示。箭头12的参数可以包括绝对值、标准量（gauge）或压差、温度、pH值、流量、导电率等等。传送器10传感箭头12处的参数，并提供一个代表被检测参数的传送器输出。

传送器10包括：一个传感装置14，该装置具有一个响应于参数的传感器16;一个激励装置18，用以在线20上提供激励输出以激励传感器16。传感装置14提供一个传感器输出，该输出随着“激励输出和被传感参数”的函数的变化而变化。传感器输出端由线22与输出装置24相连，用于向双线环路26提供作为传感器输出函数的传送器 输出。在一个最佳实施例中，传感器输出端还由线28与阈值检测装置30相连，该装置在以后详述。

传送器10还包括分别由线36和38与双线环路26相连的输出端子32和34。在线36和42之间，电源40与环路26串联，向传送器10供电。传送器10还包括一个调节器44，该调节器44与线46相连，用以接收一部分环路电流I_T，并以传统的方式还向传送器电路提供可控电平的能量。实际上，所有的环路电流I_T都沿共用的导体48、经电阻50返回到输出端34。输出装置24还包括一个电流控制装置，该装置由线46与输出端32相连，由线52经电阻50与输出端34相连，输出装置24控制着作为被传感参数的函数的回路26中的电流I_T，因此，电流I_T是传送器的输出。环路电流I_T最好是直流电流，例如4～20毫安，并且最好线性正此于被传感参数。输出装置24还由线54连至输出端34，以检测跨在电阻50两端的电压。该电压代表环路电流I_T。这样，输出装置24可以监视环路电流I_T，并可对环路电流I_T进行闭环控制。在环路26中，线38和42之间接有一个电阻56，环路电流I_T流经电阻56。应用设备58与电阻56相连利用电阻56两端产生的电压。应用设备58可以包括控制计算机，环路控制器、图表记录器、仪表或其它指示、记录或控制装置。

然而，在激励输出中的不希望的变化会使得传感器输出和传送器输出实际上不代表被传感参数。根据本发明，阈值检测装置30的作用是检测激励输出中的这种所不希望的变化。阈值检测装置30至少有一个预定的阈值，该预定的阈值大体与由激励输出中的不希望的变化而产生的传感器输出相对应。阈值检测装置30将传感器输出与阈值作比较，并沿线60向输出装置24提供一个检测器输出，该输出作为这种比较的函数。在激励输出中检测出不希望的变化之后，例如，输出装置24便提供一个代表这种被检测到的激励输出变化量的特殊的传送器输出，借此改善传送器10的输出。

在一个最佳实施例中，传感装置14还包括一个将传感器输出反馈到传感装置14的反馈装置，如虚线62所示，这样的激励输出就随着传感器输出的函数的变化而变化。传感器16和激励装置18便工作在闭环关系之中，其中激励输出中的不希望的变化是根据至少一个预定的传感器输出值而产生。根据这个预定的传感器输出值选择阈值，并将其与传感器输出进行比较，用以检测激励输出中的不希望的变化。

在本发明的另一个最佳实施例中，一个双线传送器部分地示于图2中的77，用以提供一个传送器输出它代表被传感的参数，如压差（P₂-P₁）。传送器77包括一个用于传感压差的传感装置80，传感装置80有一个传感器，示于88处的闭合虚线之中，它对压差作出响应。传感器88与用于提供一个激励输出以激励传感器88的激励装置84相连，于是传感装置80提供一个传感器输出，该输出随着“激励输出和传感到的压差”的函数的变化而变化。

传感器88包括一个容性的传感测压器140，它通过固定电容器142和144与整流二极管阵146相连。传感器88还包括选定的固定电阻148、150、152、154、156、158和热敏阻电阻162、164，它们都是补偿元件并与传感测压器140和固定电容器142和144连接在一起，用以提供传感测压器140的模拟温度补偿。

图2所示的传感测压器140包括一个容差变换器，如Roger L.Frick的美国专利第“3，618，390”号，题为：压差变换器，或Roger L.Frick的美国专利第“4，370，890”号，题为：带有隔离传感膜片的容性压力变换器中描述的那种类型，这两个专利现为本发明的同一受让人持有。被传感的参数如压差对确定例如流过管道中的小孔的流体的流速是有用的，其中在小孔的下游的第一压力P₁和上游的第二压力P₂对应于流体施加的在管道的相对侧的压力。

传感测压器140包括一个可弯曲传感膜片140A，该膜片置于两片空间隔开的固定电容器极板140B和140C之间。电容器极板140B和140C置于传感测压器140的凹形壁上，并由传感膜片140A隔开，形成一对可变电容器C₁和C₂，其容量变化正比于传感膜片140A相对于电容器极板140B和140C的位置的变化。传感膜片140A的一面与第一压力P₁关联，而相反一面与第二压力P₂关联。施加在传感膜片140A的压差使得膜片向着压力较低的一面弯曲，由此改变电容器C₂和C₁的容量，它们的容差代表传感到的流体压差（P₂-P₁）。

激励装置84包括：电阻168、170、172、174、176、178;电容器180、182、184、186、188、190、192;放大器194、196;晶体管198以及变压器200，该变压器有五个相互耦合的绕组用以提供激励。激励装置84和传感性88一起的合作，实际上已经在Roger    L.Frick的美国专利第3，646，538号题为：将电容信号转换成直流电流信号的变换器电路中描述过了，该专利现为本发明的同一受让人持有，在这里一同作为参考。

传送器77还包括一个输出装置90，它由线89A与传感器输出端相连，并由线91将传送器输出送到与双线环路93相连的传送器输出端92，最后传送给适当的应用设备94，用于指示、记录或控制的用途。传送器输出最好是直流电流，这样的环路电流I_T具有预定范围例如4～20毫安，它代表传感器输出。输出装置90包括：模数转换器99，微计算机98，数模转换器82以及电流控制器66，传感器输出端由线89A连到模数转换器99，模数转换器将传感器输出进行模数转换，并且把一个转换后的数字输出送到微计算机98。微计算机98包括一个计算装置用以计算作为从模数转换器99来的数字输出的函数的、所需的传送器输出值，并把一个代表计算后的传送器输出值的微计算机输出送到数模转换器82。数模转换器82将微计算机的输出进行数模转换，并把一个代表计算后的传送器输出值的输出送到电流控制器66。电流控制器66包括用以控制作为数模转换器82的输出的函数的环路电流I_T（例如幅度）的控制装置，以使环路电流I_T代表计算后的传送器输出值。输出装置90与传感器88、激励装置84一起工作的情况实际上已有1986年10月2日递交的共同未决美国专利申请第914，648，题为：用于改进双线传送器的输出的数字转换装置）中描述过了，该专利现为本发明的同一受让人持有，在这里一同作为参考。

激励装置84包括一个传统的振荡器电路201，用于提供一个时变振荡器输出以激励传感测压器140。在该实施例中，传感装置80还包括将传感器输出反馈至振荡器电路201的反馈装置，以便使振荡器输出随着传感器输出的函数的变化而变化。来自传感器连接器2和4的传感器输出分别由线203和205连到振荡器电路201作为反馈，在节点207汇总，构成控制电流Ic，它与振荡器输出的频率和幅度之积及电容器C₁、C₂之和成正比。传感器88由线202将代表传感到的压差（P₂-P₁）的传感器电流Is送至节点206。传感器88还由线204将模拟温度补偿电流It送至节点206。这样，传感器电流Is和温度补偿电流It在节点206处汇总，构成温度补偿传感器输出，它正比于振荡器输出的频率和幅度之积及电容器C₁、C₂之差，这一传感器输出沿线89A送至输出装置90。

激励装置84还包括控制装置用以控制作为传感器输出的函数的振荡器输出。在本实施例中，振荡器控制放大器194包括控制装置用以控制作为控制电流Ic的函数的振荡器输出幅度。振荡器控制放大器194最好是一个高增益运算放大器，它根据反相输入端194A和同相输出端194B的电位差值得出的输入信号经电阻170、沿线209提供一个振荡器供给电流I_O。反相输入端194A的电位代表控制电流Ic，同相输入端194B的电位是一个固定电位。同相输入端194B的固定电位和电阻170的阻值是这样选择的，以便使得在传送器77处于正常工作条件下，例如保持所需的振荡器电路201的条件下，提供所需的振荡器输出。电容器188接在振荡器控制放大器194的输出端和反相输入端或负反馈输入端194A之间，以提供动态稳定性。在工作过程中，振荡器控制放大器194的差值输入信号使得振荡器供给电流I_O发生变化，以此变化振荡器输出的幅度。作为变化振荡器输出和传感到的参数的函数的被驱动的传感测压器140的输出，作为控制电流I_c反馈至振荡器控制放大器194，该放大器再根据I_c调整振荡器供给电流I_O。这样，在正常工作条件下，激励装置84和传感器88工作在闭环状态，将控制电流I_c保持在一个相对稳定的幅度上。

振荡器电路201的频率是由变压器200的电感及电路的电容、主要是被振荡器输出驱动的可变电容C₁和C₂确定的，所有这些元件构成确定谐振频率的电路。当压差在传感测压器140的正常范围之中以及保持对所希望的振荡器电路201进行控制的时候，在一个最佳实施例中的振荡器输出的频率名义上围绕大约30千赫的所希望的振荡器频率变化。

例如，在传送器77的正常条件下工作期间，振荡器电路201受到控制以产生一个代表被传感压差的传感器输出。例如，当传送器77传感压差加大时，控制电流I_c（这个电流是C₁和C₂电容量之和的函数）将在被控振荡器电路201校正之前瞬时增大。为保持振荡器电路201所需的控制，振荡器控制放大器194根据出现在其反相端194A的升高电位使振荡器供给的电流I_O减小，上述电位是控制电流I_c的函数。在传送器77的正常的条件下，工作期间，振荡器控制放大器194连续进行这种调整，以使得维持一个基本上恒定的控制电流电平，并且提供一个正比于被传感压差的传送器输出。

但是，振荡器电路201的失去所需的控制会在振荡器输出中产生不希望的改变，导致传感器输出和传送器输出基本上不代表被传感的压差。这种失去所需控制可由例如包括激励装置84或传感器88的部件的失效而引起，其中（但不限于）包括变压器200，振荡器控制放大器194，检测单元140，整流二极管146这样一些部件的失效，以及使检测单元140工作在超出正常工作范围的工作状态（即过压状态）。

例如，考虑到当第二压力P₂远大于第一压力P₁时传送器77的工作，这时传感膜片140A压到邻近其上安装着电容器极板140B的传感测压器140的凹面，因为可变电容C₁和C₂的电容量分别反比于传感膜片140A与电容器极板140B和140C之间的距离，所以过压状态下在传感测压器140一侧上的传感膜片被压到底，可使得接受偏移的可变电容产生一个很大的电容值，在一些场合下，传感膜片和相邻的电容器极板之间会出现短路。这种过压状态可使控制电流I_c增加很多，这种过压状态造成的控制电流I_c变得非常大，使得振荡器控制放大器194产生的振荡器供给电流I_O减小，这个振荡器供给电流I₀不足以在所需频率上驱动振荡器电路201，其结果是，振荡器电路201移到一个不需要的谐振频率，使振荡器输出的频率和幅度减小，从而造成控制电流I_c低于振荡器电路201所需控制而必须的电平。振荡器输出中这种不需要的变化会在传感器输出中引进错误，使得传送器输出基本上不代表被传感参数。

根据本发明，传送器77还包括一个阈值检测装置100，它由线89B在节点211接到代表控制电流I_c的电位上。阈值检测装置100包括：电阻102、104、106、108、110;电容112;放大器114;晶体管116和118。代表控制电流I_c的实际值的电压是振荡器输出的函数，它由线89B接到放大器114的非反相输入端114B。电阻102和104串联相接，形成一个电阻式分压器，将一个固定电位耦合到放大器114的反向输入端114A。这个固定电位包括一个相应于不需要的控制电流值的预定阈值。放大器114作为差分放大器工作，将其非反相端子114B上出现的电位与反相端子114A上出现的电位进行比较，并提供代表这种比较的输出。例如在工作中，检测出实际控制电流值（如非反相端子114B所表示）超过预定阈值（如反相端子114A所表示）就表示保持了振荡器电路201的所需控制，产生了一个高的放大器输出值。但检测出实际的控制电流值等于或小于预定阈值则表示由于例如激励装置84或传感器88的电路失效状态、或过压状态而造成不再能维持所需的振荡器电路控制，同时提供一个低的放大器输出，这样，放大器114的输出就表示由于振荡器电路失控而在振荡器输出中出现不需要的变化。

在较佳实施例中，电阻106、108、110、电容112、晶体管116和118互相连接在一起构成放大器114输出的电平移位装置，从而使由阈值检测装置沿连线101提供给输出装置90的检测器输出与微计算机98的输入要求相适应。例如，在维持所需振荡器电路控制时的工作期间，放大器114提供的高输出值不使晶体管116和118偏置，电阻110提供电平移位，以产生一个具有高逻辑电平的检测器输出值，这个输出值与微计算机98的输入要求相适应。但是，检测出失去所需的振荡器电路控制后，对低的放大器输出进行电平移位，以产生一个具有低逻辑电平的选择检测器输出值，该输出也与微计算机98相适应。检测器输出由电容112平滑。例如，这种电平移位允许阀值检测装置100和微计算机98从具有不同电位的电源赋能。微计算机98还包括响应选择检测器输出值的装置，从而使输出装置90提供一个代表振荡器输出中这种不需要变化的特殊的传送器输出。

由传送器77提供的特殊传送器输出可以包括例如环路电流的电平移位，移到一个高于或低于预 定的传送器输出范围的预选电平，即高于或低于4-20毫安环路电流的一个电流。在较佳实施例中，例如特殊的传送器输出可以包括一个20.8毫安的环路电流，该电流代表由邻近电容器极板140B的传感膜中140中的被压到底引进的正过压状态造成的振荡器输出中不需要的变化，变送器输出还包括一个3.9毫安的环路电流，该电流代表由邻近电容器极板140C的传感膜片140A的被压到底引进的负过压状态造成的振荡器输出中不需要的变化。

尽管参照较佳实施例已描述了本发明，但本领域中普通技术人员都可认识到可以不偏离本发明的精神和范围而在形式和细节上做出改动。

Claims (5)

1、一种用于提供代表被传感参数的传送器输出的双线电流传送器，包括：

传感装置，它具有一个响应于参数的传感器和一个连接到该传感器上并提供激励该传感器的激励输出的激励装置，用于提供一个传感器输出，该输出是随一个作为该激励输出和该被传感参数的函数的变化而变化。

输出装置，与该传感器输出相连，用以向双线电路提供传感器输出，该输出是该传感器输出的函数；

阀值检测装置，与该传感器输出端相连，具有至少一个预定阈值，该预定阈值代表了一个预定的传感器输出值，该阈值检测装置包括一个用于将传感器输出和该阈值进行比较并提供该阈值检测装置输出的比较器，该阈值检测装置的输出是这一比较的函数，该阈值检测装置的输出连接到该输出装置，使得传送器的输出还代表该激励输出中不希望的变化是根据至少一个预定传感器输出值而产生的。

2、如权利要求1的传送器，其中该传感装置还包括将该传感器输出反馈回该激励装置的装置，使得激励输出随着该传感器输出的函数的变化而变化。

3、如权利要求1的传送器，还包括用于提供一个代表选择的该检测器输出值的特殊的传送器输出的装置。

4、如权利要求3的传送器，其中激励装置包括一个振荡器装置用以提供时变振荡器输出以激励传感器。

5、如权利要求6的传送器，其中该反馈装置还包括一个控制装置，它与该传感器输出端和该振荡器装置相连，用以该控制振荡器输出，该输出是该传感器输出的函数。

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