CN101876686B - 用于监视模数转换器电路的诊断电路 - Google Patents

Abstract

提供了用于监视模数转换器电路的诊断电路。本发明涉及对压力计、液位计和流量计中的至少一个的测量值的模数转换的监视。借助于第一微控制器可以为模数转换器提供不同的测量值，其中，这些测量值随后借助于单向耦合器从第一区域传输到第二区域。第二区域中的第二微控制器获得这些值，并将其与存储在第二区域或其它位置的参考值进行比较。该诊断电路使得可以检测电阻和参考电压的漂移，以及故障的模数转换器或第一微控制器的程序执行错误。

Description

用于监视模数转换器电路的诊断电路

相关申请的引用

本申请要求提交日期为2009年4月28日的欧洲专利申请第EP 09158 909.3号的优先权，其公开内容通过引用合并于此；以及提交日期为2009年4月28日的美国临时专利申请NO 61/173,347的优先权，其公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及传感器值的模数转换。本发明尤其涉及在输入液位计、压力计或流量计的测量值的过程中用于监视模数转换器电路的诊断电路、具有诊断电路的液位计、具有诊断电路的压力计、具有诊断电路的流量计，以及用于监视模数转换器电路的方法。

背景技术

模拟传感器的输入端的基本结构可以由集成在测量回路中的电阻器构成，在该电阻器处可以测量电压降。如果理论上该电阻值已知，则基于测量的电压可以计算电流。不提供监视措施，即，不确定所计算的电流是否也对应于实际传感器电流。

这种结构可能不能抵消例如与温度相关的变化。

尤其在液位和压力测量领域中，准确确定传感器值，或者换句话说，准确确定液位和压力非常重要。不正确的测量可能不仅存在技术影响，如在过高的压力下原材料的伸张过度。不正确的测量还可能与对于传感器(即，液位计或压力计)用户的其它经济影响和不利条件相关。

发明内容

本发明的目的是公开一种在输入液位计、压力计或流量计的测量值的过程中的改进的模数转换。

根据独立权利要求的特征，公开了一种诊断电路，用于在输入液位计、压力计或流量计的测量值的过程中监视模数转换器电路；一种液位计；一种压力计；一种流量计；以及一种用于在输入液位计、压力计或流量计的测量值的过程中监视模数转换器电路的方法。本发明的附加技术特征由从属权利要求产生。

所描述的示例性实施例同样涉及诊断电路、液位计、压力计、流量计和方法。

此外，应该注意，在本发明的上下文中，术语“传感器”可以指测量设备，尤其指液位计、压力计和流量计。此外，术语“传感器值”应该以如下方式来解释：借助于本发明而被转换成数字信号的传感器的模拟信号被馈送给诊断电路。这可能关系到例如借助于本发明而被转换成模拟信号的电传感器电流。

术语“电流感测电阻器单元”可以指电阻器、电感器和电容器。

此外，应该注意，术语“电阻器”在本发明的上下文中总是可以被解释成包括在术语“电流感测电阻器单元”中。

根据本发明的示例性实施例，公开了一种诊断电路，用于在输入液位计、压力计或流量计的测量值的过程中监视模数转换器电路。在这种情况下，诊断电路包括用于选择不同信号的复用器，以及用于控制至少该复用器的第一微控制器。此外，电源电压被提供给微控制器，并且诊断电路被设计成通过使用复用器和第一微处理器，基于对电源电压和所存储的电源电压的电源电压参考值的比较来检测电源电压的变化。

用于诊断电路的测量值例如可以借助于电流来提供。该电流可以在对第一电流感测电阻器单元进行电压测量之后计算，其中，如果已知电流感测电阻器单元的值，则第一电流感测电阻器单元可以实现为电阻器的形式。如果需要，这也可以通过诊断电路来实现和提供。

诊断电路可以是传感器，即压力计、液位计或流量计的一部分。但是，该诊断电路还可以被设置成远离传感器。在这种情况下，由传感器确定的测量值例如借助于电流通过电线被馈送给诊断电路。但是，还可以考虑馈送该测量值的不同形式。

在传感器由液位计、压力计或流量计构成的特定情况下，测量值因此是液位、压力或流量。该测量值可以通过传感器(例如在电磁波的帮助下)来确定。

电流感测电阻器单元还可以包括一个或多个连接到诊断电路的电阻器，使得在操作诊断电路的过程中可以分别读出各电阻器的电压降。还可以测量在若干串联连接的电阻器上产生的总的电压降。

此外，模数转换器可以根据不同方法将模拟输入信号转换成数字数据或数据流。该数字数据或数据流然后可以被另外处理或存储。也可以借助于相对装置，即数模转换器来进行随后的另外处理。关于模数转换器的基本功能，应该注意的是，模数转换器关于时间以及幅度来量化连续电压信号。在这种情况下，可以为模数转换器预先确定几种比特分辨率和几种转换速度。

此外，复用器可以被实现为选择性组合电路的形式，该选择性组合电路使得可以从复用器的输入通道上的多个输入信号中选择一个输入信号。这些输入信号例如可以由以下构成：电源电压、在单独或串联连接的电阻器上降落的电压，或借助于电位计或以不同方式预先确定的电压。

这意味着可以借助于对复用器的输入通道的循环扫描将并行数据流转换成串行数据流。例如，对复用器进行切换使得可以通过该复用器来测量在不同复用器输入端的不同电压状态。因此，复用器包括若干输入端或输入通道以及至少一个输出端，其中，根据复用器的切换状态，复用器当前选择的通道的输入信号被分别施加到输出端。

然后，复用器的输出信号被传递给模数转换器。在这种情况下，要通过复用器选择的不同信号是模拟信号，如传感器电流、在电流感测电阻器单元上降落的电压、在若干电流感测电阻器单元上降落的电压、通过电位计预先确定的电压以及微控制器的电源电压或在测量该测量值的过程中通过传感器产生的任何其它模拟信号。

此外，第一微控制器例如被实现成半导体芯片的形式。在这种情况下，微控制器实际上是单芯片计算机系统。因此，还可以将术语“片上系统”用于在本发明上下文中使用的微控制器。该微处理器此外还可以包括可编程数字和/或模拟功能块。

此外，还可以在微控制器上设置所谓的外设功能(如控制器局域网功能、局域互联网功能、通用串行总线功能、I2C功能、SPI功能)、串行接口或以太网接口、PWM输出、LCD控制器和驱动器、模数转换器以及复用器。

第一微控制器还可以被设计成用于存储在本发明的上下文中描述的参考值。还可以在微控制器上存储不同过程的流程图或协议。下面将对两种专用循环过程或流程图进行更加详细的讨论。这两种循环过程是本发明的重要方面。微控制器还可以被设计成用于控制和调整复用器和模数转换器。

此外，微控制器可以在电路板上实现，并包括诊断电路、模数转换器和复用器的特征。因此，公开了这些部件的集成设计。但是，还可以在诊断电路中实现分立设置的复用器、分立设置的模数转换器以及独立的第一微控制器。

此外，所存储的电源电压参考值和/或其它参考值可以存储在第一微控制器中。但是，以下情况也是可以的：存储在第二区域中的第二微控制器中，存储在独立的外部存储器中，或存储在其上设置有第一微控制器、模数转换器和复用器的电路板上的存储器中。电源电压参考值还可以被存储在第三微控制器中。换句话说，参考值不是必须存储在微控制器中。这些值还可以存储在相应微控制器访问的外部存储器中。在这种情况下，该附加微控制器可以在空间上与第一微控制器隔开，并位于诊断电路中符合与第一微控制器的区域不同的安全准则和/或标准的另一个区域。此外，这两个微控制器均可以满足不同的安全要求，并可以借助于例如单向光耦合器(光耦)来彼此连接。在这种情况下，光耦合器可以被实现成其桥接第一和第二微控制器之间的安全间隙。以下将对借助于根据本发明的该示例性实施例的诊断电路来检测电源电压中的变化的过程进行更加详细的描述。

例如，在对诊断电路进行校准的过程中，电源电压参考值可以存储在希望的位置一次。为微控制器提供的电源电压可以借助于复用器来分接和测量。并且其通过复用器而被传递到模数转换器。模数转换器因此将电源电压的模拟信号转换成数字信号。该信号可以被称为数字电源电压信号。如果该数字电源电压信号与先前存储的电源电压参考值不对应，则诊断电路可以确定模数转换器故障或该模数转换器的参考二极管损坏。

参考二极管可以集成在模数转换器中，或者也可以被设置在外部。参考二极管用作模数转换器的参考值，即，如果参考值改变，则模数转换器的值也被相应篡改。参考二极管例如可以由高精度的齐纳二极管构成，该齐纳二极管的电压值仅在特定的窄范围内根据温度而漂移或变化。

这就是诊断电路可以发现模数转换器电路中的故障的原因。因此，可以检测例如模数转换器的参考电压的漂移。在这种情况下，所有模数转换器的校准值可以按上述方式被存储在希望的位置。

根据本发明的另一个示例性实施例，诊断电路包括第一和第二电流感测电阻器单元。在这种情况下，诊断电路被设计成用于根据与存储的电流感测电阻器单元的电阻参考值比较来检测两个电流感测电阻器单元中的一个的变化。

还可以存储若干电阻参考值。与电源电压参考值类似，电阻参考值可以存储在第一微控制器中，存储在独立的外部存储器中或存储在另外的第二微控制器中。例如，可以存储第一和第二电流感测电阻器单元的和与第二电流感测电阻器单元之间的比值以及第一电流感测电阻器单元和第二电流感测电阻器单元之间的比值。

第一电流感测电阻器单元和第二电流感测电阻器单元可以以电阻器的形式实现。在这种情况下，电阻参考值例如可以对应于第一和第二电阻器的和与第二电阻器或第一电阻器之间的比值。同样地，两个电阻器可以分别以两个电阻参考值的形式存储。

下面对两个电流感测电阻器单元中的一个的变化的检测进行详细描述。例如，可以提供复用器两个电流感测电阻器单元上的电压降以及两个电流感测电阻器单元中的一个上的电压降。这两个电压降之间的比值与存储值(即电阻参考值)的比较使得可以检测到两个电流感测电阻器单元中的一个发生漂移。换句话说，由在两个电阻器上下降的第一电压和在两个电阻器中的一个上下降的第二电压构成的电压比值使得可以确定两个电阻器之间的瞬间比值。将该比值与存储的电阻参考值进行比较。因此，比较这两个电阻比值可以发现这两个电阻器中至少一个电阻器上的变化。在这种情况下，诊断电路能够检测例如由热变动或老化过程导致的变化。

根据本发明的另一个示例性实施例，诊断电路被设计成用于根据两个电流感测电阻器单元的电阻比值的比较来检测两个电流感测电阻器单元中的一个的变化。

根据另一个示例性实施例，诊断电路被设计成用于如果检测到两个电流感测电阻器单元中的一个的变化则执行对存储的电流感测电阻器单元的电阻参考值的相应调整。

因此，诊断电路能够在到目前为止存储有该参考值的存储位置输入新的参考值。这可以由诊断电路针对在本发明中使用的每个参考值来执行。

根据本发明的再一个示例性实施例，诊断电路还包括模数转换器，用于将模拟信号转换成数字信号；以及电位计，用于生成模拟电位计信号。在这种情况下，模数转换器将电位计信号转换成数字电位计信号。而且，诊断电路被设计成用于根据模拟电位计信号与数字电位计信号的比较来检测模数转换器的故障。

电位计可以由数字电位计构成。换句话说，可以借助于数字电位计就电压范围对模数转换器的整个工作范围进行监视。数字电位计能够预先确定用于模数转换器的所有电压值，该模数转换器应该能够根据其操作功能来正确地转换成数字信号。在这种情况下，由电位计提供的模拟电位计信号通过复用器来选择，并被馈送给模数转换器。例如，循环过程可以被存储在第二微控制器中，在该循环过程中按时间顺序限定通过电位计将哪个模拟电位计信号应用到模数转换器。基于该输入信号转换的转换器的数字输出信号(数字电位计信号)然后可以被测量并传送到例如第二微控制器。该第二微控制器将该值与存储的值进行比较，其中存储的值现在实际上应该根据存储的循环过程而通过转换器输出(用作参考值的数字电位计信号的标称值)。

换句话说，第二微控制器由于存储在该第二微控制器中的用于监视模数转换器的循环过程而期待通过电位计输出并通过模数转换器转换的数字电位计信号。如果这些值不对应，则可能表示故障的模数转换器或故障的参考二极管。这可以通过诊断电路来检测。

根据本发明的又一个示例性实施例，诊断电路包括第二微控制器。此外，第二微控制器被设计成用于检测第一微控制器的程序执行错误。

第二微控制器使得例如可以控制存储在第一微控制器中的程序执行。例如，第一微控制器可以包含第一程序，该第一程序提示第一控制器将模数转换器的以下值循环地传输给第二微控制器：1.第一微控制器的电源电压，2.在第一和第二电流感测电阻器单元上的电压降，3.在两个电流感测电阻器单元中的一个上的电压降，以及基于模拟电位计信号的被转换的数字电位计信号。这四项对应于第一循环过程。如果通过第一微控制器切换复用器发送，和随后从复用器到模数转换器的值的传送以及后来传输到第二微控制器的这些值的时间顺序与第二微控制器希望的时间顺序不对应，则诊断电路能够检测到第一微控制器中的程序执行错误。但是，这也使得诊断电路能够检测第一微控制器和第二微控制器之间的传输错误。

换句话说，第一微控制器根据第一循环过程，即借助于存储在第一微控制器中的程序来控制和调整复用器、以及信号至模数转换器的传输和从模数转换器到第二微控制器的另一个传输。相应的参考值被存储在第二微控制器中，这就是第二微控制器希望一定时间顺序的参考值的原因。如果传输的值偏离所存储的时间顺序，则可以进行上述通过诊断电路进行的检测。

根据本发明的另一个示例性实施例，诊断电路包括单向耦合器，其中第一电流感测电阻器单元、模数转换器、复用器和第一微控制器被设置在电路的第一区域中，此外，第二微控制器被设置在电路的第二区域中，其中第二区域比第一区域满足更严格的安全需求。耦合器还允许从第一区域到第二区域的单向信号传输，并且参考值还被存储在第二区域中。

因此，诊断电路包括第一和第二区域。在这种情况下，第一区域例如可以被称为传感器输入部，而第二区域例如可以被称为数字部分。此外还可以提供电源电压所处的第三部分。例如，第一区域传感器输入部可以满足“内在安全的电路”的安全需求。该设备于是由所谓的“相关电气装置”，即具有内在安全的电路以及非内在安全的电路的电气装置构成，其中，该设备被实现成使得非内在安全的电路不会损害内在安全的电路。内在安全的电路是这样一种电路，其中火花或热效应不会导致爆炸性空气的点燃(防爆装置在ATEX产品指南94/9/EG中描述)。

例如，这两个区域可以设置在电路板上，使得它们通过最小距离来分隔开。该最小距离例如可以利用单向耦合器来桥接。在这种情况下，单向耦合器例如可以以单向光耦合器的形式来实现。由于该单向耦合，即仅允许一个方向上的电磁信号的传输的耦合，所以通过单向耦合器来对这两个区域电解耦。由于具有第二微控制器的第二区域或数字部分需要满足更严格的安全需求，所以第二微控制器被更好地保护以避免干扰性的外部影响，如热、爆炸、机械影响、磁影响以及电磁影响。第二区域的这种安全性优点用于将本发明上下文中使用的有价值的参考值和试验值存储在该位置。在第一区域中的第一微控制器的功能和模数转换器的功能，以及电流感测电阻器单元的值可以借助于这些参考值和试验值来可靠地检查。即使在干扰性影响(如火灾)发生之后，可以假设模数转换器电路的检查和监视功能仍然操作正常，这是因为参考值和试验值不会被这些影响侵扰。

根据本发明的再一个示例性实施例，诊断电路包括单向耦合器，其中第一电流感测电阻器单元、模数转换器和复用器被设置在该电路的第一区域中。在这种情况下，第一微控制器被设置在电路的第二区域中，其中，第二区域比第一区域满足更严格的安全需求。此外，耦合器被设计成允许从第一区域到第二区域的单向信号传输。此外，第一微控制器被设计成用于调整至少复用器或模数转换器。

换句话说，第一微控制器被放置在具有更严格安全要求的区域中。此外，在本发明上下文中用于监视模数转换器电路的参考值和试验值被存储在第一微控制器中。单向耦合器现在使得可以从外部即从安全的第二区域访问复用器和模数转换器。因此，该诊断电路能够按上述方式来检测电流感测电阻器单元的漂移以及模数转换器的参考电压的漂移。位于第一区域中的电位计也可以通过例如第一微控制器来控制和调整。因此，借助于电位计，利用上述检测方法也可以检测故障的模数转换器。例如，还可以通过第一微控制器循环地激活复用器，使得以下值按以下顺序来传输：第一微控制器的电源电压、在两个电流感测电阻器单元上的电压降、在两个电流感测电阻器单元中的一个上的电压降，以及借助于电位计预先确定的参考值或试验值。然后，可以利用存储在第一微控制器中的参考值和试验值来检查随后通过单向耦合器按该顺序被传输给第一微控制器的值。

根据本发明的又一个示例性实施例，第一区域满足内在安全的电路的要求，而第二区域以非内在安全的电路的形式来实现。

在这种情况下，第一区域相应地与第二区域分离。但是，整个设备符合安全标准。

在这种情况下，安全标准例如可以由SIL3或SIL4标准构成。由于分离成这两个区域，可以实现通过诊断电路来可靠地监视模数转换器。

根据本发明的另一个示例性实施例，诊断电路包括第一和第二区域之间的电隔离。

由于这种电解耦，可以保证在这两个区域之间没有电信号和干扰性影响被交换。

根据本发明的再一个示例性实施例，至少一个从由第一微控制器、复用器、模数转换器、电位计、第一电流感测电阻器单元和第二电流感测电阻器单元构成的组中选择的元件以分立、独立部件的形式实现。

与微控制器、复用器和模数转换器可以以集成系统的形式设置在电路板上的变型相对，还可以实现完成上述诊断电路的功能的分立设计。在这种情况下，例如为了成本原因而实现独立和分立的变型是有益的。并根据本发明的再一个示例性实施例，模拟信号是模拟电流信号，而该电流信号通过液位计、压力计或流量计来生成。此外，该电流信号对应于这种被测量的液位、压力或流量值。

因此，在输入液位计、压力计或流量计的测量值用于转换成数字信号的过程中，可以公开对该转换的监视。从而，该诊断电路使得可以就以下故障来检查液位计、压力计或流量计的模拟电流信号的模数转换：第一电流感测电阻器单元的漂移、第二电流感测电阻器单元的漂移、模数转换器的参考电压的漂移、故障的模数转换器和第一微控制器中的程序执行错误。在这种情况下，如在本发明的前述相应段落中描述的那样分别检测该故障或漂移。

根据本发明的另一个示例性实施例，分别公开了具有根据前述示例性实施例中的一个实施例的诊断电路的液位计、压力计和流量计。

根据本发明的再一个示例性实施例，公开了一种用于在输入液位计、压力计或流量计的测量值的过程中监视模数转换器电路的方法。在这种情况下，该方法包括以下步骤：提供复用器用以选择不同信号，提供第一微控制器用以控制至少复用器，为微控制器提供电源电压，测量该电源电压，对测量的电源电压与存储的电源电压的电源电压参考值进行比较，以及根据该比较来检测电源电压中的变化。

根据本发明的又一个示例性实施例，公开了一种程序单元，其在处理器上执行时指示该处理器执行本方法的上述步骤。

根据本发明的另一个示例性实施例，公开了一种机器可读介质，在该机器可读介质上存储程序单元，该程序单元在处理器上执行时指示该处理器执行本方法的上述步骤。

在这种情况下，计算机程序单元例如可以是存储在评价设备的处理器上的软件的一部分。计算机程序单元还可以用在控制或调整传感器的控制单元或计算机单元中。本发明的示例性实施例还包括从开始部分利用本发明的程序单元，以及由于更新(更新)而提示现有程序使用本发明的程序单元。

作为补充，应该注意，“包括”和“包含”并不排除其它元件或步骤，并且“一个”并不排除多个。此外还应注意，参考以上示例性实施例中的一个实施例描述的特征或步骤还可以与其它上述示例性实施例的其它特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被理解成限制性含义。

下面参考附图对本发明的示例性实施例进行描述。

诊断电路在第一区域提供第一微控制器以及在具有更严格的安全要求的第二区域提供第二微控制器被认为是本发明的核心方面。在这种情况下，在输入测量值的过程中监视模数转换器电路所需的全部参考值、循环过程以及程序序列可以存储在第二微控制器中。这些例如可以由以下构成：电源电压参考值、电阻参考值、被存储用于在第一微控制器中执行的程序序列、通过电位计来执行的程序序列，以及通过电位计预先确定的电压参考值。该核心方面的另一个部分可以是单向耦合器，两个区域借助于该单向耦合器而连接。换句话说，这使得第二微控制器能够检测用于确定测量值的电阻的变化。但是，错误的电源电压、故障的模数转换器以及程序序列错误也可以以这种方式来检测。为了检测故障，切换相应通道的复用器被设置在第一区域中。模数转换器也被设置在第一区域中。由于参考值和程序序列被存储在安全区域中，所以基于这些参考值和程序序列的监视可以被认为是满足更严格安全要求的监视。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施例的用于在输入液位计、压力计或流量计的测量值的过程中监视模数转换器电路的诊断电路的示意性二维表示；

图2示出了根据本发明的示例性实施例的用于在输入液位计、压力计或流量计的测量值的过程中监视模数转换器电路的诊断电路的示意性二维表示；

图3示出了根据本发明的示例性实施例的处理步骤的流程图。

在以下对附图的描述中，相同的附图标记用于相同或相似的元件。

附图显示示意性表示，其不是真实比例。

具体实施方式

图1示出了用于在输入液位计、压力计或流量计101的测量值105的过程中监视模数转换器电路的诊断电路。在这种情况下，诊断电路包括用于选择不同信号的复用器106、用于控制至少该复用器106的第一微控制器，以及用于将模拟信号转换成数字信号的模数转换器104。诊断电路还包括第一电流感测电阻器单元102，其中，向微控制器提供电源电压108。

在这种情况下，电源电压借助于两个附图标记108来表示。这两个附图标记分别代表电压的电位电平，其中电源电压的结果是这两个显示的电压电平之间的差。此外，第一电流感测电阻器单元102和第二电流感测电阻器单元103被示出，并可以分别以电阻器的形式实现。此外，诊断电路100被设计成基于电源电压和存储的电源电压的电源电压参考值的比较来检测电源电压108的变化。

此外，示出了用于生成模拟电位计信号110的电位计109。根据上述关于附图标记108的电压表示原理，模拟电位计信号再次以电压的形式来表示，该电压相应地被表示成通过两个附图标记110来标识的两个电位电平的形式。在这种情况下，用于第一微控制器107的电源电压108可以用于控制和调整复用器106和模数转换器104。该附图还示出了根据本示例性实施例的复用器106配备有四个输入通道116到119，不同的模拟信号可以分别被施加到这四个输入通道上。复用器电路可以在116上分接电源电压，在117上分接在两个电流感测电阻器单元102和103上下降的电压，在118上分接在电流感测电阻器单元103上下降的电压，以及在通道119上分接通过电位计109生成的电压。

该附图还示出，复用器106将这些不同的通道切换到模数转换器104的输入通道。通过转换器104数字化的测量值105的值可以借助于单向耦合器112而被转送到第二区域114，第二微控制器111可以位于该第二区域114中。在这种情况下，第一区域113被设计成符合EX标准的准则，其中第一区域113中设置有模数转换器、复用器、第一微控制器、电流感测电阻器单元和电位计。第二区域114此外可以借助于电隔离与第一区域分离。但是，电隔离115还可以以另一种电解耦方式来实现。例如电源电压参考值、电阻参考值、第一循环过程和第二循环过程(在上文和下文中对它们进行描述)在这种情况下可以存储在第二微控制器111中。

该附图还清楚地示出，微控制器107由复用器106和模数转换器104构成。但是，微控制器和各部件的这种集成设计还可以以分立和独立设计的形式来实现。换句话说，模数转换器可以分立地设计，复用器可以分立地设计，并且微控制器可以独立地实现。此外，箭头120描述了通过例如以数字电位计的形式实现的电位计来进行的微控制器的激活。

为了监视设备101的测量值的输入可以实现以下情况：电流感测电阻器单元102和103的两个电阻值之间的数学比值例如被存储在第一微控制器和第二微控制器111中。此外还可以利用电位计来预先确定对应于模数转换器的输入范围的电压。因此，可以对模数转换器的整个工作范围进行试验测量。此外，可以知道模数转换器的校准值，该校准值也可以存储在任何存储位置，优选地也在第二微控制器111中。

该诊断电路和相应的方法使得可以监视模数转换电路，并检测相应的故障。与第一区域113对应的传感器输入电路和与第二区域114对应的评价电路之间的连接需要仅以单向连接的形式实现，其中，这特别有益于传感器输入部的内在安全的设计。“内在安全的”以及“内在的安全性”是指通过评价设备提供的传感器的电源电压。这意味着实现传感器电源电压使得可以不会产生导致爆炸的火花。在这种情况下，第一微控制器可以被认为是所谓的灰色通道。这意味着可以通过第二微控制器111来检测可编程的第一微控制器的程序执行中的错误。这提供了以下优点：仅在对第二微控制器111编程时需要遵守相应的安全标准。这可以表现出通过诊断电路输入测量值的显著的安全益处。

该电路和相应方法因此可以检测模数转换器电路中的以下故障，例如由于温度漂移或老化过程导致的电流感测电阻器单元102和103的漂移。此外可以检测到模数转换器的参考电压108的漂移。还可以通过第二微控制器111来检测模数转换器本身的故障。这借助于以下更加详细描述的电位计109来实现。通过第二微控制器111也可以检测第一微控制器107中的程序执行错误。

下面对诊断电路的不同部件的故障或漂移的检测进行更加详细地讨论。例如，第一微控制器107可以被编程，使得以下模数转换器的值经由单向耦合单元以循环方式从第一微控制器传输到第二微控制器111：1.第一微控制器的电源电压、电流感测电阻器单元102和103的电压降、在电流感测电阻器单元103上的单独的电压降，以及数字电位计信号。第二微控制器接收这些值，并将这些值与其希望的值进行比较，其中希望的值更具体地由以下参考值构成：1.电源电压的电源电压参考值，2.电流感测电阻器单元的电阻参考值，借助于电位计预先确定的参考值。

关于第一微控制器的电源电压，在设施进行校准的过程中例如将参考值输入并存储在第二微控制器111中一次。当由诊断电路100测量的第一微控制器107的电源电压108不再对应于存储的电源电压参考值时，诊断电路可以检测出模数转换器或模数转换器的参考二极管损坏。

此外，可以根据电流感测电阻器单元102和103上的电压降来确定传感器电流。在这种情况下，传感器电流对应于由传感器101生成的测量值105。在所示的实例中，该传感器由液位计101构成。由于第二微控制器知道电阻参考值，例如电阻器102和103之间的比值，则可以通过对电流感测电阻器单元102和103上的电压降的模数转换器的值和电流感测电阻器单元103上的电压降的模数转换器的值之间的比值与所存储的电阻器102和103的和与电阻器103的值之间的比值进行比较来检测两个电阻值中的一个的漂移。在前述部分中，术语“电流感测电阻器单元”等价于电阻。

此外还可以将第二循环过程存储在第二微控制器101中，其分别提示第一微控制器借助于电位计来将参考值施加到模数转换器的输入端，其中，所述参考值然后被测量并被传输到第二微控制器。第二微控制器将该值与其希望的值进行比较。如果这些值不对应，则表示模数转换器故障或参考二极管故障。

还可以通过第二微控制器来控制第一微控制器的程序执行。如果第一微控制器的值的时间顺序与第二微控制器所希望的时间顺序不对应，这表示第一微控制器中的程序执行错误。但是也可能在第一微控制器和第二微控制器之间发生了传输错误，而这也由诊断电路来检测。

此外，其它存储部件、显示器、小键盘以及不同的接口也可以被设置在图1中例如符合SIL标准3或4的第二区域114中。关于硬件的不同要求应用到内在安全的电路上。在SIL中，考虑包括电子装置、机械装置和软件的整个设备。仅区分安全关键区域和安全非关键区域以及相应的分类(例如，SIL 1或2)。

图2示出了本发明的示例性实施例，其中诊断电路配备有附加电阻器204。该附图还示出了第三微控制器200，其借助于连接件205与第二微控制器111连接。第二和第三微控制器还分别配备有三个和两个UART输入端。该附图还示出，HART信号可以借助于HART接口202以及传输点203传输，数字值通过该HART信号可以经由接口203从传感器101传输到第二区域114。此外，电流105可以借助于单向耦合器112来传输，该单向耦合器112可以以电绝缘光耦合器的形式来实现。该附图还示出了分离两个区域113和114的电隔离115。还示出了电源121。在这种情况下，本发明上下文中提及的所有参考值、程序序列、循环过程也可以被存储在第三微控制器中。但是，也可以在第二和第三微控制器之间划分这些值。HART接口用于将数字数据如参数化数据或者甚至数字测量值传输到传感器。UART用于发送和接收串行数据(例如RS232接口)。在这种情况下，根据图2的诊断电路还可以检测能够以电阻器形式实现的第一和第二电流感测电阻器单元102和103的漂移。但是，按以上描述的方式的电路中还可能存在模数转换器的参考电压108的漂移。此外，借助于电位计通过以上描述的应用可以检测故障模数转换器。诊断电路还可以检测第一微控制器的程序执行错误。关于检测各故障或漂移的详细描述，参考说明书的总体部分的详细解释以及说明书中参考图1的部分。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的方法的流程图。在这种情况下，以下步骤被说明：提供复用器S3用以选择不同信号，提供第一微控制器S4用以控制至少复用器，提供模数转换器S2用以将至少一个模拟信号转换成数字信号，提供第一电流感测电阻器单元S1，为微控制器提供电源电压S5，测量该电源电压S6，对测量的电源电压与存储的电源电压的电源电压参考值进行比较S7，以及根据该比较来检测电源电压中的变化S8。

此外还应注意，本发明的每个方法可以按前述顺序来实现，也可以按处理步骤的其它顺序来实现。

Claims (16)

1.一种诊断电路(100)，用于在输入液位计、压力计和流量计(101)中的至少一个的测量值(105)的过程中监视模数转换器电路，该诊断电路包括：

复用器(106)，用于选择不同的输入信号，

第一微控制器(107)，用于控制至少所述复用器，

所述模数转换器电路(104)可操作用于将所述不同的输入信号中的选择的一个转换成数字信号，

第二微控制器(111)，用于将所述数字信号与存储的用于所选输入信号的数字参考值进行比较，以便检测所述模数转换器电路的故障，

其中，所述第一微控制器被设置在所述诊断电路的第一区域(113)中，并且

其中，所述第二微控制器被设置在所述诊断电路的第二区域(114)中，其中所述第二区域比所述第一区域满足更严格的安全要求。

2.根据权利要求1所述的诊断电路，还包括：

第一电流感测电阻器单元(102)和第二电流感测电阻器单元(103)，其中，所述复用器(106)进行操作以选择两个输入信号，所述两个输入信号是这两个电流感测电阻器单元(102，103)处的相应电压降，并且所述模数转换器(104)可操作用于将这两个电压降转换成相应的数字电压降值，

所述第二微控制器可操作用于基于这两个数字电压降值的电阻比值与存储的数字电阻参考值之间的比较来检测这两个电流感测电阻器单元(102，103)中的一个的变化。

3.根据权利要求2所述的诊断电路，

其中所述诊断电路被设计成用于如果检测到变化则执行对存储的所述电流感测电阻器单元的电阻参考值的调整，其中该调整对应于检测的变化。

4.根据权利要求1所述的诊断电路，还包括：

所述模数转换器电路(104)，

电位计(109)，用于生成模拟电位计信号(110)，

其中，所述模数转换器将所述模拟电位计信号转换成数字电位计信号，以及

所述第二微控制器可操作用于基于对所述模拟电位计信号和所述数字电位计信号的比较来检测所述模数转换器的故障。

5.根据权利要求1所述的诊断电路，

其中，所述第二微控制器被设计成用于检测所述第一微控制器的程序执行错误。

6.根据权利要求1所述的诊断电路，还包括：

单向耦合器(112)，

其中所述模数转换器和所述复用器被设置在电路的所述第一区域(113)中，

其中所述耦合器允许从所述第一区域到所述第二区域的单向信号传输，以及

其中所述参考值被存储在所述第二区域中。

7.根据权利要求1所述的诊断电路，其中，基于SIL标准来定义所述安全要求。

8.根据权利要求1所述的诊断电路，

其中第一和第二区域通过电流隔离(115)来分开。

9.根据权利要求1到8中的任一个所述的诊断电路，

其中从由所述第一微控制器、所述复用器、所述模数转换器、电位计、第一电流感测电阻器和第二电流感测电阻器构成的组中选择的至少一个元件以分立、独立部件的形式被实现。

10.根据权利要求1所述的诊断电路，

其中所述输入信号是模拟电流信号，以及

其中电流信号通过液位计、压力计或流量计(101)中的至少一个来生成并对应于测量的液位、压力和流量值中的至少一个。

11.根据权利要求1到8中的任一个所述的诊断电路，其中，选择的所述输入信号是所述第一微控制器(107)的电源电压。

12.根据权利要求1到8中的任一个所述的诊断电路，其中，所述数字参考值存储在所述第二区域中。

13.具有权利要求1到8中的任一个所述的诊断电路的液位计(101)。

14.具有权利要求1到8中的任一个所述的诊断电路的压力计(101)。

15.具有权利要求1到8中的任一个所述的诊断电路的流量计(101)。

16.一种用于在输入液位计、压力计和流量计中的至少一个的测量值的过程中监视模数转换器电路的方法，该方法包含以下步骤：

提供复用器(S3)用以选择不同的输入信号，

提供第一微控制器(S4)用以控制至少所述复用器，

存储用于所述输入信号中的选择的一个的数字参考值(S5)，

经由模数转换器电路，将所述输入信号中的选择的一个模数转换成数字值，

经由第二微控制器，对所述数字值与存储的所述数字参考值进行比较(S7)，以及

基于所述比较来检测所述模数转换器电路的故障(S8)，

其中，所述第一微控制器被设置在诊断电路的第一区域(113)中，并且

其中，所述第二微控制器被设置在所述诊断电路的第二区域(114)中，其中所述第二区域比所述第一区域满足更严格的安全要求。