CN101889191A - 用于确定和/或监控过程变量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或监控至少一个过程变量的装置，其包括至少一个继电器(1，21，22)和至少一个电压源(2)。在本发明中，提供至少一个升压单元(5，10，25，26)；继电器(1，21，22)、电压源(2)和升压单元(5，10，25，26)彼此匹配并且彼此相连，使得当电压源(2)向继电器(1，21，22)提供用于吸合继电器(1，21，22)的电压时，升压单元(5，10，25，26)令施加于继电器(1，21，22)的电压升高，从而施加的电压至少对应于继电器(1，21，22)的吸合电压。

Description

用于确定和/或监控过程变量的装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定和/或监控至少一个过程变量的装置，其包括至少一个继电器和至少一个电压源。过程变量例如是物位、密度、粘度、压力、流量、pH值或温度。
背景技术
在过程及自动化技术的测量仪表中有时使用继电器，以用信号表示存在开关状态或工作状态。
对于电子电路发展的基本需求往往是良好的功率平衡，即，损耗功率尽可能小。在继电器工作的情况中，可以节省相对较多的损耗功率。实际上，继电器需要对应于继电器额定电压的吸合电压；然而，要将继电器保持在吸合状态，需要小得多的电压，即所谓的保持电压。这以简单的例子为基础而得到清楚的显示。假设继电器的额定电压为24V且电阻为1600Ω。为了令继电器可靠地进入吸合状态，向继电器提供24V。由此，得到24V/1600Ω＝15mA的电流。与之相关的是P＝15mA*24V＝360mW的损耗功率。为了减少这个损耗功率，经常使用所谓的保持电路，其中电流被减少至保持电流。然而，保持了24V的高电压，从而这个电压仍然在功率平衡方面不利地影响其他电路部件。特别是在其后串联连接线性调节器的情况中，是这样的。
发明内容
本发明的目的是提供对于继电器的控制，其中减少了损耗功率。
根据本发明，该目的通过以下特征得以实现：提供至少一个升压单元；继电器、电压源和升压单元彼此匹配并且彼此相连，使得当电压源向继电器提供用于吸合继电器的电压时，升压单元令施加于继电器的电压升高，从而施加的电压至少对应于继电器的吸合电压。于是，通过升压单元，在吸合的情况中向继电器提供的电压升高为至少等于吸合电压，即，也实现了继电器的吸合。
在一个实施例中，继电器和电压源被构造并彼此匹配为，使得至少在吸合情况中电压源向继电器提供的电压低于继电器的吸合电压。与这个实施例相伴随的是以下特征：升压单元产生的电压升高导致在继电器吸合的时刻施加于继电器的电压高于继电器的吸合电压或额定电压。在本发明的另一实施例中，在保持情况中，即，在继电器吸合并因而处于闭合状态之后，电压源向继电器提供的电压小于吸合电压，但是至少等于保持电压。于是，损耗功率减小。
在一个实施例中，继电器、电压源和升压单元串联连接。
在一个实施例中，升压单元设置在电压源和继电器之间。
在前面的两个实施例以及与其相关联的设置中的至少一种中，电压源的电压既施加于继电器上又施加于升压单元上。于是，在吸合时刻可以实现继电器上的电压升高。
在一个实施例中，升压单元具有至少一个电子振荡电路。
在一个实施例中，振荡电路是LC振荡电路。
在一种变型中，振荡电路用作对于相应于振荡电路的瞬态特性而传输至继电器的电子电压的存储器。在一个实施例中，电压源与振荡电路和继电器相连。在另一实施例中，振荡电路接触附加的电压源。
在第二变型中，升压单元如下实现：
在一个实施例中，升压单元具有至少一个电压储存单元。
在一个实施例中，电压储存单元被实施并设置为，使得在继电器的吸合状态中，电压源和电压储存单元串联连接。
在一个实施例中，电压储存单元包括至少一个电容器。
对于所有实施例，可以如此规划：本发明通过使用较小的电压作为工作电压(即，用于保持状态)，并且通过用于继电器的电压在吸合时刻被特定升压单元升高至所需的额定电压，而减少损耗功率。
在一个实施例中，提供至少一个第一继电器和至少一个第一升压单元，提供至少一个第二继电器和至少一个第二升压单元，并且第一升压单元和第二升压单元不同地实施。在这个实施例中，测量仪表具有两个继电器，它们或者用信号表示不同的状态或者冗余地表示相同的状态。对于针对安全的应用，会需要冗余地且不同地实现现场设备的主要部件。在用于确定和/或监控过程变量的装置的这种构成中，两个继电器分别与一个不同构造的也就是不同的升压单元相连。升压单元特别地实现了升高电压的另一方法。例如，一个升压单元具有上面讨论的按照至少一个实施例的振荡电路，第二升压单元具有前述的电压储存单元。于是，在一个变型中，使用振荡电路的瞬态特性，并且在另一变型中使用附加的电容器电压，以在继电器上产生电压升高。
附图说明
现在根据附图详细解释本发明，附图中：
图1是升压单元的第一变型的根据本发明的装置的一些部件的框图；
图2是第一变型的电路的细节图；
图3是用于电压升高的第二变型，其中继电器释放；
图4是图3的具有吸合的继电器的实施例；和
图5是具有两个继电器的根据本发明的测量仪表的一部分。
具体实施方式
图1显示了电路的框图。没有显示用于确定和/或监控过程变量的装置的附加部件(例如，实际的传感器单元)。
电压源2通过开关4与继电器1相连。如果例如由过程变量的测量而得出超过了极限值，那么通过操纵开关4而吸合继电器1。如果过程变量例如是介质(例如，液体或松散材料)在容器中的物位并且如果传感器单元是振荡叉、单棒或者薄膜振荡器，那么例如可以通过分析传感器单元的振荡的特征变量而识别到超过物位。
继电器1通过施加于其上的等于或大于其额定电压或其吸合电压的电压而吸合。为了在保持状态中减少在继电器1上的损耗，电压源2与继电器1相匹配，使得源2供应给继电器1的电压低于其吸合电压。
为了继电器1确实在吸合时刻被吸合，这里提供振荡电路3作为升压单元5，其在这里是具有线圈、电容器和电阻器的LC振荡电路。这里，线圈和电容器串联连接。电阻器与电容器并联。这个振荡电路3同样与电压源2相连并且串联连接在源2和继电器1之间。以这种方式，电压源2的电压既处于继电器1上又处于升压单元5上，即，在理想的情况中，继电器1上的电压增倍。在振荡电路3之后还有整流器6，其由阻塞二极管和平滑电容器构成，平滑电容器从振荡电路2的振荡信号产生平滑的曲线，该曲线的幅度相应于振荡电路3中的衰减而下降。
在图1的这个实施例中，利用了LC振荡电路的瞬态特性。通过正确选择部件，在接通电压时振荡电路被激励并且开始振荡。通过随后的整流，直流分量被通过电容滤波并作为吸合电压而馈送至继电器。通过相应地设定大小，可以相应于对于继电器开关特性的需求而优化振幅及稳定时间。振荡电路3的振荡频率特别地匹配继电器1的惯性。为了吸合继电器1，特别是仅仅使用一个脉冲。
在图2中详细展示了图1的电路的各个部件。电压源2和振荡电路3在这里与同一参考地电位相连。在振荡电路中，在开关4和线圈之间还设置有一个二极管，其作为空载二极管并且对于释放时刻有重要意义。整流器6通过两个二极管、电容器和电阻器从振荡电路的振荡信号产生平滑的信号。这里，在闭合开关4的时刻，也就是在应当吸合继电器1的瞬间，得到最大振幅。通过衰减，电压变小。这里，这样选择衰减和响应频率，使得能够良好且可靠地切换继电器1。这个变型的一个优点在于，产生电压升高基本上仅需要一个开关，其中它特别地是切换继电器已经需要的开关。
在图3和4中，显示了升压单元5的第二变型。
对于升压单元5，提供电压储存单元10，它在这里具体地是电容器。电容器10在这里一方面与电压源2相连，另一方面与参考电位相连。在图3中，用于继电器1的开关4打开。电压源2、电容器10和继电器1串联连接。在继电器1之后提供LED 15，其向观察者光学地指示继电器是否被切换。图4中，用于继电器1的开关4闭合，即，例如介质已经达到物位或者发生了其他要通过切换继电器1而发出信号的状况。开关4与再充电开关11相连，后者将电容器10与电压源2相连。即，电压源2和电容器10被串联连接，并且相应的，两个电压之和施加于继电器，该继电器吸合并且在这里例如点亮LED 15。在另一实施例中，电容器10与一附加电压源相连，从而总体上对于继电器1还得到了另一电压。
电压升高的这个第二变型还可以如下描述：电容器10经由解耦二极管12而处于电压源2的工作电压并且被充电至该电压。继电器1被释放(图3)。通过相应的传感器信号，启动继电器工作。同时，切换再充电开关11，从而电容器10的下端处于电压源。以这种方式，电容器10的电压和电压源2的电压相加。如果继电器1被接通，那么电容器10被放电至电源电压和二极管12上下降的电压之间的差。这个保持电压足以可靠地将继电器1保持在吸合状态。如果输入信号令继电器释放，那么再充电开关11被再次带到电容器10与参考地电位相连的位置，从而电容器10可以自己再充电。继电器1上的电压脉冲依赖于充电电容10以及流经继电器1的放电电流。总体上，电压脉冲应当设定在约20ms至50ms之间。这个时间足以可靠地切换继电器1。通过图3和4的电路，可以选择较低的工作电压；在最好的情况中，它是继电器的额定电压的一半。在这个第二变型中需要两个开关。
图5显示了本发明的装置的一部分。这里例如提供振荡叉作为传感器单元30，其用于确定或监控过程变量，诸如物位、密度或粘度。这里，电压源2与两个继电器21、22相连。它们例如显示了两种不同的开关状态或者各自具有相同的开关状态。继电器还可以用于显示测量仪表的工作状态。
每一继电器21、22与其自己的升压单元25、26相连。这里，例如第一升压单元25根据前述第一变型而实现，即，振荡电路用于电压升高，而第二升压单元26具有相应切换的电容器作为电压储存单元。
附图标记列表
1     继电器
2     电压源
3     振荡电路
4     开关
5     升压单元
6     整流器
10    电压储存单元
11    再充电开关
12    二极管
15    LED
21    第一继电器
22    第二继电器
25    第一升压单元
26    第二升压单元
30    传感器单元

Claims (10)

1.用于确定和/或监控至少一个过程变量的装置，其包括至少一个继电器(1，21，22)和至少一个电压源(2)，
其特征在于，
提供至少一个升压单元(5，10，25，26)；以及
所述继电器(1，21，22)、所述电压源(2)和所述升压单元(5，10，25，26)彼此匹配并且彼此相连，使得当所述电压源(2)为了吸合所述继电器(1，21，22)而向所述继电器(1，21，22)提供电压时，所述升压单元(5，10，25，26)令施加于所述继电器(1，21，22)的电压升高，从而施加的电压至少对应于所述继电器(1，21，22)的吸合电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，继电器(1)和电压源(2)被构造并彼此匹配为，使得至少在吸合情况中电压源(2)向继电器(1)提供的电压低于继电器(1)的吸合电压。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，继电器(1，21，22)、电压源(2)和升压单元(5，10，25，26)串联连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，升压单元(5，10，25，26)设置在电压源(2)和继电器(1，21，22)之间。
5.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，升压单元(5，10，25，26)具有至少一个电子振荡电路(3)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，振荡电路(3)是LC振荡电路。
7.根据权利要求1至4之一所述的装置，其中，升压单元(5)具有至少一个电压储存单元(10)。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，电压储存单元(10)被实施并设置为，使得在继电器(1，21，22)的吸合状态中，电压源(2)和电压储存单元(10)串联连接。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其中，电压储存单元(10)包括至少一个电容器。
10.根据权利要求1至9之一所述的装置，其中，提供至少一个第一继电器(21)和至少一个第一升压单元(25)，提供至少一个第二继电器(22)和至少一个第二升压单元(26)，并且第一升压单元(25)和第二升压单元(26)不同地构造。
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