CN103119401B - 用于调整和监视信号电流的电路和含该电路的测量换能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于调整和监视信号电流的电路，包括：闭环调整电路；以及监视电路，其中闭环调整电路包括：用于输出根据目标值的控制电压的第一控制电压源；用于借助可控电阻依据控制电压和第一反馈电压提供信号电流的电流源电路；以及具有信号电流流过其的至少一个第一电阻元件的第一反馈路径，其中电阻元件上的电压降或根据其的电压被馈入到电流源电路作为第一反馈电压；特征在于监视电路包括：用于输出根据第二目标值的第二控制电压的第二控制电压源；用于确定第二控制电压和第二反馈电压之间偏差的模拟监视电路；以及具有信号电流流过其的电阻元件的第二反馈路径，其中电阻元件上的电压降或根据其的电压被馈入到监视电路作为第二反馈电压。

Description

用于调整和监视信号电流的电路和含该电路的测量换能器

技术领域

本发明涉及一种调整和监视代表目标值，特别是测量值或调整值的，信号电流的电路，以及具有这种电路的测量换能器。

背景技术

特别地，在工艺自动化技术中，采用测量变压器以利用这种信号电流输出例如4至20mA之间的测量信号。特别地，结合各种安全要求，例如SIL2(安全集成等级2)，需要测量装置的传输功能块中的误差能被迅速并可靠地识别并用信号通知。专利公布DE 10 2008 001832 A1中公开了一种测量换能器，其包括合适的监视功能。这里，在测量值的数字确定后，提供模拟所需值作为用于调整信号电流的电压值。评估信号电流流过其的旁路电阻上的电压降，以便确定实际流动的信号电流是否等于所需值。但是，所述现有技术不能确定所提供的所需值或流动电流是否确实等效于数字确定的测量值。旁路电阻上的确定的电压降的更新数字化确实能提供检验传输功能的另一可能性，但是这种运行模式有时太慢，特别是在动态运行中。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的用于信号电流的监视的电路以及具有这种电路的测量变压器。通过根据独立权利要求1的电路以及根据独立权利要求14的测量换能器，根据本发明将实现上述目的。

本发明提供了一种用于调整和监视信号电流的电路，该信号电流代表目标值，特别是测量值或调整值，其中该电路包括调整电路；以及监视电路，

其中调整电路包括：

用于输出根据目标值的受控电压的第一受控电压源；

用于借助电位计根据受控电压以及第一反馈电压调整信号电流的电流调整电路；

以及第一反馈路径，其具有信号电流流过其的至少一个第一电阻元件，其中电阻元件上的电压降或根据其的电流调整电路的一个电压被提供作为第一反馈电压；

其中根据本发明的监视电路包括：

用于输出根据第二目标值的受控电压的第二受控电压源；

用于确定第二受控电压和第二反馈电压之间偏差的模拟监视电路；

以及第二反馈路径，其具有信号电流流过其的电阻元件，其中电阻元件上的电压降或根据其的电流调整电路的电压被提供作为第二反馈电压。

在本发明的实施例中，第一受控电压源和第二受控电压源各包括用于积分脉宽调制参考电压的积分电路。在本发明的另一实施例中，两个积分电路都包括实质上相同的时间常数。

在本发明的另一实施例中，第一受控电压源和第二受控电压源各包括用于输出参考电压的参考电压源。

在一个可替换实施例中，受控电压源各包括同样都由参考电压源供电的d/a(数字-模拟)转换器。

在本发明的另一实施例中，电流调整电路包括借助其输出电压来控制晶体管电路的第一运算放大器，其中通过晶体管电路的电阻调整信号电流，其中第一运算放大器的输出电压取决于第一受控电压和第一反馈电压之间的偏差，其中监视电路包括借助其输出电压来用信号通知偏差的第二运算放大器，第二运算放大器的输出电压取决于第二受控电压和第二反馈电压之间的偏差。

在本发明的本实施例的另一扩展中，第一运算放大器的第一输入在电路运行中被连接至第一受控电压和第一反馈电压之和被连接至的节点，并且其中第一运算放大器的第二输入被连接至地。

在本发明的本实施例的另一扩展中，第一反馈电压在电路运行中连接至第一运算放大器的第一输入，并且第一受控电压连接至第一运算放大器的第二输入。

在本发明的本实施例的另一扩展中，第二运算放大器的第一输入在电路运行中被连接至第二受控电压和第二反馈电压之和被连接至的节点，其中第二运算放大器的第二输入被连接至地。

在本发明的本实施例的又一扩展中，第一反馈电压在电路运行中被连接至第二运算放大器的第一输入，其中第二受控电压被连接至运算放大器的第二输入。

在本发明的另一实施例中，在电路运行中，电阻元件上的电压降通过第一反馈路径被连接至电流调整电路而作为第一反馈电压，并且通过第二反馈路径被连接至监视电路而作为第二反馈电压。

在本发明的一个实施例中，电路还包括第二电阻元件，其相对于信号电流与第一电阻元件串联，其中第二电阻元件上的电压降或根据其的一个电压通过第二反馈路径被连接至监视电路而作为第二反馈电压。

在本发明的本实施例的又一扩展中，第二反馈路径包括差分放大器，其输出电压是第二电阻元件上的电压降的函数，其中差分放大器的输出电压通过第二反馈路径被连接至监视电路而作为第二反馈电压。

在本发明的一个实施例中，第一受控电压源和第二受控电压源各包括模拟开关，其中两个模拟开关都由微控制器的开关输出来控制，以便产生脉宽调制电压。

根据本发明的测量换能器包括：用于提供根据测量值的信号的传感器；用于基于根据测量值的信号来确定目标值的信号处理电路，其中目标值等于测量值；以及根据本发明的用于调整和监视信号电流的电路，该信号电流代表目标值。

附图说明

现在基于附图中所示的实施例说明本发明的其他特性和考虑。

附图示出：

图1：本发明第一实施例的电路示意图；

图2：本发明第二实施例的电路示意图；

图3：本发明第三实施例的电路示意图；

图4：本发明第四实施例的电路示意图；以及

图5：本发明的第五实施例的电路示意图。

具体实施方式

图1中所示的用于调整和监视信号电流的电路1包括调整电路100和监视电路101。调整电路包括运算放大器102，其反相输入连接至受控电压和反馈电压之和被形成处的节点。运算放大器102的正相输入连接至地。通过受控电压源提供受控电压，受控电压源如下构建。借助用于脉宽调制目的的微控制器的输出控制模拟开关104，以便从参考电压源108将脉宽调制电压输出至积分电路110，其中参考电压源108例如是Linear Technology公司的具有2.5V的输出电压的LT1790，其中模拟开关104、第一参考电压源以及第一积分电路110一起形成电压源。运算放大器102的输出被连接至晶体管112的基极，该晶体管在4至20mA之间调整双线电路114中的信号电流。第一电阻元件或相应地旁路电阻116被设置在双线电路中，其中旁路电阻116后的电压通过反馈路径118作为反馈电压被加至运算放大器102的反相输入处的节点处的受控电压，其中所述受控电压由受控电压源输出。监视电路101包括第二受控电压源，其在构造和功能上实质上等同于第一受控电压源，其中第二受控电压源包括第二参考电压源128，其也可以是LinearTechnology公司的LT1790，其中第二参考电压源128通过第二模拟开关124连接至积分电路130，该第二模拟开关124同样由用于脉宽调制的微控制器126的输出进行控制。用于控制第二模拟开关124的开关输出可以是等同于用于控制第一模拟开关104那个的开关输出。由积分电路130输出来自第二受控电压源的受控电压被连接至第二运算放大器122的正相输入。反馈电压通过第二反馈路径138被提供至第二运算放大器122的反相输入。

因此，根据以下内容说明根据本发明的电路的功能：

在以下处理中，将电路接地，如同连接至零电位。运算放大器102连续控制晶体管的基极，由此通过第一反馈路径118被提供至运算放大器102的反相输入处的节点的反馈电压以及被同样连接至该节点的第一受控电压之和呈现为零值。相同的反馈电压通过第二反馈路径138被提供至监视电路中的第二运算放大器122的反相输入，其中第二受控电压被连接至第二运算放大器122的正相输入。如果两个电压之和同样为零，则第二运算放大器不会输出误差信号。对于第一受控电压源和第二受控电压源的基本部件具有实质上相同的功能和尺寸来说，第一受控电压应等于第二受控电压，而这又需要第二运算放大器122不输出误差信号。但是，如果第一受控电压源块或第二受控电压源块的一个部件的固有特性发生改变，则必然会导致第一运算放大器122的输入信号之间的偏差，因此能够检测到并用信号通知误差。

在以下实施例中，第一受控电压源和第二受控电压源都构造为与第一实施例中的第一和第二受控电压源相同，因此可省去附图中的受控电压源。另外，出于简化的目的，实施例中的相同部件由个位和十位值都相同的相同附图标记表示。因此，实施例中的相同部件仅通过百位值加以区分。基于此，图2中的附图标记(->210)例如表示连接至不再示出的第一受控电压源的积分器，且附图标记(->230)表示连接至同样不再示出的第二受控电压源的积分器。同样，对其他实施例也如此。如上所述，第二实施例包括第一运算放大器202，其根据通过积分器210提供的第一受控电压控制晶体管212，以便调整电流电路214中的电流。电流电路中的第一电阻216上的电压降通过第一反馈路径210提供至节点，第一受控电压源的积分器也被连接到该节点，并且其定义了用于第一运算放大器202的反相输入的输入信号。与第一实施例相反，第二实施例的不同之处在于还可监视旁路电阻216。为此，在电流电路214中，第二旁路电阻217与第一旁路电阻串联，其中第二旁路电阻217上的电压降通过差分放大器237和第二反馈路径238提供至第二运算放大器222的反相输入，第二受控电压源的积分器230连接到第二运算放大器222的该正相输入。第二旁路电阻217可特别包括与第一旁路电阻216相同的阻值。如第一实施例中所述，受控电压源之间的偏差导致第二运算放大器222的两个输入之间的差异，这导致误差71的输出。此外，第一旁路电阻216和第二旁路电阻217之间的阻值比的变化同样导致第二运算放大器222的输入之间的差异，由此产生误差信号。因此，监视了所有涉及调整双线电路214上的输出电流的模拟部件。

图3中的第三实施例与第一实施例的区别在于第二反馈分支的连接关系。此处的监视电路同样包括第二运算放大器322，其反相输入连接至反馈电压和第二受控电压之和被连接的节点，其中该反馈电压在电流电路314的旁路电阻316上被分接并通过第二反馈路径338被提供至该节点，其中第二运算放大器的正相输入被连接至地。在这点上，第二运算放大器的电路等同于第一运算放大器302的电路，其中结合第一实施例探讨该电路图。

图4中的第四实施例通过与第一旁路电路串联的第二旁路电阻对电流调整电路中的第一旁路电阻进行监视，如结合第二实施例所探讨的。此外，监视电路的运算放大器422的反相输入被连接至第二受控电压和第二反馈电压之和被连接的节点，其中所述反馈电压取决于第二旁路电阻417上的电压降。

图5中所示的第五实施例同样包括监视电路，其中第二运算放大器522的反相输入被连接至被提供有第二受控电压530和通过第二反馈路径538的第二反馈电压的节点。在这种情况下，记录第一旁路电阻516上的电压降并通过第一反馈路径518被提供至第一运算放大器的反相输入处的节点的第一反馈电压还连接至第二运算放大器的正相输入。借助该电路，第一和第二电阻之间或由第一受控电压源和第二受控电压源输出的第一和第二受控电压之间的偏差导致第二运算放大器522的输入之间的差异，且因此导致误差消息。

总之，应当得出结论：调整电路和监视电路中的运算放大器的激励方式的性质以及反馈电压的提供的性质能够以不同方式实现，其能够由本领域技术人员任意相互组合，以便使得能够通过监视受控电压源以及根据具体情况而定的旁路电阻而监视根据本发明的电流调整。

Claims (14)

1.用于调整和监视信号电流的电路，所述信号电流代表目标值，所述电路包括：

调整电路；以及

监视电路，

其中所述调整电路包括：

用于输出根据目标值的第一受控电压的第一受控电压源；

用于借助电位计根据所述受控电压和第一反馈电压调整所述信号电流的电流调整电路；以及

第一反馈路径，所述第一反馈路径具有信号电流流过其的至少一个第一电阻元件，

其中所述电阻元件上的电压降或根据所述电阻元件上的电压降的所述电流调整电路的一个电压被提供作为第一反馈电压；

特征在于所述监视电路包括：

用于输出根据第二目标值的第二受控电压的第二受控电压源；

用于确定所述第二受控电压和第二反馈电压之间偏差的模拟监视电路；

以及第二反馈路径，所述第二反馈路径具有信号电流流过其的电阻元件，

其中所述电阻元件上的电压降或根据所述电阻元件上的电压降的所述监视电路的电压被提供作为所述第二反馈电压，

其中所述电流调整电路包括借助其输出电压来控制晶体管电路的第一运算放大器，其中通过所述晶体管电路的电阻调整所述信号电流，其中所述第一运算放大器的输出电压取决于所述第一受控电压和所述第一反馈电压之间的偏差，

其中所述监视电路包括借助其输出电压来用信号通知偏差的第二运算放大器，所述第二运算放大器的输出电压取决于所述第二受控电压和所述第二反馈电压之间的偏差。

2.根据权利要求1的电路，其中所述第一受控电压源和所述第二受控电压源各包括用于积分脉宽调制参考电压的积分电路。

3.根据权利要求2的电路，其中两个所述积分电路都包括实质上相同的时间常数。

4.根据权利要求1的电路，其中所述第一受控电压源和所述第二受控电压源各包括用于输出参考电压的参考电压源。

5.根据权利要求1的电路，其中所述第一运算放大器的第一输入在电路运行中被连接至所述第一受控电压和所述第一反馈电压之和被连接至的节点，并且其中所述第一运算放大器的第二输入被连接至地。

6.根据权利要求1的电路，其中所述第一反馈电压在电路运行中连接至所述第一运算放大器的第一输入，并且所述第一受控电压连接至所述第一运算放大器的第二输入。

7.根据权利要求1的电路，其中所述第二运算放大器的第一输入在电路运行中被连接至所述第二受控电压和所述第二反馈电压之和被连接至的节点，并且其中所述第二运算放大器的第二输入被连接至地。

8.根据权利要求1的电路，其中所述第一反馈电压在电路运行中被连接至所述第二运算放大器的第一输入，并且所述第二受控电压被连接至所述运算放大器的第二输入。

9.根据权利要求1的电路，其中在电路运行中，所述第一电阻元件上的所述电压降通过所述第一反馈路径被连接至所述电流调整电路而作为第一反馈电压，并且通过所述第二反馈路径被连接至所述监视电路而作为第二反馈电压。

10.根据权利要求1的电路，其中所述用于调整和监视信号电流的电路还包括第二电阻元件，其相对于所述信号电流与所述第一电阻元件串联，

其中所述第二电阻元件上的电压降或根据所述第二电阻元件上的电压降的一个电压通过所述第二反馈路径被连接至所述监视电路而作为第二反馈电压。

11.根据权利要求10的电路，其中所述第二反馈路径包括差分放大器，其输出电压是所述第二电阻元件上的所述电压降的函数，其中所述差分放大器的所述输出电压通过所述第二反馈路径被连接至所述监视电路而作为第二反馈电压。

12.根据权利要求2的电路，其中所述第一受控电压源和所述第二受控电压源各包括模拟开关，其中两个所述模拟开关都由微控制器的开关输出来控制，以便产生脉宽调制电压。

13.根据权利要求1的电路，其中所述目标值是测量值或调整值。

14.测量换能器，包括：用于提供根据测量值的信号的传感器；用于基于所述根据测量值的信号来确定目标值的信号处理电路，其中所述目标值等于所述测量值；以及根据权利要求13的用于调整和监视信号电流的电路，所述信号电流代表目标值。