CN1034818A

CN1034818A - 信号调节器

Info

Publication number: CN1034818A
Application number: CN88108799A
Authority: CN
Inventors: 山口治; 古川太
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1988-02-04
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1989-08-16
Anticipated expiration: 2003-12-21
Also published as: GB2215150B; CN1020818C; US4956795A; GB8823124D0; GB2215150A; KR890013550A; KR920007501B1

Abstract

本发明涉及可将传感器传送的温度、压力和流速信号转换成计算机可精确地读的一致性标准信号的信号调节器，它包括将传感器信号转换成数字信号的 A/D转换器；对相应传感器输出的数字信号进行预定数字运算的运算装置；以一定占空比输出相应于运算结果的脉冲信号的输出装置；对脉冲输出装置输出的脉冲信号进行平滑处理以输出标准脉冲信号的平滑装置；接收外部信号以设定运算装置的运算数据和输出装置的输出条件的设定装置。

Description

本发明涉及一种信号调节器，它用于将传感器传送的温度、压力及流速信号转换为计算机可精确地读的一致性标准信号，本发明尤其涉及一种配备有微处理器及执行输入信号线性化並进行多修正运算或多平均运算功能的信号调节器。

象录音机、控制器之类的信号接收设备现在已很通用，它们的输入通常是1～5V或4～20mA的标准信号。为此，必需有一转换器将热电偶或温度测量电阻及其他传感器传送的信号转换成信号接收设备能够接收的标准信号。

这种类型的一些常规转换器是根据传感器类型、输入信号的幅度或范围及运算功能而制成的。

但是，传感器的那类及输入信号的幅度或范围极为广泛。因此，难于为之提供相应的硬件转换器或调整这些转换器。

本发明的主要目的是要在这种环境下提供一种能够应用于不同的传感器类型及信号幅度或范围，同时能根据工程需要灵活进行相应变化的信号调节器。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种信号调节器，能通过提高把传感器传送的传号转换成微处理器可读的数字信号的A/D转换器的分辨能力，对信号进行高精度转换。

根据本发明的另一方面，提供了一种高可靠性信号调节器，它能确保存储数据的保存时间长于10年並在为保存多种多样的数据而设计的EEPROM中保持数据重写功能。

根据本发明的又一个目的，提供了一种信号调节器，它能不受耦合到传感器的导线电阻的影响。

本发明的其他目的和优点通过结合附图的描述可以更为清楚。

图1是本发明基本功能的框图;

图2是示明本发明一个实施例的框图;

图3是示明一种装置的外形的概图;

图4是本发明采用的A/D转换器的一个实施例框图;

图5和图6是示明其操作的波形图;

图7A/D转换器2中的计数器单元CU的另一结构图;

图8是示明图7中计算器单元操作的波形图;

图9是EEPROM的数据保护电路框图;

图10是示明EEPROM的数据保护电路一个实施例的框图;

图11是表明微处理器执行操作的一个例子的流程图;

图12是示明本发明另一实施例中的操作原理的功能框图;

图13是示明微处理器7执行的一个操作实例的流程图;

图14和图15是表明与本发明另一实施例结合的功能框图。

参见图1，它示出了本发明基本构成的功能框图。

其中，数字1表示传感器;2是用于将传感器1送出的信号转换为数字信号的A/D转换器;3是运算装置，用于对相应于传感器1送出信号的数字信号进行预定运算;4代表脉冲输出装置，用以输出具有相应于运算结果的占空比的脉冲信号;5是平滑装置，用来对脉冲输出装置4输出的脉冲信号进行平滑处理从而将其作为预定的标准信号输出;6是设定装置，用于从外部接收信号来设定运算装置3进行运算所用的数据和脉冲输出装置的输出条件。

传感器1传送的信号由A/D转换器2转换成数字信号，然后将其送至运算装置3。在运算装置3中设定有关传感器类型及信号范围的数据，它们来自设定装置6。运算装置3根据预定的运算公式用数据进行数字运算。运算结果由脉冲输出装置4根据设定装置设定的范围或幅度数据转换成脉冲信号，並进一步通过平滑装置5转换成标准信号。最后，将得到的标准信号输出。

再来看图2，它示明了本发明一个实施例的框图，其中，与图1相同的部件采用同样符号。

在本实施例中，用以测定温度的热电偶用作传感器1。

数字11表示一个控制参考接触温度的温度传感器，它可以是热敏电阻之类;12是一个恒流源，它通过电阻Rref提供恒定电流;13是第一多路开关选择器，用于顺序选择和输入参考电压Uref，热电偶1传送的热电动势信号Ex，双向电压Vs和热敏电阻11送出的温度信号Es;14和15是放大多路开关选择器13所选择的信号的前置放大器，它们相互分隔，其中一个具有来自热电偶的信号系统而另一个具有来自热敏电阻11接信号系统。

数字16表示第二多路开关选择器，用于将前置放大器14和15输出的信号进行选择並将其送至A/D转换器2。

热电偶可分为例如K，T，E，J，R，S和B7大类，这些已由日本工业标准叙述，A/D转换器2与前置放大器14相结合的动态范围是-20mv～+8mv。

数字7表示微处理器，它接收A/D转换器传送的数字信号。

在微处理器7中，数字71表示运算单元（CPU）;72是一存储有各种程序、运算数据及其他必要数据的一个表的ROM;73是一存有运算公式数据和来自外部的多个数据的RAM;74是一输入端口;75是输出端口;76是通信接口;77是EEPROM，用来存储例如热电偶类型或温度测量范围或幅值之类数据。这些部件通过总线78互联。

通过执行ROM72中的程序，CPU71与运算装置3，脉冲输出装置4（图1所示）以及下面将叙述的数据输入装置8一起作为设定装置6。

数字17代表一个隔离並输出微处理器7输出的脉冲信号的光电隔离器;18是一用来放大平滑装置5的输出信号的输出放大器;19是为每个单元提供操作隔离电源的DC/DC转换器。

数字8表示数据输入装置，用来将有关例如热电偶类型及温度测量范围之类的数据送至微处理器7。

数据输入装置8包括微处理器（CPU）81，用来输入数据的键盘82，显示单元83，通讯接口84及存储器85，当输入数据时与通信线9连通。通过通信线9，键盘82输入的数据传送到微处理器7。需求出现时对微处理器进行访问，显示单元83显示RAM73中存储的数据和来自传感器1的输入信号或输出信号。

图3是示出该装置的一个外观形状的概图。

电路被整体包含于一小壳之中。设备的一侧表面有一接收热电偶信号的端子TM1，一个与电源线相连的端子TM合，一个取出输出信号端子TM3以及一个与通讯线9相连的连接器CC。

符号CB表示一个盖板，当把信号线或电源线连到各个端子或通过通信线9输入数据时，如图所示，盖板打开，而在其他情况下是盖好的。

下面的叙述将把重点放在如此构成的设备的功能上。

开始时，数据输入装置8的通信线9通过连接器CC连到微处理器7。有关热电偶类型和温度测量范围的数据由数据输入装置的键盘82输入。数据通过通信线9传到微处理器7。在数据输入装置8已将需要的数据输入微处理器7之后，数据输入装置8从连接器CC上拆下来並用盖板CB盖起来以保护这些端子。

当接收到数据之时，微处理器7将其存入RAM73和EEPROM77的预定区域。

如前所述，来自热电偶1的热电动势Ex的范围为-20mv～+80mv。由第一多路开关选择器13选择热电动势Ex並由前置放大器14和A/D转换器2将其转换成数字值。第一多路开关选择器13用来选择参考电压Vref，电阻Rref产生的电压Vs和热敏电阻11上产生的电压Es。这些电压由A/D转换器2转换成数字值並被送往微处理器7。

已经接收到这些数字值后，微处理器7首先从RAM73和EEPROM77的预定区域读出由数据输入装置8设定的指示热电偶1类型的数据，根据这些数据，用于温度转换的运算操作借助于使用有关的转换表或运算公式予以完成，这些运算包括将温度和输出信号之间的关系线性化的线性化运算，用电压Vs，OV和热电偶的双向电压Es进行的增益修正运算，零修正运算和参考接触修正运算。

上述运算得到的温度信号的动态范围包含低至-278℃，高达+2000℃的值。

其次，微处理器7以执行脉冲输出装置4的功能，自RAM73中读取数据输入装置8所设定的有关温度测量范围的数据，如果温度测量范围位于例如0～300℃之中，将以0%的占空比输出周期脉冲表示0℃数据，以100%占空比表示300℃数据，而50%占空比表示150℃数据。

从微处理7输出的脉冲信号是由光电隔离器17隔离的信号，它们被送至平滑装置5。平滑装置5由例如低通滤波器构成，它输出一个与脉冲宽度调制正比例的模拟信号，放大器18将该模拟信号作为标准信号-即作为1～5V的电压信号-输出。

在上述实施例中，所示的情况是将热电偶作为传感器，而输入其传送的信号。但是，温度测量电阻和电位器的输出信号及压力传感器和流速传感器的信号也可输入。此外，作为可重写存储器装置，具有RAM和EEPROM，但它们任何一个都可能足够。

根据本发明构成的信号调节器可以改变与之相连的传感器类型，且范围及幅值亦可根据工程需要灵活地予以改变。

图4是示明图2所示A/D转换器2的一个实施例。

其中，积分电路21包括运算放大器OP1，电容C和电阻R₃～R₆。比较器22将积分电路21的输出与公共电平进行比较並将输出结果送至与微处理器7相连的计数器单元CU。

参考电压源23输出一参考电压±Es。在预积分电源24中，参考电压-Es由电阻R₁和R₂分压。

除了计数器CU，微处理器7还包括时钟源CLK和输出端口75，它能与时钟源CLK输出的时钟同步动作。

多路开关选择器MPX1有多个开关S0～S4，用于顺序将预积分电源24的预备电源信号Eb和来自传感器的模拟信号Ex加至积分电路21的输入端，並将电容C的两端短路。

A/D转换器的操作如下所述。

图5是其操作例子的操作波形图。在此假设基本分辨能力提高了4倍，公式（1）～（3）表明了电阻R₁和R₂之间的关系-它们被结合在一起形成了预积分电源24-以及电阻R₄和R₅之间的关系。

R1/（R1+R2）＝1/4

（R1∶R2＝3∶1 （1）

R1＜＜R5，R2＜＜R5 （2）

R4＝R5 （3）

参见图5，TO表示初始态，这时，多路开关选择器MPX1的开关SO接通（如图5（a）所示），而积分电路21的电容C短路，在这一状态下，积分电路21的输出电压eA几乎为0，比较器22的输出电压eB根据运算放大器OP1和比较器22的偏置电压在H或L电位上变动。

T1表示为获得高分辨能力的预积分时间，它是A/D转换器的特性。在该积分时间内，开关S3接通以积分来自预积分电源24的信号I1，该积分电流值I1由下式表示：

I1＝｛R2/（R1+R2）｝×（-Es/R₅）

＝（1/4）×（-Es/R5）

＝（1/4）×I4 （4）

积分时间T1由微处理器控制均匀分布在1～4个时钟计数脉冲中任何一个的时序中，以后将详细叙述这一情况。

T2是另一预积分时间，对它而言，即使在输入模拟信号Ex为负值，仍可进行A/D转换。在T2期间，开关S1接通（如图5（b）所示）。积分电路1在T2期间按公式（5）进行积分：

12×T2＝（Es/R3）×T2 （5）

对于时间T3，偏移充电量的输入为负，它相应于A/D转换器的输入范围的低端。

T3是输入积分段，在此期间，如图5（e）所示，开关S4保持接通，与输入模拟信号成比例的电流I3通过电阻在一给定时间内被积分。

T4是反向积分段，在这一期间内，如图5（c）所示，开关S2接通，公式（6）给定的恒流值I4被反向积分。

I4＝-Es/R4 （6）

在输入积分段T3和反向积分段T4中的操作是在双向积分电路中的相同的操作。

比较器22把积分电路21的输出电压eA与参考电压进行比较並将其结果放大。其后，设为H或L电平的数字信号输入到微处理器7中。微处理器7接收来自比较器22的反相信号並产生定时信号T0～T4以激励多路开关选择器MPX1。计数器单元CU计数时间为Tx，它是从T4段一开始直到比较器22的输出eB由H变为L这段时间。从而可在计数器单元CU中得到相应于输入模拟信号Ex的数字信号。

这一功能已大致说明。下面，我们将解释获得高分辨能力的操作，而这正是A/D转换器的特征。

在预积分段T1中的积分电流I1和反相积分段T4中的积分电流T4之间的关系由下式表征：

I1＝（1/4）×I4 （7）

因此，在预积分段中的1个时钟周期等于反向积分时间T4的1/4个时钟周期。

图5中，实线标出的定时被表示为：T1＝1个时钟周期，而间断线标出的定时被表示为T1＝2个时钟周期。比较器22的输出eB的定时相对于同一输入模拟信号的变化相差1/4个时钟周期。

这种A/D转换器的配备使转换定时受到控制以使在双向积分运算之前将预积分时间T1均匀地以例如1～4时钟进行分布，关于比较器22的输出eB，从L变为H的定时均匀分布在图6（b）所示的分散段。

因此，当计数为K时图6（c）所示用于对时钟脉冲进行计数的计数器单元CU的计数值（AD转换值）是1/4，而当计数为（K-1）时，计数值为3/4。

微处理7中的运算处理装置用于通过对计数器单元CU的计数值进行均匀地处理以获得高精度AD转换值，即在这一实施例中，执行下式所示的平均运算。

Dx＝（1/4）×K+（3/4）×（K-1）

＝K-（3/4）（8）

通过进行平均运算处理，可将AD转换的分辨能力提高4倍。

为获得4倍的分辨能力，AD转换必须至少执行4次，虽然一次AD转换就足以获取基本分辨能力的信息量。因此，与只是通过增加积分时间得到高分辨能力的先有技术相比，可能减少AD转换时间。

图7是示出A/D转换器2中的计数器单元CU的另一构成的框图。

该计数器单元CU包括：一个反向检测单元31，用来检测比较器22输出eB的反向;计数器32，用来对时钟脉冲计数;寄存器33，用于响应反向检测单元31传送的检测信号存储计数器32的计数值並更新其内容;缓冲器34，它通过接收反向检测单元31的检测信号存储寄存器33的值，该缓冲器34然后被截止;比较器35，它在一预定时间之后将寄存器33的内容与缓冲器34的内容加以比较。

图8是示明上述构成的计数器单元操作的波形图。

首先来读在通路中没有噪声加至计数器单元的情况，计数器32以定时T1将时钟计数初始化，此时，积分电路21开始反向积分。假设积分电路21的输出电压eA达到公共电平且比较器22的输出eB在图8所示的定时T2处从高电平变为低电平时，反向检测单元31检测到这一情况並输出检测信号。当接收到该检测信号时，寄存器33存储计数器此时的计数值Tx並使缓冲器34存储该值。此后，禁止对缓冲器写入。

在一段预定时间之后的定时T3处，比较器35把寄存器33存储的计数值与缓冲器34存储的计数值加以比较。若寄存器33的内容与缓冲器34的内容相符，则由比较器35判断不存在噪声影响。然后，寄存器33的内容作为计数器单元CU的计数值输出。

与之相反，当由间断线表示的噪声在例如定时T11混入时，将进行下述操作。

反向检测单元31在定时T11处对混合噪声进行检测並输出检测信号。当接收到当检测信号时，寄存器33存储计数器32此时的计数值Tx1並同时使缓冲器34存储该Tx1值。此后，禁止对缓冲器写入。注意，在此时，是假设计数器32连续对时钟脉冲计数。

最后，在定时T2处比较器22的输出eB从H（高电平）变为L（低电平）。反向检测单元31检测这一变化並输出检测信号，当接收到该检测信号时，寄存器33存储计数器32此时的计数值Tx2以取代原有的计数值Tx1。此时，缓冲器34已被截止且无内容更新。在一预定时间过后，在定时T3处，比较器35将寄存器33的内容Tx2与缓冲器34的内容Tx1比较。其结果可判断已混有噪声，原因在于寄存器33和缓冲器34的内容相互不一致。结果，略去寄存器的内容（计数值Tx2）。

若在定时T12处混有噪声，则操作如上述情况。传感器传送信号的A/D转换可以通过上述操作而在去除噪声影响的情况下完成。

图9示明了EEPROM（电气可擦与可编程只读存储器）用作存储各种数据的情况，尤其是EEPROM的数据保护电路，它能保护存在EEPROM中的数据並保持可重写功能长达10年之久。

该EEPROM限定为非易失性存储器，其中，用户可随意写入和擦除数据。当EEPROM与系统相连时可重写数据。因此，EEPROM有这样的特点，即可遥控改变数据而不降低系统的工作效率。鉴于此，EEPROM用于例如不需要复杂的改写过程的操作程序或运算变量数据存储。

然而，结合EEPROM存储数据的保存时间考虑，一般无需超过几年的时间。

可以建议周期地刷新存储内容以便不致擦掉存储的内容。但是，由于EEPROM的重写处理次数有限，就有可能使这些重写处理的次数超过预定数目，这将对保证可靠性带来问题。

这一电路是根据上述要点制备的。

参见图9，数字77表示用于存储数据的EEPROM，这些数据无需复杂的重写处理;41是随机数信号生成装置;42是刷新地址生成装置，当输入电源时，该装置用随机数信号生成装置41的随机数信号生成刷新EEPROM1的高位地址;43是一定时器，其中设定了EEPROM77的刷新周期;44是刷新装置，用于当输入电源后经过定时器43中设定的时间后，刷新由刷新地址生成装置42生成的地址中存储的数据。

EEPROM77根据定时器43中设定的周期，每当电源输入时刷新从随机数信号生成装置41送出信号生成的高位地址。

图10是示明EEPROM的数据保护电路的一个实施例的框图。其中，与图9相同的部件采用相同的标号。

数字71表示CPU;72表示用于存储固定数据或程序的ROM;73表示存储临时保存数据的RAM。这些部件与EEPROM77一起相互连到数据总线DB和地址总线AB上，EEPROM77存储参数-它们在写入后基本不变-和其他数据、市场供应的EEPROM77的数据保存时间为3年（在其于室温条件下使用时），而且数据写入和擦除处理次数均在10，000之内，19表示用于为各个单元提供电源的电源电路。

CPU71以执行存储于ROM72中的程序亦可作为刷新地址生成装置42和刷新装置44（它们如图9所示）。

图11是示明CPU71所执行的操作的一个例子的流程图。

当电源首先接通时，CPU71中连接的刷新地址生成装置42从随机数信号生成装置接收随机数信号並生成刷新高位地址Aolr（步骤1）。然后，定时器被瓒ㄎ狾Ⅲ进入起始态（步骤2）。假设在定时器中事先设定一个时间Tr，它相应于例如刷新EEPROM77的一个字节所用的周期（即2小时）。然后，监视定时器43之值並判断定时器之值T是否达到设定值Tr（步骤3）。

若定时器值未达到Tr，将T加1，执行CPU71的正常操作（步骤4和5）。反复执行步骤4、5直至定时器值达到设定值Tr。当达到Tr时步骤3中的判断为“足”。刷新装置44对刷新地址生成装置42生成的地址ADr进行刷新处理（步骤6）。该刷新处理通过读出地址ADr中存储的数据並将该数据再写入地址ADr而完成。

其后，刷新地址生成装置42设定下一刷新地址以便该刷新地址成为Adr+1。定时器43的定时器值设定为0並返回步骤3的处理（步骤7）。

在EEPROM77中，一旦根据上述操作输入电源且每次定时器43之定时值达到设定值Tr之时，即顺序从随机数信号确定的高位地址向下进行刷新处理。在执行这些处理时，假定采用的是512字节EEPROM77，定时器43的设定值Tr是2，3535小时，在输入电源后该设备连续用10年，对一个地址写的执行次数是72.7次，它大大小于说明书中所述的1000，000次。

当通/断电源而间断使用电源时，首先刷新EEPROM77的地址是由电源每次接通时随机数信号生成装置41的随机数信号随机确定的。

通过几次通/断电源以后，有可能将存储在所有地址中的数据从平均上说进行刷新。

假设电源接通每天一次，例如要对设备充8小时电，且该设备一月运行20天，则等效数据保存时间（＝数据保存时间/在前述条件下不刷新512个字节中一个字节的概率）为204年。

若不是由随机数信号确定刷新高位地址，则要求在上述条件下每8小时刷新512字节一次。在这一情况下，刷新周期Tr为0.015625小时，而写/擦处理数量将达到10，950，它超过了说明书的要求。

在上述实施例中，以独立块形式示出了随机数信号生成装置和定时器43。但是，CPU71亦可作为这两者使用。

图12是示明用温度测量电阻作为传感器1时信号调整器的原理功能框图。其中温度测量电阻代替了传感器1，在一些情况下，限流电阻置于去往温度测量电阻的信号通路上，以防止爆炸确保基本安全。在这种情况下，A/D转换器中设定的动态范围在确定时必须考虑限流电阻。在本实施例中，A/D转换器的动态范围根据位于温度测量电阻的信号通路中的电阻阻值而自动变化，有可能恒定得到高精度信号，它正好相应于测量温度而与位于信号通路上的限流电阻无关。

图12中，数字1表示作为传感器的温度测量电阻;CBL是一引自温度电阻1的信号通路（导线）;r₁、r₂和r₃分别表示导线阻抗。CS是为温度测量电阻1提供恒定电流i的恒流源;MPX2是多路开关选择器，用于顺序切换並取得导线一端的电压VA、VB和VC;2是A/D转换器，用于对多路开关选择器2取出的电压信号进行A/D转换，其动态范围是可变的，数字3表示温度信号运算装置，用于在从A/D转换器2输入数字信号时进行预定运算，从而得到温度信号;36是电阻值运算装置，通过在A/D转换器2输入数字信号时进行预定运算，以获得信号通路CBL上的导线阻抗;37是比较装置，它将由运算装置36获得的导线阻抗值与一预定值进行比较。微处理器7执行一个未示出ROM中存储的程序，从而完成温度信号运算装置3，导线阻抗运算装置36和比较装置37的功能。

现在解释如此构成的设备的操作。

恒流源CS输出的恒定电流流入温度测量电阻1，由此在导线CBL一端产生电压信号VA、VB和VC。这些电压信号由多路开关选择器MPX2顺序选择並由A/D转换器2转换成数字信号，位于微处理器7中的导线阻抗运算装置3，用于根据等式（9）计算信号通路（导线）上的阻抗γ₃。

VB-VC＝γ₃·i （9）

比较装置37将运算得到的导线阻抗r₃与一预定导线阻抗值比较。根据比较结果，可知信号通路中是否有限流阻抗，若导线阻抗大于预定值，则判断其中确有限流阻抗。此后，A/D转换器2的动态范围设定在一般模式（具有较宽的阻抗测量范围，如0～700Ω）。若小于预定值，则判断其间未有限流阻抗，动态范围切换为多分辨能力模式（其阻抗测量范围较小，如0～460Ω），一旦进行这一模式切换，指明模式的数据便存入未示出的EEPROM之中。

图13是示明微处理器7执行的操作的一个实例的流程图。

当输入电源时，微处理器7首先以前一模式工作，然后判断该模式是高分辨能力模式还是一般模式（步骤1和2）。

若在步骤2处判定为一般模式，则测量线阻抗並判断该阻抗值是否超过例如40Ω（步骤3和4）。若大于40Ω，动态范围将保持在一般模式並执行给定的处理（步骤6）。在步骤4中若判断出线阻抗值小于40Ω，则可认为无限流阻抗位于信号通路中。然后，动态范围变为高分辨能力模式（步骤5）。在这一模式切换处理中，结合A/D转换器2和与其输入端相连的前置放大器，动态范围改变为从0到460Ω。

若步骤2判明为高分辨能力模式，则测量线阻抗，並判断线阻抗值是否小于例如60Ω。若是，则动态范围保持为高分辨能力模式。然后，在步骤6处执行给定处理，若判明线阻抗值超过60Ω，则认为信号通路中有限流阻抗。继之，动态范围在步骤9处切换为一般模式，在该模式切换处理中，结合A/D转换器2和位于其输入侧的前置放大器（未示出），动态范围改变为从0～700Ω。

根据以上操作，当测量例如铂温度测量电阻的阻抗值17～340Ω时，假设信号通路中有限流阻抗时的动态范围是0～700Ω。另一方面，若信号通路中无限限流阻抗，则动态范围自动切换到多分辨能力模式，从而可得到1.5倍精度。

在上述实施例中，当输入电源时测量线阻抗。但当改变与温度测量电阻相连的导线时，可依据数据输入装置之类给出的命令测量线阻抗。

图14和15是功能框图，用以示明本发明的另一实施例。其中，与传感器相连导线各自的另一实施例。其中，与传感器相连导线各自的阻抗的影响被排除了。

图14叙述了将温度电阻作为传感器的情况。符号γ₁、γ₂和γ₃分别表示导线阻抗。微处理器7包括：误差运算装置38，用来计算当作为传感器的温度电阻1的两端短路时或在连接了一个有一预定阻值的参考阻抗时，在有信号输入的情况下，线阻抗γ₁～γ₃之间不平衡导致的误差;以及运算命令装置39，用于根据来自例如数据输入装置（尽管在此未示出）传送的指令信号使误差运算装置38工作。

在这一结构中，若在去向温度电阻1的导线的阻抗γ₁～γ₃之间有一些不平衡，当例如γ₁＝γ+△γ而γ₃＝3时，将使下式成立：

VA-VC＝（R+2·γ+△γ）·i （10）

VB-VC＝γ·i （11）

这里，R是温度电阻1的电阻值。

由公式（10）和（11）可得下式：

R·i＝VA-2·VB+VC-2·△γ·i （12）

这里，2·△γ·i项是导线阻抗之间不平衡引起的误差。

为得到这一误差，温度测量电阻1的两端在本实施例中开始是短路的（如间断线所指出）。在这种状态下，驱动多路开关选择器MPX2並顺序输入导线一端的电压信号VA、VB和VC。

其次，运算命令装置39输出一个运算命令到误差运计装置38，根据公式（13）进行运算以获得误差2·△γ·i。上述运算命令是根据数据输入装置8给出的指令发出的。

2·△γ·i＝VA-2·VB+VC （13）

特别是在温度测量电阻1的两端（如间断线指出的）短路时，由于公式（12）中的R·i项为零，可从公式（13）中求出误差2·γ·i。当完成该误差运算时，温度测量电阻1的两端不再短路。

将得到的误差存入EEPROM中並将其送至温度信号运算装置3，在该处考虑这一误差进行公式（12）的运算。结果，很方便地得到了温度信号，该信号不存在由于导线阻抗之间不平衡导致的误差。

在以上叙述中，当计算误差时，温度测量电阻1两端是短路的。然而，可代之以连接一定值的参考阻抗。

图15示明了一例子，其中，将热电偶作为传感线。符号γ代表热电偶1的每根导线的阻抗。CS是恒流源，其输出的恒流之流过开关S1到热电偶1。恒流i是检测热电偶连接情况的测量电流。微处理器7包括：误差运算装置38，用于计算开关S1接通或开断时热电偶1输入的电压信号为V1和V2时，线阻抗γ和恒流i之间不平衡导致的误差;运计命令装置39，用于使误差运算装置38根据例如未示出的数据输入装置传送的指令信号工作。

基于这一结构，开关S1在测量温度时接通，而恒流源CS输出的恒流i流经导线和热电偶1，从而在导线一端生成电压信号V1和V2，它们由多路开关选择器MPX2有规律的顺序选通並由A/D转换器2转换成数字信号，位于微处理器7之中的温度信号运算装置3用于计算电压信号V1和V2之间的压差VX。然后，热电偶1送出的温度信号借助于公式（14）的运算得到，在该式中，与导线阻抗值有关的误差从压差中减去了。

VX＝V1-V2

VC＝VX-2·i·γ （14）

其中，2·i·γ的幅值从精度上可忽略不计，但其随导线阻抗γ而变。尤其当导线中具有限流阻抗以防止爆炸保证基本安全时，随之而来的便是出现将在操作中导致问题的测量误差，它与热电偶1的类型和导线情况有关。

现在，令开关S1接通时的压差为VX_ON，则下式成立：

VC＝VX_ON-2·i·γ （15）

这里2·i·γ是未知的，因此，不能得到精度VC。

在本实施例中，由于基本安全防爆的原因，考虑到热电偶的类型和导线情况，在导线中有限流阻抗，且在2·3·γ不可忽略时，连接有一数据输入装置8，运算命令由其输出。

首先接收这一命令的微处理器7断开开关S1，在该状态下，恒流i不再流过导线，所以公式（14）可用公式（16）表示。结果，可获无误差VC（但令此时的压差为VX_OFF）：

VC＝VX_OFF（16）

误差运计装置38从公式（15）和（16）中求未知误差项2·i·γ。

2·i·γ＝VX_ON-VX_OFF（17）

将所得到需校正的误差2·i·γ存入EEPROM77並将其送至温度信号运算装置3。

其次，开关S1接通，从而提供一个正常温度测量状态。在这一状态下，恒流源CS的输出恒流作为断线检测电流流过导线。

温度信号运算装置3接收误差运算装置38计算的修正误差2·i·γ，並由公式（14）计算温度信号。即，根据本实施例，可灵活地得到无误差温度信号，即使导线的连接情况发生变化。

例如，用K型热电偶且来自恒流源CS而流经其的恒流为i＝0.1μA。则位于导线中的限流阻抗为γ＝235Ω。此时，0℃附近的误差为1.2℃。但在本实施例中，可消除这一误差。

尽管已对本发明的实施例结合附图进行了详细叙述，但本发明並不只限于上述实施例，根据本发明的精神，本领域的工作人员可在本发明范围内作出各种变形和改进。

Claims

1、一种信号调节器，特征在于包括：

A/D转换器，用于将传感器传送的信号转换成数字信号；

运算装置，用于对相应于所述传感器传送的信号的数字信号进行预定运算；

脉冲输出装置，用于以一定占空比输出相应于运算结果的脉冲信号；

平滑装置，用于对所述脉冲输出装置的输出脉冲信号进行平滑处理，从而将该脉冲信号作为预定标准信号输出；

设定装置，用于设定运算装置用于数字运算的数据並在接收到外部信号时输出所述脉冲输出装置的状态。

2、权利要求1所述的信号调节器，特征在于所述设定装置包括可连接/可拆卸的数据输入装置並用于接收所述数据输入装置的输入数据。

3、权利要求1所述的信号调节器，特征在于所述传感器检测温度，有关温度传感器类型及温度测量范围的数据由所述数据输入装置输入。

4、权利要求1所述的信号调节器，特征在于所述A/D转换器包括：积分电路;参考电源;预积分电源，用来输出与所述参考电压源的电压成预定比例的电压;多路开关选择器，用于选择和输入来自所述传感器的模拟输入信号、参考信号和予备电源信号到所述积分电路;比较器，用于输入来自积分电路的输出;计数器装置，用于输入来自所述比较器的信号;运算处理电路，用于输入来自所述计数装置的计数值並执行平均运算处理;以及控制装置，用于输入来自所述比较器的信号並控制所述开关电路、积分电路和计数装置，

所述控制装置执行以下步骤：

将输入模拟信号和参考信号输入给积分电路以便在控制所述开关电路时进行双向积分处理，使所述积分电路借助于进行双向积分处理的反向积分处理之前施加予备电源信号执行预积分处理;並使每一A/D转换周期和预积分时间在所述计数装置计数的1～N个脉冲范围内变化。

5、权利要求4所述的信号调节器，特征在于所述计数装置包括：比较器;反向检测单元，用于检测所述比较器输出信号的反向;计数器，用于对时钟计数;寄存器，用于根据来自所述反向检测单元的检测信号保持所述计数器的计数值;以及缓冲器，用于响应来自所述反向检测单元的检测信号，取出所述寄存器的保存值，所述缓冲器然后被截止，且在一预定时间过后，其中所述寄存器的内容与所述缓冲器内容比较，若二者相符，则所述内容作为所述计数装置的计数值输出。

6、权利要求1所述的信号调节器，特征在于所述运算装置和脉冲输出装置由有一存储器的微处理器实现的，且其中所述设定装置给出的数据存于所述存储器之中。

7、权利要求6所述的信号调节器，特征在于所述存储器包括一个EEPROM。

8、权利要求7所述的信号调节器，特征在于无需经常重写的数据存在所述EEPROM中，所述EEPROM的内容保护电路包括：随机数信号生成装置;刷新地址生成装置，用于借助来自所述随机数信号生成装置的随机数信号生成一个刷新所述EEPROM的高位地址;定时器，其中设定所述EEPROM的刷新周期;以及刷新装置，用来在输入所述电源后並在所述定时器中设定的时间过后，刷新存在所述刷新地址生成装置生成的所述地址中的所述数据。

9、一种信号调节器，特征在于包括：

温度测量电阻;

恒流源，用于为所述温度测量电阻提供恒定电流;

多路开关选择器，用于顺序切换和取出与所述温度测量电阻相连导线端的电压;

具有可变动态范围的A/D转换器，在其中对所述多路开关选择器所取出的所述电压信号进行A/D转换;

温度信号运算装置，用于在输入来自所述A/D转换器的数字信号时进行预定运算以获得温度信号;

阻抗运算装置，在输入来自所述A/D转换器的所述数字信号时进行预定运算以获取位于包括所述导线的信号通路上的线阻抗;以及

比较装置，用于将所述阻抗运算装置给出的线阻抗值和一预定值进行比较，从而根据所述比较器给出的比较结果改变所述A/D转换器的动态范围。

10、一种信号调节器，包括：

温度测量电阻;

恒流源，用于为所述温度测量电阻提供恒定电流i;

多路开关选择器，用于顺序切换和取出连至所述温度测量电阻的导线端的电压;

A/D转换器，用于对所述多路开关选择器取出的信号进行A/D转换;

温度信号运算装置，在来自所述A/D转换器的数字信号输入时进行预定运算以得到温度信号;

误差运算装置，用于以下述方法计算由于导线电阻不平衡引起的误差，即当所述温度测量电阻两端短路或在连入一具有预定电阻值的参考电阻时，在所述导线的一端输入所述信号;

运算命令装置，使所述误差运算装置根据外部命令信号工作，特征在于所述温度信号运算装置接收所述误差运算装置得到的误差数据並在计算所述温度信号时考虑该误差。

11、一种信号调节器，包括：

热电偶;

恒流源，为所述热电偶通过开关提供恒定电流i;

多路开关选择器，用于顺序切换和取出与热电偶相连导线端的电压;

A/D转换器，用于对所述多路开关选择器取出的电压信号进行A/D转换;

温度信号运算装置，在输入来自所述A/D转换器的数字信号时进行预定运算以获取温度信号;

误差运算装置，在接通或断开开关时，通过输入所述各个电压信号的数字信号来计算与所述导线的线阻抗有关的误差;以及

运算命令装置，使误差运算装置根据来自外部的命令信号工作，特征在于所述温度信号运算装置接收误差运算装置得到的误差数据並在计算所述温度信号时考虑该误差。