CN104238401B - 模拟输入组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟输入组件，包括驱控单元、模数转换器、具有第一和第二输入端的输入电路、布置在第一和第二输入端之间的分压器，其中驱控单元与第一和第二输入端连接并且接在模数转换器上游，其中分压器具有与调节单元的比较装置的第一比较输入端连接的中心抽头，其中调节单元具有布置在第二输入端和参考点之间的切换装置，比较装置设有连接在参考源上的第二比较输入端，比较装置具有与切换装置的控制输入端连接的控制输出端，其中调节单元设计为使当两线测量变换器连接第一输入端，其中第二输入端保持未接通时，切换装置释放通向参考点的电流路径，当四线测量变换器连接第一和第二输入端时，切换装置阻断通向参考点的电流路径。

Description

模拟输入组件
技术领域
本发明涉及电子技术，具体地，涉及一种模拟输入组件。
背景技术
在工业自动化技术中，例如应用模拟输入组件来测量过程参量。测量变换器连接在模拟输入组件上。具有连接的测量变换器的模拟输入组件的应用案例例如有将过程参量转换至标准的电流范围。测量变换器按其连接方式主要可以分为双线测量变换器(Zweileiter-Messumformer)和四线测量变换器(vierleiter-Messumformer)。双线测量变换器直接通过供给电压应在电流环路中用于模拟输入组件。其中，在某种程度上可以说，通过双线测量变换器转换的测量值被映射在双线测量变换器的供给电流中。顾名思义，对于双线测量变换器来说仅需两根导线来实现连接。基于双线测量变换器与供给电压的直接关联，测量系统、即模拟输入组件导电地与参考点、例如接地电位(Masse)关联。
与此相反，四线测量变换器则始终以独立的供给电压来供电。真正用于经过转换的过程参量的电流环路是与供给电压分离地连接的。因此总共需要四根导线(两根用于连接供给电压，两根用于连接测量信号的电流环路)来实现与模拟输入组件的连接。基于四线测量变换器中独立的、大多在电流方面与供给电压电隔离的电流环路，测量系统、即模拟输入组件在电流方面是不与地电位关联的。
两线测量变换器的应用越来越普遍，其输出信号的范围在4至20mA之间。四线测量变换器所输出的输出信号则在0至20mA的范围内。
在专利文献DE 44 26 765 C1中已经公开了一种用于使两线测量变换器适配于四线测量系统的电路装置。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种模拟输入组件，该模拟输入组件能够在不使用附加的转换装置的情况下实现两线测量变换器的连接和四线测量变换器的连接。此外，本发明的目的还在于，为在专利文献DE 44 26 765 C1中公开的电路装置提出一种替换方案，并且以较小的布线耗费便可实现该替换方案。
该目的通过一种模拟输入组件实现，其包括驱控单元、模数转换器、具有第一输入端和第二输入端的输入电路、布置在第一输入端和第二输入端之间的分压器，其中，驱控单元与第一和第二输入端连接并且驱控单元连接在模数转换器的上游，该目的通过这种模拟数字组件这样实现，即分压器具有中心抽头，该中心抽头与调节单元的比较装置的第一比较输入端连接，其中，调节单元具有切换装置，该切换装置布置在第二输入端和参考点之间，并且比较装置设有第二比较输入端，该第二比较输入端连接在参考源上，其中，比较装置具有控制输出端，该控制输出端与切换装置的控制输入端连接，其中，调节单元设计为使得当两线测量变换器连接在第一输入端上，其中第二输入端保持未接通时，切换装置释放通向参考点的电流路径，并且当四线测量变换器连接在第一输入端和第二输入端上时，切换装置阻断通向参考点的电流路径。根据现有技术，迄今为止所使用的要么是根据DE 4426 765 C1的耗费的电路布置，要么是用于电流测量中的双线和四线接线的独立输入电路。如果这两种类型的测量变换器共用同一输入电路，那么为了在这两种连接方式之间切换，必须在测量组件中应用合适的切换元件并驱控该切换元件。其它模拟输入组件或测量组件此外则还要求在测量输入端上具有外部电缆桥。现在，通过根据本发明的模拟输入组件则能够避开这些缺陷。通过本发明对模拟输入组件加以扩展，使得通过调节单元扩展用于连接四线测量变换器的输入电路不接地(massefrei)的且结构有差异的测量输入端，使得该测量输入端也适用于连接两线测量变换器。其中，分压器保持在所要求的工作点上，并且同时能够在不必在模拟输入组件中使用附加的切换元件的情况下形成通向参考点的电流路径，该电流路径能够实现将电流导回至供给接地电位(Versorgungsmasse)处的功能。
在一种有利的设计方案中，分压器具有串联接通的第一电阻器和第二电阻器，其中，中心抽头布置在第一和第二电阻器之间。有利的是，分压器通过其第一电阻器和第二电阻器被对称地构造，这意味着，电阻值几乎相等。由此获得用于连接四线测量变换器的、结构对称的输入电路，该输入电路也可任意用于连接双线测量变换器。
另一种有利的设计方案设计为，将比较装置设计为运算放大器并且将切换装置设计为半导体切换装置、特别是设计为晶体管。
总而言之，可以说，根据本发明的模拟输入组件现在具有这样的输入电路，即其能够通过结构有差异的输入电路实现共用两线测量变换器和四线测量变换器的目的，但同时却不必为了在这两种工作方式之间进行切换而使用附加的切换信号。现在有一种结构稍有差异的、用于连接四线测量变换器的测量输入端可供使用，通过调节单元对该测量输入端加以扩展，使得该测量输入端也适用于连接两线测量变换器。
附图说明
在附图中对实施例进行详细说明。图中示出：
图1示出连接了双线测量变换器的模拟输入组件，以及
图2示出连接了四线测量变换器的模拟输入组件。
具体实施方式
根据图1示出了模拟输入组件1，其包括驱控单元2、模数转换器3、具有第一输入端11和第二输入端12的输入电路4、布置在第一输入端11和第二输入端12之间的分压器5。驱控单元2与第一和第二输入端11，12连接并且驱控单元连接在模数转换器3的上游。通过分压器5而减弱的电压信号由驱控单元2进行分析并传输至模数转换器3处，该模数转换器随后通过数字输出端10提供经过转换的数字信号以供进行进一步处理。
利用由输入电路4和由调节单元7构成的组合，现在在模拟输入组件1中实现了组合式的输入电路4，利用该组合式的输入电路，再也不必为了测量电流而在双线测量变换器连接和四线测量变换器连接之间进行特定的切换。此外，分压器5还具有中心抽头6，该中心抽头与调节单元7的比较装置20的第一比较输入端21相连接，其中，调节单元7具有切换装置30，该切换装置布置在第二输入端12和参考点M之间，比较装置20设有第二比较输入端22，该第二比较输入端连接在参考源8上，其中，比较装置20具有控制输出端23，该控制输出端与切换装置30的控制输入端31相连接。
如果正如在图1中示出的那样，双线测量变换器2L连接在模拟输入组件上，那么该双线测量变换器则2L便利用其第一导线连接在第一输入端11上，并且利用其第二导线连接在参考点M上。在这种情况下，参考点M象征着双线测量变换器2L和模拟输入组件1共同的接地电位。通过将中心抽头6集成在输入电路4中，并且其中，中心抽头6为调节单元7提供可供使用的调节参量，那么此时要么为了测量过程参量使双线测量变换器2L连接在第一输入端11上，要么使四线测量变换器4L(见图2)连接在第一输入端11和第二输入端12上，而不必在模拟输入组件1上使用其它的电路措施。
其中，具有比较装置20和切换装置30的调节单元7设计为使得当双线测量变换器2L连接在第一输入端11上，其中第二输入端12保持未接通时，切换装置30释放通向参考点M的电流路径41，并且当四线测量变换器4L连接在第一输入端11和第二输入端12上时，阻断通向参考点的电流路径41，但与此同时，实现经由第二输入端12回流至四线测量变换器4L的另一个第二电流路径42。
比较装置20设计为具有第一比较输入端20、第二比较输入端22和控制输出端23的运算放大器。第一比较输入端21与中心抽头6连接，且第二比较输入端22与参考源8的正极连接。通过参考源8来例如提供2.5V的正向电压。
切换装置30设计为NPN晶体管，其中，发射极与参考点M连接并且集电器处于与节点的连接中，第二输入端12和测量桥6的端部连接在该节点上。
用于模数转换器3的驱控单元2具有另一运算放大器，该运算放大器具有接通运算放大器所需的电阻器R3，R4，R5和R6。供给电源9为这两个运算放大器提供供给电压。
根据图2，四线测量变换器4L连接在模拟输入组件1的第一输入端11和第二输入端12上。该四线测量变换器4L以电源的形式画出。对于四线测量变换器4L的连接方式来说，在第一输入端11、第一电阻器R1和第二电阻器R2以及第二输入端12之间存在第二电流路径42。在第一电阻器R1和第二电阻器R2之间通过驱控电路2的形成具有参考源8的基准电压的势能的工作点。由于外加电流(eingepraegte Strom)不与输入电路的接地电位关联，因此外加电流必须通过第二输入端12离开输入电路。也就是说，通过比较装置20的运算放大器驱控切换装置30，使得切换装置30阻断。
如果输入电路4与双线测量变换器2L接通，第二输入端12则不接通并且电流环路或者说电流路径41通过参考点M、即接地电位而相对于双线测量变换器2L的接地电位闭合。为了使输入电路4或者说具有中心抽头6的分压器5保持在其所要求的工作点(第一电阻器R1和第二电阻器R2之间的基准电压)上，比较装置20通过其控制输出端23驱控切换装置30，使得切换装置的输出电阻产生所需的压降。所安置的、具有运算放大器和晶体管的调节单元7具有以下优点：
1.用于连接四线测量变换器的、结构对称的输入电路4能够不受任何限制地用于连接双线测量变换器。
2.不必使用其它附加的电路部件来实现在这两种连接方式之间的切换。
3.由于不必使用电路部件来进行切换，因此也不需要附加的控制信号。
而恰恰对于在控制装置和测量输入端之间具有电隔离装置的模拟输入组件来说，附加的电路元件不仅占用大量空间，而且成本也相当高昂。此外，通过根据本发明的组合式输入端也简化了用于模拟输入组件的固件结构。

Claims (3)

1.一种模拟输入组件(1)，包括驱控单元(2)、模数转换器(3)、具有第一输入端(11)和第二输入端(12)的输入电路(4)、布置在所述第一输入端(11)和所述第二输入端(12)之间的分压器(5)，其中，所述驱控单元(2)与所述第一输入端(11)和所述第二输入端(12)连接并且所述驱控单元连接在所述模数转换器(3)的上游，
其特征在于，所述分压器(5)具有中心抽头(6)，所述中心抽头与调节单元(7)的比较装置(20)的第一比较输入端(21)相连接，其中，所述调节单元(7)具有切换装置(30)，所述切换装置布置在所述第二输入端(12)和参考点(M)之间，所述比较装置(20)设有第二比较输入端(22)，所述第二比较输入端连接在参考源(8)上，其中，所述比较装置(20)具有控制输出端(23)，所述控制输出端与所述切换装置(30)的控制输入端(31)连接，在此所述调节单元(7)被设计为使得
当两线测量变换器(2L)连接在所述第一输入端(11)上，其中所述第二输入端(12)保持未接通时，所述切换装置(30)释放通向所述参考点(M)的电流路径(41)，并且
当四线测量变换器(4L)连接在所述第一输入端(11)和所述第二输入端(12)上时，所述切换装置阻断通向所述参考点(M)的所述电流路径(41)。
2.根据权利要求1所述的模拟输入组件(1)，其中，所述分压器(5)具有串联接通的第一电阻器(R1)和第二电阻器(R2)，其中，所述中心抽头(6)布置在所述第一电阻器(R1)和所述第二电阻器(R2)之间。
3.根据权利要求1或2所述的模拟输入组件，其中，所述比较装置(20)设计为运算放大器并且所述切换装置(30)设计为半导体切换装置。
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