CN105527867B - 现场装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种现场装置，其包括检测信号转换器、放大器和开关电源，检测信号转换器被构造为将传感器的检测到的信号转换为预定电压并随后输出该电压，放大器被构造为将所述检测信号转换器的输出信号放大，开关电源作为所述现场装置的内部驱动电源。

Description

现场装置
技术领域
本发明涉及一种现场装置，更具体地，涉及一种被构造为将传感器的检测到的信号转换为预定电压并随后输出该电压的现场装置。
背景技术
现场装置是过程控制系统中的现场安装仪器，并可以采用不同种类的现场装置。作为一种现场装置，已知电压输出型变送器，其被构造为在较低电流下操作并且具有较低的功耗。
图4是示出现有技术的电压输出型变送器T的示例的框图。传感器1的模拟输出信号被输入到测量控制单元2，以经受用于将所述信号规范化为作为由国际组织所标准化的预定范围的电压(1-5V)的数字计算处理，该信号随后被输入到D/A转换器3以再次被转换为1-5V的模拟信号。
另外，测量控制单元2由A/D转换器21、CPU 22以及调制解调器23组成，A/D转换器21用于将传感器1的模拟输出信号转换为数字信号，CPU 22用于广泛地控制测量控制单元2的各操作，调制解调器23用于与外部装置传输信号。
通过放大器4和噪声滤波器5将从D/A转换器3转换并输出的1-5V的模拟信号作为输出信号输出到外部装置。另外，噪声滤波器5被构造为通过结合电感、电容器、电阻器等来获得期望的噪声消除特性，但是图中只示出电阻器。
线性稳定电源6将直流电源7的输出电压稳定为取决于每个部件的预定的驱动电压，并随后将电压提供给每个部件。电压表8测量并监测放大器4的输出电压。
根据图4的构造，由于电压被输出，因而不需要输出4-20mA的电流信号。因此，变送器T仅在其自身中需要的大约3mA的电流就能工作，从而实现较低功耗。
在专利文献1中，描述了三线低功率变送器的构造。
[专利文献1]美国专利第5245333号
如上所述，图4中所示的现有技术的低功率变送器T使用通用线性稳定电源6作为电源以向装置的每个内部部件提供驱动电压，并且由此被构造为消耗恒定电流，无论向其初级侧提供的电源电压是高还是低。
因此，可以向次级侧稳定地提供变送器中所需的大约3mA的电流，但是由于总是消耗恒定电流，因此如果初级侧电压高，则功耗方面的效率会变差。
为了防止这种情况，可以设想安装开关电源替代线性稳定电源。
在此，由于线性稳定电源的操作电流由次级侧输出电流确定，因此即使初级侧电压变化，操作电流也不会变化，并且由此认为在初级侧的输入阻抗高。
另一方面，开关电源操作为使得当初级侧电源电压高时其操作电流I下降而当初级侧电源电压低时其操作电流I升高。也就是说，由于操作电流I依赖于电源电压而变化，与线性稳定电源的情况相比，可以认为在初级侧上的输入阻抗较低。
另外，开关电源被构造为通过切换输入电压来传输能量，但是为了防止由于这种切换操作而导致输入电压发生显著变化，其输入阻抗必须通过并入具有大电容的电容器等来降低。
用这种方式，当以开关电源替代线性稳定电源时，初级侧电源部分的输入阻抗降低。另外，由于具有1-5V的输出的变送器的信号输出具有低阻抗，可以认为来自外部的噪声N侵入装置的内部而引起其误操作。
为了防止这种情况，例如，在输出部分布置滤波器等以用来达到消除噪声的目的。
但是，在图4中所示的低功率变送器T中，电源和输出电压共用接地线G。结果，设置在接地线G上的噪声滤波器5的电阻成分和流经该电阻成分的操作电流I导致的误差电压被生成，从而降低了输出电压的准确性。
此外，在放大器4方面，放大器4的输出采用公共电位点作为参考。因此，如果接地线G中存在误差电压，则用于输出电压的参考变成是错误的，结果是，由电压表8测量到的电压包括误差。
发明内容
本发明的实施例提供了一种具有较低功耗和较高噪声抑制性能的现场装置。
根据本发明的第一方面的现场装置包括：
检测信号转换器，其被构造为将传感器的检测到的信号转换为预定电压并随后输出该电压；
放大器，其被构造为将检测信号转换器的输出信号放大；和
开关电源，其作为现场装置的内部驱动电源。
根据本发明的第二方面的现场装置包括：
检测信号转换器，其被构造为将传感器的检测到的信号转换为预定电压并随后输出该电压；
放大器，其被构造为将检测信号转换器的输出信号放大；和
噪声滤波器，
其中检测信号转换器被构造为将噪声滤波器的初级侧电压设定为参考电压。
根据本发明的第三方面的现场装置包括：
检测信号转换器，其被构造为将传感器的检测到的信号转换为预定电压并随后输出该电压；
放大器，其被构造为将检测信号转换器的输出信号放大；
开关电源，其作为现场装置的内部驱动电源；和
噪声滤波器，
其中放大器被构造为将噪声滤波器的初级侧电压设定为参考电压。
所述现场装置可为压力变送器。
因此，可以实现具有较低功耗和较高噪声抑制性能的现场装置。
附图说明
图1为示出根据本发明实施例的电压输出型变送器的框图。
图2为示出根据本发明另一个实施例的电压输出型变送器的框图。
图3为示出根据本发明又一个实施例的电压输出型变送器的框图。
图4为示出现有技术的电压输出型变送器的示例的框图。
具体实施方式
现在将参照附图对本发明进行详细描述。图1为示出根据本发明实施例的电压输出型变送器的框图，其中与图4中的部件相同的部件用相同的附图标记表示。作为电压输出型变送器，例如，使用具有压力传感器的压力变送器。在图1中，提供开关电源9来替代线性稳定电源6，线性稳定电源6作为向图4的电路构造中的装置的每个内部部件提供驱动电压的电源。
减法器10与D/A转换器3和放大器4相连接。D/A转换器3的输出端与减法器10的一个输入端相连接。接地线G上的噪声滤波器5、电压表8和直流电源7的负端之间的连接点P与减法器10的另一个输入端相连。
在该构造中，开关电源9操作为使得当初级侧电源电压高时操作电流I降低，当该电源电压低时操作电流I升高。也就是说，开关电源操作为使得即使初级侧电源电压变化，功耗也会保持基本恒定。
由于操作电流I通过使用开关电源9而依赖于电源电压而变化，可以认为，变送器的输入阻抗与图4中所示现有技术示例相比较低。
结果，噪声N从外部侵入，在接地线G中作为噪声电流IN流动，使得操作电流I被改变而产生误差电压Eerror。
但是，根据图1的电路构造，通过减法器10从D/A转换器3的输出电压中减去误差电压Eerror，从而对误差电压Eerror的影响进行抵消，并且将误差电压Eerror的影响被抵消了的正确电压输出至电压表8。
由于将开关电源9作为电压输出型现场装置(其被构造为将传感器1的检测到的信号转换为预定的电压并且随后输出该电压)的内部驱动电源来安装，因此与图4所示的现有技术构造相比，即使直流电源7的电压高，该现场装置也可以以较低功耗来进行操作。
而且，通过提供起到校正误差电压Eerror的影响的作用的减法器10，即使采用噪声滤波器5也可以获得正确的输出电压。
在现有技术中，从不能确保足够的噪声抑制性能的观点看，从未将开关电源作为电压输出型现场装置的内部驱动电源进行安装，但是由于本发明的电路构造，可以实现这种安装。
图2为示出根据本发明另一个实施例的电压输出型变送器的框图，其中与图1中的那些部件相同的部件用相同的附图标记表示。图1和图2的不同之处在于噪声滤波器5的初级侧电压被用作参考电压。更具体地说，图2不需要图1中的减法器10，并且接地线G上的噪声滤波器5、电压表8和直流电源7的负端之间的连接点P作为D/A转换器3和放大器4的参考电压而连接。
根据图2的构造，放大器4的参考电压不受误差电压Eerror的影响，并且和图1中的构造一样，未受误差电压Eerror影响的正确电压被输出到电压表8。
另外，根据图2的构造，不需要图1中的减法器10，从而与图1的构造相比，获得了减少部件数量的效果。
图3为示出根据本发明另一个实施例的电压输出型变送器的框图，其中与图1中的那些部件相同的部件用相同的附图标记表示。图1和图3的不同之处在于图3不需要图1中的减法器10，并且通过A/D转换器11将接地线G上的噪声滤波器5、电压表8和直流电源7的负端之间的连接点P处的误差电压Eerror转换为数字信号，并随后反馈到测量控制单元2。
测量控制单元2执行从D/A转换器3的设定值中减去误差电压Eerror(其通过A/D转换器11被作为数字信号反馈)的值的计算。
根据图3的构造，与图1和图2的构造一样，可以实现噪声抑制性能和输出准确性彼此兼容的电压输出变送器。
此外，虽然在上述各实施例中，以示例的方式来描述了作为现场装置的电压输出型变送器，但是现场装置不局限于变送器，例如，也可以是流量计。
如上所述，根据本发明，可以实现具有较低功耗和较高噪声抑制性能的现场装置。

Claims (4)

1.一种现场装置，包括：
检测信号转换器，其被构造为将传感器的检测到的信号转换为预定电压并随后输出该电压；
放大器，其被构造为将所述检测信号转换器的输出信号放大；
开关电源，其作为所述现场装置的内部驱动电源；
噪声滤波器；和
减法器，其被构造为从检测信号转换器的输出电压中减去由噪声滤波器引起的误差电压。
2.一种现场装置，包括：
检测信号转换器，其被构造为将传感器的检测到的信号转换为预定电压并随后输出该电压；
放大器，其被构造为将所述检测信号转换器的输出信号放大；和
噪声滤波器，
其中所述检测信号转换器被构造为将所述噪声滤波器的初级侧电压设定为参考电压。
3.一种现场装置，包括：
检测信号转换器，其被构造为将传感器的检测到的信号转换为预定电压并随后输出该电压；
放大器，其被构造为将所述检测信号转换器的输出信号放大；
开关电源，其作为所述现场装置的内部驱动电源；和
噪声滤波器，
其中所述放大器被构造为将所述噪声滤波器的初级侧电压设定为参考电压。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的现场装置，其中所述现场装置是压力变送器。
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