CN111102997B - 现场测量设备 - Google Patents

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Abstract

带有传感器、测量变送器和接口电子组件的现场测量设备，该接口电子组件有测量和控制装置和用于连接外部电设备的至少一个第一端子和第二端子。对于接口电子组件的可应用性的灵活解决方案由此实现：在接口电子组件中在第一端子和第二端子之间，电流调节器和电流测量装置在端子电流路径中串联接通，接口电子组件有电压源，其能被接入到端子电流路径中和从端子电流路径中分离出来，从而该电压源在接入到端子电流路径中的状态中和在连接上的外部电设备情况下能驱动端子电流路径中的电流，测量和控制装置操控和读取电流调节器、电流测量装置和电压源，使得经第一端子和第二端子在连接上的外部设备情况下选择性地输出或读取模拟的或二进制的电流信号。

Description

现场测量设备
技术领域
本发明涉及带有传感器、测量变送器（Messumformer）和接口电子组件的现场测量设备，其中该接口电子组件具有测量和控制装置和用于连接外部电设备的至少一个第一端子和第二端子。
背景技术
所描述类型的现场测量设备几十年来被用在过程和自动化技术中，其中它们用于以测量技术方式来监控技术过程，例如工业生产过程。现场测量设备如一般的现场设备被布置在“现场”，也即在开关柜或控制室（Leitwarte）外部的直接过程环境中。它们因此经常暴露在比较恶劣的环境条件中并且通常被构造得相应地鲁棒性。
现场测量设备的传感器提供了原始测量值（Rohmesswert），在其中反映真正感兴趣的测量参量。这些感兴趣的测量参量可以是任意的测量参量，例如体积或质量流量、温度、压力、电压或机械应力、介质的pH值、粘度或密度、容器的液位等；这里不涉及具体的感兴趣的测量参量。由测量变送器来进一步处理原始测量值并且在将其转化为能够更好被进一步处理的、通常是电的输出参量。经由与其连接的接口电子组件，对于该现场测量设备而言，原则上能够实现与外部电设备、例如控制室交换信息。
现有技术的一些描述将前述功能完全归入概念“测量变送器”。检测、变换并且以合适的形式经由接口向外提供测量值的装置在专业术语上被称为传送器（Transmitter）。
为了能够将外部电设备连接到现场测量设备上，现场测量设备或接口电子组件具有至少两个端子。在此，例如涉及双导体接口的端子，借助这些端子实现4-20mA的电流回路。经由接口电子组件可以将现场测量设备的内部数据、例如测量值传输给连接上的外部电设备。经由该接口电子组件却也可以实现：从连接上的外部电设备接收数据，这些数据由接口电子组件相应地来分析。这些信息例如可以用于配置现场测量设备。存在如下现场测量设备，在其中，接口电子组件被构造为模拟接口，以便因此输出或接收模拟的电信号，其中例如包括已经提及的4-20mA的电流接口。接口电子组件却也可以被构造用于以数字技术来输出或接收信息。其中例如包括HART接口以及脉冲和/或频率接口。
经常通过可替代的硬件装备来实现大量不同的在功能上分配（belegen）现场测量设备的接口（输入端、输出端、模拟、数字/二进制（binär）、电参量的类型、无源、有源）的可能性。确定类型的以及确定结构系列（Baureihe）的现场测量设备于是可能装备有相互排斥的不同接口选项。也可以规定:确定结构系列的现场测量设备具有统一的基本电子组件（Grundelektronik），也即统一的传感器和统一的测量变送器，然而根据期望而定地然后在该设备交付之前就将相应的接口电子组件模块化地集成到统一的基本电子组件中，其方式例如为：将带有专用接口电子组件的电路板插到带有统一的基本电子组件的基本电路板上。
总体上，所示出的用于实现不同接口选项的行为方式是非常耗费的并且不太灵活的。本发明的任务因此是说明一种现场测量设备，在其中避免了前面所述的缺点。
发明内容
之前引出的任务在开头所描述的现场测量设备情况下首先通过如下方式被解决：在接口电子组件中在第一端子和第二端子之间，电流调节器和电流测量装置在端子电流路径（Anschlussstrompfad）中串联接通。附加地规定：接口电子组件具有电压源，并且该电压源能够被接入到（einschaltbar）该端子电流路径中以及能够从端子电流路径中分离出来（heraustrennbar），从而该电压源在接入到端子电流路径中的状态中以及在连接上的外部电设备的情况下能够驱动在端子电流路径中的电流。此外，在接口电子组件中附加地规定：测量和控制装置操控并且读取电流调节器、电流测量装置和电压源，使得经由第一端子和第二端子在连接上的外部设备的情况下有选择性地输出或者读取模拟电流信号或二进制电流信号。
于是借助前面描述的现场测量设备能够基于接口电子组件的特别的构型来实现四个不同的接口功能，也即模拟电流信号的输出、二进制电流信号的输出、模拟电流信号的读取和二进制电流信号的读取。由此，接口电子组件极其灵活，并且取消了用于现场测量设备或者接口电子组件的不同硬件变型的实现以及提供（Vorhalten）。
通过端子电流路径中的电流调节器能够实现对在端子电流路径中的电流的调节。只要是在第一端子和第二端子上连接上外部设备，能够接入到端子电流路径中并且能够从端子电流路径中分离出来的电压源就能够实现以所需方式在端子电流路径中有源地驱动电流给现场测量设备。于是，所述外部设备本身却在利用现场设备所构成的电流回路中并不驱动电流。在现场设备中的电压源不必持续地接入到端子电流路径中，该电压源针对如下情形必须在功能上无论如何至少能够接入到端子电流路径中：应当由该电压源驱动在端子电流路径中的电流。
电压源于是例如可以借助开关装置从端子电流路径中电分离出来，借助该开关装置，电压源实际上可以由测量和控制装置接通和关断。
鉴于模拟电流输入的实现方面，根据本发明的现场测量设备的优选构型的特点在于，在端子电流路径中的电流测量装置检测在端子电流路径中的电流的实际值Iist。优选地，用于检测在端子电流路径中的电流的电流测量装置被构造为电阻，优选被构造为欧姆电阻。在该电阻上的电压降于是作为对在端子电流路径中的电流的度量而由测量和控制装置来分析。优选地，该电压降通过模拟/数字变换器被变换为相应的数字的数据值并且以数字方式被进一步处理。显然，也可以由测量和控制装置来检测并且进一步处理电压降的模拟值。
为了实现对模拟电流信号的读取，进一步规定：为了测量模拟的电流信号、尤其是当其由外部驱动时、也即由连接上的外部设备驱动时，通过测量和控制装置来对电流调节器和电压源进行去激活。利用这些措施保证：从外部经由接口电子组件的第一端子和第二端子被驱动到端子电流路径中的电流尽可能保持不被影响和不失真。也应在该意义上理解概念“去激活”。如果电流调节器例如被实现为在端子电流路径中的可调节的电阻，那么电流调节器被去激活，其方式是，电流调节器尽可能大程度地被偏置导通（weitaufgesteuert）。该电流调节器也可以在功能上被去激活，其方式是，它在端子电流路径中被电桥接，并且因此实际上不再起到作用。
如果从外部经由接口电子组件的端子将电流驱动到端子电流路径中，那么不期望的是，电压源施加影响。电压源因此通过测量和控制装置被去激活，其方式是，电压源借助开关装置从端子电流路径中电分离出来，从而在端子电流路径中不再有电流能够通过电压源被驱动。
鉴于特别是模拟的电流信号的输出的实现方面，在一种优选构型中规定：电流调节器在端子电流路径中作为调节环节（Stellglied）而具有尤其是基于半导体的可控电阻。合理的是：通过改变该电阻的电阻值可以对端子电流路径中的电流产生影响。为此，检测在端子电流路径中的电流的实际值Iist，其中该实际值尤其是由电流测量装置来提供。将该实际值Iist与在端子电流路径中的电流的预给定的额定值Isoll进行比较。然后，可控电阻被操控，使得针对在端子电流路径中的电流的额定值Isoll与实际值Iist的调节差（Regeldifferenz）被减小，尤其是被调节到零。
可控电阻可以是晶体管，优选是双极型晶体管、然而特别优选是场效应晶体管，因为前面提及的组（Gruppe）的晶体管具有较小的温度依赖性（这尤其是适用于MOSFET）。为了检测调节差以及为了操控晶体管，于是优选使用运算放大器，其中运算放大器的输出端操控所使用的晶体管的控制电极（双极型晶体管的基极、场效应晶体管的栅极）。在端子电流路径中的电流的规定值、也即额定值Isoll至少间接地由测量和控制装置以电压的形式预给定并且提供到运算放大器的正的输入端上。电流的实际值Iist以电压的形式被耦合回（rückkoppeln）到运算放大器的负的输入端上。这样，例如可以实现所要求的电流调节。
在现场测量设备的优选构型中，为了模拟电流信号的有源调整而通过测量和控制装置来激活电流调节器和电压源。通过激活电流调节器和电压源，原则上能够实现将电流外加（einprägen）到端子电流路径中。电压源的激活可以以不同方式来实现。与先前已用于对电压源进行去激活所讲述的类似地，电压源的激活例如可以意味着，其借助开关装置被接入到端子电流路径中。
在现场测量设备的另一优选构型中规定：为了无源地调整模拟电流信号而通过测量和控制装置激活电流调节器，并且对电压源进行去激活。通过端子电流路径的电流在此由外部驱动，即通过连接到端子上的外部电设备来驱动。因此，现场测量设备本身不会主动驱动电流，而只是在端子电流路径中调整其大小。
在现场测量设备的优选构型中规定：接口电子组件具有电流引导装置（Stromleitvorrichtung），其为了有源地调整模拟的或者二进制的电流信号而由电压源、连接上的外部设备、电流调节器和电流测量装置来建立串联电路，以及其为了无源地调整该模拟的或者二进制电流信号而由连接上的外部设备、电流调节器和电流测量装置来建立串联电路。为了澄清而再次强调：可能连接上的外部设备在这里不是现场测量设备的组成部分。但是如果该外部设备被连接上，就出现所描述的配置和所描述的功能。
现场测量设备的优选扩展的特征在于，电流引导装置包括开关和桥式电路，尤其是其中该开关以电方式布置在第一端子或第二端子和桥式电路的第一端子之间，并且其中第二端子或第一端子与该桥式电路的第二端子电连接，其中该桥式电路的第二端子与该桥式电路的第一端子相对置。优选地，于是桥式电路的第三端子与设备地线（Gerätemasse）连接（就像其他电路部件一样），并且桥式电路的第四端子与电流调节器或电流测量装置连接，其中所述桥式电路的第四端子与该桥式电路的第三端子相对置。
在现场测量设备的另一构型中规定：产生二进制电流信号，其方式是，作为在端子电流路径中的电流的可能的额定值，由测量和控制装置给电流调节器仅仅预给定两个可能的额定值、即低额定值Isoll,low和高额定值Isoll,high，其中这两个额定值代表二进制电流信号的两个值。如果电流调节器期望电压信号作为规定值，那么用于低额定值Isoll,low和高额定值Isoll,high的电压由测量和控制装置通过数字/模拟变换器来调整，该数字/模拟变换器例如被设置在微控制器自身中或者可以被实施为独立的电子模块。在该解决方案中考虑：在使用D/A变换器的情况下基于所需的变换时间而考虑在这些二进制值之间的转换中的时间上的限制。
出于上述理由，在现场测量设备的优选扩展方案中规定：作为在至电流调节器的输送线路上的高电压信号，在测量和控制装置中产生用于二进制电流信号的高额定值Isoll,high。此外还规定：作为低电压信号，在测量和控制装置中产生用于二进制电流信号的低额定值Isoll,low，其中通过闭合半导体开关将至电流调节器的输送线路由高电压信号拉至（ziehen auf）低电压信号。在该解决方案中，以电路技术方式产生所述两个电压值，并且该电流调节器可以明显比所提及的在使用D/A变换器的情况下的解决方案中所能够实现的要更快地由高额定值切换到低额定值并且反之亦然。除此之外，也可以节省D/A变换器。
在现场测量设备的优选构型中，二进制电流信号的读取通过如下方式来实现：由电流测量装置在端子电流路径中检测的端子电流路径中的电流的实际值Iist借助低通滤波器来平滑并且尤其是借助放大器来放大。经平滑并且尤其是经放大的实际值Iist于是被传送给比较器以用于分析和/或传送给测量和控制装置的微控制器的模拟输入端。由此能够实现：模拟和数字地分析二进制电流信号。在此如此选择该比较器，使得其在端子电流路径中的电流的预给定阈值情况下进行切换，因此其实现数字接口。由比较器提供的输出信号于是可以被传送给测量和控制装置的微控制器的数字输入端以用于进一步分析。
附图说明
具体而言，现在有构型以及扩展根据本发明的现场测量的各种可能性。对此，参考从属于专利权利要求1的专利权利要求以及参考在后面结合附图对实施例的描述。在附图中：
图1示出了由现有技术所已知的现场测量设备，
图2示出根据本发明的现场测量设备的接口电子组件；
图3示出了用于实现读取模拟电流信号的实施例；
图4示出了用于实现电流调节器的实施例；
图5示出了用于实现模拟电流信号的有源调整的实施例；
图6示出了用于模拟电流信号的无源调整的实施例；
图7示出了用于借助脉宽调制的电压信号来调整电流的实施例；
图8示出了用于产生二进制电流信号的实施例；
图9示出了用于产生二进制电流信号的另一实施例；以及
图10示出了用于读取二进制电流信号的实施例。
具体实施方式
在图1中示出现场测量设备1，其由现有技术已知。现场测量设备1具有传感器2、测量变送器3和接口电子组件4。经由传感器2以常见的方式检测关于技术过程P的信息，例如介质温度或液位。传感器2提供原始测量信号，该原始测量信号利用测量变送器3来进一步处理并且使得对于接口电子组件4而言以合适的方式可访问（zugänglich）。测量变送器3例如可以被构造用于，极其高欧姆地量取（abgreifen）传感器2的原始测量信号，并且然后将其放大并使其尽可能平滑，一般也即信号式地处理，提供给接口电子组件4。在测量变送器3中具体哪些功能被实施在这里不太重要。
接口电子组件4在其侧具有测量和控制装置5和至少一个第一端子6和第二端子7。端子6、7用于连接外部电设备8。原则上，端子6、7用于与外部电设备8、例如控制室交换信息。为此，经由端子6、7，由现场测量设备1要么输出电流信号要么也接收电流信号。视现场测量设备1的构型而定地，经由端子6、7输出或者接收模拟电流信号或者也输出或接收二进制电流信号。接口电子组件4的构型的不同可能性在现有技术中经常可替代地以及以不同的相互排斥的硬件变型的形式来实现。
测量和控制装置5可以由多个组件来构建（aufbauen），例如由微控制器以及由与此不同的电气/电子机构（Organe）来构建，利用其可以直接影响在第一端子6和第二端子7之间的电区段（elektrische Strecke）。
在图2中仅仅还示出接口电子组件4。接口电子组件4的特征首先在于，在第一端子6和第二端子7之间，电流调节器9和电流测量装置10在端子电流路径中串联接通。在所示的实施例中，这间接地经由电流引导装置26来进行。在第一端子6经由电流调节器9和电流测量装置10直至第二端子7之间的电连接于是被称为端子电流路径。
此外，接口电子组件4具有电压源11，其中电压源11能够被接入到端子电流路径中以及能够从端子电流路径中分离出来（heraustrennbar），从而该电压源11在接入到端子电流路径中的状态中并且在连接上的外部电设备8的情况下能够驱动在端子电流路径中的电流。接口电子组件4现在被这样构造，使得测量和控制装置5如下地操控并读取电流调节器9、电流测量装置10和电压源11，使得经由第一端子6和第二端子7在连接上的外部设备8的情况下有选择性地输出或者读取模拟的电流信号或者二进制电流信号。于是，所示的配置允许利用接口电子组件4总共实现四种不同的输入和输出功能，其中在合适操控的情况下还可能的是：不仅无源而且有源地运行接口电子组件4。在此，无源地运行意味着：并不由现场测量设备1或者接口电子组件4来提供自己的能量，现场测量设备1或者接口电子组件4于是利用由外部提供的、也即由外部电设备8提供的能量来工作。相反，带有第一端子6和第二端子7的接口的有源运行意味着：现场测量设备1或者其接口电子组件4自己提供能量，以便例如将电流经由端子6、7向外驱动；能量的提供借助电压源11来进行。
在下面的图中示例性描述：现在能够如何实现用于输出或读取模拟的或者二进制的电流信号的不同变型方案。
在图3中示出，能够如何经由在第一端子6和第二端子7之间的端子电流路径来读取尤其是模拟的电流信号，其中在该端子电流路径中同时地串联接通电流调节器9和电流测量装置10。电流测量装置10在端子电流路径中检测电流的实际值Iist，其中电流测量装置10被构造为电阻12。在电阻12上的电压降于是可以作为对在端子电流路径中的电流的度量而由测量和控制装置5来分析。在该情况下，电阻12是欧姆电阻，从而大致上在流过电阻的电流和电阻上的电压降之间存在比例关系。在端子电流路径中的电流的所测量的实际值Iist现在可以作为模拟电压值被进一步处理或者借助模拟/数字变换器被变换成能够以数字方式进一步处理的值，就如其在图2中所示。
从图3中同样能够得出：为了测量电流信号而通过测量和控制装置5对电流调节器9和电压源11进行去激活。在所示实施例中，这意味着断开电压源11的开关装置13以用于对电压源11进行去激活（去激活：断开开关），以及将电流调节器9完全地偏置导通，其方式是，对其预给定最大值作为在端子电流路径中的电流的规定值Isoll（去激活：Isoll=max（最大值））。在去激活时，于是借助开关装置13将电压源11从端子电流路径中电分离出来，使得经由电压源11不再能够驱动在端子电流路径中的电流。
在图3中同样示出电流引导装置26，其包括开关27和桥式整流器（Brückengleichrichter）28。在这里所观察的对电流信号进行读取的运行状态中，电流引导装置26的开关27闭合，从而实现外部设备8、被去激活的电流调节器9和电流测量装置10的串联电路。
在图4中示出，如何在现场测量设备1中在接口电子组件4中实现电流调节，借助其可以调整在端子电流路径中的电流的所期望的值Isoll。电流调节器9在端子电流路径中为此作为调节环节具有基于半导体的可控电阻14。在该情况下，可控电阻14是双极型晶体管。在另一实施例中，代替双极型晶体管14，使用场效应晶体管15，就如图4中所示的。由电流测量装置10检测在端子电流路径中电流的实际值Iist并且与在端子电流路径中的电流的预给定的额定值Isoll进行比较。可控电阻14于是被这样操控，使得针对在端子电流路径中的电流的额定值Isoll与实际值Iist的调节差被减小，优选被调节到零。在当前情况下，调节差借助运算放大器16来构成，其然后操控晶体管14 的控制电极并且这样改变在集电器-发射器段（Kollektor-Emitter-Strecke）上的电阻，直至调节差被调节到零。
在图5中附加地示出了：为了有源地调整模拟电流信号通过测量和控制装置5来激活电流调节器9和电压源11。在所示示例中，这意味着：在电压源11中的开关13被闭合（激活：开关闭合）以及电流调节器9在其调节范围中被操控（激活：0 ≤Isoll≤最大值），使得可控电阻14不处于饱和范围中。由于电压源11的开关13是闭合的，因此电压源11能够驱动在端子电流路径中的电流。
接口电子组件4的电流引导装置26为了有源地调整模拟的或者二进制的电流信号而由电压源11、连接上的外部设备8、电流调节器9和电流测量装置10来建立串联电路。从电压源11出发来看，电流被驱动经过第一端子6、外部设备8、第二端子7、桥式整流器28的第二端子28b、桥式整流器28的第四端子28d、电流调节器9和电流测量装置10，其中电流回路于是经由该设备地线来闭合。
与此相对，在图6中示出：为了无源地调整在端子电流路径中的模拟的电流信号，通过测量和控制装置5将电流调节器9激活并且将电压源11去激活。为了去激活电压源11，又将开关13断开。在该情况下，电压源11于是不将电流馈送到端子电流路径中，从而在端子电流路径中的电流仅仅由外部能量源、例如处于连接上的外部电设备8中的能量源来驱动。
在此处，在如下情况中出现（anbieten sich）用于电流引导装置26的工作方式（Wirkweise）的比较：电流无源地、也即从外部来在现场测量设备1中被驱动，其中调整在现场测量设备1中的电流的大小。为了无源地调整模拟的或二进制的电流信号，电流引导装置26由连接上的外部设备8、电流调节器9和电流测量装置10来建立串联电路。在该情况下，外部设备8具有这里不明确地示出的电压源。由外部设备8出发来看，电流被驱动经过第一端子6、电流引导装置26的开关27、桥式整流器28的第一端子28a、桥式整流器28的第四端子28d、电流调节器9和电流测量装置10，经过设备地线至桥式整流器28的第三端子28c、桥式整流器28的第二端子28b、并且最后经过接口电子组件4的第二端子7，所述外部设备8连接在该第二端子上。该观察所基于的设想（Vorstellung）是：外部设备8的电压源的高电势施加在第一端子6上。
由于带有桥式整流器28的电流引导装置26，自动地实现反极性保护（Verpolschutz），从而外部设备8也可以以其接受的（angenommen）电压源的正好另一极性连接到第一端子6和第二端子7上，而从外部观察并不对现场测量设备的功能做出一些改变。当然，于是在内部通过桥式整流器28来改变电流路径。
由该阐述可以得出：当开关装置13闭合时，开关27断开；并且反之亦然。
对于所有示出的电流引导装置26来说共同的是，它们包括开关27和桥式整流器28，其中开关27以电方式布置在第一端子6（或第二端子7）和桥式整流器28的第一端子28a之间，并且其中第二端子7（或第一端子6）与桥式整流器28的第二端子28b电连接，其中所述桥式整流器28的第二端子28b与所述桥式整流器28第一端子28a相对置。桥式整流器28的第三端子28c与电的设备地线连接，并且桥式整流器28的第四端子28d最后与电流调节器9或电流测量装置10连接。
在图7中示出，如何可有利地产生在端子电流路径中的电流的额定值Isoll，而不必动用到数字/模拟变换器。这里示出的在使用脉宽调制的信号UPWM的情况下的解决方案在实施中也能够比通过使用附加的数字/模拟变换器来作为外部部件或者在微控制器的数字/模拟变换器的阻塞（Blockade）的情况下更低成本地实现，其中所述微控制器通常是测量和控制装置5的组成部分。在图7中无论如何都示出：作为额定电压，由测量和控制装置5来产生在端子电流路径中的电流的额定值Isoll，其方式是，该电流的预给定的抽象的额定值Isoll,abs首先被转化为脉宽调制的电压信号UPWM（Isoll,abs）。脉宽调制的电压信号UPWM然后借助低通滤波器17被平滑并且经平滑的电压信号UTP于是间接或直接地作为额定电压被用于电流调节器9，其中该额定电压表示该电流的额定值Isoll。
图8示出了用于产生二进制电流信号的细节。在所示的情形中产生二进制电流信号，其方式是，由测量和控制装置5来对于电流调节器9仅仅预给定两个可能的额定值Isoll、即低额定值Isoll,low和高额定值Isoll,high来作为在端子电流路径中的电流的可能的额定值，其中这两个额定值代表二进制电流信号的两个值。
在图9中现在示出，如何能够以非常有效的方式和方法来产生两个电压，也即一个相应于高额定值Isoll,high的电压以及另一个相应于在端子电流路径中的电流的低额定值Isoll,low的电压。对于这里所示出的实现方案，例如不需要数字/模拟变换器，用于电流调节器9的两个二进制规定电压Uhigh和Ulow目前以电路技术方式来产生，其中通过闭合在两个电压Uhigh和Ulow之间的简单的开关19可以实际上无时延地进行来回切换。结果，在测量和控制装置5中产生用于二进制电流信号的高额定值Isoll,high作为在至电流调节器9的输送线路18上的高电压信号Uhigh。此外，还在测量和控制装置5中产生用于二进制电流信号的低额定值Isoll,low作为低电压信号Ulow。通过闭合半导体开关19将至电流调节器9的输送线路18由高电压信号Uhigh拉至低电压信号Ulow。在图9中从右边开始的第二个框中可以看出，电压Uhigh还附加地通过带有两个欧姆电阻的分压器来调整。为了信号适配可以采取这种措施，但是这不是一定必需的。但是在以下情况中需要对分压器的使用：为了能够以高速度在两个电流之间进行切换，前置的（vorgelagert）低通滤波器17必须具有尽可能小的输出电阻。由此，（在使用运算放大器的情况下）使用有源低通滤波器。于是，如果取消分压器，则运算放大器的输出端被短接，这自然应当被避免；在该情况下，于是强制性需要分压器。如果实现这种分压器，则在输入侧上的高电压信号Uhigh不同于在分压器的输出侧上、也即在至电流调节器9的输送线路18上的高电压信号Uhigh。输出侧的高电压信号于是也可以被写为U’high。对于技术人员来说可以容易地理解所指的是什么。
在图10中，按照实施例示出二进制电流信号如何被读取。由电路测量装置10首先检测在端子电流路径中检测的电流的实际值Iist。借助低通滤波器20对该信号进行平滑并且借助放大器21对其进行放大，只要这是需要的话。经平滑并且尤其是经放大的实际值Iist于是可以被传送给接下来的分析装置。在图10中，该实际值一方面直接被传送给测量和控制装置5的微控制器23的模拟输入端24。同时，该实际值却也被传送给比较器22以用于分析，该比较器根据比较电压输出二进制输出信号并且将其输送给微控制器23的数字输入端25。显然，不需要同时实现这两种分析，然而这两种分析可被同时实现。
附图标记列表
1 现场测量设备
2 传感器
3 测量变送器
4 接口电子组件
5 控制装置
6 第一端子
7 第二端子
8 外部设备
9 电流调节器
10 电流测量装置
11 电压源
12 电阻
13 开关装置
14 可控电阻
15 场效应晶体管
16 运算放大器
17 低通滤波器
18 输送线路
19 半导体开关
20 低通滤波器
21 放大器
22 比较器
23 微控制器
24 模拟输入端
25 数字输入端
26 电流引导装置
27 开关
28 桥式整流器（28a……28d = 第一端子……第四端子）。

Claims (20)

1.一种带有传感器（2）、测量变送器（3）和接口电子组件（4）的现场测量设备（1），其中所述接口电子组件（4）具有测量和控制装置（5）和用于连接外部电设备（8）的至少一个第一端子（6）和第二端子（7），
其特征在于，
在所述接口电子组件（4）中，在所述第一端子（6）和所述第二端子（7）之间，电流调节器（9）和电流测量装置（10）借助电流引导装置（26）在端子电流路径中串联接通，
所述接口电子组件（4）具有电压源（11），并且所述电压源（11）能够被接入到所述端子电流路径中以及能够从所述端子电流路径中分离出来，从而所述电压源（11）在接入到所述端子电流路径中的状态中以及在所连接的外部电设备（8）的情况下能够驱动在所述端子电流路径中的电流，
测量和控制装置（5）操控并且读取所述电流调节器（9）、所述电流测量装置（10）和所述电压源（11），使得经由所述第一端子（6）和所述第二端子（7）在所连接的外部电设备（8）的情况下有选择性地输出或者读取模拟电流信号或二进制电流信号。
2.根据权利要求1所述的现场测量设备（1），其特征在于，在所述端子电流路径中的所述电流测量装置（10）被构造为电阻（12），以及在所述电阻（12）上的电压降作为对在端子电流路径中的电流的度量而由所述测量和控制装置（5）来分析。
3.根据权利要求2所述的现场测量设备（1），其特征在于，在所述端子电流路径中的所述电流测量装置（10）被构造为欧姆电阻。
4.根据权利要求2所述的现场测量设备（1），其中，所述电压降通过模拟/数字变换器被变换成相应的数字的数据值并且以数字方式被进一步处理。
5.根据权利要求2至4之一所述的现场测量设备（1），其特征在于，为了测量模拟的电流信号，通过所述测量和控制装置（5）来对所述电流调节器（9）和所述电压源（11）进行去激活。
6.根据权利要求1至4之一所述的现场测量设备（1），其特征在于，所述电流调节器（9）在所述端子电流路径中作为调节环节而具有可控电阻（14），其中，检测在所述端子电流路径中的电流的实际值Iist，以及将所述实际值Iist与在所述端子电流路径中的电流的预给定的额定值Isoll进行比较，并且这样操控所述可控电阻（14），使得针对在所述端子电流路径中的电流的额定值Isoll与实际值Iist的调节差被减小。
7.根据权利要求6所述的现场测量设备（1），其特征在于，所述电流调节器（9）在所述端子电流路径中作为调节环节而具有基于半导体的可控电阻（14）。
8.根据权利要求6所述的现场测量设备（1），其中，由所述电流测量装置（10）检测在所述端子电流路径中的电流的实际值Iist。
9.根据权利要求6所述的现场测量设备（1），其中，操控所述可控电阻（14），使得针对在所述端子电流路径中的电流的额定值Isoll与实际值Iist的调节差被被调节到零。
10.根据权利要求1至4之一所述的现场测量设备（1），其特征在于，为了有源地调整模拟的或者二进制的电流信号而通过所述测量和控制装置（5）来激活所述电流调节器（9）和所述电压源（11）。
11.根据权利要求1至4之一所述的现场测量设备（1），其特征在于，为了无源地调整模拟的或者二进制的电流信号而通过所述测量和控制装置（5）来将所述电流调节器（9）激活，并且将所述电压源（11）去激活。
12.根据权利要求5所述的现场测量设备（1），其特征在于，所述电流调节器（9）被所述测量和控制装置（5）去激活，其方式是，所述电流调节器完全地被偏置导通或者在所述端子电流路径中被桥接。
13.根据权利要求5所述的现场测量设备（1），其特征在于，所述电压源（11）被所述测量和控制装置（5）去激活，其方式是，借助开关装置（13）将所述电压源从所述端子电流路径中电分离出来，从而在所述端子电流路径中不再有电流通过所述电压源（11）被驱动。
14.根据权利要求10所述的现场测量设备（1），其特征在于，所述电流引导装置（26）为了有源地调整模拟或二进制电流信号而由电压源（11）、所连接的外部电设备（8）、电流调节器（9）和电流测量装置（10）来建立串联电路，以及所述电流引导装置为了无源地调整所述模拟的或者二进制的电流信号而由所连接的外部电设备（8）、电流调节器（9）和电流测量装置（10）来建立串联电路。
15.根据权利要求14所述的现场测量设备（1），其特征在于，所述电流引导装置（26）包括开关（27）和桥式整流器（28），其中所述开关（27）以电方式布置在所述第一端子（6）或所述第二端子（7）和所述桥式整流器（28）的第一端子（28a）之间，并且其中所述第二端子（7）或所述第一端子（6）与所述桥式整流器（28）的第二端子（28b）电连接，其中所述桥式整流器（28）的所述第二端子（28b）与所述桥式整流器（28）的所述第一端子（28a）相对置。
16.根据权利要求6所述的现场测量设备（1），其特征在于，作为额定电压，由所述测量和控制装置（5）来产生在所述端子电流路径中的电流的额定值Isoll，其方式是，所述电流的预给定的抽象的额定值Isoll,abs被转化为脉宽调制的电压信号UPWM，所述脉宽调制的电压信号UPWM借助低通滤波器被平滑并且经平滑的电压信号UTP间接或直接地用作额定电压，其中所述额定电压表示所述电流的额定值Isoll。
17.根据权利要求1至4之一所述的现场测量设备（1），其特征在于，产生所述二进制电流信号，其方式是，作为在所述端子电流路径中的电流的可能的额定值Isoll，由所述测量和控制装置（5）给所述电流调节器（9）仅仅预给定两个可能的额定值、即低额定值Isoll,low和高额定值Isoll,high，其中这两个额定值代表所述二进制电流信号的两个值。
18.根据权利要求17所述的现场测量设备（1），其特征在于，作为在至所述电流调节器（9）的输送线路（18）上的高电压信号Uhigh，在所述测量和控制装置（5）中产生用于所述二进制电流信号的所述高额定值Isoll,high；作为低电压信号Ulow，在所述测量和控制装置（5）中产生用于所述二进制电流信号的所述低额定值Isoll,low；以及通过闭合半导体开关（19）将至所述电流调节器（9）的所述输送线路（18）由高电压信号Uhigh拉至低电压信号Ulow。
19.根据权利要求1至4之一所述的现场测量设备（1），其特征在于，通过如下方式来读取所述二进制电流信号：由所述电流测量装置（10）在所述端子电流路径中检测的所述端子电流路径中的电流的实际值Iist借助低通滤波器来平滑并且借助放大器（21）来放大，且经平滑并且经放大的实际值Iist被传送给比较器（22）以用于分析和/或传送给所述测量和控制装置（5）的微控制器（23）的模拟输入端（24）。
20.根据权利要求19所述的现场测量设备（1），其特征在于，由所述比较器（22）提供的输出信号被传送给所述测量和控制装置（5）的所述微控制器（23）的数字输入端（25）以用于进一步分析。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113810789B (zh) * 2021-08-10 2024-03-22 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种电力设备工况多参数分布式智能感知节点
CN113933351B (zh) * 2021-09-30 2023-12-22 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 矿浆pH值检测方法、装置及计算机可读存储介质
CN113933350B (zh) * 2021-09-30 2023-12-22 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 矿浆pH值检测方法、装置及计算机可读存储介质

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10161072A1 (de) * 2001-12-12 2003-06-18 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Feldgeräteelektronik mit einer Sensoreinheit für die Prozessmesstechnik
CN1914568A (zh) * 2003-12-04 2007-02-14 霍尼韦尔国际公司 用电流调制的信号安全自动地检测现场设备通信的系统和方法
CN101111989A (zh) * 2004-12-29 2008-01-23 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 由外部电源供电的现场设备电子系统
EP2310922A1 (en) * 2008-07-15 2011-04-20 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Improved field device interface with network protection mechanism
CN102472634A (zh) * 2009-07-23 2012-05-23 西门子公司 用于过程仪表的现场设备
CN102545586A (zh) * 2010-12-22 2012-07-04 罗斯蒙特储罐雷达股份公司 回路供电现场设备
WO2013006307A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Rosemount, Inc. Wireless field device with removavble power source
WO2013030053A1 (de) * 2011-09-01 2013-03-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben eines feldgeräts für die prozessinstrumentierung sowie feldgerät
CN104133431A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 倍加福有限责任公司 在现场设备与诊断装置之间建立兼容性的电路装置和方法
CN104956592A (zh) * 2012-12-21 2015-09-30 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 具有电流接口的变送器电路以及具有这种变送器电路的测量设备
CN105322778A (zh) * 2014-06-05 2016-02-10 克洛纳测量技术有限公司 具有开关转换器电路的现场设备
CN105408945A (zh) * 2013-07-24 2016-03-16 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 具有用于传送测量信号的可切换的测量和操作电子设备的测量装置
CN106168823A (zh) * 2015-05-22 2016-11-30 罗斯蒙特储罐雷达股份公司 具有串联的电压调节器和电流源的回路供电现场设备
DE102016207289B3 (de) * 2016-04-28 2017-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Feldgerät zur Bestimmung einer Prozessgröße in der Prozessautomatisierung
CN207557704U (zh) * 2017-06-08 2018-06-29 罗斯蒙特公司 用于工业过程的现场设备

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1311032C (en) * 1989-03-31 1992-12-01 Stanley Chlebda Two-wire telemetering system including power regulated transmitting device
DE59710058D1 (de) * 1997-12-30 2003-06-12 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Messumformer-Speisegerät
US8392626B2 (en) * 2008-04-24 2013-03-05 Honeywell International Inc. Programmable channel circuit for coupling signals between field devices and control systems
US10605004B1 (en) * 2016-07-29 2020-03-31 Rei, Inc. Intellegent blast-hole drill bit with redundant transducer wear sensor and remote recessed reflector antenna
US10381742B2 (en) * 2017-02-02 2019-08-13 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Air Force Integrated infrared optical antenna and polaronic organic transducer sensor
US10569301B2 (en) * 2017-06-23 2020-02-25 Ulc Robotics, Inc. Power supply for electromagnetic acoustic transducer (EMAT) sensors

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10161072A1 (de) * 2001-12-12 2003-06-18 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Feldgeräteelektronik mit einer Sensoreinheit für die Prozessmesstechnik
CN1914568A (zh) * 2003-12-04 2007-02-14 霍尼韦尔国际公司 用电流调制的信号安全自动地检测现场设备通信的系统和方法
CN101111989A (zh) * 2004-12-29 2008-01-23 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 由外部电源供电的现场设备电子系统
EP2310922A1 (en) * 2008-07-15 2011-04-20 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Improved field device interface with network protection mechanism
CN102472634A (zh) * 2009-07-23 2012-05-23 西门子公司 用于过程仪表的现场设备
CN102545586A (zh) * 2010-12-22 2012-07-04 罗斯蒙特储罐雷达股份公司 回路供电现场设备
WO2013006307A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 Rosemount, Inc. Wireless field device with removavble power source
WO2013030053A1 (de) * 2011-09-01 2013-03-07 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben eines feldgeräts für die prozessinstrumentierung sowie feldgerät
CN104956592A (zh) * 2012-12-21 2015-09-30 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 具有电流接口的变送器电路以及具有这种变送器电路的测量设备
CN104133431A (zh) * 2013-05-03 2014-11-05 倍加福有限责任公司 在现场设备与诊断装置之间建立兼容性的电路装置和方法
CN105408945A (zh) * 2013-07-24 2016-03-16 恩德斯+豪斯流量技术股份有限公司 具有用于传送测量信号的可切换的测量和操作电子设备的测量装置
CN105322778A (zh) * 2014-06-05 2016-02-10 克洛纳测量技术有限公司 具有开关转换器电路的现场设备
CN106168823A (zh) * 2015-05-22 2016-11-30 罗斯蒙特储罐雷达股份公司 具有串联的电压调节器和电流源的回路供电现场设备
DE102016207289B3 (de) * 2016-04-28 2017-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Feldgerät zur Bestimmung einer Prozessgröße in der Prozessautomatisierung
CN207557704U (zh) * 2017-06-08 2018-06-29 罗斯蒙特公司 用于工业过程的现场设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FF总线现场设备的开发;庞彦斌等;《仪表与传感器》;20010331;第9卷(第3期);第58-59页 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3644019A1 (de) 2020-04-29
CN111102997A (zh) 2020-05-05
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DE102018126808A1 (de) 2020-04-30
EP3644019B1 (de) 2021-01-27
US20200136641A1 (en) 2020-04-30

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