CN1942910A - 具有电流信号的数字测量变送器 - Google Patents
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Abstract
一种测量变送器，包括：微处理器(1)，其具有重置输入端和用于提供周期性时钟信号的时钟输出端；监控电路(3)，其具有时钟输入端和重置输出端；和用于发出测量信号电流的电流调节器(2)，该测量信号电流在测量操作中在带宽范围内代表测量值。其中时钟输入端与时钟输出端相连，并且重置输入端与重置输出端相连。在没有时钟信号时，重置输出端周期性地发出重置信号。测量变送器还包括比较器电路(4)，其具有经由低通滤波器(5)与监控电路(3)的重置输出端相连的第一输入端和其上施加参考电压的第二输入端。比较器电路(4)的输出端与电流调节器相连。在重复输出重置信号之后，比较器电路第一输入端处的电压高于参考电压，从而在比较器输出端上出现设置信号。设置信号令电流调节器发出在带宽范围之外的错误信号电流。
Description
本发明涉及一种数字测量变送器，特别是利用电流信号的测量变送器，其中，通过调节信号电流或馈电电流而输出测量值。数字测量变送器包括至少一个用于处理测量信号或用于控制内部功能的微处理器。特别是在与安全相关的应用中，需要能够以足够高的概率识别测量变送器或其元件的故障。例如在NAMUR推荐标准NE43中提出，在具有4～20mA带宽范围的测量信号电流的测量仪表的情况中，以这个带宽范围之外，例如不大于3.6mA或至少21mA的错误信号电流来用信号通知仪表故障。
本发明的一个目的是提供一种数字测量变送器，其确定地用信号通知其微处理器的故障。根据本发明，这个目的通过独立权利要求1中限定的测量变送器实现。
本发明的测量变送器，包括：微处理器，其具有重置输入端和用于提供周期性时钟信号的时钟输出端；监控电路，其具有时钟输入端和重置输出端；和用于发出测量信号电流的电流调节器，该测量信号电流在测量操作中在第一带宽范围内代表测量值并且在第一带宽范围之外用信号通知故障；其中
监控电路的时钟输入端与微处理器的时钟输出端相连，并且微处理器的重置输入端与监控电路的重置输出端相连，并且，在时钟信号中断的情况中，监控电路的重置输出端周期性地发出重置信号；其中
测量变送器还包括比较器电路，其具有：经由低通滤波器与监控电路的重置输出端相连的第一输入端，其上施加参考电压的第二输入端，以及与电流调节器的输入端相连的输出端，其中，在重复输出重置信号之后，比较器电路第一输入端处的电压高于参考电压，从而在比较器输出端上出现设置信号，其令电流调节器发出在第一带宽范围之外的错误信号电流。
如上所述，测量信号电流的第一带宽范围例如是4～20mA。在这种情况中，错误信号电流应当至少是21mA或至多3.6mA。在当前的优选实施例形式中，错误信号电流被调节为22mA。
监控电路可以例如包括数字计数器，其从开始值计数并且在超过或低于极限值时令重置信号输出在重置输出端上。计数器既通过微处理器的时钟信号的各个脉冲，也通过监控电路的重置信号，而被设置回它的开始值。在这种情况中，这样关于计数器的计数速度以及微处理器的时钟频率选择极限值，使得在起作用的时钟信号的情况中，从不低于或超过极限值。另外，这样选择极限值，使得在发出重置信号之后，保留足够的时间用于在单个时钟扰动之后重新启动微处理器，从而在达到极限值之前，在微处理器的输出端再次输出时钟信号。结果，只有当在期望时间中重置信号没有引起成功重置时，才输出更新的重置信号。
当前优选地，低通滤波器包括RC元件，其中监控电路的输出信号经由该低通滤波器馈送至比较器电路。比较器电路优选地包括第一运算放大器。
在本发明当前优选实施例中，电流调节器包括两个并联的电流调节器电路，其中第一电流调节器电路在第一带宽范围内调节测量信号电流，第二电流调节器电路将错误信号电流调节至第一带宽范围之外的值。
为此，第二电流调节器电路可以包括第二运算放大器，其一个输入端与比较器电路的输出端相连，并且其输出端与晶体管的基极相连，其中错误信号电流经由该晶体管而设置。当前优选的是，用于调节错误信号电流的第二运算放大器的内部电源电压独立于用于调节测量信号电流的电流调节器电路的电源电压。以这种方式，保证当对于测量信号电流的电流调节器电路电源电压缺失时，也可以设置错误信号电流。
用于调节测量信号电流的第一电流调节器电路可以与第二电流调节器电路类似地实现；其中，在当前优选实施例中，测量变送器包括ASIC，并且第一电流调节器电路的部件集成在ASIC中。
根据从属权利要求以及附图中显示的实施例，可以清楚地看到本发明的进一步的细节以及考虑方式，附图中：
图1是本发明的测量变送器的电路框图；
图2是在图1中示出的测试点的信号的时间分布；和
图3是用于实现本发明的电流调节器的例子。
如图1所示，本发明的测量变送器的电路包括微处理器1，其具有重置输入端和用于提供周期性时钟信号的时钟输出端或触发输出端，该周期性时钟信号在图2中以曲线a表示。另外，提供电流调节器2，其将测量变送器的馈电电流调节作为4～20mA测量信号电流。在正常测量操作中，电流调节器2从微处理器1获得代表测量值的设置信号，并将馈电电流调节至对应于设置信号的值。测量变送器还包括监控电路3，其具有时钟输入端和重置输出端，其信号在图2中以曲线b表示。只要接收到微处理器的时钟信号，监控电路的重置输出端就保持零。然而，当失去时钟信号时，在重置输出端发出重置脉冲，当重置不成功并且微处理器的时钟信号继续缺失时，重置脉冲在确定的时间之后重复。重置输出端的信号还经由低通滤波器5馈送至比较器4的输入端，比较器包括第一运算放大器。比较器输入端的信号分布在与2中以曲线c表示。在不成功重置的情况中，多个重置脉冲导致电压上升，直至超过在比较器4的参考输入端上的参考电压。这时，比较器4的输出端的电压设置得较高，并且其作为错误调节信号而在电流调节器2输出，电流调节器现在以例如22mA的错误信号电流发出馈电电流。图2中以曲线d示意性显示馈电电流的一般分布。如图所示，在正常测量操作期间，馈电电流的值在4～20mA范围中，并且在以曲线中的X表示的较短的不确定的过渡之后被调节至22mA。
现在根据图3简要说明电流调节器2的细节。
所示的电流调节器2包括并联连接的两个电流调节器电路，其中第一电流调节器电路在第一带宽范围中调节测量信号电流，第二电流调节器电路将错误信号电流调节至第一带宽范围之外的值。
基本上，两个电流调节器电路都包括电流调节晶体管21、25，它们的基极分别连接至运算放大器22、26的输出端。在运算放大器22、26的输入端上的设置电压用于调节测量信号电流或错误信号电流。比较器4的输出端通过串联电阻R2连接至第二电流调节器电路的第二运算放大器26。第二运算放大器的参考输入端接地。现在，当比较器4的输出端同样接地时，第二运算放大器的输出信号为地电压，并且第二晶体管被阻断。相反，在持续没有微处理器时钟信号的情况中，比较器4发出设置信号UvFehlerstrom，于是第二运算放大器26发出电压，这减小了第二晶体管25的阻值，从而电流流经第二晶体管，这相当于22mA的总馈电电流。
在图中，将这里没有详细显示的由馈电电流供电的主要电子器件的电阻概括为电阻27或RHE。
原理上，用于调节测量信号电流的第一电流调节器电路与第二电流调节器电路类似地构造，在所示的实施例形式中，测量变送器包括ASIC 24，并且第一电流调节器电路的运算放大器22集成在ASIC 24中。
Claims (9)
1.测量变送器，包括：微处理器(1)，其具有重置输入端和用于提供周期性时钟信号的时钟输出端；监控电路(3)，其具有时钟输入端和重置输出端；和用于发出测量信号电流的电流调节器(2)，该测量信号电流在测量操作中在第一带宽范围内代表测量值；并且在第一带宽范围之外用信号通知错误，其中监控电路的时钟输入端与微处理器的时钟输出端相连，微处理器的重置输入端与监控电路的重置输出端相连，在时钟信号缺失时，在监控电路的重置输出端周期性地发出重置信号，其特征在于，测量变送器还包括比较器电路(4)，其具有经由低通滤波器(5)与监控电路(3)的重置输出端相连的第一输入端，其上施加参考电压的第二输入端，和与电流调节器的输入端相连的输出端，其中在重复输出重置信号之后，比较器电路第一输入端处的电压超过参考电压，从而在比较器输出端上出现设置信号，其令电流调节器发出在第一带宽范围之外的错误信号电流。
2.根据权利要求1所述的测量变送器，其中低通滤波器包括RC元件。
3.根据权利要求1或2所述的测量变送器，其中比较器电路包括运算放大器。
4.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中第一带宽范围是4～20mA。
5.根据权利要求4所述的测量变送器，其中错误信号电流至少为21mA。
6.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中监控电路包括数字计数器，其从开始值计数并且在超过或低于极限值时允许输出重置信号，其中计数器既通过微处理器的时钟信号的各个脉冲也通过监控电路的重置信号而被设置回它的开始值。
7.根据前述任一权利要求所述的测量变送器，其中电流调节器包括两个并联的电流调节器电路，其中第一电流调节器电路在第一带宽范围内调节测量信号电流，第二电流调节器电路将错误信号电流调节至第一带宽范围之外的值。
8.根据权利要求7所述的测量变送器，其中第二电流调节器电路包括第二运算放大器，其一个输入端与比较器电路的输出端相连，并且其输出端与晶体管的基极相连，其中错误信号电流经通过该晶体管而设置。
9.根据权利要求8所述的测量变送器，其中用于调节错误信号电流的第二运算放大器的电源电压独立于用于调节测量信号电流的电流调节器电路的电源电压。
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