DE102013109237A1

DE102013109237A1 - Current output circuit, test arrangement with a current output circuit and transmitter

Info

Publication number: DE102013109237A1
Application number: DE201310109237
Authority: DE
Inventors: Timo Kretzler; Harald Müller; Alfred Umkehrer
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-05

Abstract

Eine Stromausgangsschaltung 1 zum Ausgeben eines Gleichstroms in einem Arbeitsbereich, umfasst: eine elektrische Leiteranordnung 20, durch welche der Gleichstrom auszugeben ist; einen Stromregler 10 zum Regeln des Gleichstroms in der elektrischen Leiteranordnung 20 auf einen Sollwert; dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranordnung eine Testschaltung 22 umfasst, wobei die Testschaltung einen ersten Testpunkt 24 und einen zweiten Testpunkt 26 aufweist, wobei die Schaltung dazu eingerichtet ist, den Gleichstrom zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt fließen zu lassen, wobei zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt eine Widerstandseinheit 28 mit einem veränderlichen Widerstandswert angeordnet ist, wobei im Arbeitsbereich des Gleichstroms der veränderliche Widerstandswert desto größer ist, je kleiner eine Spannung ist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Testpunkt abfällt.A current output circuit 1 for outputting a direct current in a work area includes: an electrical conductor arrangement 20 through which the direct current is to be output; a current regulator 10 for controlling the DC current in the electrical conductor assembly 20 to a target value; characterized in that the conductor arrangement comprises a test circuit 22, the test circuit having a first test point 24 and a second test point 26, the circuit being adapted to flow the DC current between the first test point and the second test point, between the first Test point and the second test point, a resistance unit 28 is arranged with a variable resistance value, wherein in the operating range of the DC, the variable resistance, the greater, the smaller is a voltage which falls between the first and the second test point.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromausgangsschaltung, eine Testanordnung mit einer solchen Stromausgangsschaltung und einen Messumformer mit einer solchen StromausgangsschaltungThe invention relates to a current output circuit, a test arrangement with such a current output circuit and a transmitter with such a current output circuit

Aus verschiedenen Gründen kann Anlass gegeben sein, zu überprüfen, ob bei einem einzustellenden bzw. zu regelnden Gleichstrom der Istwert dem Sollwert entspricht. Dies kann beispielsweise bei Messumformern der Fall sein, die einen Messwert beispielsweise als Signalstrom zwischen 4 und 20 mA in einer Leiterschleife ausgeben.For various reasons, it may be reason enough to check whether the actual value corresponds to the setpoint value for a direct current to be set or regulated. This can be the case, for example, with transducers which output a measured value, for example, as a signal current between 4 and 20 mA in a conductor loop.

Der Sollwert kann bei modernen Messumformern beispielsweise durch einen Mikroprozessor errechnet und anschließend einem Stromregler zugeführt werden, welcher gewährleisten soll, dass ein Istwert des Stroms eingeregelt wird, der dem Sollwert entspricht. Dennoch kann es beispielsweise zur Validierung des Messumformers erforderlich sein, gelegentlich zu unabhängig überprüfen, ob dies tatsächlich der Fall ist.The setpoint can be calculated in modern transmitters, for example, by a microprocessor and then fed to a current regulator, which should ensure that an actual value of the current is adjusted, which corresponds to the setpoint. However, for example, to validate the transmitter, it may sometimes be necessary to independently check if this is indeed the case.

Hierzu sind beispielsweise Messumformer bekannt, bei welchen die Leiterschleife zwei in Reihe geschaltete Anschlussklemmen als Testpunkte aufweisen, die im normalen Messbetrieb mit einem Kurzschlussblech überbrückt sind. Zur Durchführung einer Testmessung ist das Kurzschlussblech zu entfernen, und ein Strommessgerät ist zwischen den Testpunkten anzuschließen, so dass das Stromsignal über das Strommessgerät fließt. Nach Durchführung des Tests, ist das Kurzschlussblech wieder zwischen den Testpunkten einzubauen. Die beschriebene Vorgehensweise ist umständlich und damit fehleranfällig.For example, transmitters are known in which the conductor loop have two series-connected terminals as test points, which are bridged in the normal measurement operation with a short-circuiting plate. To perform a test measurement, remove the shorting plate and connect an ammeter between the test points so that the current signal flows through the ammeter. After the test has been carried out, the short-circuiting plate must be reinstalled between the test points. The procedure described is cumbersome and thus error-prone.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromausgangsschaltung und einen Messumformer mit einer solchen Stromausgangsschaltung bereitzustellen, welche eine einfachere Überprüfung eines Stromsignals ermöglichen.It is therefore the object of the present invention to provide a current output circuit and a transmitter with such a current output circuit, which allow easier verification of a current signal.

Die erfindungsgmäße Stromausgangsschaltung zum Ausgeben eines Gleichstroms in einem Arbeitsbereich umfasst: eine elektrische Leiteranordnung, durch welche der Gleichstrom auszugeben ist; einen Stromregler zum Regeln des Gleichstroms in der elektrischen Leiteranordnung auf einen Sollwert; wobei erfindungsgemäß die Leiteranordnung eine Testschaltung umfasst, wobei die Testschaltung einen ersten Testpunkt und einen zweiten Testpunkt aufweist, wobei die Schaltung dazu eingerichtet ist, den Gleichstrom zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt fließen zu lassen, wobei zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt eine Widerstandseinheit mit einem veränderlichen Widerstandswert angeordnet ist, wobei im Arbeitsbereich des Gleichstroms der veränderliche Widerstandswert desto größer ist, je kleiner eine Spannung ist, die zwischen dem ersten und dem zweiten Testpunkt abfällt.The current output circuit according to the invention for outputting a direct current in a work area comprises: an electrical conductor arrangement through which the direct current is to be output; a current regulator for controlling the DC current in the electrical conductor assembly to a desired value; wherein according to the invention the conductor arrangement comprises a test circuit, the test circuit having a first test point and a second test point, the circuit being adapted to flow the DC current between the first test point and the second test point, between the first test point and the second test point a resistance unit having a variable resistance value is arranged, wherein, in the operating range of the direct current, the variable resistance value is the greater, the smaller a voltage which drops between the first and the second test point.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Widerstandseinheit einen Widerstand auf der nicht weniger als 10 kOhm, vorzugsweise nicht weniger als 50 kOhm und besonders bevorzugt nicht weniger als 200 kOhm beträgt, wenn der Spannungsabfall zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt weniger als 0,2 V beträgt.According to one embodiment of the invention, the resistance unit has a resistance of not less than 10 kohms, preferably not less than 50 kohms, and more preferably not less than 200 kohms, when the voltage drop between the first test point and the second test point is less than 0.2 V is.

Ein Spannungsabfall von unter 0,2 Volt kann insbesondere dann auftreten, wenn die Widerstandseinheit zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt durch eine Überbrückungsschaltung überbrückt ist, wobei der Widerstands der Überbrückungsschaltung nicht mehr als 10 Ohm, insbesondere nicht mehr als 5 Ohm, bevorzugt nicht mehr als 2 Ohm beträgt, und wenn zwischen den Testpunkten, ein Gleichstrom in einem Arbeitsbereich fließt, wie er zur Signalübertragung in der industriellen Prozessmesstechnik üblich ist.A voltage drop below 0.2 volts may occur, in particular, when the resistance unit between the first test point and the second test point is bypassed by a bypass circuit, the resistance of the bypass circuit not exceeding 10 ohms, particularly not more than 5 ohms, preferably not is more than 2 ohms, and when between the test points, a DC current flows in a work area, as is customary for signal transmission in industrial process measurement technology.

Der Arbeitsbereich des Gleichstroms kann beispielsweise einen kontinuierlichen Messsignalbereich zwischen 4 und 20 mA oder zwischen 0 und 20 mA umfassen. Zudem kann der Arbeitsbereich um einen an den Messsignalbereich anschließenden Statussignalbereich zwischen 20 und 24 mA aufweisen.The operating range of the direct current may include, for example, a continuous measuring signal range between 4 and 20 mA or between 0 and 20 mA. In addition, the working range can have between 20 and 24 mA by a status signal range adjoining the measuring signal range.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Widerstandseinheit eine Diode auf, die in Durchlassrichtung eine exponentielle Kennlinie für den Strom als Funktion der Spannung aufweist.According to one development of the invention, the resistance unit has a diode which has an exponential characteristic curve in the forward direction for the current as a function of the voltage.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Widerstandseinheit eine Schaltung mit einem Transistor auf, dessen Widerstand in Abhängigkeit der Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Testpunkt gesteuert wird.According to one development of the invention, the resistance unit has a circuit with a transistor whose resistance is controlled as a function of the voltage between the first and the second test point.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Leitungsanordnung eine erste Anschlussklemme und eine zweite Anschlussklemme auf, an welche eine Leiterschleife anzuschließen ist, um den einzustellenden Gleichstrom durch die Leiterschleife fließen zu lassen.According to a development of the invention, the line arrangement has a first connection terminal and a second connection terminal to which a conductor loop is to be connected in order to allow the direct current to be set to flow through the conductor loop.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Stromausgangsschaltung weiterhin mindestens eine EMV-Schutzschaltung, welche zwischen den Anschlussklemmen und der Widerstandseinheit angeordnet ist, wobei die EMV-Schutzschaltung insbesondere Kapazitäten, Induktivitäten Varistoren und/oder Suppressordioden umfasst.According to one embodiment of the invention, the current output circuit further comprises at least one EMC protection circuit, which is arranged between the terminals and the resistance unit, wherein the EMC protection circuit comprises in particular capacitors, inductors varistors and / or suppressor diodes.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Stromausgangsschaltung weiterhin eine Steuerschaltung, zum Vorgeben eines Sollwerts für den zu stellenden Gleichstrom.According to one embodiment of the invention, the current output circuit further comprises a Control circuit, for specifying a setpoint for the direct current to be set.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, anhand eines Spannungsabfalls zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt zwischen einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand zu unterscheiden, wobei der erste Betriebszustand detektiert wird, wenn der Spannungsabfall einer nicht überbrückten Widerstandseinheit entspricht, und wobei der zweite Betriebszustand detektiert wird, wenn der Spannungsabfall einer überbrückten Widerstandseinheit entspricht.According to a development of the invention, the control circuit is set up to distinguish between a first operating state and a second operating state based on a voltage drop between the first test point and the second test point, wherein the first operating state is detected when the voltage drop corresponds to an unbridged resistance unit, and wherein the second operating state is detected when the voltage drop corresponds to a bridged resistance unit.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Steuerschaltung dazu eingerichtet, einen konstanten Sollwert für den Gleichstrom auszugeben, wenn der zweite Zustand detektiert ist, wobei der konstante Sollwert insbesondere dem letzten Sollwert im ersten Zustand entspricht.According to one development of the invention, the control circuit is set up to output a constant setpoint value for the direct current when the second state is detected, wherein the constant setpoint value corresponds in particular to the last setpoint value in the first state.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Stromregler einen Regelwiderstand mit einem einstellbaren Widerstandswert zum Einstellen des durch den Regelwiderstand fließenden Gleichstroms und ein mit dem Regelwiderstand in Reihe geschaltetes Messwiderstandselement mit einem definierten Widerstandswert, auf wobei ein Spannungsabfall über dem Messwiderstandselement aufgrund des durch das Messwiderstandselement fließenden Gleichstroms, von dem Stromregler durch Einstellen des Widerstandswerts des Regelwiderstands zum Regeln des Gleichstroms auf den jeweiligen Sollwert auszuwerten ist.According to a development of the invention, the current regulator has a variable resistor with an adjustable resistance value for adjusting the direct current flowing through the variable resistor and a variable resistor connected in series with the variable resistor having a defined resistance value, wherein a voltage drop across the measuring resistor element due to the direct current flowing through the measuring resistor element , is to be evaluated by the current regulator by adjusting the resistance value of the variable resistor for controlling the direct current to the respective setpoint.

Die erfindungsgemäße Testanordnung umfasst eine erfindungsgemäße Stromausgangsschaltung und eine Strommessschaltung, welche zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt angeschlossen ist, wobei der Widerstandswert der Strommessschaltung so gering ist, dass die Widerstandseinheit sperrt, also einen Widerstand aufweist, der nicht weniger als das 1000-fache vorzugsweise nicht weniger als das 5000-fache und besonders bevorzugt nicht weniger als das 10000-fache des Widerstands der Strommessschaltung beträgt, wenn ein Strom im Arbeitsbereich des Gleichstroms, insbesondere ein Gleichstrom von nicht mehr als 24 mA, zwischen dem ersten Testpunkt und dem zweiten Testpunkt fließt, so dass im Wesentlichen der gesamte Gleichstrom durch die Strommessschaltung fließt, wodurch ein Vergleich zwischen dem Sollwert und dem von der Strommessschaltung gemessenen Strom ermöglicht ist.The test arrangement according to the invention comprises a current output circuit according to the invention and a current measuring circuit which is connected between the first test point and the second test point, the resistance value of the current measuring circuit being so low that the resistance unit blocks, ie has a resistance which is not less than 1000 times preferably not less than 5000 times, and more preferably not less than 10000 times the resistance of the current measuring circuit when a current in the working range of the direct current, in particular a direct current of not more than 24 mA, between the first test point and the second test point flows, so that substantially all of the DC current flows through the current measuring circuit, whereby a comparison between the desired value and the current measured by the current measuring circuit is enabled.

Der erfindungsgemäße Messumformer zum Ausgeben eines Gleichstromsignals, welches einen aktuellen Wert einer Prozessmessgröße präsentiert, insbesondere eines aktuellen oder integrierten Masse- oder Volumendurchflusses, eines Absolut-, Relativ-, oder Differenzdrucks, eines Füllstands, einer Temperatur, einer Dichte, einer Viskosität, eines pH-Werts, einer elektrischen Leitfähigkeit, eines Redox-Potentials, einer Stoffkonzentration, einer Trübung, eines Summenparameters, oder einer Masse, umfasst einen Sensor zum Erfassen der Prozessmessgröße und zum Ausgeben eines vom aktuellen Wert der Prozessmessgröße abhängigen Sensorsignals; eine Auswertungsschaltung zum Ermitteln eines Sollwerts für das Gleichstromsignal in Abhängigkeit des Sensorsignals; und eine erfindungsgemäße Stromausgangsschaltung zum Stellen des Gleichstromsignals, oder eine erfindungsgemäße Testanordnung.The transmitter according to the invention for outputting a DC signal, which presents a current value of a process variable, in particular a current or integrated mass or volume flow, an absolute, relative, or differential pressure, a level, a temperature, a density, a viscosity, a pH Values, an electrical conductivity, a redox potential, a substance concentration, a turbidity, a sum parameter, or a mass comprises a sensor for detecting the process variable and for outputting a sensor signal dependent on the current value of the process variable; an evaluation circuit for determining a set value for the DC signal as a function of the sensor signal; and a current output circuit according to the invention for setting the DC signal, or a test arrangement according to the invention.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Messumformer ein Zweidrahtmessumformer, welcher über das Gleichstromsignal, welches von einer externen Spannungsquelle getrieben ist, mit Energie versorgt wird.According to one embodiment of the invention, the transmitter is a two-wire transmitter, which is powered by the DC signal, which is driven by an external voltage source, with energy.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Messumformer weiterhin eine Anzeigeeinheit, welche dazu eingerichtet ist, in einem Betriebszustand des Messumformers einen aktuellen Sollwert für den Gleichstrom anzuzeigen.According to one embodiment of the invention, the transmitter further comprises a display unit which is adapted to display a current setpoint value for the direct current in an operating state of the transmitter.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Messumformer ein Gehäuse umfasst, in welchem die Stromausgangsschaltung angeordnet ist, wobei die Testpunkte in dem Gehäuse durch eine Öffnung zugänglich aber in einer Messbetriebskonfiguration des Messumformers von der Anzeigeeinheit, die in einer ersten Position angeordnet ist, verdeckt sind, wobei der Messumformer weiterhin eine Testbetriebskonfiguration aufweist, in welcher die betriebsbereite Anzeigeeinheit von dem Gehäuse in einer zweiten Position gehalten wird, wodurch die Testpunkte nicht von der Anzeigeeinheit verdeckt und also zugänglich sind.According to one embodiment of the invention, the transmitter comprises a housing in which the current output circuit is arranged, the test points in the housing being accessible through an opening but hidden in a measurement operating configuration of the transmitter by the display unit arranged in a first position, wherein the transmitter further comprises a test mode configuration in which the operational display unit is held in a second position by the housing whereby the test points are not obscured and therefore accessible by the display unit.

Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings.

Es zeigt:It shows:

1: eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Stromausgangsschaltung; 1 a representation of a first embodiment of a current output circuit according to the invention;

2: eine Darstellung des spannungsabhängigen Widerstands der Widerstandseinheit des ersten Ausführungsbeispiels; und 2 FIG. 4 is an illustration of the voltage-dependent resistor of the resistance unit of the first embodiment; FIG. and

3: eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Stromausgangsschaltung; und 3 a representation of a second embodiment of a current output circuit according to the invention; and

3: eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Messumformers. 3 : A representation of an embodiment of a transmitter according to the invention.

Die in 1 dargestellte Stromausgangsschaltung 1 umfasst einen Stromregler 10 zum Regeln eines Stromes in einer Leiterschleife 20. Der zu stellende Strom kann beispielsweise 0 oder 4 bis 20 oder 24 mA betragen, wobei über diesen Strom ein Messwert eines Feldgerätes, welches die Stromausgangsschaltung enthält, an ein Leitsystem kommuniziert wird. Hierzu enthält die Stromausgangsschaltung zwei Anschlussklemmen 32, 34 an welcher ein externer Leiterschleifenabschnitt 36 angeschlossen ist, um die Leiterschleife zu vervollständigen 20.In the 1 illustrated current output circuit 1 includes a current regulator 10 for controlling a current in a conductor loop 20 , The current to be set can be, for example, 0 or 4 to 20 or 24 mA, whereby a measured value of a field device, which contains the current output circuit, is communicated to a control system via this current. For this purpose, the current output circuit contains two terminals 32 . 34 on which an external conductor loop section 36 is connected to complete the conductor loop 20 ,

Der Strom in der Leiterschleife 20 kann von einer Spannungsquelle in dem externen Leiterschleifenabschnitt, oder von einer integrierten Spannungsquelle in dem Gerät, welches die Stromausgangsschaltung enthält, getrieben werden. Einzelheiten hierzu sind für die vorliegende Erfindung jedoch unbeachtlich und einem Fachmann auf dem Gebiet der industriellen Prozessmesstechnik geläufig.The current in the conductor loop 20 may be driven by a voltage source in the external conductor loop section, or by an integrated voltage source in the device containing the current output circuit. However, details of this are irrelevant to the present invention and are familiar to a person skilled in the art of industrial process measurement technology.

Die Leiterschleife 20 enthält Stromprüfabschnitt 22, welcher einen ersten Testpunkt 24, einen zweiten Testpunkt 26 und eine Diode 28 aufweist, wobei die Diode 28 zwischen den beiden Testpunkten angeordnet ist, und wobei der zu stellende Strom in Durchlassrichtung der Diode 28 fließt.The conductor loop 20 Contains current test section 22 , which is a first test point 24 , a second test point 26 and a diode 28 having, wherein the diode 28 is arranged between the two test points, and wherein the current to be set in the forward direction of the diode 28 flows.

Die Diode 28 ist eine Widerstandseinheit im Sinne der Erfindung. Die Diode kann beispielsweise vom Typ BAS 16 sein. Der Widerstand einer solchen Diode als Funktion der Spannung ist in 2 dargestellt. Im Normalbetrieb der Stromausgangsschaltung fließt der Strom durch die Diode, wobei für den Strom im Arbeitsbereich des Stroms weniger als 1 V an der Diode abfällt. Fließt ein Strom von beispielsweis 0,1 mA, so beträgt die Vorwärtsspannung an der Diode 28 etwas weniger als 0,5 V.The diode 28 is a resistance unit in the sense of the invention. The diode can be of the BAS type, for example 16 be. The resistance of such a diode as a function of the voltage is in 2 shown. In normal operation of the current output circuit, the current flows through the diode, and for the current in the working range of the current less than 1 V drops at the diode. If a current of, for example, 0.1 mA flows, then the forward voltage is at the diode 28 a little less than 0.5 V.

Wenn nun die Diode 28 überbrückt wird, beispielsweise mit einem Amperemeter, welches zwischen dem ersten und zweiten Testpunkt 24, 26 parallel zur Diode 28 angeschlossen wird, und welches einen Innenwiderstand von nicht mehr als etwa 2 Ohm aufweist, so fällt bei einem maximalen Strom von 24 mA eine Spannung von weniger als 50 mV zwischen den Testpunkten ab. Damit beträgt der Widerstand der Diode mehr als 100 kOhm bzw. mehr als 1 MOhm, so dass der Strom praktisch vollständig über den Überbrückungszweig fließt und mit dem Amperemeter gemessen werden kann. Auf diese Weise kann einfach überprüft werden, ob ein eingestellter Strom, seinem Sollwert entspricht.If now the diode 28 is bridged, for example, with an ammeter, which between the first and second test point 24 . 26 parallel to the diode 28 is connected, and which has an internal resistance of not more than about 2 ohms, so falls at a maximum current of 24 mA, a voltage of less than 50 mV between the test points. Thus, the resistance of the diode is more than 100 kohms or more than 1 MOhm, so that the current flows almost completely over the bridging branch and can be measured with the ammeter. In this way, it can be easily checked whether a set current corresponds to its setpoint.

Vorzugsweise weist die Leiterschleife 20 noch Schutzmaßnahmen 40 gegen Überspannungen und/oder Hochfrequenzstörungen auf. So kann beispielsweise eine Begrenzerdiode D2 parallel zu dem externen Leiterschleifenabschnitt 36 zwischen den Testpunkten angeordnet sein, wobei die Durchlassrichtung der Begrenzerdiode entgegen der Flussrichtung des eingestellten Stromes ausgerichtet ist. D.h. im normalen Arbeitsbereich des Stromausgangsschaltung sperrt die Diode D2, so dass praktische der gesamte Strom über die externe Leiterschleife 36 fließt. Nur bei Erreichen der Durchbruchspannung der Begrenzerdiode D2 wird diese leitend. Weiterhin umfassen die Schutzmaßnahmen Spulen L1 und L2, wobei die Anschlussklemmen 32, 34 zwischen den Spulen angeordnet sind. Parallel zu den Anschlussklemmen 32, 34 ist weiterhin ein Kondensator C1 vorgesehen. Weiterhin sind zwischen der Leiterschleife und Schutzerde Kondensatoren C2, C3 geschaltet.Preferably, the conductor loop 20 still protective measures 40 against overvoltages and / or radio frequency interference. For example, a limiter diode D2 may be parallel to the external conductor loop section 36 be arranged between the test points, wherein the passage direction of the Begrenzerdiode is aligned opposite to the flow direction of the adjusted current. That is, in the normal operating range of the current output circuit, the diode D2 blocks, allowing practical the entire current through the external conductor loop 36 flows. Only when the breakdown voltage of the Begrenzerdiode D2 reaches this becomes conductive. Furthermore, the protective measures include coils L1 and L2, wherein the terminals 32 . 34 are arranged between the coils. Parallel to the terminals 32 . 34 Furthermore, a capacitor C1 is provided. Furthermore, capacitors C2, C3 are connected between the conductor loop and protective ground.

Das in 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Stromausgangsschaltung 101 hat hinsichtlich der angestrebten Funktionen prinzipiell den gleichen Aufbau wie das erste Ausführungsbeispiel aus 1. Lediglich die Widerstandseinheit ist anders realisiert. Die Stromausgangsschaltung 101 umfasst einen Stromregler 110 zum Regeln eines Stromes, wobei der Stromregler einen hochimpedanten Eingang 112 aufweist, um den Spannungsabfall über einem Shunt-Widerstand 114, über den ein zu stellender Strom in einer Leiterschleife 120 fließt, zu erfassen. Der zu stellende Strom kann beispielsweise 0 oder 4 bis 20 oder 24 mA betragen, wobei über diesen Strom ein Messwert eines Feldgerätes, welches die Stromausgangsschaltung enthält, an ein Leitsystem kommuniziert wird. Hierzu enthält die Stromausgangsschaltung 101 zwei Anschlussklemmen 132, 134 an welcher ein externer Leiterschleifenabschnitt 136 angeschlossen ist, um die Leiterschleife zu vervollständigen 120.This in 3 illustrated second embodiment of a current output circuit 101 has the same structure as the first embodiment in terms of the desired functions in principle 1 , Only the resistance unit is realized differently. The current output circuit 101 includes a current regulator 110 for controlling a current, the current regulator having a high impedance input 112 indicates the voltage drop across a shunt resistor 114 , about which a current to be placed in a conductor loop 120 flows to capture. The current to be set can be, for example, 0 or 4 to 20 or 24 mA, whereby a measured value of a field device which contains the current output circuit is communicated to a control system via this current. The current output circuit contains this 101 two terminals 132 . 134 on which an external conductor loop section 136 is connected to complete the conductor loop 120 ,

Der Strom in der Leiterschleife 120 kann von einer Spannungsquelle in dem externen Leiterschleifenabschnitt, oder von einer integrierten Spannungsquelle in dem Gerät, welches die Stromausgangsschaltung enthält, getrieben werden. Einzelheiten hierzu sind für die vorliegende Erfindung jedoch unbeachtlich und einem Fachmann auf dem Gebiet der industriellen Prozessmesstechnik geläufig.The current in the conductor loop 120 may be driven by a voltage source in the external conductor loop section, or by an integrated voltage source in the device containing the current output circuit. However, details of this are irrelevant to the present invention and are familiar to a person skilled in the art of industrial process measurement technology.

Die Leiterschleife 120 enthält einen Stromprüfabschnitt 122, welcher einen ersten Testpunkt 124, einen zweiten Testpunkt 126 und eine Widerstandseinheit 128 aufweist, wobei die Widerstandseinheit 128 zwischen den beiden Testpunkten angeordnet ist und einen n-Kanal-MOSFET 128a, ein erstes Widerstandselement 128b in Reihe mit dem n-Kanal-MOSFET 128a geschaltet ist, einen Operationsverstärker 128c, sowie einen Spannungsteiler mit einem zweiten Widerstandselement 128d und einem dritten Widerstandselement 128e umfasst. Der Ausgang des Operationsverstärker 128c liegt am Gate-Anschluss des n-Kanal-MOSFET 128a, wobei der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 128c an den ersten Testpunkt 124 bzw. den Source-Anschluss des n-Kanal-MOSFET 128a angeschlossen ist. Zwischen dem Drain-Anschluss des n-Kanal-MOSFET 128a und dem zweiten Testpunkt 126 ist das erste Widerstandselement 128b in der Leiterschleife 120 angeordnet. Zwischen dem zweiten Testpunkt 126 und Schaltungsmasse sind das zweite Widerstandselement 128d und das dritte Widerstandselement 128e in Reihe geschaltet um den Spannungsteiler zu bilden. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 128c ist zwischen den dem zweiten und dritten Widerstandselement 128d, 128e an den Spannungsteiler angeschlossen.The conductor loop 120 contains a current test section 122 , which is a first test point 124 , a second test point 126 and a resistance unit 128 having, wherein the resistance unit 128 is arranged between the two test points and an n-channel MOSFET 128a , a first resistance element 128b in series with the n-channel MOSFET 128a is switched, an operational amplifier 128c , as well as a voltage divider with a second resistive element 128d and a third resistance element 128e includes. The output of the operational amplifier 128c is at the gate terminal of the n-channel MOSFET 128a . wherein the inverting input of the operational amplifier 128c at the first test point 124 or the source terminal of the n-channel MOSFET 128a connected. Between the drain of the n-channel MOSFET 128a and the second test point 126 is the first resistance element 128b in the conductor loop 120 arranged. Between the second test point 126 and circuit ground are the second resistance element 128d and the third resistance element 128e connected in series to form the voltage divider. The non-inverting input of the operational amplifier 128c is between the second and third resistive elements 128d . 128e connected to the voltage divider.

Im spannungslosen Zustand sperrt der n-Kanal-MOSFET 128a. Wenn aber eine Spannung anliegt, beispielsweise um einen Strom in der Leiterschleife zu treiben, bewirkt der Spannungsabfall über dem n-Kanal-MOSFET 128a und dem ersten Widerstandselement 128b sowie dem Spannungsteiler 128d und 128e, dass die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 128c kleiner ist als am nicht invertierenden Eingang. Der Ausgang des Operationsverstärker 128c steuert damit das Gate des n-Kanal-MOSFETS 128a voll an und der n-Kanal-MOSFET 128a wird leitend. Dabei ist zu beachten das der n-Kanal-MOSFET nur einschaltet wenn die Spannung zwischen Gate und Source ausreichend groß ist. Die Source Spannung des n-Kanal-MOSFETS 128a ist im Wesentlichen durch den Spannungsabfall über dem Shuntwiderstand 114 bestimmt. Der Shuntwiderstand 114 dient dem Stromregler 110 zur Messung des aktuellen Stromflusses. Der Shuntwiderstand 114 hat dabei üblicherweise Werte kleiner 50 Ohm, weshalb bei einem maximalen Stromfluss von 25mA mit einem maximalen Spannungsabfall von 1.25V zurechnen ist. Bei dem Einsatz eines Ultra Low Level FETs (z.B. PMV30UN) ist es damit ausreichend das Gate mit 3.3V anzusteuern damit der n-Kanal MOSFET leitet. Dies entspricht einem ersten Betriebszustand der Stromausgangsschaltung. Aufgrund der Anforderungen an die Gate Ansteuerung ist die Strommesschaltung 122 auch im unteren Zweig der Stromschleife 120 positioniert. (Wäre die Schaltung 122 an der gleichen Stelle wie die Schaltung 22 (Diode) positioniert, so wäre die Anforderungen an den Operationsverstäker 128c höher, dieser müsste dann mit deutlichen höheren Spannungen versorgt werden damit er das Gate des n-Kanals Fets 128a ausreichend treiben kann).When de-energized, the n-channel MOSFET blocks 128a , But when a voltage is applied, for example, to drive a current in the conductor loop, the voltage drop across the n-channel MOSFET causes 128a and the first resistive element 128b as well as the voltage divider 128d and 128e in that the voltage at the inverting input of the operational amplifier 128c smaller than at the non-inverting input. The output of the operational amplifier 128c thus controls the gate of the n-channel MOSFET 128a fully on and the n-channel MOSFET 128a becomes conductive. It should be noted that the n-channel MOSFET only turns on when the voltage between the gate and source is sufficiently large. The source voltage of the n-channel MOSFET 128a is essentially due to the voltage drop across the shunt resistor 114 certainly. The shunt resistor 114 serves the current regulator 110 for measuring the current flow. The shunt resistor 114 usually has values below 50 ohms, which is why with a maximum current flow of 25mA, a maximum voltage drop of 1.25V can be expected. When using an Ultra Low Level FET (eg PMV30UN), it is sufficient to drive the gate with 3.3V to conduct the n-channel MOSFET. This corresponds to a first operating state of the current output circuit. Due to the requirements of the gate control is the current switching 122 also in the lower branch of the current loop 120 positioned. (Would the circuit be 122 in the same place as the circuit 22 (Diode) positioned, so would be the requirements of the Operationsverstäker 128c higher, this would then have to be supplied with significantly higher voltages so that he the gate of the n-channel Fets 128a can do enough).

Wenn nun die Widerstandseinheit 128 überbrückt wird, beispielsweise mit einem Amperemeter, welches zwischen dem ersten und zweiten Testpunkt 124, 126 parallel zum n-Kanal-MOSFET 128a und zum ersten Widerstandselement 128b angeschlossen wird, so fällt nur noch eine vernachlässigbar kleine Spannung zwischen den Testpunkten ab, was sich entsprechend auf die Eingangssignale des Operationsverstärkers auswirkt. Mit dem Spannungsteiler 128d und 128e wird erreicht, dass die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 128c kleiner wird wie Spannung am invertierenden Eingang 128c. Der Ausgang des Operationsverstärker 128c steuert das Gate des n-Kanal-MOSFETS 128a nicht an. Im Ergebnis führt dies dazu dass der n-Kanal-MOSFET 128a sperrt, und der gesamte Strom über des Amperemeter fließt, womit der von der Stromausgangsschaltung einzustellende Strom überprüft werden kann.Now if the resistance unit 128 is bridged, for example, with an ammeter, which between the first and second test point 124 . 126 parallel to the n-channel MOSFET 128a and the first resistance element 128b is connected, so falls only a negligible voltage between the test points, which has a corresponding effect on the input signals of the operational amplifier. With the voltage divider 128d and 128e is achieved that the voltage at the non-inverting input of the operational amplifier 128c becomes smaller like voltage at the inverting input 128c , The output of the operational amplifier 128c controls the gate of the n-channel MOSFET 128a not on. As a result, this leads to the n-channel MOSFET 128a locks, and the entire current flows through the ammeter, so that the current to be set by the current output circuit can be checked.

Vorzugsweise weist die Leiterschleife 120 noch Schutzmaßnahmen 140 gegen Überspannungen und/oder Hochfrequenzstörungen auf. So kann beispielsweise eine Begrenzerdiode D2 parallel zu dem externen Leiterschleifenabschnitt 136 zwischen den Testpunkten angeordnet sein, wobei die Durchlassrichtung der Begrenzerdiode entgegen der Flussrichtung des eingestellten Stromes ausgerichtet ist. D.h. im normalen Arbeitsbereich der Stromausgangsschaltung sperrt die Diode D2, so dass praktische der gesamte Strom über die externe Leiterschleife 136 fließt. Nur bei Erreichen der Durchbruchspannung der Begrenzerdiode D2 wird diese leitend. Weiterhin umfassen die Schutzmaßnahmen Spulen L1 und L2, wobei die Anschlussklemmen 132, 134 zwischen den Spulen angeordnet sind. Parallel zu den Anschlussklemmen 132, 134 ist weiterhin ein Kondensator C1 vorgesehen. Schließlich sind zwischen der Leiterschleife und Schutzerde Kondensatoren C2, C3 geschaltet.Preferably, the conductor loop 120 still protective measures 140 against overvoltages and / or radio frequency interference. For example, a limiter diode D2 may be parallel to the external conductor loop section 136 be arranged between the test points, wherein the passage direction of the Begrenzerdiode is aligned opposite to the flow direction of the adjusted current. That is, in the normal working range of the current output circuit, the diode D2 blocks, allowing practical the entire current through the external conductor loop 136 flows. Only when the breakdown voltage of the Begrenzerdiode D2 reaches this becomes conductive. Furthermore, the protective measures include coils L1 and L2, wherein the terminals 132 . 134 are arranged between the coils. Parallel to the terminals 132 . 134 Furthermore, a capacitor C1 is provided. Finally, capacitors C2, C3 are connected between the conductor loop and protective ground.

Das in 4 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines Messumformers umfasst hier die Stromausgangsschaltung des ersten Ausführungsbeispiels aus 1. Ein Stromregler 10 ist dazu vorgesehen, einen Strom auf einer Leiterschleife 20 in einem Bereich zwischen 4 und 20 mA zu regeln, um damit einen Messwert über einen externen Leitungsabschnitt 36 an ein Leitsystem zu kommunizieren. Die Leiterschleife 20 enthält einen Testabschnitt 22 mit einer Diode 28 als Widerstandseinheit. Zwischen dem Stromregler 10 und Anschlussklemmen 32, 34 zum Anschluss des externen Leiterschleifenabschnitts 36 sind Schutzschaltungen 40 angeordnet zum Schutz vor Überspannungen und HF-Störungen.This in 4 schematically illustrated embodiment of a transmitter comprises here the current output circuit of the first embodiment 1 , A current regulator 10 is intended to be a current on a conductor loop 20 in a range between 4 and 20 mA, in order to provide a measured value via an external line section 36 to communicate to a control system. The conductor loop 20 contains a test section 22 with a diode 28 as a resistance unit. Between the current regulator 10 and terminals 32 . 34 for connecting the external conductor loop section 36 are protective circuits 40 arranged to protect against overvoltages and RF interference.

Der Messumformer umfasst weiterhin eine Hauptelektronik 50, und ein Messaufnehmermodul 52, wobei das Messaufnehmermodul von der Hauptelektronik gespeist und ggf. gesteuert wird. Das Messaufnehmermodul stellt der Hauptelektronik 50 Primärsignale bereit, welche einen aktuellen Messwert repräsentieren.The transmitter also includes main electronics 50 , and a transducer module 52 , wherein the sensor module is fed by the main electronics and possibly controlled. The sensor module provides the main electronics 50 Primary signals ready, which represent a current measured value.

Die Primärsignale werden von der Hauptelektronik 50 aufbereitet, beispielsweise durch Kompensationsrechnungen, welche von einem Mikroprozessor der Hauptelektronik durchgeführt werden, um einen digitalen Messwert zu generieren, der beispielsweise auf einer Anzeige 54 angezeigt und abgebildet auf einen Stromwert zwischen 4 und 20 mA über die Leiterschleife ausgegeben werden kann. Hierzu gibt die Hauptelektronik 50 der Stromregler 10 einen Sollwert für den Strom vor.The primary signals are from the main electronics 50 processed, for example by compensation calculations, which are performed by a microprocessor of the main electronics to generate a digital reading, for example, on a display 54 displayed and mapped to a current value between 4 and 20 mA can be output via the conductor loop. This is the main electronics 50 the current regulator 10 a setpoint for the current.

In einem Testbetrieb kann auch ein digitalisierter Sollwert für den Strom auf der Anzeige 54 angezeigt werden. Dies ermöglicht einen Vergleich mit dem Messwert eines niederohmigen Amperemeters 70, mit welchem die Diode 28 des Testabschnitts 22 überbrückt werden kann, so dass der gesamte Strom durch das Amperemeter fließt.In a test mode can also be a digitized setpoint for the current on the display 54 are displayed. This allows a comparison with the measured value of a low-resistance ammeter 70 with which the diode 28 of the test section 22 can be bridged so that the entire current flows through the ammeter.

Die Energieversorgung des Messumformers kann beispielsweise über den externen Leiterschleifenabschnitt 36 erfolgen, wozu dieser eine hier nicht dargestellte Spannungsquelle aufweisen muss. In einer anderen Konfiguration des Messumformers erfolgt die Energieversorgung über ein zusätzliches Leitungspaar 56, welches hier gestrichelt angedeutet ist. Tatsächlich kommt es aber auf die Art und Einzelheiten der Energieversorgung des Messumformers im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht an.The power supply of the transmitter, for example, via the external conductor loop section 36 take what it must have a voltage source, not shown here. In another configuration of the transmitter, the power is supplied via an additional line pair 56 , which is indicated here by dashed lines. In fact, however, the type and details of the power supply of the transmitter in connection with the present invention do not matter.

Die Anzeige 54, kann in verschiedenen Positionen positionierbar sein und an einem Gehäuse 58 des Messumformers lösbar befestigt sein. SO kann die Anzeigeeinheit beispielsweise in einer ersten, Messbetriebsposition die Testpunkte des Testabschnitts 22 überdecken und in einer zweiten, Testbetriebsposition die Testpunkte freigeben. Einzelheiten zur mechanischen Gesichtspunkten der Anordnung der Anzeigeeinheit sind in der noch unveröffentlichten Patentanmeldung 102013106578 offenbart.The ad 54 , can be positioned in different positions and on a housing 58 be detachably attached to the transmitter. For example, in a first, measuring operating position, the display unit can display the test points of the test section 22 cover and release the test points in a second, test operating position. Details of the mechanical aspects of the arrangement of the display unit are disclosed in the still unpublished patent application 102013106578.

Claims

Current output circuit ( 1 ; 101 ) for outputting a direct current in a work area, comprising: an electrical conductor arrangement ( 20 ; 120 ) through which the direct current is to be output; a current regulator ( 10 ; 110 ) for regulating the direct current in the electrical conductor arrangement ( 20 ; 120 ) to a setpoint; characterized in that the conductor arrangement comprises a test circuit ( 22 ; 122 ), wherein the test circuit has a first test point ( 24 ; 124 ) and a second test point ( 26 ; 126 ), wherein the circuit is configured to flow the DC current between the first test point and the second test point, wherein a resistance unit (between the first test point and the second test point) is ( 28 ; 128 ) is arranged with a variable resistance value, wherein in the working range of the direct current, the variable resistance, the greater is the smaller a voltage which drops between the first and the second test point.

Current output circuit ( 1 ; 101 ) according to claim 1, wherein the resistance unit ( 28 ; 128 ) has a resistance which is not less than 10 kohms, preferably not less than 50 kohms and more preferably not less than 200 kohms, when the voltage drop between the first test point and the second test point is less than 0.2 volts.

Current output circuit ( 1 ; 101 ) according to one of claims 1 to 2, wherein the working range of the direct current has a continuous measuring signal range between 4 and 20 mA or between 0 and 20 mA and optionally a subsequent to the measuring signal range status signal range between 20 and 24 mA.

Current output circuit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the resistance unit is a diode ( 28 ), which in the forward direction in particular has an exponential characteristic for the current as a function of the voltage.

Current output circuit ( 101 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the resistance unit ( 128 ) a circuit with a transistor ( 128a ) whose resistance is controlled as a function of the voltage between the first and second test points.

Current output circuit ( 1 ; 101 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the line arrangement has a first connection terminal ( 32 ; 132 ) and a second terminal ( 34 ; 134 ), to which an external conductor loop ( 36 ; 136 ) is connected to the DC voltage to be set by the external conductor loop ( 36 ; 136 ) to flow.

Current output circuit ( 1 ; 101 ) according to one of claims 1 to 6, further comprising: at least one EMC protection circuit ( 40 ; 140 ), which between the terminals ( 34 . 36 ; 134 ; 136 ) and the resistance unit ( 28 ; 128 ), wherein the EMC protection circuit comprises capacitors, inductors varistors and / or suppressor diodes.

A current output circuit according to any one of the preceding claims, further comprising: a control circuit for setting a target value for the DC to be set.

A current output circuit according to claim 8, wherein the control circuit is arranged to detect a voltage drop between the first Test point and the second test point between a first operating state and a second operating state, wherein the first operating state is detected, when the voltage drop corresponds to an unbridged resistance unit, and wherein the second operating state is detected when the voltage drop corresponds to a bridged resistance unit.

Current output circuit according to claim 9, wherein the control circuit is configured to output a constant set point for the direct current when the second state is detected, wherein the constant setpoint corresponds in particular to the last setpoint value in the first state.

A current output circuit according to any one of the preceding claims, wherein the current regulator comprises a variable resistor with an adjustable resistance for adjusting the DC current flowing through the variable resistor; a measuring resistance element in series with the variable resistor having a defined resistance value, wherein a voltage drop across the measuring resistance element due to the DC current flowing through the measuring resistance element is to be evaluated by the current regulator by adjusting the resistance value of the regulating resistor for controlling the direct current to the respective desired value.

A test arrangement comprising: a current output circuit ( 10 ) according to any one of claims 1 to 11; and a current measuring circuit ( 70 ), which is connected between the first test point and the second test point, wherein a resistance of the current measuring circuit is so low that the resistance unit blocks, that has a resistance of not less than 1000 times, preferably not less than 5000 times and more preferably not less than 10,000 times the resistance of the current sensing circuit when a current flows in the working range of the DC current between the first test point and the second test point, so that substantially all the DC current flows through the current measuring circuit, whereby a comparison between the setpoint and the current measured by the current measuring circuit.

Transmitter for outputting a DC signal, which presents a current value of a process variable, in particular a current or integrated mass or volume flow, an absolute, relative, or differential pressure, a level, a temperature, a density, a viscosity, a pH , an electrical conductivity, a redox potential, a substance concentration, a turbidity, a sum parameter, or a mass, the transmitter comprises: a sensor for detecting the process variable and for outputting a sensor signal dependent on the current value of the process variable; an evaluation circuit for determining a set value for the DC signal as a function of the sensor signal; and A current output circuit according to any one of claims 1 to 10 for providing the DC signal, or a test arrangement according to claim 10.

The transmitter of claim 13, wherein the transmitter is a two-wire transmitter that is powered by the DC signal driven by an external voltage source.

Transmitter according to claim 13 or 14, further comprising: a display unit, which is adapted to display a current setpoint value for the direct current in an operating state of the transmitter.

Transmitter according to claim 15, wherein the transmitter comprises a housing in which the current output circuit is arranged, wherein the test points in the housing are accessible through an aperture but obscured in a measurement operational configuration of the transmitter by the display unit disposed in a first position, wherein the transmitter further comprises a test mode configuration in which the operational display unit is held in a second position by the housing whereby the test points are not obscured and therefore accessible by the display unit.