ES2704291T3 - Dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición y control por parte de un medio de medición y de un medio de control - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición y control por parte de un objeto accionado, teniendo el dispositivo: un medio de generación de señales (2) para generar una tensión periódicamente vibratoria que incluye una tensión de pulso y una tensión alterna conectado al lado primario de un transformador (3); y un medio de medición del que varía una cualquiera de entre corriente o tensión o resistencia, o un objeto accionado que convierte el cambio de estado de un sujeto que se quiere controlar en una cualquiera de entre cambio de corriente o tensión o resistencia conectado al lado secundario del transformador (3); caracterizado por que el transformador (3) es un transformador de aislamiento del que la cara primaria está aislada de la cara secundaria y el bobinado primario está provisto con una toma intermedia, y un medio de medición de corriente está conectado a la toma intermedia para medir una corriente (6) en la cara primaria del transformador (3) provocada por un flujo de corriente en el medio de medición o el objeto accionado conectado a la cara secundaria por medio de un circuito rectificador (4), de modo que se evalúe un cambio en una cualquiera de entre la corriente o la tensión o la resistencia del medio de medición o del objeto accionado y se realice un diagnóstico de integridad del medio de medición o del objeto accionado basándose en el resultado de la medición del medio de medición de corriente.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición y control por parte de un medio de medición y de un medio de control

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición o control por parte de un medio de medición o de un medio de control, en particular los que se usan para detectar los resultados de medición de sensores de temperatura, sensores de humedad, sensores de presión, etc. para controlar plantas o equipos, con un alto grado de precisión mediante un circuito de construcción simple y además diagnosticar la integridad del circuito del lado del sensor y del circuito del lado del medio de control.

Estado de la técnica

Como medio de medición o de control usado para controlar plantas o equipos, se conoce un medio de medición como un transmisor de medición, un tipo de sensor, al que se le suministra potencia eléctrica y convierte el resultado de la medición, tal como la temperatura, humedad y presión, en una corriente a emitir; un medio de medición tal como un sensor, de tipo termopar o un bulbo de un termómetro de resistencia, que produce el resultado de la medición como una tensión o resistencia analógica; y un medio de control que tiene un contacto para encenderlo/apagarlo cuando se detecta que la presión o temperatura alcanza un valor prescrito y es utilizado para detectar condiciones ambientales.

En tal instrumento de medición u objeto accionado, tal como un actuador, el lado de instrucción para enviar instrucciones a la planta o equipo está aislado del lado que realiza la medición o que acciona o controla en la planta o equipo (en lo sucesivo, denominado lado de la planta) dependiendo del uso a efectos de evitar afecciones en el cuerpo humano o impedir afecciones producidas por el ruido. Esto se hace generalmente adoptando un transformador de aislamiento para transformar la tensión de la potencia eléctrica suministrada desde la fuente de alimentación y aislando una señal de medición enviada desde el lado de la planta al lado de instrucción a partir de una señal de instrucción o señal de control enviada desde el lado de instrucción al lado de planta por medio de un optoacoplador, relé de aislamiento de señal, amplificador de aislamiento, transformador de aislamiento, etc.

En los últimos años, ha habido una creciente demanda para realizar diagnósticos de integridad de circuitos en el campo de la instrumentación y medición, a efectos de aumentar la fiabilidad de los sistemas confirmando la integridad de las señales de salida y del cableado del circuito, es decir, confirmando que las señales de instrucciones se transmiten con precisión al medio de control y si se ha producido una ruptura de algún cable o un cortocircuito en el circuito.

El diagrama de bloques de las FIGS.10-13 muestran ejemplos de circuitos de accionamiento convencionales de un medio de medición o control y aquellos a los que se le ha añadido un circuito de diagnóstico de integridad.

En primer lugar, la FIG.10 es un diagrama de bloques de un circuito en el caso de un sensor tal como un transmisor de medición, al que se le suministra potencia eléctrica y emite el resultado de la medición de temperatura, humedad y presión, convirtiéndolos en señales analógicas. Por ejemplo, se aplica una tensión de 24 V, a un transmisor de medición 100 y se suministra una potencia eléctrica a un circuito de conversión de señal 108 y a un circuito de modulación 109, desde un circuito de fuente de alimentación 101.

El circuito de fuente de alimentación 101 consiste en un circuito generador de pulsos 103 para convertir la potencia eléctrica suministrada desde una fuente de alimentación 102 en una tensión de pulso, un transformador de aislamiento 104 para cambiar la tensión del pulso del circuito generador de pulsos 103 y aislar el lado de planta del lado de instrucción, un circuito rectificador 105 para rectificar la tensión de pulso aumentada por el transformador de aislamiento 104, y un circuito de tensión constante 106 para alisar la tensión de pulso rectificada en una tensión constante.

El circuito de conversión de señal 108 y el circuito de modulación 109 son para introducir los resultados de medición analógicos del transformador de medición 10, tal como temperatura, humedad y presión, como señales de tensión en el transformador de aislamiento 110 usado para dividir el lado del transmisor de medición 100 del lado de instrucción. El transmisor de medición 100 no puede introducir las señales de medición en el transformador de aislamiento 110, porque las corrientes eléctricas generadas por los sensores de temperatura, humedad y presión son corrientes que varían en un intervalo de aproximadamente 4~20 mA. Por lo tanto, los resultados de medición obtenidos como corrientes eléctricas no pueden introducirse tal y como están en el transformador de aislamiento, por lo que, el circuito de conversión de señal 108 convierte las señales de corriente en señales de tensión y además el circuito de modulación 109 las convierte en señales de tensión alterna para poder introducirlas en el transformador de aislamiento 110. Después, la salida del transformador de aislamiento 100 se reconvierte en una señal de corriente o tensión 112 para ser emitida al exterior como resultados de medición.

Una línea discontinua denotada con el número de referencia 107 en la FIG.18 representa una barrera de aislamiento que aísla el lado de medición (lado de instrucción) del dispositivo de medición (lado de planta). En la siguiente explicación, los componentes constituyentes similares a los de la FIG.10 están denotados con los mismos números de referencia y su explicación detallada se ha omitido.

La FIG.11 es un diagrama de bloques de un circuito en el caso de un sensor tal como un termopar y un bulbo de termómetro de resistencia, que emite los resultados de medición como un cambio en tensión y en resistencia eléctrica.

El circuito de fuente de alimentación 101 consiste, de manera similar al caso de la FIG.11, en una fuente de alimentación 102, un circuito generador de pulsos 103, un transformador de aislamiento 104, un circuito rectificador 105 y un circuito de tensión constante 106. Se suministra una potencia eléctrica a un circuito de conversión de señal 121 y a un circuito de modulación 122. Las señales de tensión y las señales de resistencia de los termopares y bulbos de termómetros de resistencia se convierten en señales de tensión mediante el circuito de conversión de señal 121 y se modulan mediante el circuito de modulación 122, se amplifican mediante un transformador de aislamiento 123 que es un medio de aislamiento de señal para aislar el lado de planta del lado de instrucción, luego, la salida del transformador de aislamiento 123 se reconvierte en una señal de corriente o tensión 125 mediante un circuito de demodulación 124 para ser emitida fuera como resultados de medición.

Las FIGS.12 y 13 son diagramas de bloques de un circuito en este caso de un medio de control, que tiene un contacto (en lo sucesivo, denominado contacto dependiendo de las circunstancias) para encenderlo/apagarlo cuando se detecta que la presión o la temperatura alcanza un valor prescrito y que se utilizar para detectar las condiciones ambientales. El circuito de fuente de alimentación eléctrica 101 para accionar los contactos 140 y 143 para que emitan señales de ENCENDIDO/APAGADO dependiendo de la presión y de la temperatura consiste en una fuente de alimentación eléctrica 102, un circuito generador de pulsos 103, un transformador de aislamiento 104, un circuito rectificador 105 y un circuito de tensión constante 106 de manera similar al caso de la FIG.10 y de la FIG.11. De esta manera, incluso cuando hay una pluralidad de contactos en el circuito, generalmente, se adopta un único circuito de fuente de alimentación eléctrica como fuente de alimentación común con miras a ahorrar costes. Las señales de encendido/apagado de los contactos 140 y 143 se envían a los optoacopladores 141 y 144, que son unos medios de aislamiento de señal provistos para aislar el lado de planta del lado de instrucción. Unos elementos emisores de luz que constituyen los optoacopladores 141 y 144 emiten luz cuando los contactos están en "ENCENDIDO" respectivamente y se emiten unas señales binarias 142 y 145 de ENCENDIDO/APAGADO al exterior desde los elementos sensibles a la luz respectivamente, para transmitir la temperatura y presión del lado de planta al lado de instrucción.

En los circuitos mostrados en las FIGS. 11 y 12, hasta cierto punto se puede juzgar la integridad del circuito, tal como la incidencia de la rotura de un cable o un cortocircuito, a partir de las condiciones como que el resultado de la medición no se transmite al lado de instrucción o que el resultado de la medición no varía de un valor constante. Sin embargo, en el circuito mostrado en la FIG.12, cuando se pretende diagnosticar la integridad de un circuito, es necesario confirmar si el medio de control (contactos) están operando normalmente, además de confirmar si se ha producido la rotura de un cable o un cortocircuito. No se puede efectuar la confirmación de si el medio de control está operando normalmente o no sin componer el circuito para que este se ajuste a la finalidad del mismo.

Por lo tanto, en el circuito de la FIG.13 en el que se puede realizar el diagnóstico de integridad, el diagnóstico se realiza proporcionando un bloque 146, en el que la señal de estado de ENCENDIDO/APAGADO de los contactos 140, 143 se percibe de manera analógica usando una función de conversión A/D contenida en una microcomputadora y se evalúa para juzgar el estado de ENCENDIDO/APAGADO de los contactos, si hay o no un cortocircuito o fallo en los contactos, y si hay o no una rotura de un cable o se ha producido un cortocircuito en el circuito.

El resultado se envía al optoacoplador 141 que es un medio de aislamiento para aislar el lado de planta del lado de instrucción, y se emite como una señal de comunicación en serie a una parte de recepción 147 de la señal de comunicación.

Como se ha mencionado antes, en el circuito convencional, el transmisor de medición 100 y el medio de control (contactos), 140, 143, etc. están accionados y se implementan las interfaces de aislamiento entre el lado de medición y el lado de control proporcionando una fuente de alimentación eléctrica 101 de aislamiento de 24 V, por ejemplo, que incluye el transformador de aislamiento 104 y el circuito de tensión constante 106 a efectos de accionar el circuito de conversión de señal, el circuito de modulación y la microcomputadora; un amplificador de aislamiento que incluye el transformador de aislamiento 110 o 123; y los optoacopladores 141, 144 como medios de aislamiento.

Asimismo, cuando las señales de una pluralidad de contactos se deben recibir aisladas entre sí, como se muestra en las FIGS.12 y 13, generalmente, se proporciona una única fuente de alimentación eléctrica para que la usen en común una pluralidad de contactos, con miras a ahorrar costes. Por lo tanto, cuando los contactos están situados en dos o más ubicaciones remotas entre sí, las diferencias de tensión provocadas por la caída de tensión debido a la diferencia de longitud de los cables de señal tienen una influencia considerable en el sistema del circuito, por lo que, es necesario evaluar fundamentalmente el estado de los contactos situados los unos cerca de los otros. Además, como se usa una fuente de alimentación eléctrica común, las señales se evalúan de manera analógica en los lados de entrada de los medios de aislamiento (es decir, el lado de planta) cuando se añade al circuito una función de diagnóstico de integridad del circuito.

Por lo tanto, se han producido los siguientes problemas en los circuitos convencionales en cuando a la medición, control y diagnóstico de integridad de un circuito para confirmar si se ha producido la rotura de un cable o un cortocircuito:

(A) son necesarios circuitos de tensión constante así como de modulación y demodulación de señales, lo que tiene como resultado un aumento de los costes.

(B) es habitual que se use una única fuente de alimentación eléctrica de aislamiento en común para una pluralidad de medios de control porque la fuente de alimentación eléctrica de aislamiento es cara. Por lo tanto, cuando dos o más medios de control están situados lejos los unos de los otros, la diferencia de tensión provocada por la caída de tensión debido a la diferencia de longitud de los cables de señal tiene una influencia considerable en el sistema del circuito, por lo que, es necesario evaluar fundamentalmente las señales de los medios de control situados cerca los unos de los otros.

En cuanto a la técnica para detectar la rotura de un cable, se divulga, por ejemplo, en la literatura de patente 1 (Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 2006-023105) un método para detectar la rotura de un cable aplicando una señal de pulso en el cable y comparando la forma de onda de la corriente medida con la forma de onda de la corriente de referencia para juzgar la presencia o ausencia de roturas de cable a partir de las diferencias en ambas formas de onda, y en la literatura de patente 2 (Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 2004-198302) un circuito para detectar la rotura de un cable aplicando una señal de pulso para comprobar a través de un componente de impedancia en el cable de señal si se detectan roturas de cable y comparar la señal obtenida del cable de señal con la señal de pulso para comprobar y juzgar la presencia o ausencia de roturas en el cable.

En cuanto al diagnóstico de circuitos eléctricos, se divulga, por ejemplo, en la literatura de patente 3 (Solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública n.° 8-005708) un método para diagnosticar circuitos eléctricos y un dispositivo de diagnóstico usado para el método. Con el que se diagnostican las condiciones de los aparatos eléctricos a efectos de mejorar la eficiencia de la operación de diagnóstico facilitando la gestión de registros de mediciones y reduciendo aún más la incidencia de errores humanos, leyendo la información escrita y almacenada en una memoria no volátil relativa a los resultados de medición de características o parámetros relativos a la medición de aparatos eléctricos o resultados de medición de características o parámetros relativos a la medición de aparatos eléctricos y comparando la información leída con la información del momento relativa a los resultados de medición de características o parámetros relativos a la medida de aparatos eléctricos.

El documento US 3422352 A divulga un aparato de medición de una corriente eléctrica que proporciona una salida acumulada de la corriente total medida a lo largo de un intervalo de tiempo, que implica el uso de un transformador de núcleo saturable.

Sin embargo, con la técnica que se enseña en la literatura de patente 1 y 2, son necesarios unos medios para aplicar señales de pulso y una memoria para memorizar formas de onda de una corriente de referencia y con el dispositivo de diagnóstico de circuitos eléctricos divulgado en la literatura de patente 3, es necesaria una información memorizada en una memoria relativa a los resultados de medición de características y parámetros relativos a la medición de aparatos eléctricos y unos medios adicionales para medir características del circuito, así como un medio para comparar el resultado de la medición con los datos de referencia, lo que resulta en una composición complicada. Por lo tanto, los problemas mencionados en los puntos (A) y (B) no pueden resolverse con esta técnica.

Objeto de la invención

Por lo tanto, el objeto de la invención consiste en proporcionar un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición o control por parte de un medio de medición o de un medio de control, que pueda realizar la medición de una corriente, tensión o resistencia de un sensor de temperatura, un sensor de humedad o de un sensor de presión, etc., o la detección del estado de control de un medio de control con alto grado de precisión y una construcción simple y que además pueda realizar un diagnóstico de integridad de un circuito a la vez que se simplifica el circuito de fuente de alimentación eléctrica de modo que el circuito del dispositivo pueda fabricarse manteniendo los costes controlados en comparación con el circuito convencional sin función de diagnóstico.

Para lograr este objetivo, la presente invención propone un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición y control por parte de un objeto accionado, teniendo el dispositivo; un medio de generación de señales para generar una tensión periódicamente vibratoria que incluye una tensión de pulso y una tensión alterna conectado al lado primario de un transformador; y un medio de medición del que varía una cualquiera de entre corriente o tensión o resistencia, o un objeto accionado que convierte el cambio de estado de un sujeto que se quiere controlar en una cualquiera de entre cambio de corriente o tensión o resistencia conectado al lado secundario del transformador; en donde el transformador es un transformador de aislamiento del que la cara primaria está aislada de la cara secundaria y el bobinado primario está provisto de una toma intermedia, y un medio de medición de corriente está conectado a la toma intermedia para medir una corriente en la cara primaria del transformador provocada por un flujo de corriente en el objeto accionado conectado a la cara secundaria por medio de un circuito rectificador, de modo que se evalúe un cambio en una cualquiera de entre la corriente o la tensión o la resistencia del objeto accionado y se realice un diagnóstico de integridad del circuito basándose en el resultado de la medición del medio de medición de corriente.

De esta manera, al medir el cambio en la corriente de la cara primaria provocado por el consumo de potencia eléctrica enviada a través del transformador de aislamiento al objeto accionado conectado a la cara secundaria del transformador de aislamiento, se puede detectar el estado de la señal del objeto accionado y se puede diagnosticar la integridad del circuito basándose en el resultado de la medición. El dispositivo no necesita un circuito de tensión constante, un circuito de conversión de señal, la modulación y demodulación son como las que se necesitan en el dispositivo convencional y este puede realizar la estimación del resultado de la medición del sensor o medio de control con una construcción muy simple y una gran precisión sin aumentar los costes de fabricación debido al aumento del número de piezas y a la complicación del circuito cuando se proporciona una función de diagnóstico.

Una realización preferente de la invención, consiste en una composición tal que el objeto accionado es un transmisor de medición que emite el resultado de medición como una corriente analógica, un cambio en una corriente en la cara primaria del transformador provocado por una corriente aplicada al transmisor de medición a través del circuito rectificador se mide mediante el medio de medición de corriente conectado a la toma intermedia del transformador; o una composición tal que el objeto accionado es un sensor que emite el resultado de la medición como una tensión o cambio de resistencia, se proporciona un circuito de conversión de señal para convertir la salida del sensor en corriente, y un cambio en la corriente en la cara primaria del transformador provocado por una corriente que fluye del sensor al circuito de conversión de señal se mide mediante el medio de medición de corriente conectado a la toma intermedia del transformador.

Asimismo, la invención propone un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante una medición y control de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el objeto accionado es un medio de control que se enciende/apaga dependiendo de condiciones ambientales como la presión, temperatura y humedad; se proporciona un medio de conmutación para seleccionar una resistencia diferente dependiendo del estado de ENCENDIDO/APAGADO de dicho medio de control, de modo que un cambio en una corriente en la cara primaria del transformador provocado por una corriente que fluye del circuito rectificador a través de la resistencia seleccionada se mide mediante el medio de medición de corriente conectado a la toma intermedia del transformador; y se proporciona un medio de diagnóstico que detecta si dicho medio de control está encendido o apagado y diagnostica la integridad del circuito. El medio de diagnóstico puede estar provisto en la cara primaria (lado de instrucción) del transformador de aislamiento, y dado que no se necesita un circuito de tensión constante como en un dispositivo convencional, incluso en el caso en el que haya una pluralidad de medios de control, es posible proporcionar un transformador de aislamiento para cada uno de los medios de control.

Como se ha descrito hasta ahora, de acuerdo con la invención, el dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición o control por parte de un medio de medición o medio de control no necesita un circuito de tensión constante, circuitos conversores de señal y la modulación y demodulación son como las que se necesitan en un circuito convencional. Por lo tanto, en cuanto a los medios de aislamiento, solo se necesita un transformador de aislamiento, que en comparación no es tan caro y el dispositivo es ventajoso en lo referente a costes. Asimismo, dado que el transformador de aislamiento es comparativamente barato, es posible proporcionar un transformador de aislamiento para cada uno de la pluralidad de medios de control, y se puede proporcionar un dispositivo para diagnosticar el estado de una señal durante una medición o control que tenga una construcción compacta, eludiendo un aumento en el número de piezas lo que evita el aumento de costes y que pueda estimar el resultado de la medición y diagnosticar la integridad de un circuito con gran precisión.

Descripción de las figuras

La FIG.1 es un diagrama de bloques de un circuito, de acuerdo con la invención, para accionar un medio de medición tal como un transmisor de medición que es un tipo de sensor para emitir el resultado de la medición de temperatura, humedad y presión, convirtiéndolo en una corriente analógica con la potencia eléctrica suministrada.

La FIG.2 es un diagrama que muestra una circuitería, de acuerdo con la invención, para accionar un medio de medición tal como un transmisor de medición que es un tipo de sensor para emitir el resultado de la medición de temperatura, humedad y presión, convirtiéndolo en una corriente analógica con la potencia eléctrica suministrada.

La FIG.3 es un diagrama de bloques de un circuito, de acuerdo con la invención, para accionar un sensor que emite el resultado de la medición como un cambio de tensión o resistencia eléctrica.

La FIG.4 es un diagrama que muestra una circuitería, de acuerdo con la invención, para accionar un sensor que emite el resultado de la medición como un cambio de tensión o resistencia eléctrica.

La FIG.5 es un diagrama de bloques de un circuito, de acuerdo con la invención, para accionar un medio de control que tiene un contacto para encenderlo/apagarlo cuando se detecta que la presión o temperatura alcanza un valor prescrito utilizado para detectar condiciones ambientales.

La FIG.6A es un diagrama de una circuitería, de acuerdo con la invención, para accionar un medio de control que tiene un contacto para encenderlo y apagarlo cuando se detecta que la presión o temperatura alcanza un valor prescrito utilizado para detectar condiciones ambientales y la FIG.6B es un gráfico que muestra el intervalo de corriente primaria del transformador correspondiente al estado operativo del medio de control.

La FIG.7 es un gráfico que muestra las características de pérdida en el núcleo (pérdida de potencia eléctrica) con respecto a la temperatura del material del núcleo utilizado en el transformador de la invención.

La FIG.8 es un diagrama de un patrón que muestra el devanado de la bobina primaria y secundaria alrededor del núcleo del transformador utilizado en la invención.

La FIG.9A es un gráfico del resultado de un ensayo que muestra un error de linealidad de la característica de transferencia del transformador utilizado en la invención (error de linealidad para diversas temperaturas del núcleo entre -40~85 °C tomando el factor de caracterización de transferencia a 25 °C como valor de referencia), y la FIG.9B es una tabla que muestra las especificaciones del transformador utilizado en el ensayo.

La FIG.10 es un diagrama de bloques de un circuito convencional para medir temperatura, humedad y presión utilizando para la medición un transmisor, que es un tipo de sensor para emitir un resultado de medición de temperatura, humedad y presión, convirtiéndolo en una corriente analógica con la potencia eléctrica suministrada.

La FIG.11 es un diagrama de bloques de un circuito convencional para medir temperatura utilizando un sensor 120 tal como un termopar para determinar la temperatura por su potencia termoeléctrica (tensión) o un termistor para determinar la temperatura midiendo la resistencia eléctrica del mismo.

La FIG.12 es un diagrama de bloques de un circuito convencional en el que un medio de control tiene unos contactos 140 y 143, que emiten una señal de ENCENDIDO/APAGADO cuando se detecta que la presión o temperatura ha alcanzado un valor prescrito y se utiliza para detectar condiciones ambientales. La FIG.13 es un diagrama de bloques de un circuito convencional provisto con un circuito para realizar el diagnóstico del estado de una señal, en el que un medio de control tiene unos contactos 140 y 143, que emiten una señal de ENCENDIDO/APAGADO cuando se detecta que la presión o temperatura ha alcanzado un valor prescrito y se utiliza para detectar condiciones ambientales.

Descripción detallada de la invención

A continuación, se describen en detalle unas realizaciones preferentes de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. Está previsto, no obstante, que en las realizaciones, se debe interpretar que las dimensiones, los materiales, las posiciones relativas y así sucesivamente de las piezas constituyentes, a no ser que se especifiquen particularmente, son meramente ilustrativas y no limitaciones del alcance de la presente invención.

La FIG.1 y la FIG.2 son respectivamente un diagrama de bloques y un ejemplo de una circuitería concreta correspondiente al caso de la FIG.10, es decir, el caso de un sensor tal como transmisor de medición, al que se le suministra potencia eléctrica y emite el resultado de la medición de temperatura, humedad y presión, convirtiéndolos en señales analógicas. En la FIG.1, el número de referencia 1 es una fuente de alimentación eléctrica, el 2 es un circuito generador de pulsos, el 3 es un transformador de aislamiento, el 4 es un circuito rectificador, el 20 es un transmisor de medidas como objeto accionado, el 6 es una señal de corriente que fluye por la bobina primaria del transformador de aislamiento 3, y una línea discontinua 7 indica una barrera de aislamiento entre el lado de planta y el lado de instrucción. En la FIG.2, los números de referencia 21, 22 son unos diodos que componen el circuito rectificador 4, los números de referencia 23, 24 son unos condensadores que componen el circuito rectificador 4, el número 25 es una resistencia para medir corriente y el 26 es un condensador. La corriente 6 que fluye por la cara primaria del transformador de aislamiento 3 se mide con un amperímetro, no mostrado en los dibujos. Es preferible que el pulso generado por el circuito generador de pulsos sea una onda rectangular, por supuesto, puede ser una señal curva sinusoidal alterna.

En primer lugar, se explica brevemente la presente invención. El dispositivo de la invención está compuesto de modo que, un circuito generador de pulsos que genera un pulso que recibe una potencia eléctrica de la fuente de alimentación 1 está conectado a la cara primaria del transformador de aislamiento 3; a la cara secundaria del mismo está conectado un objeto accionado, del que el estado de una señal varía dependiendo del estado de medición o de control de un medio de control (denominado en lo sucesivo, contacto, dependiendo de las circunstancias) que tiene un contacto que lo enciende/apaga dependiendo de la temperatura o presión tal como un transmisor de medición 20, como un sensor; se mide un cambio en la corriente 6 provocado por el consumo de potencia eléctrica del objeto accionado conectado a la cara secundaria del transformador; y se detecta un cambio en el estado de la señal en el medio de medición o de control y al mismo tiempo se diagnostica si se ha producido o no la rotura de un cable o un cortocircuito en el circuito, es decir, se diagnostica la integridad del circuito.

Como se ha mencionado antes, de acuerdo con el dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición o control por parte de un medio de medición o un medio de control, aunque básicamente se usan los mismos componentes y circuitos, tal como el circuito generador de pulsos 2, el transformador de aislamiento 3 y el circuito rectificador 4, que se encuentran en el circuito convencional de fuente de alimentación eléctrica 101, se mide la corriente de la cara primaria del transformador de aislamiento y se estima la corriente que fluye o que consume el objeto accionado basándose en la corriente medida sin proporcionar los circuitos rectificador, de conversión de señal, de modulación y de demodulación, y se puede detectar el estado de la señal incluyendo la integridad del objeto conectado basándose en la estimación.

Como se ha descrito antes, de acuerdo con la invención, la corriente usada para accionar el actuador 80 se estima basándose en la corriente que fluye por la cara primaria del transformador de aislamiento 3 correspondiente a la corriente que fluye por la cara secundaria del mismo y, al mismo tiempo, es posible diagnosticar una rotura de un cable y cortocircuito haciendo fluir siempre una corriente débil por el circuito.

Cuando se efectúa el accionamiento del objeto accionado y el diagnóstico del circuito usando la fuente de alimentación eléctrica no provista con el circuito de tensión constante y se mide el cambio en la corriente de la cara primaria provocada por el consumo de potencia eléctrica por el funcionamiento del objeto accionado, particularmente, en el caso de la transmisión de una señal analógica, surge un problema de precisión. En particular, en el sistema de circuito como este, la pérdida de energía en el transformador de aislamiento se convierte en un error de la energía transmitida. Sin embargo, cuando el error en la transmisión de la señal es menor que un intervalo de precisión requerida, no hay problema. Por ejemplo, cuando un error de aproximadamente 0,2 %~0,25 % es permisible, se puede adoptar un transformador convencional.

Cuando se requiere más precisión, por ejemplo, el error debe ser inferior al 0,1 %, el cambio de pérdida en el núcleo que depende de la temperatura del transformador se vuelve muy problemático. Sin embargo, cuando la pérdida en el núcleo es casi constante en relación con la temperatura, no es cuestión juzgar el resultado de la medición con gran precisión tomando la temperatura en consideración, es posible medir y transferir señales analógicas con gran precisión.

La FIG.7 es un gráfico que muestra una característica de pérdida en el núcleo (pérdida de potencia (kW/cm3) con respecto a la temperatura (°C)) de diversos materiales del núcleo. Los materiales del núcleo PC44 y PC47 fabricados por TDK Ltd. que tienen un valor de pico próximo a 100 °C, no obstante, El PC95 también fabricado por TDK Ltd. tiene una característica de pérdida del núcleo relativamente plana. En la invención, se adoptó el PC95 como material del núcleo del transformador de aislamiento. Al hacer esto, se puede proporcionar un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal que realice el diagnóstico del estado de las señales en el medio de medición y de control en el objeto accionado con gran precisión.

Asimismo, los inventores de la solicitud compusieron un transformador tal que se proporciona una toma intermedia en una parte intermedia del bobinado primario, un medio de medición de corriente está conectado a la toma intermedia y se mide un cambio en la corriente de la cara primaria provocado por el consumo de la corriente suministrada en la cara secundaria. Como se muestra en la FIG.5, la bobina primaria está dividida en una mitad anterior 11 y en una mitad posterior 13 de modo que una bobina secundaria 12 esté intercalada entre ambas mitades de la bobina primaria 11 y 13, y la toma intermedia se toma fuera del centro de la bobina primaria. Los inventores han descubierto que se puede obtener una característica de transferencia de señal favorable con esta composición de un transformador usando PC95 como material del núcleo.

La FIG.6A es un gráfico que muestra el resultado de un ensayo. El ensayo se realizó con una composición de distribuidor-aislamiento-amplificador usando un transformador de aislamiento compuesto que usa PC95 del fabricante TDK como material del núcleo y tiene los bobinados primario y secundario dispuestos como se muestra en la FIG.5. Se midió la deriva de linealidad y temperatura.

La especificación del transformador de aislamiento usada en el ensayo se muestra en la tabla de la FIG.6B. La medición se realizó usando una resistencia de precisión con una fiabilidad de 10 ppm/ °C.

En la FIG.6A se muestran errores de linealidad de características de transferencia para temperaturas comprendidas entre -40~85 °C, en la que las salidas de corriente (mA) del distribuidor-aislamiento-amplificador están representadas en el eje de las abscisas y los errores de escala completa % (4~20 mA se toma como el 100 %) se han representado en el eje de ordenadas, tomando el factor de la característica de transferencia a 25 °C como valor de referencia.

En el caso de una composición de transformador convencional en la que se usa PC44 o PC47 como material del núcleo para tener una única bobina primaria no dividida en dos, como se muestra en la FIG.5 y una bobina secundaria, devanada sobre la bobina primaria, la linealidad es ± 0,05 % o menos y de aproximadamente ± 0,25 % en un ambiente de 0~60 °C. Por lo tanto, tal y como se puede reconocer a partir de la FIG.6A que, mediante la composición del transformador de aislamiento que se ha descrito antes, se puede obtener una linealidad de ± 0,01 % o menos, de aproximadamente ± 0,1 % en un ambiente de 0~85 °C, y de aproximadamente 0,15 %—0.1 % en un ambiente de -40~85 °C. Cabe pensar que se puede obtener una mejora adicional en la característica de precisión y temperatura mediante innovaciones en la forma y tamaño y un aumento en el número de bobinados del transformador de aislamiento.

En el diagrama de bloques de la FIG.1, el transformador de aislamiento 3 aumenta la tensión del pulso generado por el circuito generador de pulsos 2, que es rectificado por el circuito rectificador 4 y aplicado en el transmisor de medición 20, por ejemplo, a 24 V. Después, una corriente de 4-20 mA fluye por el transmisor de medición 20 de conformidad con la temperatura, humedad y presión medidas. Por lo tanto, por la cara primaria del transformador de aislamiento 3 fluye una corriente correspondiente a la corriente del resultado de medición que fluye por el transmisor de medición 20, por lo que, se puede estimar la corriente en el transmisor de medición 20 midiendo la corriente de la cara primaria tomada en la toma intermedia como señal de corriente 6 de la cara primaria con un amperímetro, no mostrado en los dibujos. Asimismo, con este circuito, cuando se produce un problema tal como la rotura de un cable o un cortocircuito en el circuito del lado secundario del transformador 3 de aislamiento, se produce un fenómeno según el cual la corriente de la señal del lado primario 6 pasa a ser 0 o excesivamente grande, por lo que, la integridad del circuito puede diagnosticarse simultáneamente con el accionamiento del transmisor 20 de medición.

En la FIG.2 que muestra la circuitería concreta del diagrama de bloques de la FIG.1, los diodos 21 y 22 y los condensadores 23 y 24 están conectados a la cara secundaria del transformador de aislamiento 3 para componer un circuito rectificador de onda completa, y al lado de salida del mismo está conectado el transmisor de medición 20 como medio de medición de la corriente que fluye y que varía de conformidad con la temperatura, presión, etc. del mismo.

El pulso generado por el circuito generador de pulsos 2 accionado por la fuente de alimentación eléctrica 1 se aplica alternamente a ambos extremos del bobinado primario del transformador de aislamiento 3. El transformador de aislamiento 3 tiene una toma intermedia en el punto intermedio del bobinado primario, la resistencia 25 y el condensador 26 están conectados en paralelo a la toma intermedia, y la señal de corriente 6 se toma del punto de conexión de la resistencia y el condensador para medirse con un amperímetro, no mostrado en el dibujo. De este modo, al aplicar el pulso desde el circuito generador de pulsos 2 en ambos extremos del bobinado primario del transformador de aislamiento 3 se puede estimar la corriente aplicada desde el circuito generador de pulsos 2 a través del transformador de aislamiento 3 en el transmisor de medición 20.

En el circuito compuesto de esta manera, cuando la corriente varía en el transmisor de medición 20 de conformidad con la temperatura o presión, etc. medida, una corriente fluye por la cara primaria correspondiente al cambio en la corriente en el transmisor de medición 20. Por lo tanto, midiendo la corriente de la cara primaria, la corriente fluye por el transmisor de medición, es decir, se puede estimar el resultado de la medición del transmisor de medición 20. Además, como se ha mencionado antes, cuando se produce la rotura de un cable o un cortocircuito en el circuito del lado secundario del circuito de aislamiento 3, este se puede detectar debido al fenómeno de que la corriente de la cara primaria 6 pasa a ser 0 o se vuelve excesivamente grande, por lo que se puede diagnosticar la integridad del circuito.

La FIG.3 es un diagrama de bloques de un circuito en el caso de un sensor tal como un termopar y un bulbo de termómetro de resistencia, que emite el resultado de la medición como un cambio de tensión o resistencia de manera análoga a como se explicó con referencia a la FIG.11 del circuito convencional, y la FIG.4 es una circuitería concreta del diagrama de bloques de la FIG.3. Las partes constituyentes similares a las de las FIGS.1 y 2 se han denotado con los mismos números de referencia. A modo de breve explicación, el número de referencia 1 es una fuente de alimentación eléctrica, el 2 es un circuito generador de pulsos, el 3 es un transformador de aislamiento, el 4 es un circuito rectificador, el 6 es una señal de corriente que fluye por la cara primaria del transformador de aislamiento 3, el 7 es una línea discontinua que indica una barrera de aislamiento, el 30 es un objeto accionado tal como un sensor, como un termopar o bulbo de termómetro de resistencia que emite el resultado de la medición como un cambio de tensión o resistencia, el 31 es un circuito de conversión de señal para convertir el resultado de medición del sensor 30 en una corriente correspondiente.

En la FIG.4, el número de referencia 25 es una resistencia para medir la corriente 6, el 26 es un condensador, el 32 es un transistor, el 33 es un amplificador y los números 34, 35, 36 son una resistencia.

En el circuito mostrado en la FIG.3, el sensor 30 es un tipo de sensor cuya fuerza electromotriz (tensión) o resistencia varía de conformidad con su temperatura como un termopar o bulbo de termómetro de resistencia, por lo que el resultado de la medición no se puede transmitir como está al lado de instrucción. Por lo tanto, se usa el circuito de conversión de señal 31, que se muestra en detalle en la FIG.4. Para convertir el resultado de la medición del sensor (tensión o corriente) que varía de conformidad con su temperatura en una señal adecuada, se proporciona el circuito de conversión de señal 31 compuesto por el transistor 32, el amplificador 33 y las resistencias 34-36.

En el circuito mostrado en la FIG.3 y en la FIG.4, el transformador de aislamiento 3 aumenta la tensión del pulso generado por el circuito generador de pulsos 2, de manera similar al caso de las FIGS. 1 y 2, la rectifica el circuito rectificador 4, compuesto por los diodos 21 y 22, y los condensadores 23 y 24, y se suministra al circuito de conversión de señal 31 compuesto por el transistor 32, el amplificador 33 y las resistencias 34-36 en forma de potencia eléctrica. El resultado de la medición del sensor 30 se introduce en el circuito de conversión de señal 31 para que se convierta en una corriente correspondiente al resultado de la medición. Para ser más específicos, en el circuito de la FIG.4, cuando la tensión que es el resultado de la medición del sensor 30 se introduce en el amplificador 33 a través de la resistencia 36, esta se amplifica y se aplica en la base del transistor 32, y una corriente correspondiente al resultado de la medición fluye por el transistor 32.

Por lo tanto, una corriente correspondiente a la corriente en el circuito de conversión de señal 31 fluye por la cara primaria del transformador de aislamiento 3. Al medir la corriente de la cara primaria 6 que fluye desde la toma intermedia del transformador de aislamiento 3 a través de la resistencia 25 y el condensador 26 con un amperímetro, no mostrado en los dibujos, se puede estimar la tensión en el sensor 30, es decir, el resultado de la medición. Además, cuando se produce una anomalía tal como la rotura de un cable o un cortocircuito en el circuito, la corriente de la cara primaria pasa a ser 0 o se vuelve excesiva, lo que permite diagnosticar la integridad del circuito.

Al componer un circuito de este modo, la tensión que es el resultado de la medición del transmisor de medición 20 o sensor 30 se puede estimar midiendo la corriente en la cara primaria del transformador de aislamiento 3. Por lo tanto, se puede proporcionar un circuito de accionamiento capaz de transmitir el resultado de la medición de manera analógica al transmisor de medición 20 y al sensor 30 con un alto grado de precisión sin proporcionar los circuitos y dispositivos que se muestran en las FIG^s .10 y 11 del circuito convencional tal como los circuitos de conversión de señal 108 y 121, los circuitos de modulación 109 y 122, los transformadores de aislamiento 110 y 113, y los circuitos de demodulación 111 y 124.

La FIG.5 es un diagrama de bloques del circuito en el caso de un medio de control que tiene un contacto para encenderlo/apagarlo cuando se detecta que la presión o temperatura alcanza un valor prescrito y que se utiliza para detectar condiciones ambientales, estando los medios alimentados con una potencia eléctrica, y la FIG.6A es una circuitería concreta del diagrama de bloques de la FIG.5. Los componentes constituyentes similares a los de las FIGS.1-4 se han denotado con los mismos números de referencia. A modo de breve descripción, el número de referencia 1 es una fuente de alimentación eléctrica, el 2 es un circuito generador de pulsos, los números 3a, 3b son un transformador de aislamiento, los números 4a, 4b son un circuito rectificador, y una línea discontinua 7 indica una barrera de aislamiento. Los números de referencia 55, 56 son un medio de control tal como un contacto que ENCIENDE/APAGA dependiendo de la presión o temperatura (en lo sucesivo, denominado el contacto dependiendo de las circunstancias), 57 es una microcomputadora de control que evalúa la condición de los contactos 55, 56 de manera analógica basándose en la corriente de la cara primaria del transformador de aislamiento 3 y diagnostica la condición de ENCENDIDO/APAGADO de los contactos y la integridad del circuito en cuanto a si se ha producido o no una rotura de un cable o un cortocircuito en el circuito.

El contacto 55(56) consiste en una resistencia 60, 61 y un contacto 62 que enciende/apaga dependiendo de la presión o temperatura, como se muestra en la FIG.6A a modo de ejemplo.

El contacto 62 enciende/apaga de conformidad con la presión o temperatura, y ambas resistencias 60 y 61 están conectadas al circuito rectificador 4 cuando está "ENCENDIDO" y solo la resistencia 61 está conectada al circuito rectificador 4 cuando está "Apagado" para detectar el estado de ENCENDIDO/APAGADO del mismo de modo que la resistencia cambia dependiendo del estado de ENCENDIDO/APAGADO del contacto 62. A medida que el flujo de corriente por la cara secundaria del transformador de aislamiento 3 cambia de conformidad con el valor de resistencia, se puede detectar el estado de ENCENDIDO/APAGADO del contacto 62 que depende de si la presión o temperatura ha alcanzado el valor prescrito o no, midiendo la corriente de la cara primaria.

La FIG.6B muestra la corriente de la cara primaria en el eje de ordenadas y el eje de abscisas no tiene significado, la línea vertical que muestra los intervalos de corriente se ha variado horizontalmente solo para que se vean claramente los límites de los intervalos. En la FIG.6B, la región en la que se ha indicado "cortocircuito" corresponde a cuando hay un cortocircuito, "ENCENDIDO" es cuando el contacto 62 está en un estado ENCENDIDO, "APAGADO" es cuando el contacto 62 está en un estado APAGADO, "INFINITO" entre "ENCENDIDO"" y "APAGADO" corresponde a cuando se ha producido algo como que se ha quemado parcialmente una patilla en el contacto y "ROTURA DE CABLE" es cuando se ha roto un cable.

Por lo tanto, proporcionando un transformador de aislamiento 3 para cada contacto y proporcionado en el lado de instrucción una microcomputadora 57 para estimar el resultado de la medición basándose en la corriente de la cara primaria del transformador de aislamiento, se puede monitorizar el estado de ENCENDIDO/APAGADO del contacto 62 (contacto 55(56) en la FIG.5), y si se ha producido un problema tal como la rotura de un cable o un cortocircuito o se ha quemado la patilla del contacto. Además, al proporcionar un transformador de aislamiento para cada uno de los contactos 55 y 56, se puede aislar el contacto 56 del contacto 56, la microcomputadora de control 57 puede estar situada en el lado de instrucción, y la estimación del estado de control y el diagnóstico del circuito se pueden realizar con gran precisión a la vez que se elude el aumento de los costes de fabricación debido a un aumento en el número de piezas y a una complicación del circuito.

Resulta evidente que, en el caso del transmisor de medición 20 y del sensor 30, que se muestran en la FIG.1 y en la FIG.2, cuando se usa una pluralidad de los mismos, cada uno de ellos puede usar una fuente de alimentación eléctrica y un circuito generador de pulsos en común.

Aplicabilidad Industrial

De acuerdo con la invención, se puede implementar una provisión de medios para confirmar el estado de la señal y diagnosticar la integridad de un circuito, lo que en el pasado se había evitado debido al aumento de los costes de fabricación, usando una construcción sencilla y sin aumentar el número de elementos constituyentes, ni complicar la configuración del circuito, ni un aumento de los costes de fabricación. La invención se puede aplicar fácilmente en un circuito eléctrico del que se requiera que sea particularmente fiable.

Claims (4)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición y control por parte de un objeto accionado, teniendo el dispositivo: un medio de generación de señales (2) para generar una tensión periódicamente vibratoria que incluye una tensión de pulso y una tensión alterna conectado al lado primario de un transformador (3); y un medio de medición del que varía una cualquiera de entre corriente o tensión o resistencia, o un objeto accionado que convierte el cambio de estado de un sujeto que se quiere controlar en una cualquiera de entre cambio de corriente o tensión o resistencia conectado al lado secundario del transformador (3); caracterizado por que el transformador (3) es un transformador de aislamiento del que la cara primaria está aislada de la cara secundaria y el bobinado primario está provisto con una toma intermedia, y un medio de medición de corriente está conectado a la toma intermedia para medir una corriente (6) en la cara primaria del transformador (3) provocada por un flujo de corriente en el medio de medición o el objeto accionado conectado a la cara secundaria por medio de un circuito rectificador (4), de modo que se evalúe un cambio en una cualquiera de entre la corriente o la tensión o la resistencia del medio de medición o del objeto accionado y se realice un diagnóstico de integridad del medio de medición o del objeto accionado basándose en el resultado de la medición del medio de medición de corriente.

2. Un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición y control de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho objeto accionado es un transmisor de medición (20) que emite los resultados de la medición como una corriente analógica, de modo que un cambio en una corriente (6) en la cara primaria del transformador (3) provocado por una corriente aplicada en dicho transmisor de medición (20) por medio de dicho circuito rectificador (4) es medido por dicho medio de medición de corriente conectado a la toma intermedia de dicho transformador (3), y basándose en el resultado de la medición se estima la corriente o tensión o resistencia en el objeto accionado y se diagnostica la integridad del circuito.

3. Un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición y control de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho objeto accionado es un sensor (30) que produce los resultados de medición como una tensión o cambio de resistencia, se proporciona un circuito de conversión de señal (31) para convertir la salida del sensor (30) en corriente, de modo que un cambio en una corriente (6) en la cara primaria del transformador (3) provocado por una corriente que fluye desde el sensor (30) a dicho circuito de conversión de señal (31) es medido por dicho medio de medición de corriente conectado a la toma intermedia de dicho transformador (3) y basándose en el resultado de la medición se estima la corriente o tensión o resistencia en el objeto accionado y se diagnostica la integridad del circuito.

4. Un dispositivo de diagnóstico del estado de una señal durante la medición y control de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho objeto accionado es un medio de control (55, 56, 62) que se enciende/apaga dependiendo de condiciones ambientales como la presión, temperatura y humedad; se proporciona un medio de ^{conmutación para seleccionar una resistencia (60,} 61^{) diferente dependiendo del estado de} ENCENDIDO/APAGADO de dicho medio de control (55, 56, 62), de modo que un cambio en una corriente (6) en la cara primaria del transformador (3, 3a, 3b) provocado por una corriente que fluye desde el circuito rectificador (4, 4a, 4b) a través de la resistencia (60, 61) seleccionada es medido por dicho medio de medición de corriente conectado a la toma intermedia de dicho transformador (3, 3a, 3b); y se proporciona un medio de diagnóstico que detecta si dicho medio de control (55, 56, 62) está encendido o apagado y diagnostica la integridad del circuito.