由外部電源供電的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的制作方法

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專利名稱：由外部電源供電的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由外部電源供電的用于現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)以及具有該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備。
背景技術(shù)：
在工業(yè)過程測量技術(shù)中，特別是也與化學(xué)或者工藝技術(shù)的過程自動化和/或工業(yè)設(shè)備的控制聯(lián)系在一起，為了在本地生成過程參數(shù)的模擬或者數(shù)字測量值信號，也采用了臨近過程安裝的測量儀表，被稱為現(xiàn)場設(shè)備。同樣現(xiàn)場設(shè)備可以構(gòu)成為一個或者多個改變過程參數(shù)的并因此而影響過程的調(diào)節(jié)儀器。例如對于分別將被檢測的和將被調(diào)整的過程參數(shù)，可以由現(xiàn)有技術(shù)得出，可以為引入或者裝入相應(yīng)容器的，例如導(dǎo)管或者糧倉內(nèi)的液體，粉末狀、蒸汽狀或者氣狀介質(zhì)的質(zhì)量流量，密度，粘度，料位或者極限位，壓力，溫度或者相同的。由此類延伸的例子，由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的現(xiàn)場設(shè)備由以下參考文獻詳細
描述，即WO-A 03/048874, WO-A 02/45045， WO-A 02/103327, WO-A 02/086426, WO國A 01/02816， WO-A 00/48157, WO-A 00/36 379， WO-A 00/14 485, WO陽A 95/16 897， WO-A 88/02 853， WO-A 88/02 476 US-B 67 99 476， US-B 67 76 053， US-B 67 69 301, US-B 65 77 989， US-B 66 62 120， US-B 65 74 515， US-B 65 35 161, US-B 65 12 358, US-B 64 87 507, US-B 64 80 131, US-B 64 76 522, US-B 63 97 683, US陽B 63 52 000, US陽B 63 11 136， US-B 62 85 094, US-B 62 69 701, US-B 62 36 322, US-A 61 40 940， US-A 60 14 100， US-A 60 06 609, US-A 59 59 372， US-A 57 96 011, US-A 57 42 225， US-A 57 42 225， US-A 56 87 100, US-A 56 72 975， US-A 56 04 685， US-A 55 35 243， US-A 54 69 748, US-A 54 16 723, US-A 53 63 341， US-A 53 59 881, US-A 52 31 884, US陽A 52 07 101, US-A 51 31 279， US-A 50 68 592， US-A 50 65 152，
US-A 50 52 230， US-A 49 26 340， US-A 48 50 213, US-A 47 68 384, US-A 47 16 770， US-A 46 56 353， US-A 46 17 607， US-A 45 94 584, US-A 45 74 328, US-A 45 24 610， US-A 44 68 971, US陽A 43 17 116， US-A 43 08 754， US-A 38 78 725， EP-A 1 158 289, EP-A 1 147 463， EP-A 1 058 093， EP-A 984 248， EP-A 591 926, EP-A 525 920， EP-A 415 655， DE-A 44 12 388 , DE-A 39 34 007。在以上所描述的現(xiàn)場設(shè)備中分別由外部電源供電，該電源提供電壓和由該電壓供電的，流過該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的電流。
當現(xiàn)場設(shè)備為測量儀表的情況下，該測量儀表此外還包括相應(yīng)的物理電子或者化學(xué)電子測量傳感器，用于各自過程參數(shù)的檢測。該傳感器至少安裝入各自介質(zhì)的容器壁或者引導(dǎo)各自介質(zhì)的引導(dǎo)的分布中，例如導(dǎo)管，并且作用為，盡可能準確地生成代表至少一個最初獲得的過程參數(shù)的特別是電子的，測量信號。為了測量信號的處理，測量傳感器還連接于在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)中，特別是用于至少一個測量信號的繼續(xù)處理或者分析的操作及分析電路。在大量這樣的現(xiàn)場設(shè)備中，用于操作中測量信號生成的測量傳感器由操作及分析電路的至少時間性生成的一個驅(qū)動信號如下激勵，即該傳感器以適合測量的方式至少直接作用于介質(zhì)或者通過相應(yīng)的探針實際上直接作用于介質(zhì)，以引起與要檢測的參數(shù)相對應(yīng)的反應(yīng)。驅(qū)動信號例如可以關(guān)于電流強度，電壓值和/或頻率做相應(yīng)調(diào)整。作為這些有效的例子，即將介質(zhì)中的電子驅(qū)動信號做相應(yīng)轉(zhuǎn)化的測量傳感器特別是要列舉用于至少時間性流動介質(zhì)的測量的流量測量傳感器，該傳感器具有至少一個由驅(qū)動信號激勵的，產(chǎn)生磁場的線圈或者至少一個由驅(qū)動信號激勵的超身波發(fā)射器或者容器中測量和/或監(jiān)測料位的料位和/或極限位傳感器，例如微波天線，Gouboun導(dǎo)線，聲學(xué)的或者電磁表面波的波導(dǎo)，振動的浸沒體或者相同的。
為了容納該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，所述的現(xiàn)場設(shè)備此外還包括電子系統(tǒng)外殼，如US-A 63 97 683或者WO-A 00/36379所述，遠離現(xiàn)場設(shè)備配置并可以通過一條柔性的導(dǎo)線連接，或者例如如EP-A 903 651或者EP-A 1 008 836顯示的，直接配置于測量傳感器或者配置于與測量傳感器分離的測量傳感器外殼處。電子系統(tǒng)外殼，如EP-A 984 248, US-A 45 94 584,US-A 47 16 770, US-A 63 52 000顯示，經(jīng)常用于容納測量傳感器的一些機械構(gòu)件，例如，在機械影響下操作程度上變形的模狀、棍狀、套筒狀或者管狀的變形或者振動體，也可對比于本文開始所述US-B 63 52 000。所述類型的現(xiàn)場設(shè)備此外通常借助連接于現(xiàn)場設(shè) 備電子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)彼此相連和/或與相應(yīng)的過程控制計算機連接，借此現(xiàn)場設(shè)備例如通過(4mA至20mA)電流回路和/或通過數(shù)字數(shù)據(jù)總線發(fā)送測量值信號和/或以相同的方式接收操作數(shù)據(jù)和/或操作命令。這里特別是串行的，現(xiàn)場總線系統(tǒng)，例如PROFIBUS-PA， FOUNDATION FIELDBUS以及相應(yīng)的傳輸協(xié)議作為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。通過過程控制計算機可以將傳輸?shù)臏y量值信號繼續(xù)處理并作為相應(yīng)的測量結(jié)果顯示于例如顯示器和/或轉(zhuǎn)換為其他的作為調(diào)節(jié)儀器構(gòu)成的現(xiàn) 場設(shè)備的操作信號，例如磁閥，電動電機等。
此外前述形式的大量現(xiàn)場設(shè)備，特別是現(xiàn)場測量儀表，電子方面的設(shè)計為，它們能夠滿足本身固有的爆炸安全性的要求。對應(yīng)地這些現(xiàn)場設(shè)備以低電子功率驅(qū)動，在欠缺點火條件下不會引起電火花或電弧。例如歐洲標準EN50 014和EN50 020給出了自保護的爆炸保護，即電子裝置構(gòu)造為滿足標準內(nèi)定義的"內(nèi)部安全(Ex-i)"點火保護方式。根據(jù)該保護方式，在現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)出現(xiàn)的電流，電壓和電功率任何時刻都不能超過給定的電流極限值、電壓極限值和功率極限值。這三個極限值以如下方式選定，即在錯誤情況下或者由于短接而釋放的最大能量不能產(chǎn)生能夠點火的火花。通常自保護的現(xiàn)場設(shè)備的電功率不能超過1W(二瓦)。電壓可以由Z-二極管，電流例如可以由電阻，以及功率可以由限壓和限流元件的組合而保持在給定極限值以下。
現(xiàn)代現(xiàn)場設(shè)備經(jīng)常指所謂的二線制現(xiàn)場設(shè)備，其中現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)只通過一條唯一的雙導(dǎo)線與外部電源電連接并且現(xiàn)場設(shè)備電子系
統(tǒng)也通過該唯一的雙導(dǎo)線將瞬時測量值傳送給外部電源內(nèi)的和/或與該外部電源電耦合連接的分析單元。該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)分別包括用于電流的調(diào)整和/或調(diào)制的由供電電流流過的穩(wěn)流器，特別是用于供電電流的時鐘振蕩，用于現(xiàn)場設(shè)備操作的內(nèi)部操作及分析電路以及設(shè)置于由供電電壓劃分的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓的、為內(nèi)部操作及分析電路供電的內(nèi)部供電電路，該內(nèi)部供電電路包括至少一個由供電電流的可變分流流過的電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器提供基本上恒定調(diào)整到給定電平的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)部有效電壓。這樣二線制現(xiàn)場設(shè)備的例子，特別是二線制測量儀表或者二線制調(diào)節(jié)儀器，可以
由 WO陽A 03/048874, WO-A 02/45045, WO-A 02/103327， WO-A 00/48157， WO-A 00/26739, WO-A 94/20940， US-B 67 99 476， US-B 65 77 989, US-B 66 62 120, US-B 65 74 515， US-B 65 35 161， US-B 65 12 358， US-B 64 80 131, US-B 63 11 136， US-B 62 85 094, US-B 62 69 701, US-A 61 40 940, US-A 60 14 100， US-A 59 59 372, US-A 57 42 225， US-A 56 72 975， US-A 55 35 243， US-A 54 16 723, US-A 52 07 101, US-A 50 68 592， US-A 50 65 152， US-A 49 26 340， US-A 46 56 353, US-A 43 17 116， EP-A 1 147 841， EP-A 1 058 093， EP-A 591 926， EP陽A 525 920， EP-A 415 655， DE-A 44 12 388 ,DE-A 39 34 007得知。
由于歷史原因，這些二線制現(xiàn)場設(shè)備大部分設(shè)計為，調(diào)整到4mA 和20mA (毫安)之間的一個值的、在構(gòu)成電流回路的唯一雙導(dǎo)線內(nèi)瞬時流過的供電電流的瞬時電流強度同時也代表了由現(xiàn)場設(shè)備生成的瞬時測量值或發(fā)送到現(xiàn)場設(shè)備的瞬時調(diào)整值。因此在這樣的二線制現(xiàn)場設(shè)備中存在一個特別的問題，即由現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)至少名義上可轉(zhuǎn) 化或者要轉(zhuǎn)化的電功率(以下簡稱"可支配功率")在操作期間實際上以不可遇見的方式可在寬范圍內(nèi)波動。這樣的結(jié)果就是，現(xiàn)代二線制現(xiàn)場設(shè)備(2L-現(xiàn)場設(shè)備)，特別是具有(4mA至20mA)電流回路的現(xiàn)代二線制測量儀表(2L測量儀表)，因此通常設(shè)計為，借助分析及操作電路中的微計算機實現(xiàn)的儀器功能性是可改變的，并且就此而言使大部分轉(zhuǎn)化較少功率的操作及分析電路能夠適應(yīng)瞬時可支配功率。
現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)與可支配功率的合適匹配，例如US-B 67 99 476 和US-B 65 12 358的記載，可以通過瞬時現(xiàn)場設(shè)備轉(zhuǎn)化的功率與瞬時可支配功率的補償而達到，并以以下方式，即操作及分析電路的單個功能單元以相應(yīng)變化的時鐘率操作或者，以瞬時可支配功率值，甚至可以間歇地關(guān)閉(待機或休眠模式)。以二線制測量儀表設(shè)計的，具有激活的測量傳感器的現(xiàn)場設(shè)備中，瞬時在現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)轉(zhuǎn)化的電功率，如US-B 67 99 476和US陽A 60 14 100或WO-A 02/103327顯示的，可以通過瞬時在測量傳感器內(nèi)轉(zhuǎn)化的電功率的適應(yīng)而適應(yīng)于瞬時可支配功率，例如通過必要時緩沖的驅(qū)動信號的時鐘振蕩陪同相應(yīng)可調(diào)整的選通率，以該選通率而時鐘振蕩驅(qū)動信號，和/或通過驅(qū)動信號的最大電流強度和/或最大電壓值的減小。
當然以二線制測量儀表實施的現(xiàn)場設(shè)備的儀器功能性改變大部分也會有以下結(jié)果，即在操作中的操作及分析電路決定測量值的準確性，和/或操作及分析電路刷新例如測量值的經(jīng)常性，依賴于瞬時可支配功率，并受變化制約。時間性存在的過剩功率的緩沖也只能有條件地糾正具有(4mA到20mA)電流回路的二線制測量儀表的缺點。一方面，因為通常對于這些二線制測量儀表經(jīng)常要求同樣的本身固有的爆炸安全性，因此任何時候存在的多余電子能量總歸只能以非常限制的程度存儲于測量儀表電子系統(tǒng)內(nèi)部。另一方面，瞬時供電電流和任何時候存在的多余能量只取決于瞬時測量值，所以對于持久非常低的，但是時間上非常強波動的測量值，相應(yīng)的能量緩沖器由此經(jīng)過長的時間周期完全可以被卸載。由此，對于現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)的這樣復(fù)雜的功率管理的轉(zhuǎn)化是非常麻煩的并且也要求電路和能量高成本的功率測量，可以對比的描述在WO-A 00/26739， US-B 67 99 476， US陽B 65 12 358,和EP陽A 1 174 841中。
除此之外，具有用于至少時間性流動的介質(zhì)引導(dǎo)和測量的測量傳感器的前述現(xiàn)場設(shè)備更一步顯示了，驅(qū)動信號的適合的時鐘振蕩和/或操作分析電路的單獨構(gòu)件只是有條件地合適的。特別是針對本文開始
US-B 67 99 476, US-B 66 91 583， US-A 60 06 609, US-A 57 96 Oil, US-A 56 87 100, US-A 53 59 881， US- A 47 68 384, US-A 45 24 610或者WO-A 02/103327所述的振動類型的測量傳感器的應(yīng)用。其中顯示的現(xiàn)場設(shè)備用于導(dǎo)管內(nèi)流動介質(zhì)參數(shù)的測量，特別是質(zhì)量流量，密度或者粘度。由此目的，相應(yīng)的測量傳感器分別包括至少一個在操作中振動的、用于引導(dǎo)介質(zhì)的測量管，一種與現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)電連接的激勵系統(tǒng)、該系統(tǒng)具有機械影響測量管的、用于測量管驅(qū)動的振蕩激勵，以及一種傳感器系統(tǒng)，現(xiàn)場代表測量管振蕩的測量信號借助至少一個配置于測量管的振蕩傳感器生成。不僅振蕩激勵而且振蕩傳感器都最好為電-動類型，也都分別借助一個勵磁線圈和一個與該線圈通過磁場而相互作用的活動鐵芯構(gòu)成。
由于測量傳感器操作所需的高準確度的驅(qū)動信號的振幅及頻率調(diào) 節(jié)，對于激勵系統(tǒng)測量管振蕩的時間上清晰的掃描是必須的。程度相同地，對于流動介質(zhì)進行的測量也要相對經(jīng)常地刷新給出的測量值。此外，由測量傳感器構(gòu)成的振蕩系統(tǒng)的大部分非常高的機械時間常數(shù) 會導(dǎo)致，對于各種情況下的相同加速，特別是在不穩(wěn)定的起振過程中，需要高的驅(qū)動功率和/或必須施加相對長的起振時間。更進一步的實驗顯示，由于電功率通常限制的存儲容量，現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)的過剩能量的緩沖也很難引起依賴于測量管振蕩振幅的信噪比的顯著改善。因此對于前述形式的具有激活的測量傳感器的二線制測量儀表，特別是對于具有用于引導(dǎo)流動介質(zhì)的、振動型測量傳感器的二線制測量儀表，操作及分析電路的暫時的和局部的關(guān)閉也是不適合的。
前述類型的現(xiàn)場設(shè)備效率改善的另一種可能性，特別是對于二線制測量儀表，在于，至少從最小可支配功率上盡可能多地為儀器功能性的實現(xiàn)而采用，即將現(xiàn)場設(shè)備的相應(yīng)效率至少在較小可支配功率的范圍進行優(yōu)化。對營地，為現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)部供電的供電電路例
如由US-B 65 77 989或者US-A 61 40 940陪同進行了描述。特別是其中解決方案的目的為，將內(nèi)部事實上可轉(zhuǎn)化的電功率進行優(yōu)化。為此，在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)分別提供了用于將前述的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓調(diào)整并保持在可給定、必要時可調(diào)節(jié)的電平的輸入電壓調(diào)節(jié)器，該輸入電壓調(diào)節(jié)器帶有作用于現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)最初的穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器依賴于瞬時可支配功率和瞬時事實需要的功率，由供電電流分支的、可變化的分流至少間歇地流過。但是前述現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)具有以下缺點，即全部內(nèi)部負載實際上由一個相同的內(nèi)部有效電壓供電并且這個唯一的有效電壓在任何情況下的崩潰，例如作為低電流的后果，都會造成現(xiàn)場設(shè)備不能正常操作或者甚至直接導(dǎo)致現(xiàn)場設(shè) 備電子系統(tǒng)的突然暫時性完全失靈。

發(fā)明內(nèi)容
由前述傳統(tǒng)2L測量儀表的例子而討論的現(xiàn)有技術(shù)的缺點出發(fā)，由此本發(fā)明的目的為，發(fā)明一種適合前述現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，該電子系統(tǒng)可以使分析及操作電路，特別是其內(nèi)提供的微處理器，至少在現(xiàn)場設(shè)備的正常操作中持續(xù)操作并且其中為至少單獨選定的功能單元，特別是微處理器，始終提供足夠程度的電能。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案在于，現(xiàn)場設(shè)備的由外部電源供電的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中外部電源提供特別是單極性的供電電壓和由該供電電壓驅(qū)動的特別是單極性和/或雙極性的可變供電電流，該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)包括
-由供電電流流過的穩(wěn)流器，用于調(diào)整和/或調(diào)制供電電流，特別是供電電流的時鐘，
-用于控制現(xiàn)場設(shè)備的內(nèi)部操作及分析電路，以及
-內(nèi)部供電電路，其被施加從供電電壓分壓的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi) 部輸入電壓且給內(nèi)部操作及分析電路供電，該內(nèi)部供電電路具有
--第一電壓調(diào)節(jié)器，其至少間歇地由特別是可變的供電電流第一分流流過，該電壓調(diào)節(jié)器提供現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)的第一內(nèi)部有效電壓，
該有效電壓基本上恒定地調(diào)整到可給定的第一電平，
-第二電壓調(diào)節(jié)器，其至少間歇地由特別是可變的供電電流第二分流流過，該電壓調(diào)節(jié)器提供現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)的第二內(nèi)部有效電壓，該有效電壓在可給定的電壓范圍可變，以及
--穩(wěn)壓器，其至少間歇地由特別是可變的供電電流第三分流流過，
該調(diào)節(jié)器用于將現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓調(diào)整和保持到可給
定的電平，特別是在操作過程中可變的電平，
-其中操作及分析電路至少間歇地不僅由特別是可變的第一有效
電流流過而且也由特別是可變的第二有效電流流過，其中第一有效電流由第一有效電壓驅(qū)動，第二有效電流由第二有效電壓驅(qū)動。
此外本發(fā)明還在于包括前述現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備。在本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的第一方案中，該儀器用于測量和/或監(jiān)測特別是管道和/ 或容器中引導(dǎo)的介質(zhì)的至少一個給定的物理和/或化學(xué)參數(shù)，特別是流量，密度，粘度，料位，壓力，溫度，PH值等，為此該測量儀表還包括與現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)電連接的物理-電子測量傳感器，該傳感器對于至少一個參數(shù)的變化做出反應(yīng)且至少間歇地給出至少一個與該參數(shù)相對應(yīng)的測量信號，特別是可變的信號電壓和/或可變的信號電流。在本發(fā)明的現(xiàn)場設(shè)備的第二方案中，該儀器用于調(diào)整特別是管道和/或容器中引導(dǎo)的介質(zhì)的至少一個給定的物理和/或化學(xué)參數(shù)，特別是流量，密度，粘度，料位，壓力，溫度，PH值等，為此該測量儀表還包括與現(xiàn) 場設(shè)備電子系統(tǒng)電連接的電子-物理控制調(diào)節(jié)元件，該控制調(diào)節(jié)元件以其對調(diào)整參數(shù)有影響的調(diào)整動作而對至少一個設(shè)置的控制信號的變化作出反應(yīng)，該控制信號特別是可變的信號電壓和/或可變的信號電流。
根據(jù)本發(fā)明的第一構(gòu)造，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓和/或現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的第二有效電壓被依賴于端電壓的瞬時電壓高度而調(diào)整，該端電壓從供電電壓分壓且最初在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)兩端。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓通過穩(wěn)壓器保持在可給定的特別是操作中可變的電平上，該電平低于端電壓。
通過穩(wěn)壓器將內(nèi)部輸入電壓保持在該電平，該電平可以在操作中特別是階段式地或者基本上持續(xù)地可變。
根據(jù)本發(fā)明的第二構(gòu)造，第二有效電壓被依賴于現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓的瞬時電壓高度和/或依賴于從供電電壓分壓且最初在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)兩端的端電壓的瞬時電壓值而調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明的第三構(gòu)造，第二有效電壓依賴于三個分流中的至少一個的瞬時電流強度而調(diào)整。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，第二有效電壓依賴于第三分流的瞬時電流強度而調(diào)整。此外在本發(fā)明該構(gòu)造的另一完善中，第二有效電壓依賴于第二分流的瞬時電流強度和現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓的瞬時電壓高度而調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明的第四構(gòu)造，外部的供電電源提供具有可變的，特別是波動的電壓高度的供電電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第五構(gòu)造，由外部電源提供的供電電壓驅(qū)動供電電流，該供電電流的電流強度可變，特別是以基本上不可預(yù)見的方式波動。
根據(jù)本發(fā)明的第六構(gòu)造，在操作及分析電路內(nèi)提供了用于暫時存儲電能的存儲電路。
根據(jù)本發(fā)明的第七構(gòu)造，穩(wěn)壓器包括主要用于耗散電能以及導(dǎo)出其中由此形成的熱能的構(gòu)件，特別是半導(dǎo)體元件等。
根據(jù)本發(fā)明的第八構(gòu)造，在操作及分析電路內(nèi)提供了至少一個微處理器和/或數(shù)字信號處理器，其中第一有效電壓或者由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分用作操作電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第九構(gòu)造，在操作及分析電路內(nèi)提供了至少一個放大器，其中兩個有效電壓中的至少一個或者由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分用作操作電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第十構(gòu)造，在操作及分析電路內(nèi)提供了至少一個 A/D轉(zhuǎn)換器，其中第一有效電壓或者由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分用作操作電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第十一構(gòu)造，在操作及分析電路內(nèi)提供了至少一個 D/A轉(zhuǎn)換器，其中兩個有效電壓中的至少一個或者由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分用作操作電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第十二構(gòu)造，在操作及分析電路內(nèi)提供了將在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)兩端的電壓和/或在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)中流動的電流與參考值做比較的工具。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，如果操作及分析電路檢測到第二有效電壓低于對于第二有效電壓給定的最小有效電壓極限值以及第三分流低于對于第三分流給定的最小分流極限值，則操作及分析電路至少生成用信號通知現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)供電不足的報警信號。在本發(fā)明該構(gòu)造的另一完善中，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)此外包括至少一個將由供電電流的第三分流導(dǎo)出的檢測電壓與所屬參考電壓進行比較的比較器，和/或?qū)⒌诙行щ妷号c至少一個所屬參考電壓進行比較的比較器。
根據(jù)本發(fā)明的第十三構(gòu)造，此外還包括用于生成基本上與電流成比例的檢測電壓的檢測電阻。
根據(jù)本發(fā)明的第十四構(gòu)造，此外還包括測量及調(diào)節(jié)單元，用于檢測和調(diào)整在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)兩端的電壓，特別是第二有效電壓，禾口/ 或在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)流動的電流，特別是第二和/或第三分流。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，測量及調(diào)節(jié)單元這樣控制穩(wěn)壓器，使得如果
將第二有效電壓與至少一個所屬參考電壓比較的比較器用信號通知第二有效電壓超出了對于第二有效電壓給定的最大有效電壓極限值，則第三分流流動。在本發(fā)明該構(gòu)造的另一完善中，測量及調(diào)節(jié)單元根據(jù) 輸入電壓和/或端電壓將輸入電壓和端電壓之間形成的電壓差調(diào)整到一個給定的電壓高度。
根據(jù)本發(fā)明的第十五構(gòu)造，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)與外部電源只通過唯一的一對導(dǎo)線電連接。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的第一構(gòu)造，該現(xiàn)場設(shè)備至少間歇地通過數(shù) 據(jù)傳輸系統(tǒng)與遠離現(xiàn)場設(shè)備配置的外部控制單元通信，其中在現(xiàn)場設(shè) 備電子系統(tǒng)內(nèi)還提供了通信電路，其控制經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的通信。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，第一有效電壓或者由此分壓的次級電壓至少部分用作通信電路的操作電壓。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的根據(jù)第一方案的第二構(gòu)造，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的操作及分析電路至少間歇地借助至少一個測量信號生成至少代表要測量和/或要監(jiān)測的參數(shù)的特別是數(shù)字的瞬時測量值。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，穩(wěn)流器根據(jù)瞬時代表至少一個測量和/或監(jiān)測參數(shù)的測量值而調(diào)整供電電流。在本發(fā)明該構(gòu)造的另一完善中，供電電流為可變的直流并且穩(wěn)流器被設(shè)計為至少間歇地將供電電流的振幅調(diào)制到測量值上。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的根據(jù)第一方案的第三構(gòu)造，供電電流至少間歇地為脈沖電流，并且其中穩(wěn)流器為供電電流提供時鐘脈沖。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的根據(jù)第一方案的第四構(gòu)造，操作及分析電路包括至少一個用于測量傳感器的驅(qū)動電路，在該電路中第二有效電壓或者由該有效電壓導(dǎo)出的次級電壓至少部分被用作操作電壓。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，驅(qū)動電路至少包括運算放大器。在本發(fā)明該構(gòu)
造的另一完善中，驅(qū)動電路包括至少一個D/A轉(zhuǎn)換器和/或至少一個用于生成驅(qū)動信號的信號發(fā)生器。根據(jù)本發(fā)明該構(gòu)造的又一完善，測量傳感器包括由驅(qū)動電路供電的特別是可變的電阻抗，特別是具有可變電感的勵磁線圈和/或具有可變電容的測量電容器。此外測量傳感器的電阻抗依賴于至少一個測量和/或監(jiān)測參數(shù)而變化。另外，在變化的電阻抗兩端的信號電壓和/或流過變化的電阻抗的信號電流作為測量信號。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的根據(jù)第一方案的第五構(gòu)造，操作及分析電路包括用于至少一個傳感器信號的至少一個A/D轉(zhuǎn)換器，在該轉(zhuǎn)換器中第一有效電壓或者由該電壓導(dǎo)出的次級有效電壓至少部分作為操作
電壓。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，操作及分析電路包括至少一個與A/D
轉(zhuǎn)換器連接的微計算機，其特別是通過微處理器和/或信號處理器構(gòu)成，用于生成測量值，其中第一有效電壓至少部分作為微計算機的操作電壓。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的根據(jù)第一方案的第六構(gòu)造，測量傳感器包括至少一個用于引導(dǎo)介質(zhì)的測量管，其安裝入導(dǎo)管中，特別是在操作中至少間歇地振動。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，在測量傳感器處配置了至少一個勵磁線圈，用于生成特別是可變的磁場。在本發(fā)明該構(gòu)造的另一完善中，勵磁線圈在測量傳感器操作中至少間歇地由磁場生成的激勵電流流過，該激勵電流特別是雙極性的和/或電流強度可變的，由第二有效電壓或者由該電壓導(dǎo)出的次級電壓驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明該構(gòu) 造的下一完善，勵磁線圈通過磁場與活動鐵芯相互作用，并且其中磁場線圈與活動鐵芯可彼此相對運動。根據(jù)本發(fā)明該構(gòu)造的又一完善，測量傳感器的至少一個測量管由通過磁場線圈和活動鐵芯形成的激勵系統(tǒng)驅(qū)動，在測量傳感器操作中至少間歇地振動，該激勵系統(tǒng)是電機的特別是電動的激勵系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的根據(jù)第一方案的另一完善，測量傳感器包
括兩個用于引導(dǎo)介質(zhì)的測量管，它們安裝入導(dǎo)管且在操作中至少間歇地振動。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的根據(jù)第一方案的第七構(gòu)造，測量傳感器用于檢測裝有介質(zhì)的容器的至少一個參數(shù)，特別是料位，并且為此該測量傳感器包括至少一個伸入容器內(nèi)腔的或者至少與內(nèi)腔相通信的測量探針，特別是微波天線，Gouboun-導(dǎo)線，振動的潛入體等。
根據(jù)本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的根據(jù)第一方案的第八構(gòu)造，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)與外部電源只通過唯一的一對導(dǎo)線電連接并且該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)將至少間歇生成的、代表至少一個測量和/或監(jiān)測參數(shù)的特別是數(shù)字的瞬時測量值通過該唯一的一對導(dǎo)線傳輸?shù)皆谕獠侩娫磧?nèi)的和/或與該電源電連接的分析電路中。在本發(fā)明該構(gòu)造的完善中，特別是調(diào)整到
4mA和20mA之間的值的供電電流瞬時電流強度代表了瞬時生成的測量值。
本發(fā)明的基本構(gòu)思在于，將現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)的消耗器(除了供電電路自身) 一方面至少劃分為具有高優(yōu)先級的第一電路組或者電消耗器組和具有低優(yōu)先級的第二電路組或者電消耗器組，以及另一方面將供電電源設(shè)計為，在現(xiàn)場設(shè)備正常操作中，至少要始終滿足第一電路組的功率或能量需求。由此，特別是作用為將電能存儲在現(xiàn)場設(shè) 備內(nèi)部和/或?qū)㈦娔苡涩F(xiàn)場設(shè)備散逸的電路或者構(gòu)件被分配給第三電消耗器組，只有在第一和第二電消耗器組有足夠供電時，該電消耗器組才由電流流過并以此而提供電能。
將具有高優(yōu)先級的第一電路組以具有優(yōu)點的方式分配于現(xiàn)場設(shè)備
電子系統(tǒng)內(nèi)的至少一個微處理器和用于與可能的上位控制單元通信的通信電路。這樣的優(yōu)點是，一方面能夠保持現(xiàn)場設(shè)備始終的操作并且另一方面至少也能夠始終在線。此外，對于現(xiàn)場設(shè)備為測量儀表的情況，用于檢測和準備至少一個測量信號的測量通道主要分配于第一電
路組，而可能存在的主要是用于驅(qū)動電子-物理測量傳感器的激勵通道可以作為具有低優(yōu)先級的電路實現(xiàn)。這樣在具有振動型測量傳感器的
測量儀表內(nèi)應(yīng)用本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的情況中，特別是具有優(yōu)點，即實際上整個的、由振蕩傳感器到微處理器的測量通道由基本上恒定調(diào)整的第一有效電壓驅(qū)動并且由此在正常操作中始終被提供所需的電功率。優(yōu)點為，始終能夠相同程度地高頻率掃描并以高分辨率處理根
據(jù)操作生成的測量管振蕩。此外，即使激勵通道部分地或者完全地由變化的第二有效電壓驅(qū)動，實際上也能夠始終無間隙地激勵正常操作中的測量管，如果也以必要時波動的振幅。另外本發(fā)明基于認識到，不僅微處理器的暫時關(guān)閉，而且例如激勵通道的間隙的驅(qū)動都不能夠引起現(xiàn)場設(shè)備的能量平衡的顯著改善。更多地要根據(jù)情況，一方面為了現(xiàn)場設(shè)備的操作和必要時的通信，為活性構(gòu)件盡可能提供始終的和足夠的能量并且另一方面，如果必要，盡量少的必要構(gòu)件根據(jù)需要被減壓供電或者關(guān)閉。此外還顯示出，特別是連續(xù)測量或者至少近似連續(xù)測量的現(xiàn)場設(shè)備，例如科氏質(zhì)量流量計，這樣是非常值得的，艮口，將可支配電能首先投入至少一個微處理器，特別是投入到測量值的處理和分析，例如投入到傳感器系統(tǒng)的激勵系統(tǒng)中，相應(yīng)地只以剩余的可支配能量去驅(qū)動。在這種方式下，雖然不總能夠為測量傳感器提供的測量信號達到優(yōu)化的信噪比，但是測量信號必要時存在的質(zhì)量虧損可以不用其他的而由測量值處理及分析來補償，測量值的處理及分析
前后一致地由高效操作的微處理器實現(xiàn)。
本發(fā)明的另外優(yōu)點在于，由于操作所必需的小功率，使現(xiàn)場設(shè)備能夠自身遵守各種爆炸保護等級的規(guī)定。由此使現(xiàn)場設(shè)備在特定方式下也適用于有爆炸危險的、只允許自身安全儀器的環(huán)境中。此外該現(xiàn) 場設(shè)備可以構(gòu)造為，可以與通常的現(xiàn)場總線的一種共同操作?？梢砸?br> 方面通過與現(xiàn)場總線的直接連接而實現(xiàn)，例如，對應(yīng)于FELDBUS-協(xié) 議，(FELDBUS是FELDBUS FOUNDATION的注冊商標)。另一方面可以通過總線耦合器間接實現(xiàn)共同操作，例如對應(yīng)于所謂的HART-協(xié)議(HART是HART User Group的注冊商標)。

現(xiàn)根據(jù)實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的解釋。功能相同的部分在單獨附圖中以相同標識表示，在后面的附圖中只是為了有意義的顯
示而重復(fù)。
圖1是現(xiàn)場設(shè)備的側(cè)面圖以及與該儀器通過一對導(dǎo)線電連接的外部電源，
圖2是適合于圖1中現(xiàn)場設(shè)備實施例的振動型測量傳感器的部分
剖開的第一側(cè)視剖視圖，
圖3是圖2的測量傳感器的第二側(cè)視的剖視圖，
圖4是圖2的測量傳感器的電機激勵系統(tǒng)的實施例，
圖5是適合應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的方塊電路圖，
特別是二線制現(xiàn)場設(shè)備，
圖6至圖8部分地顯示了適合圖1的現(xiàn)場設(shè)備的應(yīng)用具有圖2至
圖4的振動型測量傳感器的實施例的方塊圖形式的電路圖，
圖9至圖12是適合圖6至圖8中激勵電路的結(jié)束級的實施例電路圖。
具體實施例方式
圖1顯示了適合于工業(yè)測量及自動化技術(shù)應(yīng)用的具有現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20的現(xiàn)場設(shè)備的一實施例，該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)由外部電源70 供電。操作中，外部電源70提供一個特別是單極性的供電電壓Uv并且外部電源70隨同輸出由供電電壓Uv相應(yīng)驅(qū)動的可變的特別是雙極性的供電電流I。為此，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)在操作中與外部電源70通過至少一對導(dǎo)線2L電連接。由于外部電源70和現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20 的輸入端之間自然出現(xiàn)的電壓降，供電電壓Uv自然還要以這種方式降低為現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)開始時實際的端電壓Uk。
根據(jù)本發(fā)明的一構(gòu)造，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的設(shè)計和安排為，最大
轉(zhuǎn)換的電功率小于或者最大等于1W。根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造設(shè)計為，該現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)計和安排為，它的自安全程度達到了在爆炸安全性方
面足夠滿足例如歐洲標準EN 50 014和EN 50 020提出的內(nèi)部安全爆炸 (Ex-i)保護的要求。
根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造，該現(xiàn)場設(shè)備用于測量和/或監(jiān)測在管道和 /或容器中引導(dǎo)的介質(zhì)的至少一個給定的物理和/或化學(xué)參數(shù)以及重復(fù) 提供相應(yīng)代表該參數(shù)的測量值，該介質(zhì)特別是氣體和/或液體，參數(shù)例如是流量，密度，粘度，料位，壓力，溫度，pH值等。為此該測量儀表還包括與現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)電連接的物理-電子的測量傳感器，該測量傳感器對至少一個參數(shù)的變化作出反應(yīng)并且至少間歇地發(fā)出至少一個與該參數(shù)對應(yīng)的測量信號，特別是可變的信號電壓和/或可變的信號電流。替代地或者補充地，在現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)可提供與現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng) 電耦合的電子-物理控制調(diào)節(jié)元件，該控制調(diào)節(jié)元件以對調(diào)整參數(shù)有影響的調(diào)整動作對至少一個設(shè)置的控制信號的變化作出反應(yīng)，所述控制信號特別是可變的信號電壓和/或可變的信號電流，或者另一種說法，現(xiàn)場設(shè)備例如可以設(shè)計為用于調(diào)整介質(zhì)的至少一個這種物理和/或化學(xué) 參數(shù)。為了控制現(xiàn)場設(shè)備，特別是為了觸發(fā)上述測量傳感器或者為了觸發(fā)上述控制調(diào)節(jié)元件，在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)此外還提供了內(nèi)部操作及分析電路50。對于現(xiàn)場設(shè)備是用于測量至少一個給定的物理和/或化學(xué)參數(shù)的測量儀表的情況，操作及分析電路50此外還確定參數(shù)的至少一個測量值或多個相應(yīng)測量值。
圖1顯示的現(xiàn)場設(shè)備為在線測量儀表，特別是用于檢測在(這里未顯示的)導(dǎo)管內(nèi)流動的介質(zhì)，特別是氣體和/或液體的參數(shù)，例如質(zhì) 量，密度和/或粘度，并且形成瞬時代表該參數(shù)的測量值XM。據(jù)此該現(xiàn) 場設(shè)備例如可以為科氏質(zhì)量流量計，密度測量儀表，或者粘度測量儀表。為了生成至少一個測量信號，這里顯示的現(xiàn)場設(shè)備包括放置于相應(yīng)測量傳感器外殼100內(nèi)的振動型測量傳感器10以及位于電子系統(tǒng)外殼200內(nèi)且與測量傳感器10以適當方式電連接的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng) 20。
在圖2至圖4中顯示了這種測量傳感器的實施例，其結(jié)構(gòu)和操作方式額外也詳細地描述在US-A 60 06 609內(nèi)。在此已經(jīng)指出，盡管實施例中顯示的現(xiàn)場設(shè)備為具有振動型測量傳感器的在線測量儀表，本發(fā)明也可以轉(zhuǎn)換為其他現(xiàn)場設(shè)備，例如具有磁感應(yīng)測量傳感器或者聲波測量傳感器的在線傳感器。同樣地，本發(fā)明也可用于測量參數(shù)的現(xiàn) 場設(shè)備內(nèi)，該參數(shù)與裝有介質(zhì)的容器共同確定例如料位和/或極限狀態(tài)。這樣的現(xiàn)場設(shè)備通常通過以下測量傳感器實現(xiàn)，該測量傳感器包括至少一個伸入容器內(nèi)腔的或者至少與內(nèi)腔相通的測量探針，例如微波天線，Gouboim-導(dǎo)線，振動的潛入體等。
為了引導(dǎo)測量介質(zhì)，根據(jù)圖2至圖4的實施例的測量傳感器10包括至少一個具有進口端11和出口端12的測量管13，該測量管具有可給定的在操作中可彈性變形的測量管內(nèi)腔13A和可給定的內(nèi)徑。測量管內(nèi)腔13A的彈性變形意味著，為了生成前述介質(zhì)內(nèi)部的以及描述介質(zhì)的反作用力，將測量管內(nèi)腔13A的空間形狀和/或空間位置在測量管 13的彈性范圍內(nèi)以可給定的方式循環(huán)地、特別是周期性地改變，例如參見US-A48 01 897， US-A 56 48 616， US-A 57 96 011或者US-A 60 06 609。如果需要，例如可將測量管彎曲，如EP-A 1 260 798所顯示。由此，例如取代唯一的測量管，也可能采用兩個彎曲或者直的測量管。這種振動型測量傳感器的其他合適的實施例例如詳細地描述在US-B 67 11 958， US-B 66 91 583， US-B 66 66 098， US-A 53 01 557， US-A 53 57 811， US-A 55 57 973， US-A 56 02 345， US-A 5648 616或者US-A 57 96 011中。對于圖3和圖4的直型測量管13的材料，鈦合金是特別適合的。也可以取代鈦合金而使用其他類型的，特別是彎曲的測量管通常使用的材料，例如不銹鋼，鉭或者鋯合金等。
以通常的方式在進口和出口側(cè)與將介質(zhì)導(dǎo)入和導(dǎo)出的導(dǎo)管相通的測量管13可振動地夾持在支撐架14內(nèi)，該支撐架是硬的，特別是彎
曲及扭曲剛性的且由測量傳感器外殼100包封。支撐架14在進口側(cè)通
過進口板213且在出口側(cè)通過出口板223固定于測量管13，其中這兩個板由測量管13的相應(yīng)延長件131， 132分別貫穿。此外支撐架14包括第一側(cè)板24和第二側(cè)板34，這兩個側(cè)板24， 34分別以如下方式固定于進口板213和出口板223，即它們實際上平行于測量管13并與測量管以及彼此間以一定距離配置，參見圖3。由此兩個側(cè)板24， 34的彼此面對的側(cè)面同樣彼此平行?？v向棒25以與測量管13相距的方式固定于側(cè)板24， 34，作為消除測量管13的振動的配重。如圖4顯示，縱向棒25實際上平行于測量管13的整個可振動長度延伸；但是這并不是必須的，縱向棒25自然可以應(yīng)要求而實施得較短些。具有兩個側(cè) 板24、 34、進口板213、出口板223和縱向棒25的支撐架14具有縱向重心線，該重心線平行于虛擬連接進口端11和出口端12的測量管中軸線13B。圖3和圖4中借助螺釘頭表明了側(cè)板24，34在進口板213、出口板223和縱向棒25的上述固定可以通過旋接而實現(xiàn)；也可以采用其他本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其他固定方式。對于測量傳感器IO可拆卸地安裝于導(dǎo)管的情況，在測量管13進口端模制了第一法蘭119且在出口端模制了第二法蘭120，參見圖l;也可以由其他用于與導(dǎo)管可拆卸連接的導(dǎo)管連接件取代法蘭19， 20，例如如圖3顯示的所謂三向夾扣連接。如果需要，測量管13也可以例如通過焊接或者硬焊等而直接連接于導(dǎo)管。
為了生成前述的介質(zhì)內(nèi)的反作用力，測量管13在測量傳感器10 的操作過程中，由與測量管耦合的電-機激勵系統(tǒng)16驅(qū)動，以可給定的振蕩頻率，特別是自然諧振頻率，在所謂的有效模式下振動并由此以給定的方式而彈性形變。如前所述，這個諧振頻率也依賴于液體的瞬時密度。在顯示的實施例中，振動的測量管13由靜態(tài)的靜止位置在空間上特別是橫向偏轉(zhuǎn)，如這種振動型測量傳感器中的通常情況；同樣對這樣的測量傳感器也是有效的，即其中一個或者多個彎曲的測量管圍繞相應(yīng)的分別虛擬連接進口端及出口端的想象的縱軸實施懸臂振動，或者對于這些測量傳感器，其中一個或者多個直的測量管圍繞測
量管縱軸也可只實行平坦的彎曲振動。在另一情況中，例如WO-A 95/16 897中所述，測量傳感器10實行蠕動的放射振動，所以振動測量管的橫切面以通常方式對稱形變，測量管縱向軸線保留在其靜態(tài)靜止位置。
激勵系統(tǒng)16用于，通過轉(zhuǎn)換由操作及分析電路50以電子驅(qū)動信號形式饋入的電子激勵功率P^，生成作用于測量管13的激勵力Fexe。
在自然諧振頻率上的激勵中，激勵功率PeM實際上只作為經(jīng)過機械的和
液體內(nèi)部的摩擦而由振動系統(tǒng)剝奪的功率分量的補償。為了達到盡可
能高的效率，由此將激勵功率Pexe盡可能地準確地調(diào)整為，在期望的有效模式中基本上保持測量管的振動，例如基本諧振頻率的振動。為了將激勵力F^傳遞到測量管13，如圖5所示，激勵系統(tǒng)16包括剛性的、電磁和/或電動驅(qū)動的杠桿機構(gòu)15，該杠桿機構(gòu)具有抗彎固定于測量管
13的懸臂154和軛鐵163。該軛鐵163也同樣抗彎固定于懸臂154的與測量管13具有一定距離的末端，并且配置于測量管13上側(cè)而且橫切于測量管。例如懸臂154可以為將測量管容納在一個鉆孔內(nèi)的金屬片。對于杠桿機構(gòu)15的其他合適的實施例，可參閱己經(jīng)提及的US-A 60 06 609。對比于圖5，杠桿機構(gòu)15為T-型并配置為，大約在進口及出口端11， 12的正中間作用于測量管13上，測量管借此可以獲知其在操作中最大的橫向偏轉(zhuǎn)。根據(jù)圖5，為了達到驅(qū)動杠桿機構(gòu)15的目的，激勵系統(tǒng)16包括第一勵磁線圈26和所屬的第一永磁鐵芯27以及第二勵磁線圈36和所屬的第二永磁鐵芯37。這兩個勵磁線圈26， 36優(yōu)選為串聯(lián)，特別是可拆卸地固定于測量管13兩側(cè)的、軛鐵163下面的支撐架14，并且與分別所屬的鐵芯27或者說37在操作中互相作用。這兩個勵磁線圈26， 36當然應(yīng)要求也可以并連。如圖3和圖5所示，兩個鐵芯27， 37以如下方式以一定距離固定于軛鐵163，即在測量傳感器10的操作過程中，鐵芯27實際上由勵磁線圈26的磁場所貫穿且鐵芯37實際上由勵磁線圈36的磁場所貫穿并且由于相應(yīng)的電動和/或電磁力效應(yīng)而運動，特別是分別伸入所屬勵磁線圈。由勵磁線圈26， 36 的磁場所生成的鐵芯27， 37的運動，，由軛鐵163和懸臂154傳輸?shù)?測量管13上，其中鐵芯27， 37特別是也作用為活動鐵芯。鐵芯27，
37相對于分別所屬磁線圈的運動是這樣形成的，即軛鐵163由其靜止
位置交替地向側(cè)板24方向和側(cè)板34方向偏轉(zhuǎn)。一條相應(yīng)的，平行于所述測量管-中軸線13B的杠桿機構(gòu)15的轉(zhuǎn)動軸線例如可以穿過懸臂 154分布。作為激勵系統(tǒng)16支撐元件的支撐架14此外包括與側(cè)板24， 34特別是可拆卸地連接的支撐件29，用于勵磁線圈26， 36和即將解釋的電磁制動系統(tǒng)217的必要時單個構(gòu)件的支撐。
在測量傳感器10的實施例中，固定夾持在進口端11和出口端12 的振動的測量管13的橫向偏轉(zhuǎn)同時引起其測量管內(nèi)腔13A的彈性變形，該彈性變形實際上在測量管13的整個長度上構(gòu)成。此外在測量管 13內(nèi)，由于杠桿機構(gòu)15作用于測量管的扭矩同時對橫向偏轉(zhuǎn)會引起圍繞測量管-中軸線13B至少間斷式的扭轉(zhuǎn)，所以測量管13實際上以作為有效模式的混合彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式而振蕩。其中可以這樣形成測量管13的扭轉(zhuǎn)，即與測量管13相距的懸臂154末端的橫向偏轉(zhuǎn)或者同向于或者反向于測量管13的橫向偏轉(zhuǎn)。測量管13可以以相當于同向情況下的第一彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式或者以相當于反向情況下的第二彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式而實施扭轉(zhuǎn)振蕩。然后根據(jù)該實施例的測量傳感器10，例如900Hz的第二彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式的自然基礎(chǔ)-諧振頻率近似雙倍于第一彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式。對于測量管13在操作中只以第二彎曲振蕩 -扭轉(zhuǎn)模式執(zhí)行振蕩的情況，在激勵系統(tǒng)16內(nèi)集成了基于渦流原理的電磁制動系統(tǒng)217，用于穩(wěn)固前述轉(zhuǎn)動軸線的位置。通過電磁制動系統(tǒng) 217可以保證，測量管13始終以第二彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式振蕩，并且可能的作用于測量管13的干擾影響不會引起自動轉(zhuǎn)換，特別是不會引起轉(zhuǎn)入第一彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式的轉(zhuǎn)換。電磁制動系統(tǒng)的細節(jié)在US-A 60 06 609中有詳細描述。
為了令測量管13振動，激勵系統(tǒng)16在操作中借助同樣振蕩的特
別是具有可調(diào)振幅和可調(diào)激勵頻率fexe的激勵電流iexe而供電，該激勵
電流流過操作中的勵磁線圈26， 36并且以相應(yīng)方式產(chǎn)生鐵芯27， 37 的運動所需的磁場。如圖2的示意顯示，由此外包括在現(xiàn)場設(shè)備電子
系統(tǒng)20中的驅(qū)動單元50B提供激勵電流i^且該電流例如可以為諧波
交流電。根據(jù)圖2至圖4的實施例，在測量傳感器的應(yīng)用中，激勵電
流i^的激勵頻率f^優(yōu)選選定或者調(diào)整為，橫向振蕩的測量管13盡可能只以第二彎曲振蕩-扭轉(zhuǎn)模式振蕩。
還要提及，即使在此顯示的實施例中，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20只包括一個由驅(qū)動單元50B供電的可變感應(yīng)阻抗(這里為可變電感的勵磁線圈)，還可將該驅(qū)動單元50B設(shè)計為可以激勵其他的電阻抗，例如可變電容的測量電容等。對于電容壓力傳感器為測量傳感器的情況，在操作過程中該電阻抗依賴于至少一個測量和/或監(jiān)測參數(shù)而變化，如眾所周知，通過該自變電阻抗而降低的信號電壓和/或流過該自變電阻抗的信號電流用作測量信號。
為了檢測測量管13的變形，如圖2， 3所示，測量傳感器10此外包括傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過至少一個對測量管13振動做出反應(yīng)的第一傳感元件17而生成一個代表該振動的作為測量信號S,的第一振蕩測量信號。傳感元件17例如可以由永磁鐵芯構(gòu)成，例如傳感元件17可以由永磁鐵芯構(gòu)成，該鐵芯固定于測量管13并與勵磁線圈相互作用，該勵磁線圈由支撐架14支撐。特別適合作為傳感元件17的是那些基于電動原理采集測量管13的偏轉(zhuǎn)速度的元件。也可以采用測量加速度的電動傳感器的或者測量距離的電阻傳感器或光學(xué)傳感器。當然也可以采用其他本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的適合檢測振動的傳感器。此外傳感器系統(tǒng)還包括一個特別與第一傳感元件17相同的第二傳感元件18，該傳感元件同樣生成一個代表測量管振動的第二振蕩測量信號作為第二測量信號S2。在實施例中顯示的測量傳感器中，這兩個傳感器元件17， 18特別是與測量管13的中心距離相等地沿測量管13彼此相距，并如下配置，即通過該傳感器17， 1S不僅在進口側(cè)也在出口側(cè)現(xiàn)場采集測量管13的振動并形成相應(yīng)的振蕩測量信號。
此外圖5中以方塊電路圖的方式示意了一種適合圖1至圖4中現(xiàn)
場設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的構(gòu)造。圖5右側(cè)示意了具有激勵系統(tǒng)16 和傳感系統(tǒng)17， 18的上述振動型測量傳感器，其中只象征性地顯示了測量傳感器的測量原理所需的勵磁線圈。
如圖2所示，將第一測量信號S，和必要時存在的第二測量信號S2 引導(dǎo)至在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20中提供的優(yōu)選為數(shù)字的操作及分析電路分析單元50A，其中第一測量信號和第二測量信號通常都包括每一個相當于測量管13瞬時振蕩頻率的信號頻率。分析單元50A用于特別是數(shù)值地確定瞬時代表要采集的過程參數(shù)的測量值XM，并且將該測量值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的在操作及分析電路輸出端可檢測的測量值信號xM，這里過程參數(shù)例如為質(zhì)量流量，密度，粘度等。這里顯示的測量傳感器根據(jù)存在的測量信號Si， S2中的唯一一個完全可確定密度或者粘度，而對于質(zhì)量流量的測量，技術(shù)人員熟知地使用兩個測量信號S,和S2,所以要決定與質(zhì)量流量相對應(yīng)的相差，例如在信號-時間范圍或者信號-頻率范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一種構(gòu)造，通過使用在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20內(nèi)的微計算機^C實現(xiàn)分析單元50A，該微計算機以相應(yīng)方式編程為，根據(jù)傳感系統(tǒng)17， 18傳送的測量信號而數(shù)字地決定測量值XM。對于微計算機的實現(xiàn)可以采用例如合適的微處理器和/或先進的信號處理器。如圖 5所示，分析單元50A此外包括至少一個A/D轉(zhuǎn)換器，通過該轉(zhuǎn)換器將測量信號S,， S2之一數(shù)字化地引導(dǎo)至該微處理器，或者特別是如科氏質(zhì)量流量傳感器通常將由之前的兩個測量信號Sp S2導(dǎo)出的信號差
數(shù)字化地引導(dǎo)至該微處理器?？梢愿M一步將分析單元50A側(cè)生成和/ 或接收的測量-或者操作數(shù)據(jù)易失性地或者永久性地存儲到相應(yīng)的數(shù)字存儲器RAM， EEPROM內(nèi)。
如前所述，操作及分析電路50此外還包括驅(qū)動單元50B，該驅(qū)動單元用于以所述激勵電流iexe為激勵系統(tǒng)16供電，并與測量管13—起實際上構(gòu)成了調(diào)節(jié)回路。該調(diào)節(jié)回路設(shè)計為，被電子調(diào)制到測量管13
的激勵振動的機械諧振頻率和通過參考信號Sr給定的振動振幅。驅(qū)動
單元50B可以以通常方式借助所謂的PLL鎖相環(huán)形成，用于諧振頻率還有驅(qū)動信號相位的電調(diào)整；以及借助相應(yīng)的振幅調(diào)整級形成，用于驅(qū)動信號振幅以及振動振幅的電調(diào)整。
如圖5所示，驅(qū)動單元50B也連接于特別是前述微處理器pC的分析單元，例如驅(qū)動單元50B從分析單元接收所需操作數(shù)據(jù)，如瞬時要調(diào)整的激勵頻率和/或用于激勵電流的瞬時要調(diào)整的振幅和必要時要調(diào) 整的相位，或者向該分析單元發(fā)送驅(qū)動單元50B內(nèi)部生成的調(diào)整信號和/或調(diào)整參數(shù)，該調(diào)整信號和/或調(diào)整參數(shù)特別是關(guān)于調(diào)整過的激勵電
流i^和/或已饋入測量傳感器內(nèi)的激勵功率Pexe的信息。驅(qū)動單元50B
的操作數(shù)據(jù)，激勵頻率，振幅和/或相位，可以為絕對給定值也可以為相對給定值。替代地或者補充地，傳輸給驅(qū)動單元50B的操作數(shù)據(jù)可以代表激勵頻率，振幅和/或相位的遞增的變化或者說遞減的變化。額外地對于微處理器^C，例如操作及分析電路50也可以包括用于驅(qū)動信號生成的信號發(fā)生器，例如數(shù)字信號處理器或者相應(yīng)的作為信號發(fā)生器構(gòu)造的，特別是FPGA的可編程邏輯構(gòu)件。
圖6至12以方塊電路圖的方式顯示了驅(qū)動單元50B的實施例，特別也適合于自保護測量儀表的應(yīng)用和/或作為2L測量儀表配置的現(xiàn)場設(shè)備。
在第一方案中，將傳感器17， 18輸送的傳感信號之一或者也可以將它們的總和作為輸入信號引導(dǎo)至振幅解調(diào)級pd，由此振幅解調(diào)級pd 輸入側(cè)與傳感器17， 18之一連接，圖6中為傳感器17。振幅解調(diào)級 pd用于連續(xù)確定測量管振動的振蕩振幅。此外振幅解調(diào)級pd還用于輸送例如簡單直流信號的輸出信號，該輸出信號代表采集的振蕩振幅。為此在本發(fā)明的振幅解調(diào)級pd的優(yōu)選構(gòu)造中提供了輸入信號的峰值檢測器。例如也可以采用用于振蕩振幅采集的同步整流器而取代峰值檢測器，該同步整流器由與輸入信號相同相位的參考信號發(fā)出時鐘。對
比級sa的第一輸入端連接于振幅解調(diào)級pd的一個輸出端；可調(diào)整的參
考信號Sr被引導(dǎo)至對比級Sa的第二輸入端，該信號給定測量管13的振動振幅。對比級sa決定振幅解調(diào)級pd的輸出信號與參考信號Sr的偏差并將該偏差以相應(yīng)的輸出信號輸出。例如該偏差可以在簡單差值的使用下而以絕對振幅誤差形式確定或者繼續(xù)傳送，該簡單差值為采集的和通過參考信號Sr給定的振蕩振幅差值；或者例如在比例的使用下而以相對振幅誤差確定或者繼續(xù)傳送，該比例為采集的和給定的振蕩振幅比例。振幅解調(diào)級pd的輸入信號被引導(dǎo)至振幅調(diào)制級ami的第一輸入端且對比級sa的輸出信號被引導(dǎo)至第二輸入端。振幅調(diào)制級aml 用于以對比級sa的輸出信號振幅調(diào)制振幅解調(diào)級pd的輸入信號。例如其中，傳感信號S,之一，兩個傳感信號Si， S2之和或者一個按比例的例如通過相應(yīng)的、特別是數(shù)字的信號發(fā)生器人工生成的信號，可以作為輸入信號并且由此作為在其頻率上完全可變的載波信號，在該信號上調(diào)制了由對比級sa生成的，振幅可變的誤差信號。該誤差信號顯示了測量管13瞬時振動振幅與它的額定振蕩振幅間的偏差，該額定振蕩振幅由參考信號Sr代表。此外振幅調(diào)制級ami還用于為激勵系統(tǒng)16 提供載有驅(qū)動能量的驅(qū)動信號。為此振幅調(diào)制級包括相應(yīng)結(jié)束級ps，用于放大以調(diào)制信號調(diào)制的載波信號。對比于圖6，為了以調(diào)制信號調(diào) 制載波信號振幅，在振幅調(diào)制級aml內(nèi)還提供了乘法器ml。
圖7內(nèi)以方塊電路圖的方式部分地顯示了根據(jù)本發(fā)明第二方案的驅(qū)動單元50B的第二方案電路圖。圖7的實施例基本上通過以下而區(qū) 別于圖6的實施例，即由脈寬調(diào)制級pwm取代振幅調(diào)制級am，該脈寬調(diào)制級pwm具有以外部交替信號提供時鐘的脈寬調(diào)制器pm。如圖7 所示，脈寬調(diào)制器pm以恒定的正的第一直流電壓+Ul操作并處于電路零點SN。將振幅解調(diào)級pd的輸入信號引導(dǎo)至脈寬調(diào)制器pm的第一輸入端(載波信號的輸入端)。由此這個第一輸入端連接于一個傳感器 (圖7中又為傳感器17)。將誤差信號引導(dǎo)至脈寬調(diào)制器pm的第二輸入端(調(diào)制信號輸入端)，該誤差信號與確定的振幅誤差成比例。脈寬調(diào)制器pm的輸出端又連接于結(jié)束級ps'的一個輸入端，該結(jié)束級
在輸出側(cè)向激勵系統(tǒng)16提供相應(yīng)的驅(qū)動信號。由結(jié)束級ps'提供的驅(qū)動
信號這里為方波信號，其以振幅解調(diào)級pd的輸入信號的信號頻率為時
鐘并且包括以對比級sa輸出信號調(diào)制的脈寬。
圖8內(nèi)以方塊電路圖的方式部分地顯示了驅(qū)動單元50B的第三方案電路圖。圖8的實施例基本上通過以下而區(qū)別于圖6的實施例，即由比較器kk和直流電壓轉(zhuǎn)換器dc而取代乘法器ml ，該轉(zhuǎn)換器提供至少一個驅(qū)動激勵電流i^的驅(qū)動電壓。該驅(qū)動電壓的振幅又依賴于對比級sa的輸出信號并且因此而考慮為非恒定的。根據(jù)驅(qū)動電壓的設(shè)計，激勵電流i^如前所述，可為雙極或者單極。因此根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，直流電壓變換器dc提供具有正的第一電位+u和負的第二電位 -u的驅(qū)動電壓，其中直流電壓變換器dc的操作-輸入端接收對比級sa 的輸出信號，該操作-輸入端用于電位調(diào)整。由直流電壓變換器dc提供的振幅適當調(diào)整的驅(qū)動電壓作為操作電壓被施加于用于激勵系統(tǒng)16供電的脈寬調(diào)制級pwm的結(jié)束級ps〃。此外結(jié)束級ps〃輸入側(cè)連接于比較器kk的一個輸出端。比較器kk以恒定的、正的第一直流電壓+Ul操作并且處于電路零點SN。峰值檢測器pd的輸入信號引導(dǎo)至比較器kk 的一個輸入端。由此，比較器kk輸入側(cè)連接于一個傳感器(圖8中又為傳感器17)。
圖6至7中的虛線分別意味著，可由傳感器17， 18的傳感信號之和取代單個傳感信號而引導(dǎo)至峰值檢測器pd和乘法器ml或者說脈寬調(diào)制器pm或者說比較器kk;則這些傳感信號由加法器引導(dǎo)。替代地，如前所述，也可以采用通過數(shù)字信號處理器和與其輸出端連接的D/A 轉(zhuǎn)換器生成的頻率和相位按傳感信號做相應(yīng)調(diào)整的人工信號。在圖6 至7中，還可以看到其他的虛線表示的部分電路圖，顯示了優(yōu)選激勵電路的更好的完善。在驅(qū)動單元50B的一例完善中，提供了放大器vv，該放大器串連于峰值檢測器pd或者必要時串連于同步整流器。在驅(qū)動單元50B的另一完善中，提供了放大器v，該放大器將對比級sa的輸出信號在作為誤差信號到達振幅調(diào)制級am之前而放大。這樣的放大器
可以為運算放大器op，其正向輸入端處于電路零點SN，其反向輸入端通過串聯(lián)電阻wv連接于對比級sa的輸出端并且通過并聯(lián)電阻ws連接于放大器輸出端。這種布圖形式的運算放大器op分別位于圖6至7的右上側(cè)。在驅(qū)動單元50B的又一完善中，提供了積分放大器vi，該放大器將對比級sa的輸出信號在作為誤差信號到達乘法器m之前放大并積分。這樣的放大器可以為運算放大器op'，其正向輸入端處于電路零點SN，其反向輸入端通過串聯(lián)電阻wv'連接于對比級sa的輸出端并且通過由并聯(lián)電阻ws'和電容器k組成的串聯(lián)電路連接于放大器輸出端。這種布圖形式的運算放大器op'分別位于圖6至7的右側(cè)中間。
驅(qū)動單元50B的另一完善在于差分積分放大器vd，該放大器將對比級sa的輸出信號在作為誤差信號到達乘法器ml之前放大、差分并積分。這樣的放大器可以為運算放大器叩〃，其正向輸入端處于電路零點SN，其反向輸入端通過串聯(lián)電阻wv〃與第一電容kl的并聯(lián)電路連接于對比級sa的輸出端并且通過由并聯(lián)電阻ws〃和第二電容器k2組成的串聯(lián)電路連接于放大器輸出端。這種布圖形式的運算放大器op〃分別位于圖6至7的右下側(cè)。圖6至7中通過箭頭表示了，將各個放大器 v,vi，vd置于虛線表示的方框q處，該方框或者位于對比級sa輸出端和振幅調(diào)制級am第二輸入端之間或者位于對比級sa輸出端和脈寬調(diào)制級pwm調(diào)制信號輸入端之間。
在本發(fā)明的框架中，圖6至7內(nèi)單獨的部分電路功能通過相應(yīng)的模擬或者數(shù)字部分電路實現(xiàn)，在后者的情況中，例如通過適當編程的微處理器而實現(xiàn)，其中要引導(dǎo)至該微處理器的信號之前要經(jīng)過模擬/數(shù) 字轉(zhuǎn)換并且其輸出信號也一樣要經(jīng)過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。
圖9中顯示了結(jié)束級ps第一實施例的電路圖，例如根據(jù)圖6可以插入振幅調(diào)制級am內(nèi)。運算放大器ov以正的和負的，分別恒定的直流電壓+U， -U操作并且如下布線，其反向輸入端通過第一電阻wl處于電路零點SN，且其正向輸入端通過第二電阻w2處于乘法器ml的
輸出端。運算放大器OV的一個輸出端通過第三電阻W3的中間電路連接于變壓器tf的初級繞組的第一極ppl;初級繞組的第二極pp2處于電路零點SN。變壓器tf還具有一個次級繞組，其通過兩極spl， sp2與激勵系統(tǒng)16連接。
初級繞組具有初級繞組數(shù)Nl且次級繞組具有次級繞組數(shù)N2。變壓器tf為電流-升高變壓器且具有例如20: 1的變壓比N1/N2。運算放大器ov的反向輸入端通過第四電阻w4與初級繞組的第一極ppl相連接。其正向輸入端通過第五電阻w5連接于輸出端。五個電阻wl， w2， w3， w4，和w5分別具有相應(yīng)阻值Rl， R2， R3， R4，和R5。阻值Rl 選定為等于阻值R2且阻值R4選定為等于阻值R5。如果以um表示乘法器m的輸出電壓，則激勵系統(tǒng)16內(nèi)流動的交流電流i可以如下得出 R5N1 l=ummRl R3 N2。圖10中顯示了結(jié)束級ps'第二實施例的電路圖，例如根據(jù)圖7可以插入脈寬調(diào)制級pwm內(nèi)。這個補充推挽式結(jié)束級構(gòu)造的"核心"是P溝道-加強-絕緣層-場效應(yīng)晶體管P (以下簡稱晶體管)與N溝道-加強-絕緣層-場效應(yīng)晶體管N的控制電流通路的串聯(lián) 電路。在控制電流通路的連接點連接了激勵系統(tǒng)16。為每一條控制電流通路并聯(lián)了保護二極管dn， dp，其中各自的陰極接于各自的晶體管正點上。串聯(lián)電路P晶體管側(cè)的末端被施加恒定的正第二直流電壓+U2 并且其N晶體管側(cè)的末端被施加相應(yīng)的恒定的負直流電壓-U2。晶體管 N， P控制極彼此連接并連接于比較器kk'的輸出端。比較器kk'的正向輸入端接于脈寬調(diào)制器pm的輸出端，對比于圖7。比較器kk'的反向輸入端連接于分壓器的分接點，該分壓器由電阻rl和電阻r2組成。電阻rl， r2具有相同的阻值并且處于正的直流電壓+Ul和電路零點SN 之間。電阻rl， r2和比較器kk'用于脈寬調(diào)制器pm的輸出信號關(guān)于直流電壓+Ul半值的對稱。激勵系統(tǒng)16在傳感器17的輸出信號或者傳感器17， 18的輸出信號之和每次正向穿過零點時，接收到正電流脈沖；在傳感器17的輸出信號或者傳感器17， 18的輸出信號之和每次負向穿過零點時，接收到負電流脈沖。為達到由參考信號Sr給定的測量管 13的振蕩振幅，各自的脈沖寬度自動調(diào)整。
圖11中顯示了結(jié)束級ps〃另一實施例的電路圖，例如根據(jù)圖8可以插入振幅調(diào)制級aml內(nèi)。這個又為補充推挽式結(jié)束級構(gòu)造的"核心" 也是如圖10所示的，P溝道-加強-絕緣層-場效應(yīng)晶體管P'與N溝道-加強-絕緣層-場效應(yīng)晶體管N'的控制電流通路的串聯(lián)電路。在控制電流通路的連接點連接了激勵系統(tǒng)16。為每一條控制電流通路并聯(lián)了保護二極管dn'， dp'，其中各自的陰極接于各自的晶體管正點上。串聯(lián)電路 P晶體管側(cè)的末端被施加正直流電壓+U2，該正直流電壓依賴于對比級 sa的輸出信號并且其N晶體管側(cè)的末端被施加負直流電壓-U2，該負直流電壓依賴于對比級sa的輸出信號。晶體管N'， P'控制極彼此連接并連接于比較器kk〃的輸出端。比較器kk〃的正向輸入端接于比較器kk 的輸出端，對比于圖8。比較器kk〃的反向輸入端連接于分壓器的分接點，該分壓器由電阻r3和電阻r4組成。電阻r3， r4具有相同的阻值并且處于正直流電壓+Ul和電路零點SN之間。電阻r3， r4和比較器kk" 用于比較器kk的輸出信號關(guān)于直流電壓+Ul半值的對稱。激勵系統(tǒng)16 在傳感器17的輸出信號或者傳感器17， 18的輸出信號之和的每個正半波期間，接收到正電流脈沖；在傳感器17的輸出信號或者傳感器17， 18的輸出信號之和的每個負半波期間，接收到負電流脈沖。各自的電流脈沖幅度依賴于自身側(cè)的直流電壓+U， -U，該直流電壓又依賴于對比級sa的輸出信號，所以由參考信號Sr給定的測量管13的振蕩振幅會自動調(diào)整。
最后在圖12中以方塊電路圖的方式示意地顯示了混合驅(qū)動單元 50B的實施例，其部分操作為數(shù)字的和部分操作為模擬的。驅(qū)動單元 50B包括數(shù)字信號發(fā)生器，用于將由微計算機50A生成的特別是數(shù)值的給定值，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字振蕩信號，該給定值例如為激勵電流i^ 的振幅，激勵信號的相位和/或其振蕩頻率等激勵信號單獨參數(shù)的給定值。單獨的參數(shù)，如前所述，可以作為絕對值和/或作為增加的值或者說減小的值傳送給驅(qū)動單元50B。
如前所述，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)和現(xiàn)場設(shè)備由外部電源70供電，例如遠程配置的測量變換器-供電器等，該供電器通過至少一條雙導(dǎo)線2L
與現(xiàn)場設(shè)備或者更確切說與現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20連接。例如該測量變
換器-供電器又可以通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)與處于過程控制室內(nèi)的上一級過程控制系統(tǒng)連接。在這里顯示的實施例中，如在工業(yè)測量及自動化技術(shù)的大量應(yīng)用中通常的那樣，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)此外與外部電源至少
間歇地只通過一條唯一雙導(dǎo)線2L有效電連接。與此相對應(yīng)地，現(xiàn)場設(shè) 備電子系統(tǒng)一方面通過這條雙導(dǎo)線供電，另一方面，現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)將至少間歇生成的測量值信號XM也相同通過該雙導(dǎo)線2L發(fā)送至配置于外部電源70內(nèi)和/或與供電電源電耦合的外部分析電路80。例如連接測量變換器-供電器和現(xiàn)場設(shè)備的這里唯一的雙導(dǎo)線2L可與饋入供電電流I的電源71和測量電阻RM串聯(lián)連接，例如該電源可以為電池，或者由內(nèi)部供電網(wǎng)供電的直流源。供電電源70提供供電電流I并以操作所需電能為現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20供電。測量電阻Rm此外具有兩個測量端子72， 73，可在該端子上檢測到代表瞬時測量值XM的供電電流且與電流成比例的測量電壓UM。例如測量電壓UM可以現(xiàn)場顯示或者引導(dǎo)至上一級的測量值處理單元。這里唯一的雙導(dǎo)線2L例如可以作為所謂的二線制電流回路，特別是4mA-20mA電流回路，或者作為到外部數(shù)字現(xiàn)場總線的連接導(dǎo)體，例如PROFIBUS-PA或者 FOUNDATION FIELDBUS。
此外根據(jù)本發(fā)明的又一結(jié)構(gòu)，將瞬時測量值XM調(diào)制到供電電流I 上。例如由現(xiàn)場設(shè)備決定的瞬時測量值可由供電電流I的瞬時、特別是
4mA和20mA間的電流強度代表，該供電電流I在構(gòu)成二線制電流回路的雙導(dǎo)線2L內(nèi)流動。
此外根據(jù)本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)提供了現(xiàn)場設(shè)備至少間歇地與外部操作及控制單元通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通信，例如該外部操作及控制單元可以為手動操作儀器或者可編程控制器(SPS)，通信可以為交換現(xiàn)場設(shè) 備特定數(shù)據(jù)。為此在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20內(nèi)還提供了通信電路COM，
該通信電路控制和操作通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的通信。例如除了測量值XM 通信電路也特別用于將其他的內(nèi)部現(xiàn)場設(shè)備-參數(shù)轉(zhuǎn)換為通過雙導(dǎo)線 2L可傳輸?shù)男盘柌⒃撔盘栺詈线M導(dǎo)線。替代地或者補充地，也可以
將通信電路COM設(shè)計為，相應(yīng)接收由外部經(jīng)過雙導(dǎo)線2L發(fā)送的現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)。例如通信電路COM可以為根據(jù)HART Communication Foundation, Austin TX的HART(g-現(xiàn)場通信協(xié)議工作的接口電路，該接口電路采用了 FSK-編碼的高頻交流電作為信號載波，特別對于前述操作中現(xiàn)場設(shè)備只通過二線制回路連接于外部電源的情況。
由圖1和5的組合可以看出，為調(diào)整和調(diào)節(jié)現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部的電壓和/或電流，此外現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20還包括至少一個由供電電流I流過的電流調(diào)節(jié)器ISp用于調(diào)整和/或調(diào)制供電電流I，特別是供電電流的時鐘。此外在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20內(nèi)還提供了內(nèi)部供電電路40，該內(nèi)部供電電路被施加現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20的內(nèi)部輸入電壓Ue并且用
于為內(nèi)部操作及分析電路50供電，該內(nèi)部輸入電壓Ue由端電壓UK分壓。
為了采集和調(diào)整在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20內(nèi)瞬時下降的電壓和/或瞬時流動的電流，供電電路40此外還包括測量及調(diào)節(jié)單元60。并且特別是對于前述將測量值XM調(diào)制到供電電流I的情況，測量及調(diào)節(jié)單元 60還用于將由操作分析電路50送出的，代表瞬時生成的測量值XM的測量值信號XM轉(zhuǎn)化為第一電流調(diào)節(jié)信號Iste ，該第一電流調(diào)節(jié)信號對應(yīng)于電流調(diào)節(jié)器ISt和供電電流而調(diào)整。測量及調(diào)節(jié)單元60與電流調(diào) 節(jié)器iSl實際上共同構(gòu)成供電電流的電流穩(wěn)流器-這里所謂的線性縱向
穩(wěn)流器。根據(jù)本發(fā)明的一構(gòu)造，將電流調(diào)節(jié)信號Leu設(shè)計為，前述穩(wěn)流
器按照瞬時決定的測量值XM將供電電流I調(diào)整為與該測量值成比例。替代地或者補充地，電流調(diào)節(jié)信號IsteU構(gòu)成為，穩(wěn)流器向供電電流I發(fā)
出時鐘，例如為了達到根據(jù)PROFIBUS-PA標準的通信目的而二進制編碼。為了生成代表相應(yīng)電流的特別是基本上與電流成比例的檢測電壓 lLlst， I2.ist， I3-ist，此外在供電電路40內(nèi)還相應(yīng)地提供了至少間歇地由
供電電流或者由該電流的分流Ip 12， 13流過的檢測電阻Rp R2， R3。
至少對于前述為了顯示測量值XM而調(diào)制供電電流I的幅度并且由于外部電源有限的電功率而由外部電源提供的供電電壓Uv和隨之而出現(xiàn)的端電壓Uk隨升高的供電電流I而相應(yīng)降低或者相反地隨著降低的
供電電流I而相應(yīng)升高的情況，供電電壓Uv和端電壓Uk的電壓值以不
可預(yù)見的方式波動并且將它們視為在操作中以顯著的程度變化。當現(xiàn)
場設(shè)備如前述，以工業(yè)測量技術(shù)長久釆用的標準4mA至20mA操作時，對于正常操作的供電只提供4mA以下的電流范圍以及根據(jù)供電電壓值始終只提供大約40至90mW (二毫瓦)的電功率。
如圖5所示，此外供電電路40最初還包括由測量及調(diào)節(jié)單元60 激勵的穩(wěn)壓器30，該穩(wěn)壓器用于將現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的作為初級電壓或者基極電壓為內(nèi)部供電的內(nèi)部輸入電壓Ue盡可能準確地調(diào)整到可給定的必要時操作中可變的電平上以及至少在非干擾的正常操作中，將該內(nèi)部輸入電壓Ue盡可能恒定保持在瞬時選定的電平上，其中端電壓 Uk至少等于最小電壓值Uk_mm。此外測量及調(diào)節(jié)單元60與穩(wěn)壓器30 共同構(gòu)成內(nèi)部輸入電壓Ue的輸入電壓電壓調(diào)節(jié)器，特別用于盡可能準確調(diào)整內(nèi)部輸入電壓并保持持續(xù)穩(wěn)定。也如圖13顯示，根據(jù)本發(fā)明的
一構(gòu)造，這樣保持內(nèi)部輸入電壓Ue的電平，即內(nèi)部輸入電壓UJ臺終低于端電壓Uk。其中內(nèi)部輸入電壓Ue通過前述的輸入電壓調(diào)節(jié)器30，
60而保持的電平，例如在操作中依賴于瞬時流動的供電電流I可將該
電平基本上連續(xù)地改變。替代地，也可將電平在供電電流I的一定電流
強度范圍以及在端電壓Uk的相應(yīng)電壓范圍上保持恒定并且階段性地改變(如圖13中通過點化線表示的)，例如當超過或者不足相應(yīng)供電電流l和/或端電壓Uk給定閾值時。根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造，輸入電壓調(diào) 節(jié)器30， 60設(shè)計為，在達到給定的或者可給定的例如15v數(shù)量級的最
大電壓值Ue一max后，盡管端電壓Uk可能還會繼續(xù)升高例如超過20v，
也將該電平保持恒定。因此，輸入電壓調(diào)節(jié)器30， 60的作用不僅僅為
內(nèi)部輸入電壓Ue的電壓電
壓調(diào)節(jié)器，而且也是限壓器。
對于現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的單獨構(gòu)件或者組件的電能的繼續(xù)內(nèi)部分配，該電子系統(tǒng)此外還包括轉(zhuǎn)化穩(wěn)定的內(nèi)部輸入電壓Ue的第一有效電壓調(diào)節(jié)器URp該電壓調(diào)節(jié)器至少間歇地由特別可變的供電電流I的第一分流L流過并且用于提供基本上恒定調(diào)整到第一電平U^」。n上的現(xiàn)
場設(shè)備電子系統(tǒng)20的第一內(nèi)部有效電壓U^，該第一電平l^y。u可給定，必要時可參數(shù)化。此外在供電電路40內(nèi)也同樣提供了轉(zhuǎn)化穩(wěn)定的
內(nèi)部輸入電壓Ue的第二有效電壓調(diào)節(jié)器UR2，該電壓調(diào)節(jié)器至少間歇地由特別是可變的供電電流I的第一分流l2流過。該第二有效電壓調(diào)節(jié)
器UR2又用于提供現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20內(nèi)的第二內(nèi)部有效電壓UN2，
該第二內(nèi)部有效電壓UN2在可給定的電壓范圍內(nèi)可變。對于現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)對瞬時負載情況最合適的有效電壓UN2的電壓值，例如可以在
測量及調(diào)節(jié)單元60側(cè)考慮了現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)的瞬時負載情況而決定并且以相應(yīng)的電壓操作信號UN2—S。U的形式發(fā)送至有效電壓調(diào)節(jié)器 UR2。例如可以采用所謂的開關(guān)整流和/或非時鐘振蕩的線性整流器作為有效電壓調(diào)節(jié)器UR^ UR2，而穩(wěn)壓器30和輸入電壓調(diào)節(jié)器可以由分路調(diào)節(jié)器IS2構(gòu)成，例如該分路調(diào)節(jié)器IS2通過旁路被施加內(nèi)部輸入電壓Ue，通過晶體管和/或可調(diào)整的齊納二極管而實現(xiàn)。
由此如圖5所示，輸入電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計為，在正常操作中至少間歇地由特別可變的供電電流I第三分流13流過，其中測量及調(diào)節(jié)單元
60提供第二電流調(diào)節(jié)信號I3—stel，該第二電流調(diào)節(jié)信號13ste,，相應(yīng)控制
穩(wěn)壓器30 (這里為分路調(diào)節(jié)器IS2)及確定第三分流。在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20內(nèi)瞬時可支配的電功率超過操作及分析電路50側(cè)瞬時實際所需的電功率時，其中可支配的電功率由基本上保持恒定的內(nèi)部輸入電
壓Ue和瞬時調(diào)整的供電電流I得出，至少對于上述情況而將電流調(diào)節(jié) 信號13—"eU設(shè)計為，為了讓穩(wěn)定輸入電壓Ue的足夠高的分流13流過而使輸入電壓調(diào)節(jié)器內(nèi)的晶體管能夠以足夠程度導(dǎo)電。為了達到該目的，
在輸入電壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)部(這里穩(wěn)壓器30的內(nèi)部)，根據(jù)本發(fā)明的另
一構(gòu)造，也提供了用于耗散電能并將其中由此形成的熱能導(dǎo)出的構(gòu)件，特別是具有冷卻片的半導(dǎo)體元件等。另一方面電流調(diào)節(jié)信號I"teu也設(shè) 計為，當操作分析電路50中的功率需求逐漸變大時在此減小穩(wěn)壓器30 內(nèi)瞬間流動的分流13。
如圖5中另外顯示的，在本發(fā)明的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)20以及本發(fā) 明的現(xiàn)場設(shè)備中提供了，操作分析電路50至少間歇地不僅由在正常操作下基本上保持恒定的第一有效電壓Uw供電，特別是可變的第一有效電流Im流過而且也由根據(jù)操作變化的第二有效電壓U^供電，特別是可變的第二有效電流I m流過。這樣的優(yōu)點是，為現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng) 20的結(jié)構(gòu)組和電路始終提供瞬時事實上所需的電能，該結(jié)構(gòu)組和電路至少控制現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)正常操作并使現(xiàn)場設(shè)備保持運行，特別是前述的至少一個微處理器^C。據(jù)此在本發(fā)明的一構(gòu)造中提供了，前述的微處理器pC和/或前述的信號處理器至少部分以正常操作中始終保持恒定的第一有效電壓U^或者由其導(dǎo)出的次級電壓操作。根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一完善中，第一有效電壓Uw或者由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分作為操作分析電路中至少一個A/D轉(zhuǎn)換器的操作電壓。根據(jù)本發(fā)明的又一構(gòu)造設(shè)計為，至少操作和保持與前述上一級操作及控制單元通信的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的構(gòu)件(這里不僅微處理器pC還有通信電路 COM)至少部分通過第一有效電壓UN1或者由與其分壓的次級電壓供電。
根據(jù)外部供電電路70側(cè)在操作中事實上可以提供哪些電功率以及依賴于在前述方式中已經(jīng)由第一有效電壓UN1供電的負載的事實需求功率的情況，可以為驅(qū)動單元50B的特別用于生成驅(qū)動信號i^的單獨構(gòu)件至少部分借助第一有效電壓Uw或者由與其分壓的次級電壓供電，例如該構(gòu)件可以為驅(qū)動單元內(nèi)的放大器，D/A轉(zhuǎn)換器和/或信號發(fā)生器等等，這里也可對比于圖12。當然也顯示出，在正常操作中，單單現(xiàn) 有的微處理器I^C和/或A/D轉(zhuǎn)換器以及它們所需的外圍布線已經(jīng)要始終需求大約30mW的功率，所以至少在大約40mW的始終可支配功率
的應(yīng)用中，也就是說12v的端電壓，驅(qū)動單元50B的前述構(gòu)件只能夠以非常小的范圍連接于第一有效電壓UN1以此而不損害期望的高穩(wěn)定
性。由此在本發(fā)明的構(gòu)造中此外設(shè)計為，驅(qū)動單元50B的單獨構(gòu)件尤其是持久地只操作于第二有效電壓UN2。如圖12也代替地顯示了，第二有效電壓Uw2特別適合作為驅(qū)動單元50B內(nèi)的運算-放大器的操作電
壓。對應(yīng)地，勵磁線圈的激勵電流ke基本上可以由第二有效電壓U^
或者由與其分壓的次級電壓供電。
為了跨接供電電壓側(cè)的暫時電壓波動和/或緩沖由于內(nèi)部功率需求的短暫升高而導(dǎo)致的現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)部電壓供給的可能瞬間"過載"，
例如在測量傳感器開動時或者所述持久存儲器EEPROM的覆寫時，根據(jù)本發(fā)明的完善在操作分析電路中此外還提供了用于暫時存儲電子能量的特別電容性的存儲電路。這里顯示的實施例中，能量緩沖器C作為穩(wěn)壓器30的一部分而顯示，所以實際上始終被施加內(nèi)部輸入電壓 Ue。但是在正常操作中至少為了保證避免有效電壓Uw的崩潰，在通過第一有效電壓Uw供電的結(jié)構(gòu)組和電路的事先設(shè)計中當然要保證，其最大轉(zhuǎn)化的電功率最大等于正常操作中最小可支配電功率和/或其瞬時轉(zhuǎn) 化的電功率最大等于瞬時可支配功率。
在本發(fā)明的另一構(gòu)造中此外提供了，在正常操作中的第二有效電
壓U^依賴于現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓Ue的瞬時電壓值而調(diào) 整。替代地或者補充地提供了，第二有效電壓U^依賴于端電壓Uk的
瞬時電壓值而調(diào)整，該端電壓Uk由供電電壓分壓，并通過現(xiàn)場設(shè)備電
子系統(tǒng)的最初而下降。這樣調(diào)整內(nèi)部輸入電壓Ue，例如將該電壓與端
電壓Uk間存在的壓差至少在正常操作中盡可能保持恒定在lv上，也
顯示了優(yōu)點。另外這樣也實現(xiàn)了在電流調(diào)節(jié)器is,或者整個穩(wěn)流器的操
作溫度變化的情況下，由各自的傳輸特性相對準確地調(diào)整輸入電壓Ue 以及隨之而出現(xiàn)的變化，并以簡單的方式實現(xiàn)了內(nèi)部輸入電壓Ue的非
常魯棒的調(diào)整。該調(diào)整例如可以通過前述的測量及調(diào)節(jié)單元60內(nèi)的差
動放大器實現(xiàn)，該放大器將由內(nèi)部輸入電壓Ue相應(yīng)導(dǎo)出的檢測電壓與
由端電壓Uk相應(yīng)導(dǎo)出的檢測電壓相減。替代地或者補充地，第二有效電壓UN2也依賴于三個分流In 12, 13中至少一個的瞬時電流強度而調(diào) 整。例如，第二有效電壓UN2可以依賴于第三分流13調(diào)整，在考慮了瞬時輸入電壓Ue之后，該電流強度實際上代表了現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi) 瞬時存在的過剩功率。作為測量參數(shù)這里特別合適的是操作穩(wěn)壓器和確定第三分流13的第二電流調(diào)節(jié)信號I3—stell。
為了確定和/或監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的瞬時操作狀態(tài)，根據(jù)本發(fā) 明的另一完善，提供了將現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)下降的電壓和/或在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)流動的電流與給定的特別是可調(diào)整的閾值進行對比的工具。用于電壓和/或電流進行對比的工具例如可以構(gòu)成為前述供電電路的測量及調(diào)節(jié)單元的積分組成部分。根據(jù)本發(fā)明一完善的構(gòu)造，對比工具設(shè)計為，如果檢測到通過第二有效電壓UN2的最小有效電壓極限值不足，該最小有效電壓極限為第二有效電壓UN2的給定最小有效電壓極限，以及檢測到通過第三分流13的最小分流極限值不足，該最小分流極限值為第三分流13的給定最小分流極限，則在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng) 側(cè)至少生成一個警告現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)不足供電的警告信號xpw—fall。為了第三分流13的采集，例如可以采用在輸入電壓調(diào)節(jié)器30， 60內(nèi)的
相應(yīng)由分流13流過的檢測電阻R3，該電阻提供基本上與電流成比例的檢測電壓。根據(jù)本發(fā)明的另一構(gòu)造，測量及調(diào)節(jié)單元60通過電流調(diào)節(jié)
信號13—steU這樣操作穩(wěn)壓器30，如果比較器警告了通過第二有效電壓的
給定最大有效電壓極限值被超出時，第三分流13尤其這時才流動，該比較器將第二有效電壓與至少一個所屬的參考電壓進行比較。例如用于對比電壓和/或電流的工具可以為簡單的比較器，該比較器將各自的檢測電壓與所屬的與各自閾值成比例的參考電壓進行比較，例如通過
輸入電壓Ue內(nèi)部生成的參考電壓。
權(quán)利要求
1.一種由外部電源(70)供電的用于現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)，其中外部電源(70)提供特別是單極的供電電壓(Uv)和由該供電電壓驅(qū)動的特別是單極的和/或雙極的可變供電電流(I)，該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)包括-由供電電流(I)流過的電流調(diào)節(jié)器(IS1)，用于調(diào)整和/或調(diào)制供電電流，特別是供電電流(I)的時鐘；-用于控制現(xiàn)場設(shè)備的內(nèi)部操作及分析電路(50)；以及-內(nèi)部供電電路(40)，其被施加從供電電壓(Uv)分壓的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)內(nèi)部輸入電壓(Ue)，且給內(nèi)部操作及分析電路(50)供電，該內(nèi)部供電電路具有；--第一電壓調(diào)節(jié)器(UR1)，其至少間歇地由特別是可變的供電電流(I)第一分流(I1)流過，該電壓調(diào)節(jié)器提供現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)內(nèi)的第一內(nèi)部有效電壓(UN1)，該有效電壓基本上恒定地調(diào)整到可給定的第一電平(UN1_soll)；--第二電壓調(diào)節(jié)器(UR2)，其至少間歇地由特別是可變的供電電流(I)第二分流(I2)流過，該電壓調(diào)節(jié)器提供現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)內(nèi)的第二內(nèi)部有效電壓(UN2)，該有效電壓在可給定的電壓范圍可變；以及--穩(wěn)壓器(30)，其至少間歇地由特別是可變的供電電流(I)第三分流(I3)流過，該穩(wěn)壓器用于將現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)的內(nèi)部輸入電壓(Ue)調(diào)整和保持到可給定的電平，特別是在操作過程中可變的電平；-其中操作及分析電路(50)至少間歇地不僅由特別是可變的第一有效電流(IN1)流過而且也由特別是可變的第二有效電流(IN2)流過，其中第一有效電流由第一有效電壓(UN1)驅(qū)動，第二有效電流由第二有效電壓(UN2)驅(qū)動。
2. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓(Ue)依賴于端電壓(Uk)的瞬時電壓值而調(diào)整，該端電壓從供電電壓(Uv)分壓并經(jīng)過現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)最初而下降。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng) 的第二有效電壓(UN2)依賴于端電壓(Uk)的瞬時電壓值而調(diào)整，該端電壓從供電電壓(uv)分壓并經(jīng)過現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)最初而下降。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓(Ue)依賴于端電壓(Uk)的瞬時電壓值而調(diào)整。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)的內(nèi)部輸入電壓(Ue)通過穩(wěn)壓器(30)保持在可給定的特別是操作中可變的電平上，該電平低于端電壓(Uk)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中通過穩(wěn)壓器 (30)將內(nèi)部輸入電壓(Ue)保持在該電平，該電平可以在操作中特別是階段式地或者基本上持續(xù)地可變。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中第二有效電壓(UN2)，依賴于現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓(Ue)的瞬時電壓值而調(diào)整。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中第二有效電壓(UN2)依賴于三個分流(1，I2， I3)中的至少一個的瞬時電流強度而調(diào)整。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中第二有效電壓(UN2)依賴于第三分流(I3)的瞬時電流強度而調(diào)整。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中第二有效電壓(UN2)依賴于第二分流(12)的瞬時電流強度和現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓(Ue)的瞬時電壓值而調(diào)整。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中外部的供電電源(70)提供具有可變的，特別是波動的電壓值的供電電壓(Uv)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中由外部電源(70)提供的供電電壓(Uv)驅(qū)動電流強度可變的，特別是以基本上不可預(yù)見方式波動的供電電流(I)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中在操作及分析電路(50)內(nèi)提供了用于暫時存儲電能的存儲電路(C)。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中穩(wěn)壓器(30) 包括主要用于耗散電能以及導(dǎo)出其中由此形成的熱能的構(gòu)件(IS2)，特別是半導(dǎo)體元件等。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中在操作及分析電路(50)內(nèi)提供了至少一個微處理器(pC)，其中第一有效電壓(UN1)或者由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分作為操作電壓。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中在操作及分析電路(50)內(nèi)提供了至少一個數(shù)字信號處理器，其中第一有效電壓(UNI)或者由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分作為操作電壓。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中在操作及分析電路(50)內(nèi)提供了至少一個放大器，其中兩個有效電壓(UN1， UN2)中的至少一個或由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分作為操作電壓。
18. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中在操作及分析電路(50)內(nèi)提供了至少一個A/D轉(zhuǎn)換器，其中第一有效電壓(U^)或者由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分作為操作電壓。
19. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中在操作及分析電路(50)內(nèi)提供了至少一個D/A-轉(zhuǎn)換器，其中兩個有效電壓(Uw， UN2)中的至少一個或由其導(dǎo)出的次級電壓至少部分作為操作電壓。
20. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，此外在操作及分析電路內(nèi)還提供了將在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)中電壓的下降和/或在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)中電流的流動做比較的工具。
21. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中如果在操作及分析電路內(nèi)檢測到第二有效電壓低于對于第二有效電壓給定的最小有效電壓極限值以及第三分流低于對于第三分流給定的最小分流極限值，則操作及分析電路至少生成一個警告現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的不足供電的報警信號(Xpwr_fail)。
22. 根據(jù)前述權(quán)利要求20至21之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，此外本現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)還包括至少一個將由供電電流的第三分流導(dǎo)出的檢測電壓與所屬參考電壓進行比較的比較器。
23. 根據(jù)前述權(quán)利要求20至22之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，此外還包括一個將第二有效電壓與至少一個所屬參考電壓進行比較的比較器。
24. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，此外還包括測量及調(diào)節(jié)單元(60)，用于檢測和調(diào)整現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)下降電壓特別是第二有效電壓和/或現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)流動電流特別是第二和 /或第三分流。
25. 根據(jù)前述權(quán)利要求23和24的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中測量及調(diào)節(jié)單元這樣控制穩(wěn)壓器，使得如果將第二有效電壓與至少一個所屬參考電壓比較的比較器用信號通知第二有效電壓超出了對于第二有效電壓給定的最大有效電壓極限值，則第三分流流動。
26. 根據(jù)前述權(quán)利要求24或25的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，其中測量及調(diào)節(jié)單元根據(jù)輸入電壓(Ue)和/或端電壓(Uk)將輸入電壓(Ue)和端電壓(Uk)之間形成的壓差(Uk-Ue)調(diào)整到一個給定的特別是等于或大于1V的電壓值。
27. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，此外還包括用于生成基本上與電流成比例的檢測電壓的檢測電阻(Rp R2， R3)。
28. 根據(jù)前述權(quán)利要求之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，該系統(tǒng)系統(tǒng)與外部的供電只通過一條唯一的雙導(dǎo)線(2L)電連接。
29. —種現(xiàn)場設(shè)備，用于測量和/或監(jiān)測至少一個給定的物理和/或化學(xué)參數(shù)，特別是導(dǎo)入導(dǎo)管和/或容器內(nèi)的介質(zhì)的流量，密度，粘度，料位，壓力，溫度，PH-值等，該測量儀表包括如權(quán)利要求1至28之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)以及與現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)電耦合連接的物理-電子測量傳感器(10)，該傳感器對于至少一個參數(shù)的變化做出反應(yīng)且至少間歇地給出至少一個與該參數(shù)相對應(yīng)的測量信號(Sp S2)，特別是可變的信號電壓和/或可變的信號電流(Sp S2)。
30. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的操作及分析電路借助至少一個測量信號至少間歇地生成一個至少代表要測量和/或要監(jiān)測的參數(shù)的特別是數(shù)字的瞬時測量值(XM)。
31. 根據(jù)前述權(quán)利要求29或30的現(xiàn)場設(shè)備，其中測量及分析單元(60)與電流調(diào)節(jié)器共同構(gòu)成特別是線性的穩(wěn)流器，并且其中穩(wěn)流器根據(jù)瞬時代表至少一個測量和/或監(jiān)測參數(shù)的測量值而調(diào)整供電電流。
32. 根據(jù)前述權(quán)利要求31的現(xiàn)場設(shè)備，其中供電電流為可變的直流并且穩(wěn)流器設(shè)計為將供電電流的振幅至少間歇地調(diào)制到測量值上。
33. 根據(jù)前述權(quán)利要求31的現(xiàn)場設(shè)備，其中供電電流至少間歇地為脈沖電流，并且其中穩(wěn)流器為供電電流提供時鐘脈沖。
34. 根據(jù)前述權(quán)利要求29至33的現(xiàn)場設(shè)備，其中操作及分析電路包括至少一個用于測量傳感器(10)的驅(qū)動電路(50B)，在該電路(50B)中第二有效電壓或者由該有效電壓導(dǎo)出的次級電壓至少部分被用于操作電壓。
35. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中驅(qū)動電路至少包括運算放大器。
36. 根據(jù)前述權(quán)利要求34或35的現(xiàn)場設(shè)備，其中驅(qū)動電路包括至少一個D/A-轉(zhuǎn)換器。
37. 根據(jù)前述權(quán)利要求34至36之一的現(xiàn)場設(shè)備，其中驅(qū)動電路包括至少一個用于生成驅(qū)動信號的特別是數(shù)字的信號發(fā)生器。
38. 根據(jù)前述權(quán)利要求34至37之一的現(xiàn)場設(shè)備，其中測量傳感器包括由驅(qū)動電路供電的特別是可變的電阻抗，特別是具有可變電感的勵磁線圈和/或具有可變電容的測量電容。
39. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中電阻抗由驅(qū)動電路供電。
40. 根據(jù)前述權(quán)利要求38或39的現(xiàn)場設(shè)備，其中測量傳感器的電阻抗依賴于至少一個測量和/或監(jiān)測參數(shù)而變化。
41. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中經(jīng)過自變電阻抗而下降的信號電壓和/或通過自變電阻抗流過的信號電流作為測量信號。
42. 根據(jù)前述權(quán)利要求29至41之一的現(xiàn)場設(shè)備，其中操作及分析電路包括對于至少一個傳感器信號的至少一個A/D轉(zhuǎn)換器，在該轉(zhuǎn) 換器中第一有效電壓或者由該電壓導(dǎo)出的次級有效電壓至少部分作為操作電壓。
43. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中操作及分析電路包括至少一個與A/D轉(zhuǎn)換器連接的，特別是通過微處理器和/或信號處理器構(gòu) 成的微計算機，用于測量值的生成，其中第一有效電壓至少部分作為微計算機的操作電壓。
44. 根據(jù)前述權(quán)利要求29至43之一的現(xiàn)場設(shè)備，其中測量傳感器包括至少一個用于引導(dǎo)介質(zhì)的測量管(13)，其安裝入導(dǎo)管中，特別是在操作中至少間歇地振動。
45. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中在測量傳感器處至少配置了一個用于生成磁場特別是可變磁場的勵磁線圈(26， 36)。
46. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中勵磁線圈(26， 36)在測量傳感器操作中至少間歇地由磁場生成的激勵電流(Iexe)流過，該激勵電流特別是雙極性的和/或電流強度可變的，由第二有效電壓或者由該電壓導(dǎo)出的次級電壓驅(qū)動。
47. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中勵磁線圈(26， 36)通過磁場與活動鐵芯(27， 37)相互作用，并且其中磁場線圈與活動鐵芯可彼此相對運動。
48. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中測量傳感器的至少一個測量管(13)由通過磁場線圈和活動鐵芯形成的激勵系統(tǒng)驅(qū)動，在測量傳感器操作中至少間歇地振動，該激勵系統(tǒng)是電機的特別是電動的激勵系統(tǒng)。
49. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中測量傳感器包括兩個用于引導(dǎo)介質(zhì)的測量管，它們安裝入導(dǎo)管且在操作中至少間歇地振動。
50. 根據(jù)前述權(quán)利要求29至43之一的現(xiàn)場設(shè)備，其中測量傳感器用于檢測裝有介質(zhì)的容器的至少一個參數(shù)，特別是料位，并且為此該測量傳感器包括至少一個伸入容器內(nèi)腔的或者至少與內(nèi)腔相通信的測量探針，特別是微波天線，Gouboim-導(dǎo)線，振動的潛入體等。
51. 根據(jù)前述權(quán)利要求29至52之一的現(xiàn)場設(shè)備，其中該現(xiàn)場設(shè) 備至少間歇地通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與遠離現(xiàn)場設(shè)備配置的外部操作及控制單元通信，其中在現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)還提供了控制經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的通信的通信電路(COM)。
52. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中第一有效電壓(UN1)或者由此導(dǎo)出的次級電壓至少部分作為通信電路(COM)的操作電壓。
53. 根據(jù)前述權(quán)利要求29至52之一的現(xiàn)場設(shè)備，其中現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)與外部電源(70)只通過唯一的雙導(dǎo)線(2L)電連接并且該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)(20)將至少間歇生成的代表至少一個測量和/或監(jiān) 測參數(shù)的特別是數(shù)字的瞬時測量值(Xm)通過該唯一的雙導(dǎo)線(2L) 傳輸?shù)皆谕獠侩娫?70)內(nèi)的和/或與該電源電耦合連接的分析電路中(80)。
54. 根據(jù)前述權(quán)利要求的現(xiàn)場設(shè)備，其中特別是調(diào)整到4mA和 20mA之間的值的供電電流瞬時電流強度代表了瞬時生成的測量值 (XM)。
55. —種現(xiàn)場設(shè)備，用于調(diào)整至少一個給定的物理和/或化學(xué)參數(shù)，特別是導(dǎo)入導(dǎo)管和/或容器內(nèi)的介質(zhì)的流量，密度，粘度，料位，壓力，溫度，PH-值等，該測量儀表包括如權(quán)利要求1至28之一的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)以及與現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)電耦合連接的電子-物理的控制調(diào)節(jié) 元件，該控制調(diào)節(jié)元件以其對調(diào)整參數(shù)有影響的調(diào)整動作而對至少一個設(shè)置的控制信號的變化作出反應(yīng)，該控制信號特別是可變的信號電壓和/或可變的信號電流。
全文摘要
一種現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)，包括由供電電流流過的電流調(diào)節(jié)器，用于調(diào)整和/或調(diào)制供電電流，其中供電電流由外部電源側(cè)提供的供電電壓驅(qū)動。此外該現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)包括用于控制現(xiàn)場設(shè)備的內(nèi)部操作及分析電路，以及內(nèi)部供電電路，該內(nèi)部供電電路被施加從供電電壓分壓的現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)內(nèi)部輸入電壓并且為內(nèi)部操作及測量電路供電。在供電電路內(nèi)提供了至少間歇地由供電電流的第一分流流過的電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器提供了現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的第一內(nèi)部有效電壓，該有效電壓基本上恒定調(diào)節(jié)到可給定的第一電平上。此外，該供電電路包括至少間歇地由供電電流的第二分流流過的第二電壓調(diào)節(jié)器，該電壓調(diào)節(jié)器提供了現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的第二內(nèi)部有效電壓，其在可給定的電壓范圍內(nèi)可變化；以及至少間歇地由供電電流的第三分流流過的穩(wěn)壓器，用于將現(xiàn)場設(shè)備電子系統(tǒng)的內(nèi)部輸入電壓調(diào)整和保持在可給定的電平上。根據(jù)本發(fā)明，由第一有效電壓驅(qū)動的第一有效電流和由第二有效電壓驅(qū)動的第二有效電流至少間歇地流過操作及分析電路。
文檔編號H02J1/00GK101111989SQ200580047442
公開日2008年1月23日申請日期2005年12月16日優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者羅伯特·拉拉申請人:恩德斯+豪斯流量技術(shù)股份有限公司

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