具有電流接口的變送器電路以及具有這種變送器電路的測量設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種尤其是適用于使用在具有模擬輸出信號的數(shù)字測量變送器中的 變送器電路，其用于將代表隨時間改變的物理和/或化學被測變量的時間變化曲線的數(shù)字 測量信號轉換為依賴于上述數(shù)字測量信號的具有信號電流的模擬測量值信號，該信號電流 的電流強度代表被測變量的測量值。此外，本發(fā)明還涉及一種借助這種變送器電路形成的 測量設備。
【背景技術】
[0002] 在工業(yè)的測量和自動化技術中，尤其是也結合化學過程或方法技術過程的自動 化和/或自動化的控制工業(yè)機組，使用直接安裝在相應的機組上的、有時也被稱為現(xiàn)場設 備或現(xiàn)場測量設備的測量設備，例如科里奧利質量流量測量設備、密度測量設備、磁感應 流量測量設備、渦旋流量測量設備、超聲波流量測量設備、熱質量流量測量設備、壓力測 量設備、填充高度測量設備、溫度測量設備、pH值測量設備等，它們分別用于獲知代表分 別在預定的測量范圍內隨時間改變的物理和/或化學被測變量的測量值以及分別用于 產生至少一個在相應的測量設備之外傳遞上述測量值的數(shù)字或模擬測量值信號。要分 別借助相應的測量設備檢測的被測變量根據(jù)應用情況例如是流體的粉末狀的、蒸汽狀的 或氣態(tài)的介質的質量流量、密度、粘度、填充高度或邊界狀態(tài)、壓力、pH值、電導率或溫度 或類似變量，該介質在相應的容器，例如管狀線路或箱中進行引導或存儲。對于本領域 技術人員來說本身就公知的測量設備此外還在EP-A1 591 977、GB-A22 29 897、US-A 2001/0016802、US-A2010/0026322、US-A56 72 975、US-A60 14 100、US-A61 40 940、 US-B64 52 493、US-B64 72 884、US-B66 84 340、US-B71 62 651、US-B72 96 482、 US-B76 30 844、US-B77 78 784、US-B77 92 646、W0-A00/26739、W0-A00/48157、W0-A 01/71291、WO-A03/106931、WO-A2008/091548、WO-A2009/002341、WO-A2011/005938、 WO-A2012/009003、WO-A2012/159683、WO-A88/02476、WO-A88/02853、WO-A94/20940、 TO-A95/08123、W0-A95/08758或者也在申請人自己的沒有提前公開的國際申請PCT/ EP2012/057791中示出，或者由申請人自己例如以名稱t-trendATT12、Promag53H、 Prowirl73F、PromassE200、PromassF200、Promass83X或Promass84F提供在商業(yè)上 使用。
[0003] 為了檢測相應的過程變量，之前提到類型的測量設備分別具有相應的物理電或化 學電測量傳感器。該測量傳感器大多安裝到相應引導介質的容器的壁中，或者安裝到相應 引導介質的線路的路線，例如管狀線路中，并且用于生成至少一個與要檢測的被測變量相 對應的，即代表其時間變化曲線的首先是模擬的電測量信號，其又借助與測量轉換器電聯(lián) 接的測量設備電子器件進一步進行處理，使獲知被測變量的相應的測量值。相應的測量設 備的測量設備電子器件大多安置在比較堅固的，例如耐沖擊、耐壓力、耐爆炸和/或耐惡劣 氣候的電子器件殼體中。該電子器件殼體例如可以遠離測量傳感器地布置，并且與測量傳 感器僅通過柔性的線路連接；但電子器件殼體也可以直接布置在測量傳感器上，或者布置 在單獨封裝測量傳感器的測量傳感器殼體上。所提到的測量設備的測量設備電子器件在運 行中此外通過相應的聯(lián)接端子和與之連接的電聯(lián)接線路與大多在空間上遠離相應的測量 設備布置的、大多也在空間上分布的、上級的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)電聯(lián)接，由相應的測量設備 產生的測量值借助測量值信號以經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理過的格式轉送至該電子數(shù)據(jù)處理系 統(tǒng)。在測量技術中，尤其是也對于在更大的例如在10米至數(shù)百米數(shù)量級中的距離上傳遞測 量值信號的情況，非常普遍的是使用模擬電流信號，即模擬測量值信號，其中，被輸入的但 仍然在預定的測量區(qū)間內變化的，即在用于傳遞測量值而保留的電流范圍內變化的信號電 流的瞬時的電流強度分別精確地代表對被測變量的測量值。在工業(yè)的測量技術中，為了傳 遞測量值經(jīng)常使用所謂的4-20mA的電流環(huán)路，進而這種信號電流被用作為測量值信號，其 可在設定在例如3. 8mA的有時也被稱為導電零點或帶電零值（Life-Zero-Wert)的下邊界 電流強度與設定在例如20. 5mA的上邊界電流強度之間的測量區(qū)間內變化。在4-20mA的電 流環(huán)路中，位于上述尤其也在標準DINIEC60381-1中限定的測量區(qū)間之下或之上的電流 強度范圍大多針對信號化之前限定的、與相應于相應的測量設備的正常的測量運行的正常 運行模式不同的特殊運行狀態(tài)（例如警告狀態(tài)），由于位于因測量設備而異的測量范圍之 外的被測變量或者由于測量傳感器故障而保留測量設備的相應的特殊運行模式，例如也以 便滿足在NAMUR推薦標準NE43:1994年1月18日中規(guī)定的對統(tǒng)一的針對具有模擬輸出信 號的數(shù)字測量變送器的故障信息的信號水平的要求。
[0004] 為了產生測量值信號，在所提到類型的現(xiàn)代測量設備中，借助例如直接布置在測 量傳感器和/或提及的電子器件殼體內的模擬數(shù)字轉換器，首先從測量轉換器的模擬電測 量信號中得到代表該模擬電測量信號的數(shù)字測量信號。為了進一步處理數(shù)字測量信號，BP 為了產生代表相應的被測變量的數(shù)字測量值，以及為了將上述測量值轉換為至少一個之 前描述類型的可在測量設備電子器件之外傳遞和評估的測量值信號，測量設備電子器件 此外具有接收數(shù)字測量信號的變送器電路。像也在開頭提及的US-A2001/0016802、US-A 2010/0026322、US-A2011/0062942、US-B76 30 844、US-B77 92 646、US-B77 78 784、 US-B64 52 493、US-A60 14 100、W0-A95/08123 或W0-A2012/009003 中分別示出的那 樣，上述變送器電路在所提及類型的現(xiàn)代測量設備中大多借助有時也具有多于一個的處理 器和/或數(shù)字信號處理器0SP)的數(shù)字微處理器形成，其通過測量信號輸入端輸送給該數(shù) 字微處理器。上述微處理器由此也被設置成用于基于測量信號輸入端上的數(shù)字測量信號生 成測量值序列，即在不同的時間點上獲得的、分別瞬時代表被測變量的數(shù)字測量值的代表 被測變量的時間變化曲線的序列。
[0005] 針對提到的情況，即，模擬電流信號作為測量值信號輸出，上述變送器電路此外具 有由微處理器控制的電流接口，其具有至少一個電流輸出端和控制輸入端，電流接口被設 置成用于可以使信號電流流過電流輸出端，并且在此期間，將其電流強度調節(jié)到與由微處 理器在相應的控制輸出端上預定的、瞬時施加在上述控制輸入端上的控制值相當?shù)撵o態(tài)電 流強度水平，使得其中每個靜態(tài)電流強度水平根據(jù)電流接口固有的，即通過形成電流接口 的電子部件的運行參數(shù)確定的特性曲線函數(shù)分別依賴于附屬的控制值。電流接口在此可以 構造為無源的，即在負載調制的意義中調節(jié)由布置在測量設備之外的供應電路驅動的電流 的接口，或者可以構造為有源的，即改變由測量設備的內部供應電路驅動的電流的接口。此 外，在微處理器中存儲有相應的、由至少兩個預定的系數(shù)確定的計算規(guī)則，其確定如何依賴 于測量值序列的數(shù)字測量值獲知控制值序列的其中每個控制值。上述計算規(guī)則大多是由正 好兩個系數(shù)確定的線性函數(shù)或多項式次數(shù)為1的多項式函數(shù)。因此，所提到類型的變送器 電路整體上具有通過上述計算規(guī)則和電流接口固有的特性曲線函數(shù)確定的變送器特性曲 線，根據(jù)該變送器特性曲線，相應的變送器電路將其中每個測量值轉換為相應的電流強度 水平，或者根據(jù)該變送器特性曲線，將位于分別預定的測量范圍內的被測變量繪制到信號 電流上。
[0006] 通常，這種電流接口借助線性電流調節(jié)器和接在該線性電流調節(jié)器之前的數(shù)字模 擬轉換器形成，用以將針對要調節(jié)的信號電流的數(shù)字控制值轉換為相應的模擬控制值。線 性電流調節(jié)器在此借助在流過信號電流的測量電阻上下降的模擬測量電壓來檢測瞬時電 流強度水平。像在開頭提及的W0-A95/08123中示出的那樣，上述電流接口此外可以具有 借助數(shù)字化上述測量電壓的模擬數(shù)字轉換器形成的電流信號輸出端，在該電流信號輸出端 上輸出電流值序列，即在不同的時間點上獲得的分別代表相應的電流強度的數(shù)字電流值的 代表信號電流的實際調節(jié)出的電流強度的時間變化曲線的序列。通過微處理器的與上述電 流信號輸出端相應地連接的電流信號輸入端可以由微處理器讀入數(shù)字電流值并對其進行 進一步處理，例如用以獲知端子電壓與借助針對信號電流的電流接口實際調節(jié)出的電流強 度的依賴性，該端子電壓可以在兩個分別與在測量設備之外分布的在運行中引導信號電流 的聯(lián)接線路連接的聯(lián)接端子之間測得。
[0007] 由于運行測量設備的使用者和/或監(jiān)督借助測量設備形成的測量點的主管部門 的要求，所提到類型的測量設備也在其開始運轉后，尤其是在重新校準的意義中，有時要檢 驗所要求的或者在說明書中證實的測量精確度，即被測變量最后繪制到測量值信號上的精 確度是否總是能可靠地實現(xiàn)。在檢驗所提到類型的測量設備時，尤其也特別注意到其相應 的電流接口。這尤其也由于通常是從如下出發(fā)的，即，電流接口當前固有的特性曲線函數(shù)由 老化決定地可以與原來，即在更早的時間點上，例如在制造商處進行校準期間或者在測量 設備開始運轉期間相應的電流接口固有的特性曲線函數(shù)不同，根據(jù)該電流接口當前固有的 特性曲線函數(shù)，信號電流的電流強度當前實際上依賴于附屬的控制值來調整。檢驗電流接 口通常以如下方式進行，即，將電流測量設備，例如數(shù)字安培計接入借助電流接口形成的電 路中，從而使上述電流測量設備也可以引導信號電流，并且隨后，通過相應的開始指令觸發(fā) 的微處理器實施相應的測試程序，在該測試程序中，一組之前限定的檢驗控制值依次轉送 到電流接口上，并且產生電流強度水平的與此相應的次序。作為檢驗控制值大多使用如下 控制值，即，這些控制值與測量區(qū)間的與測量范圍的范圍下限和/或范圍上限對應的邊界 電流強度相當，也就是說例如針對4mA或20mA的控制值。依賴于相應的檢驗控制值實際調 節(jié)出的靜態(tài)電流強度水平借助電流測量設備分別被精確測量，并且相應地示出。為了建立 檢驗文檔的目的，檢驗控制值可以與針對與此相應地實際調節(jié)出的電流強度水平的相應的 測量值一起也借助例如直接與電流測量設備聯(lián)接的或者在其中執(zhí)行的數(shù)字記錄設備來存 儲。相同地，分別由微處理器調節(jié)出的檢驗控制值也可以在測量設備上顯示，并且/或者為 了存儲的目的，可以被傳送到至少針對該情況通過測量設備電子器件的相應的伺服接口與 微處理器連通的數(shù)字記錄設備上。
[0008] 由電流測量設備獲知的針對各電流強度水平的測量值在電流測量之后與相應附 屬的檢驗控制值進行比較，從而分別獲知實際調節(jié)出的靜態(tài)電流強度水平與相應的檢驗控 制值的偏差。如果整個偏差位于預定的公差范圍內，進而確定電流接口的當前的特性曲線 函數(shù)與初始的特性曲線函數(shù)沒有明顯偏差，那么相應的電流接口的檢驗可以被歸為合格， 否則需要相應地重新調整變送器電路。在傳統(tǒng)的變送器電路中，這種調整例如可以通過如 下方式進行，即，將針對不同的電流強度水平的測量值讀入微處理器中，例如通過經(jīng)由被聯(lián) 接的鍵盤手動輸入，或者通過從提及的記錄設備中直接讀出，并且微處理器基于上述測量 值、相應附屬的檢驗控制值以及用于獲知控制值的計算規(guī)則的存儲在微處理器中的系數(shù)來 計算出針對計算規(guī)則的一組新的替換系數(shù)，并且隨后修改計算規(guī)則，其方法是，隨后使用替 換系數(shù)代替針對計算規(guī)則的初始的系數(shù)。上述計算規(guī)則的修改也可以在傳統(tǒng)的測量設備中 例如通過如下方式進行，即，針對電流強度水平的測量值、相應附屬的檢驗控制值與存儲在 微處理器中的系數(shù)一起首先由保持在測量設備之外的，必要時也通過伺服接口或無線接口 與變送器電路連通的便攜式計算機（例如筆記本）或臺式機讀入，并且以此為基礎計算出 相應的替換系數(shù)，其隨后又被轉送至變送器電路的微處理器。
[0009] 之前提到類型的傳統(tǒng)的測量設備電子器件或在其中執(zhí)行的變送器電路的一個缺 點在于：為了檢驗其電流接口而中斷測量設備的正常的測量運行，進而從測量點被監(jiān)控的 機組部件在檢驗的持續(xù)時間內必須停止運行。此外，這種檢驗需要大多很貴的或者要以相 同方式反復校準的電流測量設備，進而需要特殊的檢驗器件。所提到類型的傳統(tǒng)的測量設 備電子器件或其相應的變送器電路的另一缺點還在于：一方面，檢驗電流接口命令對相應 的借助要檢驗的測量設備或與之聯(lián)接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)形成的測量系統(tǒng)（在此是暫時接入 對于檢驗來說必需的電流測量設備）的明顯的手動干預，并且另一方面，對控制值計算規(guī) 則的可能的修改需要其他特殊的形式為能相應地連通的記錄設備和/或經(jīng)相應編程的計 算機的檢驗器件，進而需要明顯更多的技術費用。

【發(fā)明內容】

[0010] 據(jù)此，本發(fā)明的任務是通過如下方式改進所提到類型的測量設備電子器件，進而 還有利用其形成的測量設備，即，使得可以實現(xiàn)僅利用機載的，即由測量設備電子器件提供 的檢驗器件來對電流接口進行上述檢驗，進而即使在沒有另外手動干預安裝好的，即通過 聯(lián)接線路已經(jīng)與上級的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)聯(lián)接的測量設備的情況下，或者即使在沒有特殊的外 部檢驗器件的情況下也可以實現(xiàn)，具體而言是盡可能即使在長