專利名稱：可靠檢測(cè)多模擬輸入信號(hào)的方法、模擬輸入電路及具有該電路的測(cè)量傳感器和測(cè)量變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于可靠檢測(cè)多個(gè)模擬輸入信號(hào)的方法，該輸入信號(hào)利用第一和 第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字的單次測(cè)量值。本發(fā)明涉及一種模擬輸入電路，具有用于多個(gè)模擬輸入信號(hào)的電輸入端；用于 輸出對(duì)應(yīng)一致的測(cè)量值的測(cè)量值輸出端；以及用于輸出信息、特別是錯(cuò)誤信息或報(bào)警信息 的信息輸出端。模擬輸入電路具有一個(gè)上一級(jí)控制單元；兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及至少一個(gè) 在前接入的、可控制的多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器用于利用控制單元將輸入信號(hào)的至少一 部分連接于各個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。最后，本發(fā)明涉及一種測(cè)量傳感器以及一種特別是用于在雙線電流回路上運(yùn)行的 測(cè)量變換器。測(cè)量傳感器以及測(cè)量變換器分別具有多個(gè)用于檢測(cè)如壓力、力、溫度或類似 值的物理測(cè)量值的傳感器單元；以及至少一個(gè)這樣的模擬輸入電路，該模擬輸入電路用于 檢測(cè)相應(yīng)的、來(lái)自于各個(gè)傳感器單元的模擬輸入信號(hào)。
背景技術(shù)：
模擬輸入信號(hào)理論上可以來(lái)自于任意的信號(hào)源，例如來(lái)自于測(cè)量傳感器或來(lái)自于 音頻源或視頻源。本申請(qǐng)的重點(diǎn)是那些在其中檢測(cè)作為測(cè)量值的物理值的方法，這些值例如為壓 力、溫度、力、流量或類似值。測(cè)量值典型地來(lái)自于傳感器單元，例如來(lái)自于壓力傳感器、溫 度傳感器、力傳感器或流量傳感器。傳感器單元例如可以集成在測(cè)量傳感器或測(cè)量變換器 中，或者連接在其上。測(cè)量變換器可以是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，該設(shè)備典型地使用于系統(tǒng)技術(shù)和自動(dòng)化 技術(shù)中，例如使用于化學(xué)工業(yè)、石油化學(xué)中和井下開采中。這樣的測(cè)量變換器，例如西門子 公司(Fa. Siemens)的型號(hào)為SITRANS P的測(cè)量變換器，在雙線電流回路上運(yùn)行以用于傳輸 測(cè)量值。通過(guò)同一個(gè)雙線電流回路，測(cè)量變換器也被供給了用于為電子電路饋電的電能。通常這樣的測(cè)量傳感器和測(cè)量變換器具有一個(gè)或多個(gè)模擬輸入電路，這些電路利 用相應(yīng)的測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)測(cè)量。對(duì)此，模擬輸入電路具有一個(gè)或多個(gè)所謂的模擬_/數(shù)字-轉(zhuǎn) 換器，縮寫為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D-Umsetzer)。該轉(zhuǎn)換器將施加的模擬輸入信號(hào)或測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn) 換為對(duì)應(yīng)一致的數(shù)字的測(cè)量值?？梢酝ㄟ^(guò)來(lái)自于多個(gè)單次測(cè)量值的平均值來(lái)提高需要檢測(cè) 的輸入信號(hào)的準(zhǔn)確性。如果設(shè)計(jì)為檢測(cè)多個(gè)輸入信號(hào)，那么可以在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前接入模 擬的多路復(fù)用器。這種多路復(fù)用器例如可以由上一級(jí)控制單元、例如由微控制器進(jìn)行控制， 以用于選擇期望的測(cè)量通道?？商鎿Q的是，多路復(fù)用器可以已經(jīng)被集成在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。在 此情況下，模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有多個(gè)用于模擬輸入信號(hào)的信號(hào)輸入端。為了檢測(cè)開頭所述的測(cè)量值，在測(cè)量傳感器和測(cè)量變換器中，特別是為了實(shí)現(xiàn)精 確地調(diào)節(jié)工業(yè)的或化學(xué)的過(guò)程而需要高度精確的并且同時(shí)快速的測(cè)量，以便例如可以在 壓力下降的情況下能夠以過(guò)程技術(shù)(prozesstechnisch)快速接入(eingreifen)。在其 上還對(duì)運(yùn)行安全性和可靠性提出了高要求的那些測(cè)量傳感器和測(cè)量變換器也必須以更高的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證，例如根據(jù)所謂的按照IEC 61508的SIL標(biāo)準(zhǔn)(SIL表示安全完整性等級(jí) (Safety Integrity Level))。為了滿足該標(biāo)準(zhǔn)已知的是，冗余地裝配測(cè)量傳感器或測(cè)量變換器。在這種解決方 案中不利的是由于兩倍或甚至于多倍的設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的大的空間需求量以及高費(fèi)用。也已知 了測(cè)量設(shè)備，該設(shè)備滿足以上所述標(biāo)準(zhǔn)，并且同時(shí)不冗余地設(shè)計(jì)。然而這樣的測(cè)量設(shè)備很昂 貴，這是因?yàn)樗枰哪?shù)轉(zhuǎn)換器必須是快速的、安全的并且同時(shí)也還必須是高精度的。這 種特殊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器與常規(guī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相比貴許多倍，常規(guī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器相比較而言或 者是快速但精度低，或者是精度高但速度慢。特殊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的價(jià)格經(jīng)常高于被大批量 生產(chǎn)的商業(yè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器多個(gè)價(jià)格等級(jí)。此外也要考慮的是，采樣率通過(guò)模擬輸入信號(hào)的 多路復(fù)用而被大大降低。在通常應(yīng)用的希格馬_德爾塔轉(zhuǎn)換器(Sigma-Deltal-Umsetzern) 中，即使當(dāng)例如兩個(gè)或三個(gè)輸入信號(hào)被“多路復(fù)用(gemultiplext)”時(shí)，采樣率甚至降低了 6個(gè)系數(shù)(Faktor)。其原因在于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入電路中濾波器的必需的起振時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提出一種用于可靠檢測(cè)多個(gè)模擬輸入信號(hào)的方法，以及 一種用于實(shí)施該方法的模擬輸入電路。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提出具有這種類型的模擬輸入電路的一種合適的測(cè)量 傳感器以及一種合適的測(cè)量變換器。本發(fā)明的目的在方法方面利用權(quán)利要求1所述的特征實(shí)現(xiàn)。有利的方法變體在從 屬權(quán)利要求2至6中給出。在權(quán)利要求7中給出了一種用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的模擬 輸入電路。分別在權(quán)利要求8中給出了一種測(cè)量傳感器和在權(quán)利要求9中給出了一種測(cè)量 變換器，該測(cè)量傳感器和測(cè)量變換器都具有根據(jù)本發(fā)明的模擬輸入電路。根據(jù)本發(fā)明，該方法規(guī)定用于可靠檢測(cè)多個(gè)模擬輸入信號(hào)。輸入信號(hào)利用兩個(gè)模 數(shù)轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字的單次測(cè)量值。具有測(cè)量時(shí)鐘脈沖的預(yù)設(shè)總數(shù)的第一測(cè)量平 均周期由上一級(jí)控制單元進(jìn)行預(yù)設(shè)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以利用至少一個(gè)可由控制單元控制的多 路復(fù)用器連接于輸入信號(hào)的至少一部分。分別在第一測(cè)量平均周期內(nèi)，由第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器 在第一數(shù)量?jī)?yōu)選是相應(yīng)于總數(shù)的數(shù)量的測(cè)量時(shí)鐘脈沖中檢測(cè)第一輸入信號(hào)，并且由控制單 元累計(jì)地求平均以得到第一測(cè)量值。由第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器在和第一數(shù)量相比較小數(shù)量的測(cè)量 時(shí)鐘脈沖中檢測(cè)第二輸入信號(hào)，并且累計(jì)地求平均以得到第二測(cè)量值。由第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器 在第三數(shù)量的測(cè)量時(shí)鐘脈沖中、優(yōu)選的是在僅僅一個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖中檢測(cè)第一輸入信號(hào)， 作為至少另一個(gè)單次測(cè)量值。如果至少另一個(gè)單次測(cè)量值(Dl')與同步地由第一模數(shù)轉(zhuǎn) 換器(2)檢測(cè)的單次測(cè)量值(Dl)的偏差、或與到那時(shí)為止被求平均的第一測(cè)量值(MWl') 的偏差超過(guò)最大允許的偏差值，則輸出信息。本發(fā)明特別的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)適宜地控制兩個(gè)“常規(guī)的”模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)模 擬輸入信號(hào)的相比較而言快速、安全并且同時(shí)高精度的測(cè)量。對(duì)此，由監(jiān)控所需要的第一模 擬輸入信號(hào)作為主要測(cè)量值的載體在大量的測(cè)量時(shí)鐘脈沖中由兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的任一 個(gè)求平均以得到高精度的數(shù)字測(cè)量值。在此期間，該輸入信號(hào)還被一次或多次“介乎其間 (zwischendrin) ”地由這兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的另一個(gè)短時(shí)間地“一起測(cè)量”，以便檢測(cè)兩個(gè) 一樣的輸入信號(hào)彼此間的偏差。由此可以有利地非?？斓刈R(shí)別出第一傳感器信號(hào)的、例如在壓力下降時(shí)的壓力值或流量值的突然的變化。然后可以例如使上一級(jí)的過(guò)程計(jì)算機(jī)馬上 以調(diào)節(jié)技術(shù)(regelungstechnisch)接入過(guò)程中。由兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的測(cè)量值比較也可以直接確定，是否還可以在指定的公差界限 內(nèi)精確地檢測(cè)測(cè)量值。此外，表示兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中任一個(gè)的故障或錯(cuò)誤特性的安全指數(shù) 不允許有偏差。這種故障或錯(cuò)誤特性通過(guò)顯著的測(cè)量值偏差表明。在雙重錯(cuò)誤的意義上兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的同時(shí)的、然而極其不可能出現(xiàn)的故障 在這里不再進(jìn)一步加以考慮。如果也需要排除這種錯(cuò)誤，那么例如可以使用兩個(gè)以不 同技術(shù)實(shí)現(xiàn)的、尤其是來(lái)自不同生產(chǎn)制造者的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以便大大降低存在系統(tǒng)錯(cuò)誤 的可能性。可替換地或附加地，可以設(shè)置有第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以便根據(jù)3選2的決策 (2-aus-3-Entscheidung)思想實(shí)現(xiàn)還要更高的安全性。在其精確度和速度方面可以彼此相對(duì)變化的兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器例如是所謂的壓頻 轉(zhuǎn)換器(U-f-Umsetzer) (U表示電壓，f表示頻率)、希格馬-德爾塔轉(zhuǎn)換器或雙斜率轉(zhuǎn)換 器。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器被這樣地彼此連接，即它們可以轉(zhuǎn)換所有需要檢測(cè)的輸入信號(hào)。該連接 可以利用共同的模擬多路復(fù)用器來(lái)實(shí)現(xiàn)。該連接可以通過(guò)各一個(gè)在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前接入的 多路復(fù)用器來(lái)實(shí)現(xiàn)。多路復(fù)用器可以已經(jīng)集成在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中。兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以和多 路復(fù)用器一起集成在一個(gè)共同的電子組件中。可替換地，這樣的組件的功能可以是控制單 元的、例如微控制器的一部分。根據(jù)一個(gè)方法變體，由上一級(jí)控制單元預(yù)設(shè)了具有與測(cè)量時(shí)鐘脈沖的總數(shù)相等的 第二測(cè)量平均周期。在每個(gè)測(cè)量平均周期之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器與模擬輸入信號(hào)之間的分配關(guān) 系發(fā)生變化。這種方法變體的有利之處在于，利用控制單元可以確定各個(gè)錯(cuò)誤工作的模數(shù)轉(zhuǎn)換 器。在此情況下，精確的錯(cuò)誤信息例如被輸出到監(jiān)控設(shè)備或計(jì)算機(jī)上。根據(jù)另一個(gè)方法變體，由上一級(jí)控制單元這樣地控制至少一個(gè)多路復(fù)用器，即除 了第二輸入信號(hào)之外，由各個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器在各個(gè)測(cè)量平均周期的剩下的測(cè)量時(shí)鐘脈沖中還 檢測(cè)第三輸入信號(hào)或另外的輸入信號(hào)，并且由上一級(jí)控制單元累計(jì)地求平均以得到第三測(cè) 量值或另外的測(cè)量值。第三傳感器例如可以是溫度傳感器，其可以在補(bǔ)償溫度誤差的意義中用于修正第 一輸入信號(hào)。特別的是，第三傳感器不負(fù)責(zé)檢測(cè)主要測(cè)量值。根據(jù)另一個(gè)方法變體，根據(jù)測(cè)量平均周期的預(yù)設(shè)數(shù)量，由上一級(jí)控制單元對(duì)用于 第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)校準(zhǔn)周期進(jìn)行預(yù)設(shè)。另外可替換的是，根據(jù)測(cè)量平均周期的預(yù)設(shè)數(shù)量，由上一級(jí)控制單元交替地對(duì)用 于第一或第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的校準(zhǔn)周期進(jìn)行預(yù)設(shè)。優(yōu)選的是，相應(yīng)地等于用于校準(zhǔn)周期的測(cè)量時(shí)鐘脈沖的總數(shù)的每一個(gè)測(cè)量平均周 期由上一級(jí)控制單元進(jìn)行預(yù)設(shè)。一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)周期用于，對(duì)例如由于溫度影響而產(chǎn)生的 在時(shí)間流逝中的測(cè)量值的漂移(Wegdriften)進(jìn)行補(bǔ)償。此外，本發(fā)明的目的通過(guò)一種具有用于多個(gè)模擬輸入信號(hào)的電輸入端的模擬輸入 電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。該輸入電路具有用于輸出對(duì)應(yīng)一致的測(cè)量值的測(cè)量值輸出端；以及用于輸 出信息、特別是錯(cuò)誤信息或信號(hào)改變信息的信息輸出端。該模擬輸入電路具有一個(gè)上一級(jí) 控制單元；兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及至少一個(gè)在前接入的、可控制的多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器用于利用控制單元將輸入信號(hào)的至少一部分連接于各個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其特征在于，該控制 單元具有用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的設(shè)備；以及用于測(cè)量值和信息的輸出設(shè)備。有利的是，僅僅在從信號(hào)輸入端到信號(hào)輸出端的測(cè)量距離的方面冗余地設(shè)計(jì)這樣 的輸入電路。這有利地取消了傳感器單元或測(cè)量位置的雙重設(shè)計(jì)。通過(guò)劃分成“交錯(cuò)的 (verschachtelte)”周期可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控并且同時(shí)避免速度損失，其方式是在其中一個(gè)這種 周期內(nèi)放棄費(fèi)時(shí)的多路復(fù)用器。由此可以使用成本低廉的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器在單獨(dú) 運(yùn)行中和在沒(méi)有交錯(cuò)的周期的情況下將可能不能應(yīng)用。此外，本發(fā)明的目的通過(guò)一種測(cè)量傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該測(cè)量傳感器具有多個(gè)用于檢 測(cè)如壓力、力、溫度或類似值的物理值的傳感器單元。該測(cè)量傳感器具有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā) 明的模擬輸入電路，該模擬輸入電路用于檢測(cè)相應(yīng)的、來(lái)自于各個(gè)傳感器單元的模擬輸入信號(hào)。最后，本發(fā)明的目的通過(guò)一種測(cè)量變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該測(cè)量變換器特別地設(shè)置用于 在雙線電流回路上運(yùn)行。雙線電流回路特別是指一種在工業(yè)領(lǐng)域和設(shè)備領(lǐng)域中普遍的標(biāo)準(zhǔn) 化的4-20mA_雙線電流回路。這樣的測(cè)量變換器具有多個(gè)用于檢測(cè)如壓力、力、溫度或類似 值的物理值的、優(yōu)選地以集成的形式的傳感器單元。測(cè)量變換器具有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的模擬輸入電路，其用于檢測(cè)相應(yīng)的、來(lái)自 于各個(gè)傳感器單元的模擬輸入信號(hào)。


下面根據(jù)附圖進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明以及本發(fā)明的有利的實(shí)施方式詳細(xì)地說(shuō)明。圖中示 出圖1示出了用于檢測(cè)多個(gè)模擬輸入信號(hào)的、具有用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法的控 制單元的模擬輸入電路、以及測(cè)量傳感器和測(cè)量變換器；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的第一測(cè)量平均周期；圖3示出了根據(jù)第一方法變體的第一測(cè)量平均周期；圖4示出了根據(jù)第二方法變體的第一和第二測(cè)量平均周期；和圖5示出了根據(jù)第三方法變體的第一和第二測(cè)量平均周期。
具體實(shí)施例方式圖1示出了用于檢測(cè)多個(gè)模擬輸入信號(hào)S1-S3的、具有用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方 法的控制單元6的模擬輸入電路1以及測(cè)量傳感器10和測(cè)量變換器20。圖1的左邊部分示例性地示出三個(gè)傳感器單元7-9，這些傳感器單元提供模擬輸 入信號(hào)S1-S3作為用于緊接著的模擬輸入電路1的測(cè)量信號(hào)。第一傳感器單元7例如是差 壓測(cè)量器，其根據(jù)圖1的實(shí)例檢測(cè)差壓作為以第一輸入信號(hào)Sl形式的主要測(cè)量值Gl。主要 測(cè)量值Gl例如在圖1的實(shí)例中具有1. 55bar的值。借助于輸入電路1，安全地、以高測(cè)量精 度并且在很短時(shí)間間隔中監(jiān)控該主要測(cè)量值G1。實(shí)例性的第二測(cè)量單元8是絕對(duì)壓力測(cè)量器。該測(cè)量器檢測(cè)以第二輸入信號(hào)S2或 測(cè)量信號(hào)的形式的絕對(duì)壓力值作為測(cè)量值G2，在圖1的實(shí)例中該值為ll.Sbar。由第二傳 感器單元8檢測(cè)的測(cè)量值G2例如可以用于修正由第一傳感器單元7檢測(cè)的主要測(cè)量值G1。圖1的左下方部分示出了溫度傳感器單元9，其例如檢測(cè)作為第三測(cè)量值G3的溫度85°C。 該第三測(cè)量值同樣可以用于修正主要測(cè)量值G1。模擬輸入信號(hào)S1-S3例如被輸送給兩個(gè)多路復(fù)用器4，5，根據(jù)相應(yīng)的轉(zhuǎn)接信號(hào)Xl， X2，這些多路復(fù)用器將各個(gè)模擬輸入信號(hào)S1-S3連接到各個(gè)接下來(lái)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3上。利 用參考標(biāo)號(hào)MX1，MX2表示了被多路復(fù)用的輸入信號(hào)。為了控制多路復(fù)用器4，5，多路復(fù)用器 和控制單元6、優(yōu)選地和微控制器進(jìn)行連接。此外，控制單元6和兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3以信 號(hào)技術(shù)連接，以便利用相應(yīng)的控制信號(hào)Cl，C2調(diào)節(jié)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3的不同的運(yùn)行方式。如 圖1中舉例示出地，各一個(gè)多路復(fù)用器4，5和模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3其中之一構(gòu)成了電子組合單 元11，12。該單元在圖1的實(shí)例中以虛線表示。兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3在輸出端提供了數(shù)字 的單次測(cè)量值D1-D3。這些測(cè)量值由控制單元6檢測(cè)并且相應(yīng)地進(jìn)行計(jì)算方面的處理。在 輸出端方面，控制單元6在測(cè)量值輸出端上提供了與測(cè)量值G1-G3對(duì)應(yīng)一致的數(shù)字的測(cè)量 值MW1-MW3以及第一單次測(cè)量值D1。該第一單次測(cè)量值例如可以由上一級(jí)的過(guò)程控制來(lái) 用于進(jìn)行快速調(diào)節(jié)。然后在一定條件下在信息輸出端上可以獲取(abgreifbar)錯(cuò)誤信息 M或者在報(bào)警信息M的意義上的信號(hào)改變信息。傳感器單元7-9以及根據(jù)本發(fā)明的模擬輸入電路1在圖1的實(shí)例中被概括為測(cè)量 傳感器10。全部的組件例如可以布置在電路板上。此外，利用參考標(biāo)號(hào)20示出了測(cè)量變換 器，其除此之外還具有雙線連接單元21。該單元將數(shù)字的測(cè)量值MW1-MW3、數(shù)字的單次測(cè)量 值Dl以及信息M例如轉(zhuǎn)換為頻移鍵控的HART :現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)(HART表示可尋址遠(yuǎn)程傳 感器高速通道的開放通信協(xié)議)。利用這種HART 通信，可以對(duì)模擬的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)進(jìn) 行擴(kuò)展，該系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)化的4-20mA-雙線電流回路ZL。HART 是一種標(biāo)準(zhǔn)化的、普遍 的通信系統(tǒng)，用于構(gòu)建工業(yè)化的數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線。多個(gè)參與者(現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備)可以通過(guò)一個(gè)共 同的數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線，通過(guò)雙線電流回路ZL相應(yīng)于較老的4-20mA標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信。按照 4-20mA標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)存的線路可以直接被使用，并將兩個(gè)系統(tǒng)并行地運(yùn)行?？商鎿Q的或附加的 是，通過(guò)在雙線電流回路ZL中注入(EinprSgen )相應(yīng)的回路電流值，可將數(shù)字的測(cè)量值 MW1-MW3中之一利用雙線連接單元21經(jīng)過(guò)該雙線電流回路ZL進(jìn)行傳輸。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的第一測(cè)量平均周期Ml。根據(jù)本發(fā)明，第一測(cè)量平均周期Ml具有測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的預(yù)設(shè)總數(shù)ZG，該第一測(cè) 量平均周期被進(jìn)行預(yù)設(shè)。測(cè)量時(shí)鐘脈沖T典型地是這樣一個(gè)最小持續(xù)時(shí)間，模數(shù)轉(zhuǎn)換器2， 3需要該持續(xù)時(shí)間以用于將模擬輸入信號(hào)S1-S3轉(zhuǎn)換為數(shù)字的單次測(cè)量值D1-D3。測(cè)量平 均周期Ml優(yōu)選地具有在由八至三十二范圍中的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的總數(shù)ZG。在特別的情況 下，總數(shù)ZG也可以位于該范圍之下、如在六，或位于該范圍之上、如在四十。圖2的上方部分示例性地示出在十六個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖T上延伸的測(cè)量框Bi。在 第一測(cè)量平均周期Ml內(nèi)，第一輸入信號(hào)Sl由第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2在第一數(shù)量Zl的測(cè)量時(shí)鐘 脈沖T中檢測(cè)。優(yōu)選的是，在測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的可使用的總數(shù)ZG的大部分中檢測(cè)對(duì)應(yīng)于主 要測(cè)量值Gl的第一輸入信號(hào)Si，例如利用在范圍12到16中第一數(shù)量Zl的測(cè)量時(shí)鐘脈沖 T。在圖1的實(shí)例中，第一數(shù)量Zl符合測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的總數(shù)ZG，以便使第一輸入信號(hào)Sl 可以繼續(xù)被檢測(cè)。此外，在每個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖T中檢測(cè)的數(shù)字的單次測(cè)量值Dl分別由控制 單元6累計(jì)地求平均以得到第一測(cè)量值麗1?！袄塾?jì)”意味著，各個(gè)單次測(cè)量值D1-D3在每 個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖T之后由控制單元6檢測(cè)，并且求平均以得到具有因此增加的測(cè)量精確度的各個(gè)測(cè)量值麗1-MW3。此外，對(duì)應(yīng)于第二測(cè)量值A(chǔ)2的第二輸入信號(hào)S2由第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器3在和第一數(shù) 量Zl相比較小的數(shù)量Z2的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T中檢測(cè)。各個(gè)數(shù)字的單次測(cè)量值D2由控制單 元6累計(jì)地求平均以得到第二測(cè)量值MW2。測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的第二數(shù)量Z2符合測(cè)量時(shí)鐘脈 沖T的總數(shù)ZG的大約40% -60%。在圖2的實(shí)例中，在測(cè)量框B2中實(shí)現(xiàn)了測(cè)量第二輸入 端信號(hào)S2，該測(cè)量框例如由第三個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖T延伸至第十個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖。利用參考標(biāo)號(hào)B5表示了轉(zhuǎn)換框，需要使用該轉(zhuǎn)換框用于將模擬輸入信號(hào)S1-S3轉(zhuǎn) 換到各個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3上。濾波器起振過(guò)程，特別是在兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3的輸入電路 中的濾波器起振過(guò)程，對(duì)于必要的轉(zhuǎn)接時(shí)間來(lái)說(shuō)是決定性的。在圖2的實(shí)例中，需要兩個(gè)測(cè) 量時(shí)鐘脈沖T用于將一個(gè)輸入信號(hào)S1-S3轉(zhuǎn)換為另一個(gè)輸入信號(hào)S1-S3。顯而易見的是，經(jīng) 常轉(zhuǎn)換測(cè)量通道導(dǎo)致了各個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3的大大降低的有效的測(cè)量數(shù)據(jù)率。在圖2的實(shí) 例中，在轉(zhuǎn)換框B5中當(dāng)處于第一和第二測(cè)量時(shí)鐘脈沖T期間，實(shí)現(xiàn)在第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器3上 將第一輸入信號(hào)Sl轉(zhuǎn)換為第二輸入信號(hào)S2。在第二測(cè)量框B2中成功地測(cè)量第二輸入信號(hào) S2之后，在另一個(gè)轉(zhuǎn)換框B5中實(shí)現(xiàn)將第二輸入信號(hào)S2轉(zhuǎn)換為第一輸入信號(hào)Si。此外，現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明，第一輸入信號(hào)Sl同步于第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，由第二模數(shù)轉(zhuǎn) 換器3在第三數(shù)量Z3的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的中檢測(cè)作為至少另一個(gè)單次測(cè)量值Dl'。在圖 2的實(shí)例中，在僅僅一個(gè)唯一的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T中實(shí)現(xiàn)了同步檢測(cè)第一單次測(cè)量值Dl以及 另外的單次測(cè)量值Dl'。在圖2的實(shí)例中，利用箭頭將該測(cè)量時(shí)鐘脈沖T表示為比較框B4。 與測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的可使用的總數(shù)ZG相比較，測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的第三數(shù)量Z3具有的數(shù)量 位于測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的總數(shù)ZG的5% -10%的范圍中。優(yōu)選地分別設(shè)置僅僅一個(gè)唯一的測(cè) 量時(shí)鐘脈沖T用于同步的檢測(cè)。可替換的是，該檢測(cè)(Erfassimg)也可以在另一個(gè)緊接著 的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T中實(shí)現(xiàn)，其中，然后可以對(duì)各個(gè)另外的第一單次測(cè)量值Dl'求平均以得 到另一個(gè)共同的第一單次測(cè)量值Dl'。例如兩個(gè)單獨(dú)的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T也可以用于進(jìn)行并 行的同步比較，其中這些測(cè)量時(shí)鐘脈沖優(yōu)選地作為比較框B4，在時(shí)間上如此布置分布在測(cè) 量平均周期Ml上，從而使測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的總數(shù)ZG的大約三分之一位于兩個(gè)這樣的比較 框B4之間。如果至少另一個(gè)單次測(cè)量值Dl'超過(guò)并行地由第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器2檢測(cè)的單次測(cè) 量值Dl —個(gè)最大允許的偏差，則根據(jù)本發(fā)明輸出信息M。該允許的偏差例如可以位于供使 用的測(cè)量值范圍的由0. 至3%的范圍中?？商鎿Q地，如果至少另一個(gè)單次測(cè)量值Dl'與 到那時(shí)為止被求平均的第一測(cè)量值MWl ’的偏差超過(guò)最大允許的偏差，那么輸出信息M。利用參考標(biāo)號(hào)B6表示了節(jié)電框，在這段時(shí)間內(nèi)，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器3停止檢測(cè)測(cè)量 值。由此，在該不必要的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T中，有利地減少了根據(jù)本發(fā)明的模擬輸入電路1的 電流消耗。在圖2的實(shí)例中示出的、如通過(guò)三個(gè)點(diǎn)連續(xù)地表示的測(cè)量平均周期Ml被周期性 地重復(fù)。圖3示出了根據(jù)第一方法變體的第一測(cè)量平均周期Ml。區(qū)別于圖2的實(shí)例，在測(cè)量框B3中由各個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3除了第二輸入信號(hào)S2 之外，在示出的測(cè)量平均周期Ml的剩下的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T中還檢測(cè)第三輸入信號(hào)S3。由上 一級(jí)控制單元6累計(jì)地對(duì)該第三輸入信號(hào)(Dieser)求平均以得到第三測(cè)量值MW3。圖4示出了根據(jù)第二方法變體的第一和第二測(cè)量平均周期Ml，M2。
根據(jù)本發(fā)明，由上一級(jí)控制單元6對(duì)具有與測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的總數(shù)ZG相等的第二 測(cè)量平均周期M2進(jìn)行預(yù)設(shè)。此外，在每個(gè)測(cè)量平均周期Ml，M2之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3與模 擬輸入信號(hào)S1-S3之間的分配關(guān)系發(fā)生變化。利用參考標(biāo)號(hào)Mln，M2n表示了測(cè)量平均周期 Ml, M2的周期性延續(xù)。這種變化布置的特別的優(yōu)點(diǎn)在于，由上一級(jí)控制單元6可以直接確 定錯(cuò)誤工作的模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3。與以前的實(shí)施方式相比，由此提高了根據(jù)本發(fā)明的模擬輸入 電路1的可靠性。在圖4的下面部分中，以前的測(cè)量平均周期Μ1，Μ2，Μ1η，Μ2η連接了兩個(gè)校準(zhǔn)周期 ΚΙ, K2。在圖4示出的實(shí)例中，用于校準(zhǔn)周期Kl，K2的測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的總數(shù)ZG分別相應(yīng) 地等于測(cè)量平均周期M1，M2，由上一級(jí)控制單元6對(duì)總數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)。由此實(shí)現(xiàn)，根據(jù)預(yù)設(shè)的 數(shù)量(這里是η個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖T的數(shù)量)，對(duì)兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3進(jìn)行校準(zhǔn)。這里，交替 地進(jìn)行校準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)在于，進(jìn)一步連續(xù)地檢測(cè)屬于主要測(cè)量值Gl的第一輸入信號(hào)Si。圖5示出了根據(jù)第三方法變體的第一和第二測(cè)量平均周期Μ1，Μ2。在當(dāng)前的實(shí)例中交替地又實(shí)現(xiàn)通過(guò)兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器2，3檢測(cè)模擬的輸入信號(hào) S1-S3。和前面的圖表、圖2至圖4相比，例如在四個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖T中檢測(cè)第二輸入信號(hào) S2，以及在三個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖T中檢測(cè)第三輸入信號(hào)S3。重要的是，優(yōu)選地分別通過(guò)測(cè)量平均周期Ml，Μ2的總時(shí)間寬度，檢測(cè)分配給主要 測(cè)量值Gl的第一輸入信號(hào)Si。在此期間，同步地通過(guò)第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器3實(shí)現(xiàn)至少一次或 多次檢測(cè)第一傳感器信號(hào)Si。然后優(yōu)選地在測(cè)量時(shí)鐘脈沖T內(nèi)，將兩個(gè)數(shù)字的單次測(cè)量值 Dl, Dl'相互進(jìn)行比較，以便可以盡可能早地彼此確定不允許的偏差。在此情況下，實(shí)現(xiàn)了 輸出信息Μ，該信息表示測(cè)量值檢測(cè)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤或第一輸入信號(hào)Sl的非常快的變化。
權(quán)利要求
一種用于可靠檢測(cè)多個(gè)模擬輸入信號(hào)(S1 S3)的方法，所述輸入信號(hào)利用兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2，3)被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字的單次測(cè)量值(D1 D3)，其中，具有測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)的預(yù)設(shè)總數(shù)(ZG)的第一測(cè)量平均周期(M1)由上一級(jí)控制單元(6)進(jìn)行預(yù)設(shè)；其中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2，3)可以利用至少一個(gè)可由所述控制單元(6)控制的多路復(fù)用器(4，5)連接于所述輸入信號(hào)(S1 S3)的至少一部分；其中，分別在所述第一測(cè)量平均周期(M1)內(nèi)，由所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2)在第一數(shù)量(Z1)的優(yōu)選是相應(yīng)于所述總數(shù)(ZG)的數(shù)量的所述測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中，檢測(cè)所述第一輸入信號(hào)(S1)，并且由所述控制單元(6)累計(jì)地求平均以得到第一測(cè)量值(MW1)；其中，由所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)在和所述第一數(shù)量(Z1)相比較小數(shù)量(Z2)的所述測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中檢測(cè)所述第二輸入信號(hào)(S2)，并且累計(jì)地求平均以得到第二測(cè)量值(MW2)；其中，由所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)在第三數(shù)量(Z3)的所述測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中、優(yōu)選的在僅僅一個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中檢測(cè)第一輸入信號(hào)(S1)，作為至少另一個(gè)單次測(cè)量值(D1′)；以及其中，如果至少另一個(gè)單次測(cè)量值(D1′)與同步地由所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2)檢測(cè)的所述單次測(cè)量值(D1)的偏差、或與到那時(shí)為止被求平均的第一測(cè)量值(MW1′)的偏差超過(guò)最大允許的偏差值，則輸出信息(M)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，由所述上一級(jí)控制單元(6)預(yù)設(shè)具有與所 述測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)的所述總數(shù)(ZG)相等的第二測(cè)量平均周期(M2)，其中，在每個(gè)所述測(cè) 量平均周期(Ml，M2)之后，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2，3)與所述模擬輸入信號(hào)(S1-S3)之間的分 配關(guān)系發(fā)生變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述上一級(jí)控制單元(6)這樣地控 制至少一個(gè)所述多路復(fù)用器(4，5)，即除了所述第二輸入信號(hào)(S2)之外，由各個(gè)所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換器(2，3)在各個(gè)所述測(cè)量平均周期(M1，M2)的剩下的所述測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中還檢測(cè) 所述第三輸入信號(hào)(S3)或另外的輸入信號(hào)，并且由所述上一級(jí)控制單元(6)累計(jì)地求平均 以得到第三測(cè)量值(MW3)或另外的輸入信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述測(cè)量平均周期 (M1，M2)的預(yù)設(shè)數(shù)量，由所述上一級(jí)控制單元(6)對(duì)用于所述第一和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2，3) 的至少一個(gè)校準(zhǔn)周期(K1，K2)進(jìn)行預(yù)設(shè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述測(cè)量平均周期(Μ1，Μ2)的 預(yù)設(shè)數(shù)量，由所述上一級(jí)控制單元(6)交替地對(duì)用于所述第一或第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2，3)的 校準(zhǔn)周期(Κ1，Κ2)進(jìn)行預(yù)設(shè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，相應(yīng)地等于用于所述校準(zhǔn)周期(Κ1， Κ2)的所述測(cè)量時(shí)鐘脈沖⑴的總數(shù)(ZG)的每一個(gè)所述測(cè)量平均周期(Ml，Μ2)由所述上 一級(jí)控制單元(6)進(jìn)行預(yù)設(shè)。
7.一種模擬輸入電路(1)，具有用于多個(gè)模擬輸入信號(hào)(S1-S3)的電輸入端；用于輸 出對(duì)應(yīng)的測(cè)量值(MW1-MW3)和第一單次測(cè)量值(Dl)的測(cè)量值輸出端；以及用于輸出至少一 個(gè)信息(M)的信息輸出端；其中，所述模擬輸入電路具有一個(gè)上一級(jí)控制單元(6)；兩個(gè) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2，3)；以及至少一個(gè)在前接入的、可控制的多路復(fù)用器(4，5)，所述多路復(fù)用 器用于利用所述控制單元(6)將所述輸入信號(hào)(S1-S3)的至少一部分連接于各個(gè)所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換器(2，3)，其特征在于，所述控制單元(6)具有用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng) 所述的方法的設(shè)備；以及用于所述測(cè)量值(MW1-M3)、所述單次測(cè)量值(Dl)和所述信息(M)的輸出設(shè)備。
8.一種具有多個(gè)用于檢測(cè)如壓力、力、溫度或類似值的物理測(cè)量值的傳感器單元 (7-9)的測(cè)量傳感器，其中，所述測(cè)量傳感器具有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬輸入 電路(1)，所述模擬輸入電路用于檢測(cè)相應(yīng)的、來(lái)自于各個(gè)所述傳感器單元(7-9)的模擬輸 入信號(hào)(S1-S3)。
9.一種特別是用于在雙線電流回路(ZL)上運(yùn)行的測(cè)量變換器，具有多個(gè)用于檢測(cè)如 壓力、力、溫度或類似值的物理測(cè)量值的傳感器單元(7-9)，其中，所述測(cè)量變換器具有至少 一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬輸入電路(1)，所述模擬輸入電路用于檢測(cè)相應(yīng)的、來(lái)自于 各個(gè)所述傳感器單元(7-9)的模擬輸入信號(hào)(S1-S3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于可靠檢測(cè)多個(gè)模擬輸入信號(hào)(S1-S3)的方法。輸入信號(hào)(S1-S4)利用兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2，3)被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字的單次測(cè)量值(D1-D3)。具有預(yù)設(shè)總數(shù)(ZG)的測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)的第一測(cè)量平均周期(M1)由上一級(jí)控制單元(6)進(jìn)行預(yù)設(shè)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2，3)可以利用至少一個(gè)可由控制單元(6)控制的多路復(fù)用器(4，5)連接于輸入信號(hào)(S1-S3)的至少一部分。分別在第一測(cè)量平均周期(M1)內(nèi)，由第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2)在第一數(shù)量(Z1)的、優(yōu)選是相應(yīng)于總數(shù)(ZG)的數(shù)量的測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中檢測(cè)第一輸入信號(hào)(S1)，并且由控制單元(6)累計(jì)地求平均以得到第一測(cè)量值(MW1)。由第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)在和第一數(shù)量(Z1)相比較小的數(shù)量(Z2)的測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中檢測(cè)第二輸入信號(hào)(S2)，并且累計(jì)地求平均以得到第二測(cè)量值(MW2)。由第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)在第三數(shù)量(Z3)的測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中、優(yōu)選的是在僅僅一個(gè)測(cè)量時(shí)鐘脈沖(T)中檢測(cè)第一輸入信號(hào)(S1)，作為至少另一個(gè)單次測(cè)量值(D1′)。如果至少另一個(gè)單次測(cè)量值(D1′)與同步地由所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(2)檢測(cè)的所述單次測(cè)量值(D1)的偏差、或與到那時(shí)為止被求平均的第一測(cè)量值(MW1′)的偏差超過(guò)最大允許的偏差值，則輸出信息(M)。
文檔編號(hào)G01D1/18GK101903748SQ200880122175
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2008年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者丹尼爾·鮑爾, 烏爾里?！す? 埃里克·謝米斯凱, 庫(kù)爾特·舒爾邁斯特, 彼得·施米特, 拉爾夫·沃爾特, 羅賓·普馬尼克, 薩比娜·?？怂? 西蒙·羅爾巴赫, 邁克爾·格佩特, 馬丁·施帕茨 申請(qǐng)人:西門子公司