模擬輸入組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種模擬輸入組件，包括驅(qū)控單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、具有第一和第二輸入端的輸入電路、布置在第一和第二輸入端之間的分壓器，其中驅(qū)控單元與第一和第二輸入端連接并且接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器上游，其中分壓器具有與調(diào)節(jié)單元的比較裝置的第一比較輸入端連接的中心抽頭，其中調(diào)節(jié)單元具有布置在第二輸入端和參考點(diǎn)之間的切換裝置，比較裝置設(shè)有連接在參考源上的第二比較輸入端，比較裝置具有與切換裝置的控制輸入端連接的控制輸出端，其中調(diào)節(jié)單元設(shè)計(jì)為使當(dāng)兩線測(cè)量變換器連接第一輸入端，其中第二輸入端保持未接通時(shí)，切換裝置釋放通向參考點(diǎn)的電流路徑，當(dāng)四線測(cè)量變換器連接第一和第二輸入端時(shí)，切換裝置阻斷通向參考點(diǎn)的電流路徑。
【專利說(shuō)明】模擬輸入組件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬輸入組件，其包括驅(qū)控單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、具有第一輸入端和第二輸入端的輸入電路、布置在第一輸入端和第二輸入端之間的分壓器，其中，驅(qū)控單兀與第一和第二輸入端連接并且驅(qū)控單元連接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的上游。

【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)中，例如應(yīng)用模擬輸入組件來(lái)測(cè)量過(guò)程參量。測(cè)量變換器連接在模擬輸入組件上。具有連接的測(cè)量變換器的模擬輸入組件的應(yīng)用案例例如有將過(guò)程參量轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)的電流范圍。測(cè)量變換器按其連接方式主要可以分為雙線測(cè)量變換器(Zweileiter-Messumformer)和四線測(cè)量變換器(vierleiter-Messumformer)。雙線測(cè)量變換器直接通過(guò)供給電壓應(yīng)在電流環(huán)路中用于模擬輸入組件。其中，在某種程度上可以說(shuō)，通過(guò)雙線測(cè)量變換器轉(zhuǎn)換的測(cè)量值被映射在雙線測(cè)量變換器的供給電流中。顧名思義，對(duì)于雙線測(cè)量變換器來(lái)說(shuō)僅需兩根導(dǎo)線來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。基于雙線測(cè)量變換器與供給電壓的直接關(guān)聯(lián)，測(cè)量系統(tǒng)、即模擬輸入組件導(dǎo)電地與參考點(diǎn)、例如接地電位(Masse)關(guān)聯(lián)。
[0003]與此相反，四線測(cè)量變換器則始終以獨(dú)立的供給電壓來(lái)供電。真正用于經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的過(guò)程參量的電流環(huán)路是與供給電壓分離地連接的。因此總共需要四根導(dǎo)線(兩根用于連接供給電壓，兩根用于連接測(cè)量信號(hào)的電流環(huán)路)來(lái)實(shí)現(xiàn)與模擬輸入組件的連接?；谒木€測(cè)量變換器中獨(dú)立的、大多在電流方面與供給電壓電隔離的電流環(huán)路，測(cè)量系統(tǒng)、即模擬輸入組件在電流方面是不與地電位關(guān)聯(lián)的。
[0004]兩線測(cè)量變換器的應(yīng)用越來(lái)越普遍，其輸出信號(hào)的范圍在4至20mA之間。四線測(cè)量變換器所輸出的輸出信號(hào)則在O至20mA的范圍內(nèi)。
[0005]在專利文獻(xiàn)DE 44 26 765 Cl中已經(jīng)公開了一種用于使兩線測(cè)量變換器適配于四線測(cè)量系統(tǒng)的電路裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提出一種模擬輸入組件，該模擬輸入組件能夠在不使用附加的轉(zhuǎn)換裝置的情況下實(shí)現(xiàn)兩線測(cè)量變換器的連接和四線測(cè)量變換器的連接。此外，本發(fā)明的目的還在于，為在專利文獻(xiàn)DE4426765C1中公開的電路裝置提出一種替換方案，并且以較小的布線耗費(fèi)便可實(shí)現(xiàn)該替換方案。
[0007]該目的通過(guò)一種模擬輸入組件實(shí)現(xiàn)，其包括驅(qū)控單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、具有第一輸入端和第二輸入端的輸入電路、布置在第一輸入端和第二輸入端之間的分壓器，其中，驅(qū)控單元與第一和第二輸入端連接并且驅(qū)控單元連接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器的上游，該目的通過(guò)這種模擬數(shù)字組件這樣實(shí)現(xiàn)，即分壓器具有中心抽頭，該中心抽頭與調(diào)節(jié)單元的比較裝置的第一比較輸入端連接，其中，調(diào)節(jié)單元具有切換裝置，該切換裝置布置在第二輸入端和參考點(diǎn)之間，并且比較裝置設(shè)有第二比較輸入端，該第二比較輸入端連接在參考源上，其中，比較裝置具有控制輸出端，該控制輸出端與切換裝置的控制輸入端連接，其中，調(diào)節(jié)單元設(shè)計(jì)為使得當(dāng)兩線測(cè)量變換器連接在第一輸入端上，其中第二輸入端保持未接通時(shí)，切換裝置釋放通向參考點(diǎn)的電流路徑，并且當(dāng)四線測(cè)量變換器連接在第一輸入端和第二輸入端上時(shí)，切換裝置阻斷通向參考點(diǎn)的電流路徑。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，迄今為止所使用的要么是根據(jù)DE 44 26765 Cl的耗費(fèi)的電路布置，要么是用于電流測(cè)量中的雙線和四線接線的獨(dú)立輸入電路。如果這兩種類型的測(cè)量變換器共用同一輸入電路，那么為了在這兩種連接方式之間切換，必須在測(cè)量組件中應(yīng)用合適的切換元件并驅(qū)控該切換元件。其它模擬輸入組件或測(cè)量組件此外則還要求在測(cè)量輸入端上具有外部電纜橋。現(xiàn)在，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的模擬輸入組件則能夠避開這些缺陷。通過(guò)本發(fā)明對(duì)模擬輸入組件加以擴(kuò)展，使得通過(guò)調(diào)節(jié)單元擴(kuò)展用于連接四線測(cè)量變換器的輸入電路不接地(massefrei)的且結(jié)構(gòu)有差異的測(cè)量輸入端，使得該測(cè)量輸入端也適用于連接兩線測(cè)量變換器。其中，分壓器保持在所要求的工作點(diǎn)上，并且同時(shí)能夠在不必在模擬輸入組件中使用附加的切換元件的情況下形成通向參考點(diǎn)的電流路徑，該電流路徑能夠?qū)崿F(xiàn)將電流導(dǎo)回至供給接地電位(Versorgungsmasse)處的功能。
[0008]在一種有利的設(shè)計(jì)方案中，分壓器具有串聯(lián)接通的第一電阻器和第二電阻器，其中，中心抽頭布置在第一和第二電阻器之間。有利的是，分壓器通過(guò)其第一電阻器和第二電阻器被對(duì)稱地構(gòu)造，這意味著，電阻值幾乎相等。由此獲得用于連接四線測(cè)量變換器的、結(jié)構(gòu)對(duì)稱的輸入電路，該輸入電路也可任意用于連接雙線測(cè)量變換器。
[0009]另一種有利的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)為，將比較裝置設(shè)計(jì)為運(yùn)算放大器并且將切換裝置設(shè)計(jì)為半導(dǎo)體切換裝置、特別是設(shè)計(jì)為晶體管。
[0010]總而言之，可以說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的模擬輸入組件現(xiàn)在具有這樣的輸入電路，即其能夠通過(guò)結(jié)構(gòu)有差異的輸入電路實(shí)現(xiàn)共用兩線測(cè)量變換器和四線測(cè)量變換器的目的，但同時(shí)卻不必為了在這兩種工作方式之間進(jìn)行切換而使用附加的切換信號(hào)?，F(xiàn)在有一種結(jié)構(gòu)稍有差異的、用于連接四線測(cè)量變換器的測(cè)量輸入端可供使用，通過(guò)調(diào)節(jié)單元對(duì)該測(cè)量輸入端加以擴(kuò)展，使得該測(cè)量輸入端也適用于連接兩線測(cè)量變換器。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]在附圖中對(duì)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。圖中示出:
[0012]圖1示出連接了雙線測(cè)量變換器的模擬輸入組件，以及
[0013]圖2示出連接了四線測(cè)量變換器的模擬輸入組件。

【具體實(shí)施方式】
[0014]根據(jù)圖1示出了模擬輸入組件1，其包括驅(qū)控單元2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、具有第一輸入端11和第二輸入端12的輸入電路4、布置在第一輸入端11和第二輸入端12之間的分壓器5。驅(qū)控單元2與第一和第二輸入端11，12連接并且驅(qū)控單元連接在模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的上游。通過(guò)分壓器5而減弱的電壓信號(hào)由驅(qū)控單元2進(jìn)行分析并傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器3處，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器隨后通過(guò)數(shù)字輸出端10提供經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)以供進(jìn)行進(jìn)一步處理。
[0015]利用由輸入電路4和由調(diào)節(jié)單元7構(gòu)成的組合，現(xiàn)在在模擬輸入組件I中實(shí)現(xiàn)了組合式的輸入電路4，利用該組合式的輸入電路，再也不必為了測(cè)量電流而在雙線測(cè)量變換器連接和四線測(cè)量變換器連接之間進(jìn)行特定的切換。此外，分壓器5還具有中心抽頭6，該中心抽頭與調(diào)節(jié)單元7的比較裝置20的第一比較輸入端21相連接，其中，調(diào)節(jié)單元7具有切換裝置30，該切換裝置布置在第二輸入端12和參考點(diǎn)M之間，比較裝置20設(shè)有第二比較輸入端22，該第二比較輸入端連接在參考源8上，其中，比較裝置20具有控制輸出端23，該控制輸出端與切換裝置30的控制輸入端31相連接。
[0016]如果正如在圖1中示出的那樣，雙線測(cè)量變換器2L連接在模擬輸入組件上，那么該雙線測(cè)量變換器則2L便利用其第一導(dǎo)線連接在第一輸入端11上，并且利用其第二導(dǎo)線連接在參考點(diǎn)M上。在這種情況下，參考點(diǎn)M象征著雙線測(cè)量變換器2L和模擬輸入組件I共同的接地電位。通過(guò)將中心抽頭6集成在輸入電路4中，并且其中，中心抽頭6為調(diào)節(jié)單元7提供可供使用的調(diào)節(jié)參量，那么此時(shí)要么為了測(cè)量過(guò)程參量使雙線測(cè)量變換器2L連接在第一輸入端11上，要么使四線測(cè)量變換器4L(見圖2)連接在第一輸入端11和第二輸入端12上，而不必在模擬輸入組件I上使用其它的電路措施。
[0017]其中，具有比較裝置20和切換裝置30的調(diào)節(jié)單元7設(shè)計(jì)為使得當(dāng)雙線測(cè)量變換器2L連接在第一輸入端11上，其中第二輸入端12保持未接通時(shí)，切換裝置30釋放通向參考點(diǎn)M的電流路徑41，并且當(dāng)四線測(cè)量變換器4L連接在第一輸入端11和第二輸入端12上時(shí)，阻斷通向參考點(diǎn)的電流路徑41，但與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)由第二輸入端12回流至四線測(cè)量變換器4L的另一個(gè)第二電流路徑42。
[0018]比較裝置20設(shè)計(jì)為具有第一比較輸入端20、第二比較輸入端22和控制輸出端23的運(yùn)算放大器。第一比較輸入端21與中心抽頭6連接，且第二比較輸入端22與參考源8的正極連接。通過(guò)參考源8來(lái)例如提供2.5V的正向電壓。
[0019]切換裝置30設(shè)計(jì)為NPN晶體管，其中，發(fā)射極與參考點(diǎn)M連接并且集電器處于與節(jié)點(diǎn)的連接中，第二輸入端12和測(cè)量橋6的端部連接在該節(jié)點(diǎn)上。
[0020]用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的驅(qū)控單元2具有另一運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器具有接通運(yùn)算放大器所需的電阻器R3，R4，R5和R6。供給電源9為這兩個(gè)運(yùn)算放大器提供供給電壓。
[0021]根據(jù)圖2，四線測(cè)量變換器4L連接在模擬輸入組件I的第一輸入端11和第二輸入端12上。該四線測(cè)量變換器4L以電源的形式畫出。對(duì)于四線測(cè)量變換器4L的連接方式來(lái)說(shuō)，在第一輸入端11、第一電阻器Rl和第二電阻器R2以及第二輸入端12之間存在第二電流路徑42。在第一電阻器Rl和第二電阻器R2之間通過(guò)驅(qū)控電路2的形成具有參考源8的基準(zhǔn)電壓的勢(shì)能的工作點(diǎn)。由于外加電流(eingepraegte Strom)不與輸入電路的接地電位關(guān)聯(lián)，因此外加電流必須通過(guò)第二輸入端12離開輸入電路。也就是說(shuō)，通過(guò)比較裝置20的運(yùn)算放大器驅(qū)控切換裝置30，使得切換裝置30阻斷。
[0022]如果輸入電路4與雙線測(cè)量變換器2L接通，第二輸入端12則不接通并且電流環(huán)路或者說(shuō)電流路徑41通過(guò)參考點(diǎn)M、即接地電位而相對(duì)于雙線測(cè)量變換器2L的接地電位閉合。為了使輸入電路4或者說(shuō)具有中心抽頭6的分壓器5保持在其所要求的工作點(diǎn)(第一電阻器Rl和第二電阻器R2之間的基準(zhǔn)電壓)上，比較裝置20通過(guò)其控制輸出端23驅(qū)控切換裝置30，使得切換裝置的輸出電阻產(chǎn)生所需的壓降。所安置的、具有運(yùn)算放大器和晶體管的調(diào)節(jié)單元7具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]1.用于連接四線測(cè)量變換器的、結(jié)構(gòu)對(duì)稱的輸入電路4能夠不受任何限制地用于連接雙線測(cè)量變換器。
[0024]2.不必使用其它附加的電路部件來(lái)實(shí)現(xiàn)在這兩種連接方式之間的切換。
[0025]3.由于不必使用電路部件來(lái)進(jìn)行切換，因此也不需要附加的控制信號(hào)。
[0026]而恰恰對(duì)于在控制裝置和測(cè)量輸入端之間具有電隔離裝置的模擬輸入組件來(lái)說(shuō)，附加的電路元件不僅占用大量空間，而且成本也相當(dāng)高昂。此外，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的組合式輸入端也簡(jiǎn)化了用于模擬輸入組件的固件結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬輸入組件(I)，包括驅(qū)控單元(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)、具有第一輸入端(11)和第二輸入端(12)的輸入電路(4)、布置在所述第一輸入端(11)和所述第二輸入端(12)之間的分壓器(5)，其中，所述驅(qū)控單元(2)與所述第一輸入端(11)和所述第二輸入端(12)連接并且所述驅(qū)控單元連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)的上游， 其特征在于，所述分壓器(5)具有中心抽頭￠)，所述中心抽頭與調(diào)節(jié)單元(7)的比較裝置(20)的第一比較輸入端(21)相連接，其中，所述調(diào)節(jié)單元(7)具有切換裝置(30)，所述切換裝置布置在所述第二輸入端(12)和參考點(diǎn)(M)之間，所述比較裝置(20)設(shè)有第二比較輸入端(22)，所述第二比較輸入端連接在參考源(8)上，其中，所述比較裝置(20)具有控制輸出端(23)，所述控制輸出端與所述切換裝置(30)的控制輸入端(31)連接，在此所述調(diào)節(jié)單元(7)被設(shè)計(jì)為使得 當(dāng)兩線測(cè)量變換器(2L)連接在所述第一輸入端(11)上，其中所述第二輸入端(12)保持未接通時(shí)，所述切換裝置(30)釋放通向所述參考點(diǎn)(M)的電流路徑(41)，并且 當(dāng)四線測(cè)量變換器(4L)連接在所述第一輸入端(11)和所述第二輸入端(12)上時(shí)，所述切換裝置阻斷通向所述參考點(diǎn)(M)的所述電流路徑(41)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬輸入組件(I)，其中，所述分壓器(5)具有串聯(lián)接通的第一電阻器(Rl)和第二電阻器(R2)，其中，所述中心抽頭(6)布置在所述第一電阻器(Rl)和所述第二電阻器(R2)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模擬輸入組件，其中，所述比較裝置(20)設(shè)計(jì)為運(yùn)算放大器并且所述切換裝置(30)設(shè)計(jì)為半導(dǎo)體切換裝置。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK104238401SQ201410256089
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月11日
【發(fā)明者】托馬斯·內(nèi)措爾德 申請(qǐng)人:西門子公司