过程控制变送器制造技术

一种过程控制系统中的变送器，其特征在于：它包括用于与过程控制环路相连合的输入／输出电路；具有随第一感应参数而变化的第一阻抗的一个第一传感器；具有随第二感应参数而变化的第二阻抗的一个第二传感器；与第一传感器相耦合的第一激励交流信号；与第二传感器相耦合的第二激励交流信号；与结合了第一、二传感器的交流输出的第一、第二传感器的输出相耦合的一个求和结点；与用于提供代表第一和第二传感器的求和ＡＣ输出的数字输出的求和节点相连的模数转换器；与模数转换器的输出相耦合的数字信号处理电路，该模数转换器处理数字输出并通过过程控制环路向输入／输出电路提供用于传送的与第一和第二感应参数相关的输出。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

Process control transmitter

Transmitter for process control system, which is used for input / output circuit and process control loop combination; a first sensor has a first impedance change with the parameters of the first induction; a second sensor has second impedance changes with second parameters and the induction; coupled with the first the first sensor excitation AC signal; coupled with the second sensor second excitation alternating signal; combined with the first and two sensors of the AC output of the first and second sensor output coupled to a summing node; and to provide for and ADC digital output node represents the first and second sensors and AC output the connected; coupled output analog-to-digital converter and the phase of the digital signal processing circuit, the analog-to-digital converter and digital output processing Output to the input / output circuit provided by the process control loop to the first and second sensing parameters.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种带有一个模数转换器的过程控制变送器，该模数转换器可以提供一个传感器输入信号的数字表示。更具体地说，本专利技术涉及带有一个能产生一种传感器信号的传感器的过程控制变送器，该传感器信号对应于被转换成传感器信号的数字表示的感应参数，传感器信号表示被感应的参数。在过程控制工业中，变送器一般是通过两股线与一个控制器连接，且变送器和控制器均通过这两股线获得电力。一个变送器从一个控制器获得指令并发射表示被感应物理参数的输出信号返给控制器。通常办法是使用一个电流环路，利用环路中在4-20mA幅度内的变化的电流来表示感应参数。本变送器包括一个用来感应一个与某一过程相关的参数的传感器。该传感器输出一个模拟信号，以表示由控制过程的特性所决定的各种变量中的一个。这些变量有压力、温度、流量、pH值、浑浊度和气体稠密度等。有些变量有一个非常大的动态范围，比如对应于流速的传感器输出信号的振幅的最大值和最小值就相差10,000倍。变送器中的模数转换器将模拟传感器信号转换成被感应的物理参数的一种数字表示，用于变送器内的后续分析或向远距离地点发送。一个微处理器一般是补偿被感应并被数字化的信号，变送器内的输出电路通过双线环路向远距离地点发射代表被补偿过的物理参数的输出。物理参数每秒一般只被变换几次，这由要控制的过程的特性来决定，而模数转换器一般则要具有16比特分辨率和对噪音的低敏感度。电量平衡转换器用于变送器中以提供模数转换。美围专利“带电平衡反馈测量电路”(专利号5,083,091，1992年1月21日授权给Frick等人)中描述了一个这样的变送器。这种变送器中的传感器提供一个根据过程变量而变化的阻抗。该阻抗的输出被带电平衡转换器转换成阻抗的数字表示。这个数字表示可以超过一个将感应电路与其它变送器电路分隔开的隔离阻挡层而被发射出去。电量平衡转换器是一种Sigma-delta(∑Δ)转换器，这种转换器的输出是1比特宽的串行比特流。这种1比特宽的二进制信号含有所有对传感器阻抗输出信号的振幅和频率进行数字化表示所必需的信息。输出的串行格式非常适于越过隔离阻挡层发射。∑Δ转换器还提供低噪音敏感性、高分辨率的输出。本专利技术的内容概述本专利技术提供了一种将一个以上的信号多路传输给用于过程控制系统中的变送器内的一个模数转换器的技术。这些信号可以是过程变量传感器、基准传感器或其它用于补偿的传感器的输出，通常地，这些信号可用来代表被感应的参数。变送器包括连接一过程控制环路的输入/输出电路。一个第一传感器具有一个根据诸如过程的过程变量等被感应参数进行变化的第一阻抗。一个第二传感器具有根据另一个被感应参数进行变化的第二阻抗。一个第一激励信号被提供给第一传感器，一个第二激励信号被提供给第二传感器。第一和第二传感器的输出对应于第一、第二激励信号和感应参数。一个求和结点将来自第一、第二传感器的输出累加。一个模数转换器将累加后的信号转换成数字格式。数字信号处理电路从模数转换器的数字输出中抽取感应参数。数字信号处理电路提供一个取决于被感应参数的输出给通过过程控制环路进行发送的输入/输出电路。附图的简要说明附图说明图1为本专利技术的一实施例中变送器的简化方框图。图2为图1所示的变送器的较详细的方框图，图中显示了实施例中的信号转换电路。图3为标示两个电容传感器的输出的矢量图。图4为本专利技术的另一实施例的简化原理图。图5A为用于本专利技术的变形正弦波的振幅—时间坐标图。图5B为图5A中的正弦波相位移90°后的振幅—时间坐标图。最佳实施例的详细描述图1为本专利技术的一个实施例中在连结端子14处连接有过程控制环路12的变送器10的简化框图。变送器10包括有测量电路16和传感器电路18。测量电路16连接双线环路12并被用来在环路12上发射和接收信息。测量电路16还包括向变送器10提供产生于流过环路12的环路电流I的一个电力供应输出的电路。在一个具体装置中，测量电路16和传感器电路18被分隔地设置于变送器10内不同区域并由隔离器20进行了电隔离。隔离器20是一个电接地传感器所必需的一种隔离。传感器电路18包括一个传感器22(图中为阻抗)，传感器22对应于被感应参数产生多个可变阻抗。本实施例中，感应参数包括反映一个过程的过程变量(如温度、压强、压差、流量、应变、pH值等)、参考电平和补偿变量(如用来补偿其它被感应变量的传感器温度)。激励信号由激励输入电路24通过电连接26提供给阻抗22。其它激励信号可包括光信号、机械信号和磁信号等。阻抗22响应于来自激励输入24的激励输入信号而在输出27上产生输出信号。输出信号根据被感应的参数而发生变化。本专利技术中，阻抗元件22包括一个或多个与来自激励输入24的不同激励信号相耦合的独立可变阻抗。每个阻抗都向转换电路28提供一个输出信号，转换电路28则将这些信号结合并进行数字化形成一单股数字输出流。转换电路28在输出线30上向将转换电路28电隔离的隔离器20提供一个输出。隔离器20在感应参数的测量中可以减小接地回路噪音并在线32上提供个被隔离的输出给测量电路16。测量电路16发射在环路12上接收的来自转换电路28的数字化后的信号表示。在一个具体实施例，这种表示是一个模拟电流电平或一个数字信号。在一个最佳实施例中，测量电路接收这个数字信号并恢复阻抗元件22中的各独立阻抗分别所产生的信号。线26、27、30和32可以由任何合适的传输介质构成，其中包括电导体、光缆线、压力通道或其它联接方式。图2是通过双线过程控制环路12连接到控制室电路36上的变送器10的更为详细的方框图。控制室电路36被模化为一个电阻36A和电压源36B。电流I2从环路12流过变送器10。在图2所示的实施例中，传感器22包括电容压力传感器40H和40L，两传感器各具有分别对应于压力PH和PL的电容CH和CL。例如，电容CH和CL可以表示一个过程的感应压力。电容器40L通过输入线26接收来自输入电路24的激励输入信号S1。电容器40H通过输入线26接收来自输入电路24的激励输入信号S2。电容器40H和40L各自在输出线42H和42L上分别产生输出信号OH和OL。输出线42H和42L在通过线27与转换电路28相连的求和结点44处连接在一起。转换电路28包括高阻抗输入放大器46。在一个具体实施例中，放大器46由一个运算放大器48组成，放大器48可通过电容器50从一个输出端子向一个反相输入端子形成负反馈。放大器48的非反相输入连接机壳或电接地52。运算放大器48的反相输入通过线27连接求和结点44。放大器46的输出被提供给根据众所周知的∑Δ转换技术运行的∑Δ转换电路54。刊登在1988年12月出版的《固态电路电子和电气公司协会学报》第6卷第23册第1298-1308页上，题目为《∑Δ调制模数转换器设计》一文中就描述了∑Δ转换的设计方案。∑Δ转换电路54可以被制成具有相当高的抽样率和分辨率，以适于某种特殊传感器即用作覆盖传感器输出动态范围的传感器22。∑Δ转换电路54提供一比特宽的位流到线30上。这个数字输出包括对放大器46提供的输入信号的振幅、频率和相位进行数字化显示所必需的全部信息。来自激励输入电路24的激励信号S1和S2可以利用任何适当的技术产生。在图示的实施例中，信号S1和S2是由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗格·L·弗里克，约翰·P·斯库特，艾哈迈德·H·陶菲克，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：