DE69626649T2

DE69626649T2 - Isolierungsschaltung fur sender-elektronik in einem prozesssteuerungssystem

Info

Publication number: DE69626649T2
Application number: DE69626649T
Authority: DE
Inventors: L. Morton SCHLESINGER; E. Bruce KYRO
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1996-07-23
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2016-07-24
Also published as: EP0842505B1; US5610552A; CA2227906A1; DE69626649D1; WO1997005588A1; EP0842505A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, betrifft Prozeßsteuerungssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Isolierungs- bzw. Trennschaltungsanordnung zur Verwendung in Messwandlern bzw. Transmittern eines Prozeßsteuerungssystems, z. B. eine Trennschaltung, wie in EP-A-0 294 139 offenbart.
Prozeßsteuerungssysteme werden in Produktionsanlagen verwendet, um den Ablauf eines Prozesses zu überwachen. Ein Meßwandler ist vor Ort angeordnet und überwacht eine Variable des Prozesses, z. B. Druck, Temperatur oder Durchfluß. Der Meßwandler ist mit einer Regel- bzw. Steuerschleife gekoppelt und überträgt Information über die Regelschleife an eine Regeleinrichtung, die den Ablauf des Prozesses überwacht. Normalerweise ist die Regelschleife eine Zweidrahtschleife, die einen Strom transportiert, der auch Leistung für den Betrieb des Meßwandlers liefert. Zu den Übertragungsstandards gehört der Feldbusstandard, mit dem digitale Information an den Meßwandler übergeben wird. HART® ist ein weiterer Standard, der eine Übertragung über ein Prozeßvariablensignal von 4 bis 20 mA ermöglicht.
Ein Typ von Prozeßvariablensensor ist eine Widerstandsbrückenschaltung, bei der der Widerstand der Brücke sich als Antwort auf die Prozeßvariable ändert. Andere Sensoren sind u. a. kapazitive, Vibrationsstrahl- oder sonstige Sensoren. Ein Eingangssignal wird an die Brücke angelegt, und das Brückausgangssignal wird überwacht, um die Prozeßvariable zu bestimmen. Um bestimmte Eigensicherheitsstandards zu erfüllen, muß die Meßbrücke vom Rest des Meßwandlers "unfehl bar" elektrisch getrennt sein. Solche Standards sind beispielsweise in den europäischen CENELEC-Standards EN50014 und 50020, dem Factory Mutual Standard (gemeinsame Werksnorm) FM3610, der Canadian Standard Association (Kanadischer Normenausschuß), der British Approval Service for Electrical Equipment in Flammable Atmospheres (britische Zulassungsbehörde für elektrische Geräte in entflammbarer Atmosphäre), dem Japanese Industrial Standard (japanische Industrienorm) und dem Standards Association of Australia (Normenausschuß von Australien) ausgeführt. Die Eigensicherheitsanforderungen sollen garantieren, daß der Betrieb oder Ausfall eines Instruments keine Entzündung bewirken kann, wenn das Instrument in einer Umgebung, die explosive Gase enthält, richtig installiert ist. Dies wird erreicht, indem die maximale Energie, die im Meßwandler im schlimmsten Fall in einer Störungssituation gespeichert ist, begrenzt wird. Eine zu hohe Energieentladung kann zu Funkenbildung oder übermäßiger Hitze führen, die eine explosive Umgebung, in der der Meßwandler möglicherweise arbeitet, entzünden könnte.
Nach dem Stand der Technik sind bisher in erster Linie zwei Techniken verwendet worden, um eine unfehlbare Trennung zwischen der Sensorschaltungsanordnung und der Meßwandlerschaltungsanordnung zu erreichen. Die erste Technik besteht darin, eine ausreichende mechanische Trennung oder Beabstandung im Sensor zu ermöglichen, so daß die Störung einer Komponente keinen elektrischen Kurzschluß mehr mit einer anderen Komponente oder mit Masse bewirken kann. Die zweite Technik besteht darin, das gesamte System so zu auszulegen, daß keine Trennung erforderlich ist, indem Komponenten verwendet werden, die für eine so große Verlustleistung bemessen sind, daß sie selbst als unfehlbar gelten.
Ein Problem bei diesen beiden Techniken besteht darin, daß sie ein ausreichend großes Meßwandlergehäuse erfordern, um den erforderlichen Abstand zwischen den Komponenten oder die relativ großen Abmessungen der Hochleistungskomponenten zu ermöglichen. Die Verringerung der Abmessungen des Meßwandlers sind also bisher begrenzt gewesen, wenn die Ei gensicherheitsanforderungen unter Verwendung der beiden oben genannten Techniken erfüllt werden sollten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Technik zur Erfüllung von Eigensicherheitsanforderungen unter Verwendung einer relativ kleinen Fläche bereit, wobei die Verringerung der Größe des Gesamtmeßwandlers möglich wird. Die Erfindung ist ein Meßwandler bzw. Transmitter mit einer elektronischen Schaltungsanordnung und einer Brückenschaltung. Die elektronische Schaltungsanordnung erzeugt einen Referenzpegel und hat einen Prozeßvariableneingang zur Aufnahme eines Eingangssignals, das auf die Prozeßvariable bezogen ist. Eine Ausgangsschaltungsanordnung der elektronischen Schaltungsanordnung gibt die Prozeßvariable aus. Die Sensorbrückenschaltung hat einen Sensorbrückeneingang und einen Brückenausgang. Der Sensorbrückenausgang ist auf die erfaßte Prozeßvariable bezogen. Eine Trennschaltungsanordnung koppelt die elektronische Schaltungsanordnung mit der Sensorbrückenschaltung. Die Trennschaltungsanordnung weist einen ersten hochohmigen Puffer auf, der mit dem Referenzpegel verbunden ist, der eine gepufferte Referenz darstellt. Ein erstes hochohmiges Trennglied bzw. -element koppelt die gepufferte Referenz mit dem Brückeneingang. Ein zweites hochohmiges Trennglied bzw. -element koppelt den Brückenausgang mit einem zweiten hochohmigen Puffer. Der zweite hochohmige Puffer stellt den Eingang dar, der auf die Prozeßvariable der elektronischen Schaltungsanordnung bezogen ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Prozeßsteuerschleife, die mögliche Fehlerbedingungen unter Berücksichtigung der Eigensicherheit darstellt.
2 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild, das einen erfindungsgemäßen Meßwandler darstellt, der mit einer Prozeßsteuerschleife gekoppelt ist.
3 ist eine schematische Darstellung einer Meßwandlerschaltungsanordnung des in 2 gezeigten Meßwandlers.
4 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Trennschaltungsanordnung, die mit einer Widerstandsbrücke gekoppelt ist.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Prozeßsteuerungssystems 10, das mögliche Fehler unter Berücksichtigung der Eigensicherheit darstellt. Das Prozeßsteuerungssystem 10 weist einen Transmitter bzw. Meßwandler 12 auf, der vor Ort in einer Umgebung angeordnet ist, die explosive Gase enthalten kann. Der Meßwandler 12 ist mit einem Kontrollraum 14 und einer Barriereschaltung 16 verbunden, die in 1 insgesamt als Ersatzschaltungsanordnung 14/16 gezeigt sind. Beispielsweise kann die Barriereschaltung 16 eine Schaltung mit einer Sicherung, Widerständen und Zenerdioden sein, um den Energiedurchgang zu begrenzen. Die Schaltungsanordnung 14/16 ist als 30-V-Spannungsquelle 18 und als 250-Ω-Widerstand 20 modelliert. Die Schaltungsanordnung 14/16 ist mit dem Meßwandler 12 über eine Zweidrahtstromschleife 22 verbunden, die den Schleifenstrom I_L transportiert. Die Schleife 22 ist mit den Eingangsanschlüssen 24 des Meßwandlers 12 verbunden. Der Meßwandler 12 weist eine Meßwandlerelektronik 26 auf, die im allgemeinen als Zenerdiode 28 und Kondensator 30 modelliert ist. Die Elektronik 26 ist mit dem Eingangsanschluß IN des Sensors 32 verbunden, der eine Widerstandsbrückenschaltung mit Widerständen 32a, 32b, 32c und 32d darstellt. Der Sensor 32 hat außerdem Ausgangsanschlüsse, die als Antwort auf eine erfaßte Prozeßvariable ein Signal zwischen sich entwickeln. Wenn beispielsweise einer der Widerstände 32a bis 32d ein Widerstandsdehnungsmeßstreifen ist, kann der Brückensensor 32 verwendet werden, um eine Prozeßvariable, z. B. Druck, zu erfassen.
Eine Anzahl verschiedener elektrischer Masseverbindungen ist in 1 gezeigt. Die Masse 36 ist eine Gehäuse masse, z. B. die Masse des Gehäuses oder der Hülle des Meßwandlers 12. Die Masse 38 ist eine Stromversorgungsspannung V_SS, die von der internen Schaltungsanordnung im Meßwandler 12 verwendet wird.
Ein Stromteilungswiderstand 34 hat einen Widerstand von 135 Ω. Der Widerstand 34 ist so bemessen, daß die Elektronik im Meßwandler 12 einem begrenzten Höchstbetrag der Leistung ausgesetzt ist, die an den Meßwandler 12 geliefert werden kann. Die maximale Verlustleistung wird realisiert, wenn der Elektronikwiderstand R_E mit dem Widerstand des Stromteilungswiderstands 34 und des Barrierewiderstands 20 übereinstimmt:
RE = R34 + R20 Gl. 1
RE = 135 Ω + 250 Ω = 385 Ω Gl. 2
Die Gesamtleistung, die für den Meßwandler 26 verfügbar ist, wird mit 0,9 W angenommen. Der Stromteilungswiderstand 34 begrenzt die maximale Leistung P_max für die verbleibende Elektronik, nämlich
Pmax = I2L RE Gl. 3
Für die Spannungsquelle 18, die 30 Volt entspricht, wie in 1, ist die maximale Verlustleistung der Elektronik folgende:
Wenn also der Widerstand 34 in bezug auf die Eigensicherheitsanforderungen als unfehlbar gilt, ist die maximale Leistung, die die Komponenten im Meßwandler 12 als Verlustleistung abgeben, 0,584 W. 1 zeigt Fehlerbeispiele 46, die auftreten könnten und eine elektrische Schaltungsanordnung im Meßwandler 12 kurzschließen könnten. Eine eigensichere Ausführung trennt energiespeichernde Bauelemente, z. B. Kondensatoren, Batterien, Drosselspulen oder andere Bauelemente. Energiespeicher-Bauelemente können durch unfehlbare Komponenten, z. B. Widerstände, Reihenkondensatore, Dioden und anderen Bauelemente, die den Energieentladungsweg der Energie speichervorrichtung blockieren oder begrenzen, getrennt werden.
Die Erfindung stellt eine Trennschaltungsanordnung (in 1 nicht gezeigt) zwischen Meßwandlerschaltungsanordnung 26 und Sensorbrücke 32 bereit, die die Unfehlbarkeit des Strombegrenzungswiderstands 34 beibehält. Die Erfindung, wie nachstehend ausführlicher beschrieben, trennt die Schaltungsanordnung 26 und die Brücke 32 unter Verwendung relativ großer Widerstandswerte und einer hochohmigen Schaltungsanordnung.
2 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungsanordnung im Meßwandler 12 genauer zeigt. Der Meßwandler 12 ist über eine Zweidrahtstromschleife 22 mit der Kontrollraumschaltungsanordnung 14 verbunden, die als Widerstand 50 und Spannungsquelle 18 modelliert ist. Eine Barriereschaltung 16 trennt und entkoppelt den Meßwandler 12 von der Kontrollraumschaltungsanordnung 14. Die Meßwandlerschaltungsanordnung 26 ist erfindungsgemäß über eine Trennschaltungsanordnung 58 mit einer Brücke 32 verbunden. Die Meßwandlerschaltung 26 weist einen Spannungsregler 60, einen Mikroprozessor 62 und eine Stromsteuerungs- und E/A-Schaltungsanordnung 64 auf. Der Spannungsregler 60 stellt eine geregelte Ausgangsspannung V_DD in Bezug auf V_SS 38 bereit, um die Schaltungsanordnung im Meßwandler 12 zu betreiben. Der Mikroprozessor 62 ist mit einem Speicher 66, einem Systemtaktgeber 68 und einem Analog-Digital-Wandler 70 verbunden. Der Mikroprozessor 62 arbeitet nach den im Speicher 66 gespeicherten Anweisungen mit einem Arbeitstakt, der vom Taktgeber 68 bestimmt wird. Der Mikroprozessor 62 empfängt eine Prozeßvariable, die von der Brücke 32 über den Analog-Digital-Wandler 70 bereitgestellt wird, der mit der Trennschaltung 58 verbunden ist. Die Stromsteuerungs- und E/A-Schaltung 64 wird vom Mikroprozessor 62 gesteuert. Der Mikroprozessor 62 reguliert den Schleifenstrom I_L und/oder sendet digitale Darstellungen der von der Brücke 32 gelieferten Prozeßvariablen. Die Stromsteuerungs- und E/A-Schaltungsanordnung 64 wird auch verwendet, um Information zu empfangen, die beispielsweise vom Kontrollraum 14 über die Schleife 22 übertragen wird. Diese empfangene Information kann beispielsweise Anweisungen oder Abfrageaufforderungen aufweisen, die an den Mikroprozessor 62 gerichtet sind.
3 ist eine schematische Darstellung, die eine Meßwandlerschaltungsanordnung 26 ausführlicher zeigt. Eine Zenerdiode 28 klemmt V_DD an einen Maximalwert, und ein Kondensator 30 glättet jegliche Spannungswelligkeit am Ausgang des Reglers 60. Ein Mikroprozessor 64 wird über seine Verbindung mit V_DD und V_SS gespeist. V_DD und V_SS werden an die Trennschaltungsanordnung 58 geliefert (in 4 gezeigt). Das Ausgangssignal des Taktgebers 68 wird auch an die Trennschaltungsanordnung 58 geliefert. Die Widerstände 80 und 82 entwickeln einen Referenzpegel für den Analog-Digital-Wandler 70. Der Referenzpegel wird vom Pufferverstärker 84 gepuffert. Ein offenes Sensorsignal 88 von der Trennschaltungsanordnung 58 wird über den A/D-Wandler 70 an den Mikroprozessor 64 übergeben. Der A/D-Wandler 70 empfängt ein analoges Eingangssignal von der Trennschaltungsanordnung 58.
4 ist eine schematische Darstellung einer Trennschaltungsanordnung 58, die erfindungsgemäß mit einer Brücke 32 gekoppelt ist. Die Trennschaltungsanordnung 58 weist Widerstände 100, 102 und 104 auf, die zwischen V_DD und V_SS 38 in Reihe geschaltet sind. Die Widerstände 100, 102 und 104 erzeugen eine nominale Spannungsdifferenz von 0,8 Volt, die an die nichtinvertierenden Eingänge von Operationsverstärkern 106 und 108 angelegt wird. Die Verstärker 106 und 108 bilden einen hochohmigen Puffer 110. Die Operationsverstärker 106 und 108 sind gegengekoppelt und ermöglichen eine Einheitsverstärkung. Die Ausgänge des hochohmigen Puffers 110 sind mit einem hochohmigen Trennelement 112 verbunden, das Widerstände 114 und 116 aufweist. Die Kondensatoren 119a und 119b verbinden die Widerstände 114 und 116 mit V_SS-I 40.
Das Ausgangssignal des hochohmigen Trennglieds 112 stellt eine Differenzeingangsspannung des Operationsverstärkers 118 dar, der über den Widerstand 120 gegengekoppelt ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 118 ist mit der getrennten Versorgungsspannung V_DD-I über den Wi derstand 122 und mit der getrennten Masse V_SS- _I 40 über den Widerstand 124 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 118 ist mit V_SS-I über den Widerstand 126 verbunden. Der Operationsverstärker 118 ist als Differenzverstärker mit einer Vierfachverstärkung geschaltet.
Die Brücke 32 ist mit zwei EINGANG-Anschlüssen dargestellt. Ein EINGANG-Anschluß ist mit der getrennten Versorgungsspannung V_DD-I verbunden. Der andere EINGANG-Anschluß ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 118 über den Widerstand 132 verbunden. Die Ausgänge der Brücke 32 AUSGANG sind mit einem hochohmigen Trennelement 134 verbunden. Das hochohmige Trennelement 134 weist die Widerstände 136 und 138 auf, die mit dem invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang des hochohmigen Puffers 140 verbunden sind. Der hochohmige Puffer 140 weist Operationsverstärker auf, die als hochohmiger Differenzverstärker konfiguriert sind.
Ein Operationsverstärker 150 ist so geschaltet, daß ein offener Sensorausgang des Analog-Digital-Wandlers 70 entsteht. Der Operationsverstärker 150 hat einen nichtinvertierenden Eingang, der mit einem Eingang der Brücke 32 verbunden ist, und einen invertierenden Eingang, der mit der getrennten Stromversorgung V_DD-I über den Widerstand 152 und mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 118 über den Widerstand 154 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 150 ist über den Widerstand 158 mit dem hochohmigen Puffer 156 verbunden. Der Operationsverstärker 160 wird mit der Gleichtakteingangsspannung des Operationsverstärkers 140 angesteuert und liefert ein Schutzsignal. Der Ausgang des Operationsverstärkers 160 ist mit Schutzfolien 162 und über den Widerstand 166 Schutzfolien 164 verbunden. Die Schutzfolien 162 und 164 verlaufen in physischer Nähe des Ausgangs der Brücke 32.
Die Stromversorgungstrennschaltungsanordnung 170 weist einen invertierenden Pufferverstärker 172 auf, der mit dem Taktgeber 68 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 172 ist über einen Widerstand 176 mit Trennkondensatoren 174a, 174b und 174c verbunden. V_SS 38 ist mit den Trennkondensatoren 178a, 178b und 178c verbunden, um eine getrennte Masse V_SS-I 40 zu ermöglichen. Die Dioden 180 und 182 sind so geschaltet, daß eine Halbwellengleichrichtung des Signals des Verstärkers 172 erfolgt. Die Kondensatoren 184 und 186 und die Drosselspule 188 sind so geschaltet, daß eine glatte, getrennte Gleichspannung V_DD-I auf der Grundlage des gleichgerichteten Signals vom Verstärker 172 entsteht.
Im Betrieb sind die Spannung V_DD, die vom Regler 66 geliefert wird, und die Masse V_SS 38 über die Widerstände 100, 102 und 104 verbunden, um ein Referenzsignal an die Eingänge der Verstärker 106 und 108 zu liefern. Der von den Widerständen 100, 102 und 104 gebildete Spannungsteiler wird verwendet, um das Referenzpotential auf einem Wert innerhalb des Gleichtakteingangsbereichs des Verstärkers 118 zu halten. Die Ausgangssignale der Verstärker 106 und 108 werden an die Widerstände 114 und 116 geliefert, die die Referenzspannung an der Linie trennen, die insgesamt mit 192 bezeichnet ist. Die hochohmigen Verstärker 106 und 108 ermöglichen die Verwendung der Widerstände 114 und 116, die einen relativ hohen Wert haben. Die Widerstände 114 und 116 sind vorzugsweise Metallfilmwiderstände, die in bezug auf die Eigensicherheitsanforderungen als unfehlbar gelten und einen hinreichend hohen Wert haben, um die Eigensicherheitsanforderungen zu erfüllen. Das getrennte Referenzsignal wird vom Verstärker 118 verstärkt, der auch das getrennte Referenzsignal von der getrennten Versorgungsspannung V_DD-I subtrahiert. Diese Subtraktion stellt sicher, daß das Referenzsignal innerhalb des Ausgangsbereichs des Verstärkers 118 liegt. Die Eingangssignale EINGANG der Brücke 32 entstehen zwischen der positiven getrennten Versorgungsspannung V_DD-I und dem Ausgang des Verstärkers 118. Das Ausgangssiganl der Brücke 32 wird durch die Widerstände 136 und 138 getrennt und vom Differenzverstärker 140 verstärkt. Die Kondensatoren 194 stellen ein Filter gegen das Rauschen im Signal dar. Die Widerstände 136 und 138 haben einen großen Wert, um die Eigensicherheitsanforderungen zu erfüllen. Auf ähnliche Weise ist das offene Sensorsignal 150 unter Verwendung des Widerstands 158 und des Pufferverstärkers 156 getrennt. Während des normalen Betriebs ist der Aus gang des Verstärkers 156 auf Hochpegel. Wenn die Brücke 32 geöffnet ist oder wenn die Leistung anderweitig an die Schaltungsanordnung 58 verloren geht, geht der Ausgang des Verstärkers 156 auf Tiefpegel. Ein Tiefpegelsignal verhindert den Betrieb des Analog-Digital-Wandlers 70, was einen Fehler für den Mikroprozessor 64 bedeutet. Der Verstärker 160 und der Widerstand 156 werden verwendet, um den Ausgang gegen die Brücke 32 zu schützen, und sind mit den Schutzfolien 162 und 164 verbunden. Der Widerstand 166 hat einen hinreichend hohen Wert, um die Eigensicherheitskriterien zu erfüllen.
Die Stromversorgungstrennschaltungsanordnung 170 verwendet drei Reihenkondensatoren, um die Stromversorgung V_DD-I unter Verwendung der drei Reihenkondensatoren gegen Masse zu trennen. Drei Reihenkondensatoren gelten in bezug auf die Eigensicherheitsstandards als unfehlbar. Das periodische Ausgangssignal des Taktgebers 68 läuft durch die Kondensatoren 174a–c oder 178a–c. Das Taktsignal wird unter Verwendung der Dioden 180 und 182, der Kondensatoren 184 und 186 und der Drosselspule 188 gleichgerichtet und gefiltert. Das Taktsignal hat eine relativ hohe Frequenz, z. B. 460 kHz, so daß die Filterkomponenten relativ klein sein können. Es sollten jedoch Werte gewählt werden, die eine Stromversorgungskapazität von mindestens 120 μA plus hinreichend Strom für die Strombrücke 32 ermöglichen, um einen Gesamtstrom von etwa 400 μA zu erreichen.
Die Parallelschaltung aller sechs Trennwiderstände 114, 116, 166, 138, 136 und 158 wird so gewählt, daß sie mehr als 16 kΩ hat. Dieser relativ große Wert ist unbedeutend im Vergleich zu den 135 Ω des Strombegrenzungswiderstands 34. Das Signal, das zur Ansteuerung der Brücke 32 verwendet wird, ist proportional zum gleichen Referenzwert, den der Analog-Digital-Wandler 70 bereitstellt, der in 2 gezeigt ist. Daher werden Schwankungen der V_DD in dem an die Brücke 32 angelegt Ansteuerungssignal (IN) reflektiert, so daß sich kein Fehler in das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers 70 einschleichen kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten der Trennschaltungsanordnung 58 wie folgt: Tabelle 1

Komponente	Wert
Widerstand 100	200 kΩ
Widerstände 102,104	49,9 kΩ
Widerstände 114,116	169 kΩ
Widerstände 120, 122, 124, 126	681 kΩ
Widerstand 132	100 kΩ
Widerstände 136, 138	52,3 kΩ
Widerstand 152	158 kΩ
Widerstand 154	648 kΩ
Widerstände 158, 166	169 kΩ
Widerstand 176	12,1 kΩ
Kondensatoren 176a–c und 178a–c	0,022 μF
Kondensatoren 184, 186	0,033 μF
Drosselspule 188	220 μH

Die Operationsverstärker 106 und 108 sind TLC27L2 (dual) von Texas Instruments; 118 und 150 TLV2252 (dual) von Texas Instruments; 140 und 156 TLC2254 (quad) von Texas Instruments.
Die Erfindung stellt eine einmalige Technik zur Trennung von Meßwandlerelektronik von einer Brückenschaltung in einem Prozeßsteuerungsmeßwandler dar. Die Technik verwendet hochohmige Elemente und hochohmige Verstärker, um die eigensichere Trennung zwischen den Komponenten zu bewirken. Ein kapazitiv getrennter Strom wird verwendet, um Strom an die Brückenschaltungsanordnung und an die Trennschaltungsanordnung zu liefern.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird der Fachmann anerkennen, daß Änderungen in Form und Detail möglich sind, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können andere Typen von hochohmigen Puffern oder hochohmigen Trennelementen verwendet werden, und es können andere Typen von Sensoren, z. B. ein Halbleitertemperatursensor, Kondensator, Vibrationsstrahl, optische, piezoelektrische und magnetische Sensoren verwendet werden. Ferner kann das Stromsignal lediglich ein Wechselstromsignal sein und ist nicht auf ein Taktsignal beschränkt.

Claims

Transmitter zum Erfassen und Übertragen einer Prozeßvariablen mit: einer elektronischen Schaltungsanordnung mit: einer Prozeßvariableneingangsschaltungsanordnung zum Empfangen eines auf die Prozeßvariable bezogenen Eingangssignals; und einer Ausgangsschaltungsanordnung, die die Prozeßvariable überträgt; einem Sensor (32a, b, c, d) mit einem auf die erfaßte Ausgangsvariable bezogenen Sensorausgangssignal; einer Trennschaltungsanordnung, die den Sensor mit der elektronischen Schaltungsanordnung koppelt, mit: einem ersten hochohmigen Trennelement (134), das mit dem Sensorausgang verbunden ist; und einem ersten hochohmigen Puffer (140), der das erste Trennelement mit der Prozeßvariablen der Prozeßvariableneingangsschaltungsanordnung koppelt.
Transmitter nach Anspruch 1, wobei der erste hochohmige Puffer einen Differenzverstärker (140) aufweist und das erste hochohmige Trennelement einen ersten Widerstand (138), der zwischen einen Eingang des Differenzverstärkers und den Ausgang des Sensors geschaltet ist, und einen Widerstand (136), der zwischen einen zweiten Eingang des Differenzverstärkers und den Ausgang des Sensors geschaltet ist, aufweist.
Transmitter nach Anspruch 1, wobei die elektronische Schaltungsanordnung einen Referenzpegelgenerator aufweist, der einen Referenzpegel erzeugt, und die Trennschaltungsanordnung aufweist: einen zweiten hochohmigen Puffer (118), der mit dem Referenzpegel verbunden ist und eine gepufferte Referenz bereitstellt.
Transmitter nach Anspruch 1, wobei die elektronische Schaltungsanordnung einen Taktgeber aufweist und die Trennschaltungsanordnung eine Stromversorgungstrennschaltungsanordnung (170) aufweist, die unter Verwendung eines Taktsignals des Taktgebers eine getrennte Stromversorgung bewirkt.
Transmitter nach Anspruch 4, wobei die Stromversorgungstrennschaltung mehrere Kondensatoren (174a–c, 178a–c) aufweist, die mit dem Taktsignal, das die getrennte Stromversorgung bewirkt, in Reihe geschaltet sind.
Transmitter nach Anspruch 5 mit einem Gleichrichter (180, 182) und einer Filterschaltung (184, 186, 188), die mit den mehreren Kondensatoren verbunden ist, um die getrennte Stromversorgung gleichzurichten und zu filtern.
Transmitter nach Anspruch 1, wobei die Trennschaltungsanordnung einen Detektor mit offenem Sensor (150) aufweist, der ein offenes Sensorausgangssignal an ein drittes hochohmiges Trennelement (158) liefert, das auf einen offenen Sensorzustand des Sensors anspricht.
Transmitter nach Anspruch 1 mit einem hochohmigen Schutztrennelement (162), das mit einer Schutzfolie verbunden ist, die in unmittelbarer Nähe des Ausgangs des Sensors angeordnet ist.
Transmitter nach Anspruch 1, wobei ein Sensor (32) eine Brückenschaltung ist.