测量系统的制作方法

1.本公开涉及一种用于将二进制开关信号转换为总测量信号的测量系统。


背景技术：

2.具有信号转换器(特别是多路转换器)的测量系统通常被设计成将多个输入信号映射到单个输出信号上，其中输入信号可以从输出信号中唯一地重构。例如，可以将多个二进制电压信号转换为具有多个可能电压值的离散电压信号。因此，可以将二进制电压信号的唯一组合分配给每个电压值。然而，根据电压信号的相应发生器和信号转换器之间的线路长度，二进制电压信号可以经历电压幅度减小，由此可以增加电压信号解释中的错误率。此外，离散电压信号的传输也可能受到与线路相关的电压幅度减小的影响。


技术实现要素：

3.本公开的目的是提供一种用于检测开关状态的有效测量系统。
4.该目的由独立权利要求的技术特征实现。本发明的有利实施方式为从属权利要求、说明书及附图的技术方案。
5.本公开基于这样的知识，即上述目的可以通过具有信号转换器的测量系统来实现，该信号转换器接收二进制开关信号并将它们转换成多电平输出信号，二进制开关信号代表开关接通状态或开关关断状态。多级输出信号尤其可以是幅度离散信号，其将二进制开关信号映射到单个幅值上。输出信号也可以是时间离散的，因此是数字信号。信号转换器适于生成离散输出信号，其允许得出关于每个二进制开关信号的结论，特别是是否存在相应的接通或关断状态。特别地，信号转换器具有电阻器，相关联的二进制开关信号在第一电阻连接件处施加到每个电阻器，并且通过第二电阻连接件与信号输出端并联。相应地，具有电流强度的输出信号可以流过唯一映射二进制开关信号的信号输出端。
6.根据第一方面，本公开涉及一种用于检测开关状态的测量系统。测量系统包括信号转换器，该信号转换器具有可施加第一二进制开关信号的第一信号输入端和可施加第二二进制开关信号的第二信号输入端。第一二进制开关信号代表第一开关状态，而第二二进制开关信号代表第二开关状态。此外，信号转换器包括第一电阻器，该第一电阻器连接在第一信号输入端的下游并且可以基于第一二进制开关信号在该第一电阻器处分接具有第一电流强度的第一测量信号，还包括第二电阻器，该第二电阻器连接在第二信号输入端的下游并且可以基于第二二进制开关信号在该第二电阻器处分接具有第二电流强度的第二测量信号。
7.第二电阻器具有与第一电阻器的电阻值不同的电阻值，并且第二电阻器与第一电阻器并联连接。
8.信号转换器还具有信号输出端，其前面是第一电阻器和第二电阻器，以便在信号输出端提供具有总电流强度的总测量信号，该总测量信号由第一测量信号和第二测量信号的总和形成。总测量信号可以具有电流强度，该电流强度可以唯一地分配给多个电流强度
参考值中的一个电流强度参考值，并且可以从电流强度值中确定第一开关信号和第二开关信号。
9.测量系统还包括控制器，其适于接收总测量信号并基于总测量信号的总电流强度确定第一开关状态和第二开关状态。
10.测量系统特别适用于将由不同设备发送的离散的(特别是二进制的)开关信号转换成离散的标准化信号。特别地，总测量信号的总电流强度可以在4
‑
20ma回路的范围内。可以通过相应的预定电阻将电参数(特别是电流强度和/或电压)的预定幅度分配给每个二进制开关信号。设备状态(例如接通/关断关状态)可以分配给二进制开关信号和对应的相关联的测量信号。二进制开关信号可以用第一开关信号水平指示关断状态并且可以用第二开关信号水平指示接通状态。相应的信号水平可以通过电流强度或电压来实现。
11.通过将多个二进制开关信号多路复用为单个总测量信号，可以实现以下优点，即在连接在信号转换器下游的控制器处形成的信号输入端的数量减少。此外，信号转换器还可以设计用于检测电参数以增加可能的信号输入端的数量。
12.此外，信号输入端可以设计成接收电信号，这些电信号代表例如阀门位置、旋转方向、计数器读数或流速。相应地，信号输入端可以分别设计用于接收离散的(特别是多值的)信号并且将其转换成相关联的测量信号。例如，可以将总测量信号的值范围分配给每个测量信号，以便将相应多值信号的值范围映射到总测量信号中。
13.信号输入端可以具有用于信号线的可拆卸连接的插塞连接，以便能够将不同的信号源灵活地连接到相应的信号输入端。此外，多个信号输入端可以组合形成信号连接块，其布置在插头或插座壳体中并且可以连接到相应的插座或插头配对物。
14.电阻器尤其可以是具有固定电阻值的欧姆电阻器。此外，电阻器的电阻值可以调整以补偿电阻值的公差和/或与老化相关的变化。信号输入端、电阻器和信号输出端尤其可以以集成电路的形式实现，以获得信号转换器的高效和/或节省空间的设计。
15.在一个实施例中，第一测量信号具有预定的电流强度并且第二测量信号具有另外的预定电流强度，其中当相关联的二进制开关信号接通时，总测量信号增加相应的预定电流强度。
16.在一个实施例中，控制器被设计为将总测量信号分配给多个参考值中的一个参考值，其中通过参考值表将开关状态的唯一组合分配给每个参考值，以便基于该总测量信号与参考值之间的分配关系唯一地确定开关状态。
17.预定电流强度尤其可以存储在控制器中的参考值表中，以便能够基于总测量信号识别二进制开关信号。特别地，预定电流强度可以彼此不同。电流强度还通过电阻器以这样的方式设置，使得可以将总测量信号的电流强度唯一地分配给相关联的二进制开关信号。有n个信号输入端，例如可以映射二进制开关信号的2
n
个可能组合。相应地，总测量信号2
n
可以有不同的电流强度水平。开关信号的预定组合被分配给参考值表中的每个电流水平。
18.在一个实施例中，信号输出端设计为用于根据第二进制开关信号提供具有预定范围内(特别是从0ma到24ma)的电流强度的输出信号。在一个实施例中，关于sps标准，特别是在故障情况下可以出现高达31ma的电流。因此，预定电流范围可以是0ma至31ma。
19.电流强度水平之间的距离可以取决于电阻器、电线和下游评估电路，尤其是设备控制的精度。例如，信号转换器可以适用于生成总测量信号，该信号具有离散的电流强度
值，距离在0.1ma到10ma的范围内。直到在0.5
±
0.05ma的偏差情况下，都可以将总测量信号的电流值唯一分配给二进制开关信号的相应组合。
20.在一个实施例中，测量系统包括第一开关元件和第二开关元件，其中第一开关元件可以连接在第一信号输入端的上游并且被设计用于开关信号线，以便将第一二进制开关信号施加到第一信号输入端，其中第二开关元件可以连接在第二信号输入端的上游并且被设计用于开关另一信号线，以便将第二二进制开关信号施加到第二信号输入端。
21.通过分接电流强度信息，可以实现独立布置开关元件的优点，特别是关于信号输入端独立布置。例如，开关元件可以远离相应的信号输入端布置。此外，评估电路(尤其是分接总测量信号的控制器)可以远离信号转换器布置，因为总测量信号的电流强度可以不随信号转换器和控制器之间的距离而变化。
22.在一个实施例中，第一开关元件布置在距第一信号输入端一定距离处并且通过信号线连接到第一信号输入端，该信号线被设计为无论第一开关元件与信号输入端之间的距离是多少，都将第一开关信号不变地从第一开关元件路由至信号输入端。这例有以下优点：例如信号转换器、开关元件和/或评估总测量信号的控制器可以在空间上彼此独立地布置。因此，也可以实现这些元件在功能上分离的布置。例如，开关元件可以布置在控制柜外部。
23.在一个实施例中，第一测量信号是第一二进制开关信号的状态信号，其描述了第一开关元件的接通状态或关断状态，第二测量信号是第二二进制开关信号的另一状态信号，其描述第二开关元件的接通状态或关断状态。开关元件例如可以是电子开关或机械开关，它们被设计为通过开关电线将电势施加到相应的信号输入端。此外，开关元件可以集成到测量系统中，该测量系统设计用于检测多个物理变量并且根据相应的物理变量来切换相应的开关元件。相应的开关元件可以被切换为导电的并且相应地在相应的信号输入端发出接通状态的信号，或者相应的开关元件可以被切换为不导电的并且相应地在相应的信号输入端发出关断状态的信号。
24.在一个实施例中，可以通过并联连接的电阻器将明确的总测量信号分配给第一开关元件和第二开关元件的每个开关组合。例如，电阻器可以具有交错的电阻值，相应的电阻值相对于各自最接近的电阻值减半或加倍。
25.在一个实施例中，并联连接的电阻器的电阻值被选择为使得不同的总测量信号根据第一开关元件和第二开关元件的开关组合达到最小电流强度距离，尤其是1ma。最小电流强度距离可以优选地为0.1ma。
26.在一个实施方式中，测量系统可以通过信号输出端被供给电能，特别是电源电压。信号转换器可以通过信号输出端连接到通信总线，并且电能可以通过信号输出端提供给测量系统。
27.在一个实施例中，测量系统包括能量源，特别是开关电源，其被设计为向测量系统(特别是信号转换器)供应电能，以便产生第一测量信号和/或第二测量信号。测量系统可以连接到直流电源，例如，直流电源为测量系统提供5v和50v之间的电压，特别是12v或24v。
28.在一个实施例中，信号转换器包括多个信号输入端和多个电阻器，其中电阻器连接在每个信号输入端的下游并且电阻器彼此并联地连接在信号输出端的上游。特别地，总测量信号的信号幅度的数量可以与信号输入端的数量成正比，使得总测量信号的信号范围根据二进制输入信号的数量被分段。可以使用参考值表预先确定总测量信号的这种分段。
29.在一个实施例中，多个电阻器被设计用于根据相关联的二进制开关信号在信号输出端提供相关的测量信号，在信号输出端的测量信号的每个信号组合具有与相应的相邻信号组合等距电流强度差。
30.在一个实施例中，信号输出端具有第一连接极和第二连接极，它们通过基极电阻器彼此耦合，通过基极电阻器在信号输出端处提供具有最小电流强度的总测量信号。最小电流强度可以通过参考值表识别为开关状态，其中在所有信号输入端发出关断状态的信号，从而不会通过信号输入端对总测量信号产生影响。相应地，所有信号输入端的这种关断状态被明确定义为具有最小电流强度。如果在电流强度低于最小电流强度的信号输出端检测到总测量信号，则在测量系统中可能存在故障，例如短路或有缺陷的电阻。
31.在一个实施例中，测量系统包括隔离放大器，该隔离放大器连接在信号输出端的上游并且被设计用于在信号输出端提供电源电压，该隔离放大器还被设计用于评估总测量信号并根据参考值表转换控制信号并将其提供在信号输出端。隔离放大器还可以具有中继器电源电路，该中继器电源电路可以设计为放大能量供应，特别是增加由于距离损失而降低的电压水平。中继器电源电路可以连接在信号输出的上游。此外，隔离放大器可以具有控制回路电路，其尤其可以连接在中继器电源电路和信号输出端之间。隔离放大器可以集成在信号转换器中。
32.在一个实施例中，控制器被设计用于评估总测量信号并且在总测量信号低于第一电流强度极限值或超过第二电流强度极限值时显示错误状态。
33.此外，控制器可以设计成基于参考值表处理总测量信号，以便从总测量信号中解码各个开关信号，尤其是将它们解复用。控制器尤其可以远离信号转换器布置，因为通过将开关信号转换成总测量信号的电流强度，可以独立于信号转换器和控制器之间的距离来处理该电流强度。控制器可以(特别是通过通信总线)连接到信号转换器的信号输出端。
附图说明
34.以下，参考附图，描述其他例示实施方式。附图中：
35.图1显示了一个实施例中的测量系统。
36.图2示出了一个实施例中的测量系统。
37.图3示出了一个实施例中的测量系统。
具体实施方式
38.图1示出了用于检测开关状态的测量系统100的示意图，包括信号转换器101。信号转换器101包括四个信号输入端103
‑
1～103
‑
4，二进制开关信号可以施加到每个信号输入端。每个二进制开关信号代表对应的开关状态。在每个信号输入端103
‑
1～103
‑
4的下游连接有电阻器105
‑
1至105
‑
4，在该电阻器上可以根据相应的开关信号分接具有相应电流强度的相关测量信号。
39.信号转换器101还包括信号输出端107，电阻器105
‑
1～105
‑
4连接在信号输出端107的上游，以便在信号输出端107处提供总测量信号，该总和测量信号由各测量信号的总和形成。
40.电阻器105
‑
1～105
‑
4彼此并联连接，特别是以星形连接。电阻器通过相应的第一
电阻连接件连接到相应的信号输入端，并通过相应的第二电阻连接件连接到信号输出端107。此外，电阻器105
‑
1～105
‑
4具有相互不同的电阻值。
41.总测量信号具有总电流强度，该总电流强度可以唯一地分配给多个电流强度参考值中的一个电流强度参考值。各个开关信号可以通过电流强度值来确定。
42.相关联的测量信号具有预定的电流强度，其中当接通相关联的二进制开关信号时，总测量信号增加相应的预定电流强度。此外，信号输出端107被设计用于根据第二进制开关信号提供具有预定范围内(特别是从0ma到31ma)的电流强度的输出信号。
43.此外，测量系统100包括四个开关元件111
‑
1～111
‑
4，开关元件111
‑
1～111
‑
4中的每一个连接在相应的信号输入端103
‑
1～103
‑
4的上游并且被设计成开关一个相应的信号线113
‑
1～113
‑
4将相关联的二进制开关信号施加到相应的信号输入端103
‑
1～103
‑
4。开关元件111
‑
1～111
‑
4被布置在距相应分配的信号输入端103
‑
1～103
‑
4一定距离处并且通过信号线113
‑
1～113
‑
4连接到信号输入端103
‑
1～103
‑
4。信号线113
‑
1～113
‑
4被设计为无论相应的开关元件111
‑
1～111
‑
4与相应的信号输入端103
‑
1～103
‑
4之间的距离是多少，都将相应的开关信号不变地从相应的开关元件111
‑
1～111
‑
4路由至相应的信号输入端103
‑
1～103
‑
4。
44.相关联的测量信号是相关联的二进制开关信号的状态信号，其描述相应开关元件111
‑
1～111
‑
4的接通状态或关断状态。通过并联连接的电阻器105
‑
1～105
‑
4，可以将唯一的总测量信号分配给开关元件111
‑
1～111
‑
4的每个开关组合。并联的电阻器105
‑
1～105
‑
4的电阻值选择为使得对应于开关元件111
‑
1～111
‑
4的开关组合的不同总测量信号达到最小值电流差，特别是1ma。
45.开关元件111
‑
1～111
‑
4形成为双极，其中开关元件111
‑
1～111
‑
4的第一开关接触极与公共接地电位连接，第二开关接触极通过相应的信号线113
‑
1～113
‑
4与相应的信号输入端103
‑
1～103
‑
4连接。
46.测量系统100，尤其是信号转换器101，通过信号输出端107被供给电能，例如电源电压。信号输出端107具有第一连接极115
‑
1和第二连接极115
‑
2，它们通过基极电阻器117相互耦合。通过基极电阻器117在信号输出端107处提供达到最小电流强度的总测量信号。基极电阻器117与另外的电阻器105
‑
1～105
‑
4并联连接。
47.此外，控制器109连接在信号转换器101的下游，所述控制器109被设计为接收总测量信号并通过总测量信号的电流强度确定第一开关信号和第二开关信号。特别地，控制器109被设计用于基于总测量信号的总电流强度确定第一开关状态和第二开关状态。
48.控制器109被设计为将总测量信号分配给多个参考值中的一个参考值，其中通过参考值表将开关状态的唯一组合分配给每个参考值，以便基于总测量信号与参考值之间的分配关系清楚地确定开关状态。
49.控制器109还设计用于评估总测量信号，尤其是总测量信号的电流值，并且在总测量信号低于第一电流极限值或超过第二电流极限值时指示错误状态。控制器109可以(特别是通过接触极115
‑
1、115
‑
2)连接到信号输出端107。此外，接触极115
‑
2可以连接到接地电位。控制器109尤其可以是dcs卡，其具有至少一个模拟输入端，总测量信号可以施加到每个模拟输入端。控制器109可以主动地或被动地连接到信号转换器101，特别是借助隔离放大器(rpss)，经由4
‑
20ma线路电路。
[0050][0051]
表格1：总测量信号的参考值表示例
[0052]
根据表1，可以将相应的通道标识符na、nb、nc、nd分配给信号输入端103
‑
1～103
‑
4。信号输入端na～nd处的二进制开关信号可以具有两种不同的信号状态。第一信号状态由“1”标识并且对应于相应开关元件111
‑
1～111
‑
4的接通状态。第二信号状态由“0”标识并且对应于相应开关元件111
‑
1～111
‑
4的关断状态。根据表1，可以将相应的标识符s1、s2、s3、s4分配给开关元件111
‑
1～111
‑
4。
[0053]
利用参考值表，可以为四个开关元件111
‑
1～111
‑
4的信号状态的每个组合分配唯一的状态0～15，由此可以用4个二进制开关信号产生16种不同的状态。测量系统100被设计为通过电阻器105
‑
1～105
‑
4在信号输出端107处为每个信号组合生成明确的电流强度，其对应于通过参考值表分配的各个电流强度随时间的平均值。根据表1，可以清楚地识别开关元件111
‑
1～111
‑
4的开关状态，直至电流值与相应参考值的偏差为
±
0.5ma。如果总测量信号具有低于3.4ma的电流强度或高于19.6ma的电流强度，则可以使用参考值表识别测量系统100的错误状态。
[0054]
图2示出了具有多个信号输入端103
‑
1、103
‑
2、103
‑
3、103
‑
4和多个电阻器105
‑
1、105
‑
2、105
‑
3、105
‑
4的测量系统100的示意图，其中每个信号输入端103
‑
1、103
‑
2、103
‑
3、103
‑
4之后是电阻器105
‑
1、105
‑
2、105
‑
3、105
‑
4，且电阻器105
‑
1、105
‑
2、105
‑
3、105
‑
4彼此并联连接在信号输出端107的上游。
[0055]
多个电阻器105
‑
1、105
‑
2、105
‑
3、105
‑
4被设计为根据相关的二进制开关信号在信
号输出端107处提供相关联的测量信号，并且每个信号组合在所述信号输出端107处的所述测量信号与相邻的所述信号组合在所述信号输出端107处的相应的测量信号之间具有等距的电流距离。
[0056]
此外，测量系统100包括隔离放大器201，其连接在信号输出端107的上游并且被设计用于在信号输出端107处提供电源电压，隔离放大器201还被设计用于评估总测量信号并且根据参考值表转换控制信号并将其提供在信号输出端107。隔离放大器107是信号转换器101的一部分。
[0057]
隔离放大器201还可以具有中继器电源电路203，其被设计为放大能量供应，特别是增加由于距离损失而降低的电压水平。中继器电源电路203连接在信号输出端107的上游。
[0058]
隔离放大器201还具有控制回路电路205，其尤其可以连接在中继器电源电路203和信号输出端107之间。隔离放大器201还包括电源连接件207，其通过连接端子209连接到直流电压电源211
[0059]
图3示出了用于利用信号转换器101检测开关状态的测量系统100的示意图。信号转换器101包括四个信号输入端103
‑
1～103
‑
4，每个信号输入端都可以被提供二进制开关信号。电阻器105
‑
1～105
‑
4在下游连接到信号输入端103
‑
1～103
‑
4中的每一个，在该电阻器处可以基于相应的开关信号分接相关的测量信号。
[0060]
特别地，信号输入端103
‑
1～103
‑
4经由vip io编组基本元件303连接到电阻器105
‑
1～105
‑
4。vip io编组基本元件303尤其可以是控制单元，其被设计为将信号输入端103
‑
1～103
‑
4与不同的电阻器105
‑
1～105
‑
4灵活连接。此外，vip io编组基本元件303可以被设计成在电阻器105
‑
1～105
‑
4和信号输入端103
‑
1～103
‑
4之间获得明确的分配。此外，基极电阻器117还可以连接到vip io编组基极元件303。vip io编组基本元件303可以具有插头连接件，转换器模块305可以插入到每个插头连接件上，转换器模块305包括电阻器105
‑
1～105
‑
4和117。
[0061]
信号转换器101还包括信号输出端107，电阻器105
‑
1～105
‑
4连接在信号输出端107的上游，以便在信号输出端107处提供总测量信号，该总测量信号由多个测量信号的总和形成。信号输出端107可以布置在vip io编组基本元件303中。
[0062]
电阻器105
‑
1～105
‑
4彼此并联连接，特别是以星形连接。电阻器105
‑
1～105
‑
4具有相互不同的电阻值。每个电阻器105
‑
1～105
‑
4和117与第一电阻器连接件连接，并经由各自的接触端子307
‑
1到307
‑
5连接到vip io编组基本元件303，其中电阻器105
‑
1～105
‑
4和117与第二电阻器连接件连接，并经由公共接触端子309连接到vip io编组基本元件303。
[0063]
控制器109尤其可以是具有至少一个通用信号输入端的uio卡，其被配置为接收模拟信号，尤其是总测量信号。特别地，控制器109可以通过4
‑
20ma线路电路主动地供给电能。
[0064]
附图标记列表
[0065]
100 测量系统
[0066]
101 信号转换器
[0067]
103
‑
1 信号输入端
[0068]
103
‑
2 信号输入端
[0069]
103
‑
3 信号输入端
[0070]
103
‑
4 信号输入端
[0071]
105
‑
1 电阻
[0072]
105
‑
2 电阻
[0073]
105
‑
3 电阻
[0074]
105
‑
4 电阻
[0075]
107 信号输出端
[0076]
109 控制器
[0077]
111
‑
1 开关元件
[0078]
111
‑
2 开关元件
[0079]
111
‑
3 开关元件
[0080]
111
‑
4 开关元件
[0081]
113
‑
1 信号线
[0082]
113
‑
2 信号线
[0083]
113
‑
3 信号线
[0084]
113
‑
4 信号线
[0085]
115
‑
1 连接极
[0086]
115
‑
2 连接极
[0087]
117 基极电阻器
[0088]
201 隔离放大器
[0089]
203 中继器电源电路
[0090]
205 控制回路电路
[0091]
207 电源连接件
[0092]
209 连接端子
[0093]
211 直流电源
[0094]
303 vip io编组基本元素
[0095]
305 转换器模块
[0096]
307
‑
1 接触端子
[0097]
307
‑
2 接触端子
[0098]
307
‑
3 接触端子
[0099]
307
‑
4 接触端子
[0100]
307
‑
5 接触端子
[0101]
309 接触端子。