Самоустанавливающийся датчик/передатчик для оснащения процесса

Самоустанавливающийся датчик/передатчик для оснащения процесса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка испрашивает приоритет на основании предварительной заявки США № 61/107.533, поданной 22 октября 2008 года и озаглавленной «Самоустанавливающийся датчик/передатчик для оснащения процесса», содержание которой включено сюда во всей своей полноте посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к передающим устройствам и датчикам для промышленных процессов. В частности, настоящее изобретение относится к конфигурации передатчика процесса с помощью информации, задаваемой для связанной с ним сборки датчика.

Передатчики и датчики промышленных процессов используются для восприятия (измерения) различных характеристик текучей среды, протекающей через канал передачи или содержащейся внутри резервуара, и передачи информации о характеристиках этого процесса в систему управления, контроля и/или безопасности, удаленную от места измерения процесса. Сборка датчика обычно включает в себя сам датчик, провода датчика, изоляционные материалы и установочные элементы. Сборка датчика воспринимает (измеряет) параметры процесса, включающие в себя давление, температуру, кислотность рН, или скорость потока. Передатчик процесса, электрически связанный со сборкой датчика проводами датчика, получает от сборки датчика выходной сигнал датчика. Передатчик считывает выходной сигнал датчика, полученный от сборки датчика, и преобразует его в информацию, точно представляющую параметр процесса. Наконец, передатчик посылает эту информацию в систему управления.

Точное преобразование передатчиком выходного сигнала датчика в используемую информацию зависит от имеющейся у передатчика информации о характеристиках сборки датчика, включая рабочий диапазон датчика, коэффициенты калибровки, индивидуальные для конкретного модуля датчика, а также заводской номер датчика. Хранение в передающем устройстве этой присущей датчику информации является частью процесса конфигурирования передатчика. Неправильно сконфигурированный передатчик с неверным рабочим диапазоном датчика или с неправильными коэффициентами калибровки будет посылать в систему управления неточную информацию о процессе.

Например, для обеспечения точного выходного сигнала, передатчикам температуры обычно требуется информация сборки датчика температуры о классе датчика (является ли он резистивным детектором температуры (РДТ) или термопарой), о соединении (2, 3 или 4 провода), о конкретном типе датчика (платиновый, K, J и т.д.), а также специальные данные калибровки, включающие в себя температурные коэффициенты Каллендара-Ван Дузена. Если датчик температуры заменяется, в передатчик, для сохранения точности выходного сигнала передатчика, должны быть загружены новые коэффициенты. Конфигурирование передатчика является трудоемким процессом, требующим организации специальных электрических соединений и загрузки вручную информации в передатчик. Ручной характер этого процесса конфигурации делает его трудоемким во времени, а также чреватым ошибками. Для загрузки информации в передатчик требуется большая тщательность. Случайная загрузка неправильной информации часто может быть обнаружена, так как получаемый в результате выход будет так далек от ожидаемого результата, что будет очевидно, что произошла ошибка конфигурирования. Однако если ошибка менее экстремальна, то серьезные проблемы, связанные с точностью, могут возникнуть без какого-либо оповещения пользователя.

Недавно были разработаны сборки датчика с внутренней памятью. Внутренняя память устроенной таким образом сборки датчика содержит всю информацию о присущей этой конкретной сборке датчика конфигурации. Когда такая сборка датчика подсоединена к передатчику, который имеет возможность считывать данные из памяти этой сборки датчика, конфигурационные данные автоматически загружаются в передатчик, полностью исключая ошибки конфигурации. Сборки датчика и передатчики с такой способностью часто называются "plug-and-play" устройствами («включай и работай», т.е. самоустанавливающимися устройствами).

Полезная система "plug-and-play" должна передавать информацию о конфигурации, не ухудшая точность выходного сигнала от сборки датчика. Обычно это достигается посредством обеспечения отдельной проводки для выходного сигнала от датчика и отдельной проводки для информации о конфигурации. Такое устройство называется интерфейсом смешанного типа, поскольку выходной сигнал от сборки датчика является аналоговым, а информация о конфигурации из внутренней памяти является цифровой. Для стандартизации физических соединений и информации, сохраняемой в устройствах "plug-and-play" типа был разработан промышленный стандарт IEEE 1451.4. Этот стандарт задает раздельную проводку для датчика и для информации о конфигурации, за исключением небольшого класса устройств постоянного тока с внутренними усилителями, включающими в себя акселерометры. Однако для подавляющего большинства сборок датчика, включая термопары, РДТ, датчики давления и датчики кислотности, требования раздельной проводки значительно увеличивают стоимость и сложность производства и использования "plug-and-play" сборок датчика.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте осуществления настоящего изобретения сборка датчика с чувствительным элементом посылает сигнал датчика от чувствительного элемента в связанный с ней передатчик процесса через соединительные провода датчика. Сборка датчика имеет также схему памяти для хранения информации, имеющей отношение к этой сборке датчика. Сборка датчика имеет схему интерфейса, которая обеспечивает цифровую связь для передачи сохраненной информации в направлении связанного передатчика процесса и от него. Эта цифровая связь обеспечивается через соединительные провода датчика.

Другой вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя способ конфигурирования комбинации сборки датчика и передатчика процесса. Сборка датчика подсоединена к передатчику процесса через соединительные провода датчика. Через соединительные провода датчика, к сборке датчика, от передатчика процесса, подается сигнал несущей (частоты). Сигнал несущей запитывает связанную со сборкой датчика схему памяти. Этот сигнал несущей модулируется на основании данных конфигурации сборки датчика, хранимых в схеме памяти, с помощью чего формируется модулированный сигнал несущей, содержащий данные конфигурации. Передатчик процесса конфигурируется на основании этих данных конфигурации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1А показывает систему управления процессом, включающую в себя передатчик температуры.

Фиг. 1В показывает более детальный вид системы измерения температуры.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему передатчика температуры и сборки датчика температуры, которая может осуществлять измерения датчика и связь датчика, в том числе автоматическую конфигурацию передатчика температуры.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему сборки датчика температуры, которая может осуществлять измерения датчика и связь датчика, совместимые с измерениями, производимыми 2-, 3- или 4-проводным РДТ или термопарой, и на которой показаны, соответственно 4-проводной и 2-проводной РДТ.

Фиг. 4А и 4В представляют собой блок-схемы передатчиков температуры процесса, которые могут осуществлять измерения датчика и связь датчика.

Фиг. 5 представляет собой блок-схему передатчика температуры процесса и сборки датчика температуры, использующего схемы радиочастотной идентификации (RFID), и термопару в качестве чувствительного элемента.

Фиг. 6А, 6В и 6С представляют собой схемы сборок датчика температуры, использующих схемы радиочастотной идентификации, и 2-, 3- и 4-проводные РДТ.

Фиг. 7 представляет собой блок-схему сборки датчика температуры, совместимой только с 4-проводным РДТ.

Фиг. 8 представляет собой блок-схему сборки датчика температуры, совместимой только с термопарой.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1А и 1В представляют собой схемы, иллюстрирующие хорошо известную в соответствующей области техники систему измерения процесса или управления.

Фиг. 1А представляет собой систему 10 управления или измерения процесса, включающую в себя сборку датчика/передатчик процесса 12, систему 16 управления, линию 14 передачи и трубопровод 18 процесса. Сборка датчика/передатчики процесса могут измерять любой из набора характеристик процесса. В этом варианте осуществления сборка датчика/передатчик процесса 12 измеряет температуру. Система 16 управления может использовать информацию об измеренной температуре для различных целей, включая запись результатов измерения, выработку на основании этой информации управляющих инструкций для управления элементами, или передачу этих измерений другой системе измерения или управления. Линия 14 передачи может быть многожильным кабелем, волоконно-оптическим кабелем или беспроводной линией связи. Трубопровод 18 процесса может быть любым из набора резервуаров процесса, включая рабочий резервуар, резервуар для хранения, дистилляционную колонну или реактор. Сборка датчика/передатчик процесса 12 установлена на трубопроводе 18 процесса, и подсоединена к системе 16 управления посредством линии 14 передачи. Сборка датчика/передатчик процесса 12 измеряет температуру в трубопроводе 18 процесса, и посылает (или передает) по линии 14 передачи в систему 16 управления выходной сигнал, представляющий температуру, измеренную в трубопроводе 18 процесса. Система 10 управления или измерения процесса может измерять температуру процесса и использовать эту информацию в целях измерения процесса или управления им.

Фиг. 1В показывает основные компоненты сборки датчика/передатчика процесса 12, включающие в себя сборку 20 датчика температуры, передатчик 22 температуры процесса и провода 24 датчика. Сборка 20 датчика температуры может использовать только одну из нескольких типов технологий измерения температуры, включающих в себя использование термопары и РДТ с 2-, 3- или 4-проводными конфигурациями. Передатчик 22 температуры процесса работает с любым из множества сборок 20 датчика температуры, если в передатчике 22 температуры процесса хранятся конфигурационные данные, связанные с конкретной сборкой 20 датчика температуры. Сборка 20 датчика температуры соединена с передатчиком 22 температуры процесса проводами 24 датчика.

Сборка 20 датчика температуры измеряет температуру, и по проводам 24 датчика передает аналоговый сигнал датчика, представляющий измеренную температуру, в передатчик 22 температуры процесса. Передатчик 22 температуры процесса преобразует аналоговый сигнал в цифровой вид и корректирует его на основании конфигурационных данных, сохраненных в передатчике 22 температуры процесса, после чего передает информацию о температуре в систему управления (не показана).

Точная загрузка конфигурационных данных в передатчик 22 температуры процесса является существенной, но, как ручной процесс, подвержена ошибкам и является трудоемкой по времени. Автоматическая загрузка конфигурационных данных из ячейки памяти, которая является частью сборки 20 датчика температуры ("plug-and-play" типа), предпочтительна, но в настоящее время может выполняться только с использованием другого набора проводов, отдельного от проводов 24 датчика. Стоимость и сложность использования дополнительного набора проводов является большим препятствием для широкого распространения такого подхода. Настоящее изобретение преодолевает эту проблему посредством обеспечения возможности функционирования системы по принципу plug-and-play с использованием только проводов 24 датчика.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, которая иллюстрирует сборку датчика/передатчик процесса 100, содержащую в себе настоящее изобретение, способную осуществлять как измерения датчика, так и связь датчика с использованием одних и тех же проводов датчика. Как показано на фиг. 2, сборка датчика/передатчик процесса 100 включает в себя сборку 120 датчика температуры, передатчик 122 температуры процесса и провода 124 датчика. Передатчик 122 температуры процесса включает в себя схему 150 интерфейса, схему 152 связи датчика, схему 154 измерения датчика, микропроцессор 158, память 160 и порт 162 связи. Сборка 120 датчика температуры включает в себя чувствительный элемент 170, схему 172 памяти и схему 174 интерфейса. На фиг. 2 показана также система 180 управления.

Сборка 120 датчика температуры соединена с передатчиком 122 температуры процесса проводами 124 датчика. Провода 124 датчика подсоединены к передатчику 122 температуры процесса в схеме 150 интерфейса. Схема 150 интерфейса соединена со схемой 152 связи датчика и со схемой 154 измерения датчика. Схема 152 связи датчика и схема 154 измерения датчика соединены с микропроцессором 158. Микропроцессор подсоединен к памяти 160 и к порту 162 связи. Порт 162 связи соединяется с системой 180 управления.

Кроме того, провода 124 датчика соединены в схеме 174 интерфейса со сборкой 120 датчика для измерения температуры. Схема 174 интерфейса соединена с чувствительным элементом 170 и со схемой 172 памяти.

Когда передатчик 122 температуры процесса включается, получает "ручной" сигнал, или когда, после некоторого периода разъединенного состояния, к передатчику 122 температуры процесса подключается сборка 120 датчика температуры, посредством проводов 124 датчика, микропроцессор 158 сигнализирует схеме 152 связи датчика получить конфигурационные данные от сборки 120 датчика температуры. Схема 152 связи датчика посылает цифровой сигнал связи в схему 150 интерфейса на получение конфигурационных данных. Схема 150 интерфейса, по проводам 124 датчика, посылает цифровой сигнал связи на схему 174 интерфейса. Схема 174 интерфейса получает конфигурационные данные от схемы 172 памяти и возвращает цифровой сигнал связи, содержащий конфигурационные данные, в провода 124 датчика. Провода 124 датчика посылают цифровой сигнал связи в схему 150 интерфейса. Схема 150 интерфейса направляет цифровой сигнал связи в схему 152 связи датчика. Схема 152 связи датчика получает из этого сигнала связи конфигурационные данные, и посылает их в микропроцессор 158. Микропроцессор 158 сохраняет эти конфигурационные данные в памяти 160.

Когда передатчик 122 температуры процесса получает конфигурационные данные сборки 120 датчика температуры, чувствительный элемент 170 измеряет температуру и передает представляющий измеренную температуру аналоговый сигнал датчика в схему 174 интерфейса. Схема 174 интерфейса передает неизмененный аналоговый сигнал датчика дальше, в схему 150 интерфейса. Схема 150 интерфейса направляет сигнал датчика в схему 154 измерения датчика, где аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал датчика. Цифровой сигнал датчика направляется в микропроцессор 158, где он корректируется, чтобы отразить точное измерение температуры на основании конфигурационных данных, которые микропроцессор 158 извлекает из памяти 160. Затем микропроцессор 158 посылает точное измерение температуры на порт 162 связи, откуда он передается в систему 180 управления.

Проиллюстрированное на фиг. 2 настоящее изобретение обеспечивает автоматическую загрузку конфигурационных данных сборки 120 датчика температуры в передатчик 122 температуры процесса. Дополнительно, автоматическая конфигурация передатчика 122 температуры процесса производится по тем же проводам, которые используются и для передачи информации датчика, т.е. по проводам 124 датчика. Нет необходимости в каких-либо дополнительных проводах, причем обеспечивается правильная функциональная возможность "plug-and-play".

Показанное на фиг. 2 изобретение, помимо приема конфигурационных данных, может также сохранять и извлекать другую относящуюся к сборке датчика информацию, поскольку канал цифровой связи - двухсторонний. Вместо запрашивания конфигурационных данных микропроцессор 158 может сигнализировать схеме 152 связи датчика сохранить в сборке 120 датчика температуры другую информацию. Схема 152 связи датчика посылает цифровой сигнал связи, чтобы сохранить другую информацию в схему 150 интерфейса. Схема 150 интерфейса посылает цифровой сигнал связи по проводам 124 датчика на схему 174 интерфейса. Схема 174 интерфейса сохраняет в схеме 172 памяти такую другую информацию. Позже эта другая сохраненная информация при необходимости может быть извлечена микропроцессором 158 с использованием вышеописанного процесса извлечения конфигурационных данных. Упомянутая другая информация может включать в себя, например, измененные коэффициенты калибровки, продолжительность работы и установочные данные.

Фиг. 3А и 3В представляют собой блок-схемы, показывающие часть сборки датчика температуры согласно настоящему изобретению, которая способна осуществлять измерения датчика и связь датчика. Показанные варианты осуществления используют передаваемый по проводам датчика модулированный сигнал несущей, чтобы считывать информацию сборки датчика температуры из схемы памяти сборки датчика или записывать в нее информацию, и являются совместимыми с датчиками типа 2-, 3- или 4-проводных РДТ или термопар. На фиг. 3А и 3В показаны конфигурации, соответственно, 4-проводного РДТ и 2-проводного РДТ.

Фиг. 3А показывает конфигурацию 4-проводного РДТ. Сборка 200 датчика температуры включает в себя чувствительный элемент 222 РДТ, шунтирующий конденсатор 223, выводы с 224А по 224D датчика, провода с 226А по 226D датчика, схему 228 интерфейса сборки датчика и схему 230 памяти сборки датчика. Схема 228 интерфейса сборки датчика включает в себя индуктивный развязывающий трансформатор 232, демодулятор 234, модулятор 236, выпрямитель/буфер мощности 238 и регулятор 240 мощности. Индуктивный развязывающий трансформатор 232 содержит обмотки с 232А по 232Е трансформатора. Схема 230 памяти сборки датчика включает в себя микропроцессор 242 и энергонезависимую память 244.

Как показано на фиг. 3А, чувствительный элемент 222 РДТ подсоединен к выводам с 224А по 224D датчика. Шунтирующий конденсатор 223 подсоединен к выводам 224В и 224С датчика параллельно чувствительному элементу 222 РДТ. Обмотки с 232А по 232D трансформатора подсоединены к выводам с 224А по 224D датчика и к проводам с 226А по 226D датчика. Провода с 226А по 226D датчика подсоединены к передатчику температуры процесса. Обмотка 232Е трансформатора соединена с демодулятором 234, модулятором 236 и выпрямителем/буфером мощности 238. Выпрямитель/буфер мощности 238 соединен с регулятором 240 мощности. Демодулятор 234, модулятор 236 и регулятор 240 мощности соединяются с микропроцессором 242. Микропроцессор 242 соединен с энергонезависимой памятью 244.

В обычном режиме работы, когда никакая информация сборки датчика температуры не должна записываться в схему памяти сборки датчика, и не должна из нее извлекаться, а необходимо только проведение измерений температуры, на провод 226В датчика от передатчика температуры процесса подается напряжение постоянного уровня. Этот уровень напряжения передается через трансформатор 232 по обмотке 232В трансформатора и вывод 224В датчика на чувствительный элемент 222 РДТ. На чувствительном элементе 222 РДТ уровень напряжения изменяется относительно температурно-зависимого сопротивления чувствительного элемента 222 РДТ, приводя в результате к измененному уровню напряжения. Измененный уровень напряжения передается через вывод 224С датчика и возвращается через трансформатор 232 посредством обмотки 232С трансформатора в провод 226С датчика, который проводит измененный уровень напряжения к передатчику температуры процесса. Передатчик температуры процесса использует изменение в уровне напряжения для определения температуры, измеренной чувствительным элементом 222 РДТ.

Если из схемы памяти сборки датчика надо извлечь информацию сборки датчика температуры, но не нужно производить никаких температурных измерений, в частности, когда на передатчик температуры процесса подается питание, “ручной" сигнал, или сборка 200 датчика температуры соединяется с передатчиком температуры процесса посредством проводов с 226А по 226D датчика после периода разъединенного состояния, передатчик температуры процесса посылает по проводнику 226В сигнал несущей. Этот сигнал несущей доходит до обмотки 232В трансформатора, в котором, посредством индукции в трансформаторе 232, этот сигнал несущей принимается обмоткой 232Е трансформатора. Этот сигнал несущей доходит до выпрямителя/буфера мощности 238, где переменное напряжение этого несущего сигнала выпрямляется, удваивается и используется для заряда накопительного конденсатора. Заряд и разряд накопительного конденсатора управляется регулятором 240 мощности. Когда выпрямитель/буфер мощности 238 накопит достаточно мощности, регулятор 240 мощности подает энергию на микропроцессор 242.

Микропроцессор 242 извлекает из энергонезависимой памяти 244 ранее записанную информацию, касающуюся сборки 200 датчика температуры, включающую в себя конфигурационные данные, и посылает эту цифровую информацию на модулятор 236. Модулятор 236 модулирует сигнал несущей и кодирует цифровую информацию с использованием индукции из обмотки 232Е трансформатора через трансформатор 232 в обмотку 232С трансформатора. Модулированный сигнал несущей попадает из обмотки 232С трансформатора в провод 226 датчика, который проводит модулированный сигнал несущей к передатчику температуры процесса, подавая, таким образом, на передатчик температуры процесса ранее сохраненную информацию, относящуюся к сборке 200 датчика температуры. Если сохраненная ранее, относящаяся к сборке 200 датчика температуры, информация, которую надо послать, превышает то, что может быть извлечено и послано микропроцессором 242 с мощностью, которая может аккумулироваться однократно выпрямителем/буфером мощности 238, то посылается часть такой ранее сохраненной информации, относящейся к сборке 200 датчика измерения температуры, затем мощность вновь аккумулируется выпрямителем/буфером мощности 238, и затем посылается другая часть ранее сохраненной информации, относящейся к сборке 200 датчика температуры. Этот процесс повторяется столько раз, сколько необходимо, чтобы послать ранее сохраненную информацию, относящуюся к сборке 200 датчика измерения температуры, включающую в себя конфигурационные данные.

Если необходимо одновременно записать в схему памяти сборки датчика информацию сборки датчика температуры, или извлечь ее оттуда, и выполнить измерение температуры, то передатчик температуры процесса посылает в провод 226В датчика сигнал несущей среднего уровня напряжения. Этот сигнал несущей распространяется через трансформатор 232 по обмотке 232В трансформатора и вывод 224В датчика к чувствительному элементу 222 РДТ. В чувствительном элементе 222 РДТ средний уровень напряжения несущего сигнала, относительно его температурно-зависимого сопротивления, изменяется, и измененный сигнал несущей распространяется по выводу 224С датчика, и назад через трансформатор 232 по обмотке 232С трансформатора, на провод 226С датчика, который проводит измененный сигнал несущей на передатчик температуры процесса. Передатчик температуры процесса использует изменение среднего уровня напряжения сигнала несущей для определения температуры, измеренной чувствительным элементом 222 РДТ.

Одновременно, обмотка 232Е трансформатора получает сигнал несущей от передатчика температуры процесса по трансформатору 232, посредством индукции от обмотки 232В трансформатора. При посылке инструкций в сборку 200 датчика температуры, или записи в нем информации, сигнал несущей будет модулированным сигналом несущей, содержащим закодированную с помощью модуляции цифровую информацию. Как и описанный ранее немодулированный сигнал несущей, модулированный сигнал несущей также подает на выпрямитель/буфер мощности 238 мощность для использования ее микропроцессором 240. Модулированный сигнал несущей идет к демодулятору 234, где демодулируется. Демодулятор 234 посылает демодулированную цифровую информацию, включающую конфигурационные данные, на микропроцессор 242. Микропроцессор исполняет любые инструкции, содержащиеся в полученной цифровой информации, и сохраняет полученную цифровую информацию в энергонезависимой памяти 244. Исполнение инструкций или сохранение цифровой информации может производиться поэтапно, по мере накопления мощности выпрямителем/буфером мощности 238, и ее использования микропроцессором 242.

Микропроцессор 242, будучи проинструктирован передатчиком температуры процесса, получает информацию от энергонезависимой памяти 244 и посылает эту цифровую информацию на модулятор 236. После того, как эта инструкция будет послана передатчиком температуры процесса, модуляция передатчиком температуры процесса приостанавливается и на сборку 200 датчика температуры посылается только сигнал несущей. Модулятор 236 модулирует этот сигнал несущей, чтобы закодировать цифровую информацию посредством индукции от обмотки 232Е трансформатора, через трансформатор 232 на обмотку 232С трансформатора. Модулированный сигнал несущей проходит от обмотки 232С к проводу 226С датчика, который проводит этот модулированный сигнал несущей к передатчику температуры процесса, подавая в передатчик температуры процесса записанную ранее информацию.

Показанный на фиг. 3А вариант осуществления обеспечивает считывание информации из адреса памяти внутри сборки датчика температуры и запись информации в него, одновременно сохраняя точный температурный сигнал датчика без использования проводов, отдельных от тех, которые передают сигнал датчика. Использование модулированного сигнала несущей, передаваемого по проводам датчика, обеспечивает двухстороннюю цифровую связь, а также мощность для схемы, относящейся к сборке 200 датчика температуры. Выполненные таким образом сборки датчика температуры, при объединении с передатчиком температуры процесса, имеющим совместимые характеристики, являются действительно "plug-and-play" устройствами.

Как показано на фиг. 3, все провода с 226А по 226D датчика подсоединены к обмоткам с 232А по 232D трансформатора, но фактически необходимыми для индуктивного соединения с трансформатором 232 для считывания и записи информации являются только провода 226В и 226С. Однако индуктивное подсоединение к трансформатору всех четырех проводов обеспечивает максимальную гибкость при производстве и использовании настоящего изобретения. При выполнении электрических соединений передатчика температуры процесса провода 226А и 226В являются взаимозаменяемыми, так же, как и провода 226С и 226D. В идеальном случае провода с 226А по 226D датчика, обмотки с 232А по 232D трансформатора и выводы с 224А по 224D датчика, все, должны быть выполнены из одного и того же материала во избежание образования термопарных переходов между разнородными металлами. Однако для обмоток с 232А по 232D трансформатора разумно использовать медный провод, поскольку тесная близость всех переходов приводит к образованию почти изотермических условий, в результате чего какие бы то ни было напряжения, возникающие на этих переходах, будут взаимно скомпенсированы.

Хотя фиг. 3А иллюстрирует схему с использованием конфигурации 4-проводного РДТ, и специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть использованы также и 2- и 3-проводные РДТ, а также датчики типа термопары, а соответствующие выводы датчика, обмотки трансформаторов и провода датчиков могут быть исключены. РДТ требуют установки между выводами 224В и 224С датчика высокочастотного шунтирующего конденсатора 223, который используется для пропускания сигнала несущей, когда, как это показано на фиг. 3А, выводы 224В и 224С датчика находятся по разным сторонам чувствительного элемента 222 РДТ. Шунтирующий конденсатор 223 проводит сигнал несущей в обход чувствительного элемента 222 РДТ и предотвращает такое ослабление сигнала несущей чувствительным элементом 222 РДТ, при котором связь с передатчиком температуры процесса становится невозможной. Альтернативно, для 3- и 4-проводной конфигураций РДТ сигнал несущей может проводиться по проводам датчика, находящимся на одной и той же стороне чувствительного элемента 222 РДТ, например, по проводам 226А и 226В. В таком случае шунтирующий конденсатор 223 может быть опущен, поскольку сигнал несущей не проходит через элемент 222 РДТ.

Фиг. 3В показывает уникальную схему с использованием 2-проводного РДТ. В этой конфигурации, в отличие от показанной на фиг. 3А, есть только два провода 226В и 226С, и нет возможности для прохождения сигнала несущей в обход элемента 222 РДТ. В варианте осуществления по фиг. 3В, с использованием 2-проводного РДТ, требуется шунтирующий конденсатор 223 для предотвращения недопустимого ослабления сигнала несущей.

Варианты осуществления по фиг. 3А и 3В иллюстрируют изобретение, когда используется трансформатор для индуктивного соединения модулированного сигнала несущей с электроникой сборки датчика температуры. Кроме того, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что для такого индуктивного соединения могут быть использованы и другие устройства, включающие в себя антенны. Еще одним способом, пригодным для передачи модулированного сигнала несущей в сборку датчика температуры, является емкостная связь. Наконец, энергия для микропроцессора 242 может быть обеспечена другими средствами, включающими в себя батарейки с длительным сроком службы, термоионные и фотоэлектрические источники питания.

Фиг. 4А и 4В представляют собой блок-схемы, которые иллюстрируют два варианта другого варианта осуществления части изобретения, относящейся к передатчику температуры процесса, который может обеспечивать как связь датчика, так и измерения датчика, по одним и тем же проводам датчика. Показанные варианты осуществления используют модулированный сигнал несущей, передаваемый по проводам датчика, для считывания информации сборки датчика температуры из схемы памяти сборки датчика (т.е. для осуществления связи датчика), одновременно получая по тем же проводам датчика точный сигнал датчика температуры (т.е. осуществляя измерения датчика).

Фиг. 4А иллюстрирует передатчик 300 температуры процесса, включающий в себя схему 302 интерфейса, схему 304 связи датчика, схему 306 измерения датчика, микропроцессор 308, память 310 и порт 312 связи. Схема 304 связи датчика включает в себя мощность (т.е. может использоваться, как источник питания) и тактовый генератор 314, модулятор 316, демодулятор 318 и регулятор 320 напряжения. Схема 302 интерфейса включает в себя распределитель 324 сигнала. Схема 306 измерения датчика включает в себя фильтр 326 датчика и аналогово-цифровой преобразователь 328. Кроме того, фиг. 4А показывает провода 330 датчика и систему управления 332.

Идущие от сборки датчика температуры провода 330 датчика соединяются с передатчиком 300 температуры процесса в схеме 302 интерфейса. Внутри схемы 302 интерфейса провода 330 датчика электрически соединены с распределителем 324 сигнала. Распределитель 324 сигнала соединен с модулятором 316, демодулятором 318 и фильтром 326 датчика. Модулятор 316 подсоединен к мощности и тактовому генератору 314, а также к микропроцессору 308. Демодулятор 318 подсоединен к регулятору 320 напряжения и к микропроцессору 308. Регулятор 320 напряжения соединен с мощностью и тактовым генератором 314, а также с аналогово-цифровым преобразователем 306. Аналогово-цифровой преобразователь 306 подсоединен к фильтру 326 датчика и к микропроцессору 308. Микропроцессор 308 подсоединен к памяти 310 и к порту 312 связи. Порт 312 связи подсоединен к системе 332 управления.

Работа передатчика 300 температуры процесса начинается, когда поданное питание и тактовый генератор 314 формируют сигнал несущей переменного напряжения с определенным уровнем. Этот сигнал посылается в модулятор 316, где этот сигнал несущей модулируется, чтобы кодировать в цифровом виде инструкции или информацию в зависимости от выходного сигнала из микропроцессора 308. Модулированный сигнал несущей проходит через распределитель 324 сигнала и по проводам 330 датчика к сборке датчика температуры. Если не нужно посылать никаких инструкций или никакой информации, то этот сигнал несущей с некоторым уровнем напряжения проходит к сборке датчика температуры в немодулированном виде.

Передатчик 300 температуры процесса, кроме того, из схемы 302 интерфейса сборки датчика температуры по проводам 330 датчика, получает обратный сигнал несущей. Если этот сигнал несущей с уровнем напряжения был послан от передатчика 300 температуры процесса в немодулированном виде, то сборка датчика температуры может иметь закодированную в цифровом виде информацию, включающую в себя конфигурационные данные, посредством модуляции обратного сигнала несущей, как указано выше при описании фиг. 2. Кроме того, уровень напряжения обратного сигнала несущей может изменяться, как указано выше при описании фиг. 2, создавая тем самым аналоговый сигнал датчика, соответствующий температурной информации. Обратный сигнал несущей, полученный в схеме 302 интерфейса, разделяется в распределителе 324 сигнала и проходит к демодулятору 318 и к фильтру 326 датчика.

Если обратный сигнал несущей содержит закодированную в цифровом виде информацию, включающую в себя конфигурационные данные от сборки датчика температуры, то демодулятор 318 демодулирует этот модулированный обратный сигнал несущей. Демодулятор 318 посылает демодулированную цифровую информацию в микропроцессор 308. Микропроцессор 308 может записать полученную цифровую информацию, которая может включать в себя конфигурационные данные, в память 310, или может послать ее на порт 312 связи, откуда она передается в систему 332 управления.

Фильтр 326 датчика отфильтровывает высокочастотные флуктуации напряжения, связанные с обратным сигналом несущей, или иные высокочастотные помехи, и подает аналоговый сигнал датчика в аналогово-цифровой преобразователь 306. АЦП 306 преобразует аналоговый сигнал датчика в цифровой сигнал датчика и посылает его на микропроцессор 308. Микропроцессор 306 извлекает из памяти 310 конфигурационные данные и корректирует цифровой сигнал датчика на основании конфигурационных данных, чтобы он отражал точное измерение температуры. Затем микропроцессор 308 посылает точное температурное измерение на порт 312 связи, откуда он передается в систему 332 управления.

Регулятор 320 напряжения получает энергию от мощности и тактового генератора 314 и регулирует ее для подачи питания как на аналогово-цифровой преобразователь 306, так и на демодулятор 318.

Показанный на фиг. 4А вариант осуществления обеспечивает считывание информации из адреса памяти внутри сборки датчика температуры и запись информации в него при одновременном сохранении точного сигнала датчика температуры без использования проводов, отдельных от тех, которые передают сигнал датчика. Использование модулированного сигнала несущей, передаваемого по проводам датчика, обеспечивает двухстороннюю цифровую связь и точный аналоговый сигнал датчика. Кроме того, связь датчика и измерения датчика могут производиться в любое время. Это является ключевым преимуществом для тех процессов, в которых не допускается даже малейший сбой в измерениях температуры.

В показанном на фиг. 4А варианте осуществления связь датчика и измерения датчика могут производиться в одно и то же время. Однако в некоторых случаях, включая схемы с контурами токов низкой мощности или схемы с беспроводными передатчиками, мощности может быть достаточно либо только для измерения датчика, либо только для связи датчика. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4В, каждый из видов работы - измерения датчика и связь датчика, осуществляется только во время раздельных режимов работы - в режиме измерений или в режиме связи, соответственно.

Фиг. 4В иллюстрирует передатчик 400 температуры процесса, включающий в себя схему 402 интерфейса, схему 404 связи датчика, схему 406 измерения датчика, микропроцессор 408, память 410 и порт 412 связи. Схема 404 связи датчика включает в себя мощность и тактовый генератор 414, модулятор 416, демодулятор 418 и регулятор 420 напряжения. Схема 402 интерфейса включает в себя переключатель 424 сигнала. Схема 406 измерения датчика включает в себя фильтр 426 датчика и аналогово-цифровой преобразователь 428. Кроме того, фиг. 4В показывает провода 430 датчика и систему управления 432.

Идущие от сборки датчика температуры провода 430 датчика соединяю