Система и способ автоматического регулирования установок и параметров датчика газа

Система и способ автоматического регулирования установок и параметров датчика газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

[0001] Эта заявка представляет собой частичное продолжение предварительной заявки на патент США №13/018,039, поданной 31 января 2011 года под названием SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATICALLY ADUSTING GAS SENSOR SETTINGS AND PARAMETERS, которая включена здесь путем ссылки.

Область техники

[0002] Настоящее раскрытие относится к системе обнаружения газа в общем, и конкретнее, к платформе системы обнаружения газа, в которой множество различных типов датчика могут быть использованы с одной конструкцией передатчика, и в которой множество различных типов датчика могут автоматически распознаваться, регулироваться, калиброваться и отслеживаться с уменьшенным вводом данных пользователя.

Уровень техники раскрытия

[0002] Системы обнаружения состояния окружающей среды могут включать в себя множество датчиков для определения наличия и концентрации взрывоопасных (т.е. горючих) и/или токсичных газов в промышленных и других рабочих пространствах. В зависимости от среды может быть необходимо обеспечивать информацию обнаружения для значительного множества различных типов и концентраций газа. Таким образом, типичная система может включать большое количество различных типов датчиков, где каждый тип датчика способен обнаруживать особый газ в требуемом диапазоне концентрации.

[0003] Для того, чтобы особый датчик обнаруживал требуемый газ в конкретном диапазоне концентрации и передавал эту информацию в форме, без труда понимаемой удаленном передатчиком, выходные сигналы датчика должны быть соответственно нормированы. На сегодняшний день, нормирование сигнала датчика выполняется с использованием дискретных компонентов (т.е. резисторов, конденсаторов, операционных усилителей и т.д.) для фильтрации и усиления специального выхода датчика до выполнения преобразования в цифровое представление для дополнительной обработки. В одном примере сигналы от электрохимических датчиков обычно нормируются с использованием хорошо известной схемы потенциостата. Однако, недостаток использования дискретных компонентов заключается в том, что конструкция таких компонентов часто является специализированной для конкретного типа датчика, для конкретного обнаруживаемого газа, а также для требуемого диапазона концентрации. Таким образом, разработка схемы нормирования для широкого диапазона и диапазонов газов требует изменения значений этих компонентов до достижения оптимального нормирования аналоговых сигналов. Это, в свою очередь, требует применения значительного множества схем нормирования для охватывания диапазона потенциального интереса. В результате, изготавливается и запасается большое количество датчиков различных типов и с различными производительностями диапазонов концентрации для удовлетворения соответственного значительного множества применений в эксплуатации. Более того, большинство датчиков работает в совокупности с соответственным блоком передатчика. За счет специализированного свойства описанных датчиков такие передатчики часто работают только с одним типом датчика. В связи с этим, существующие системы требуют, чтобы также изготавливалось и запасалось подобное большое количество различных передатчиков.

[0004] В дополнение, когда устанавливаются и/или заменяются существующие удаленные передатчики и датчики, они регулируются индивидуально, чтобы обеспечивать их соответственную калибровку, а также чтобы обеспечивать, что они находятся в целесообразном рабочем состоянии. На сегодняшний день, для удаленных применений передатчиков и датчиков этот процесс регулирования/калибровки представляет собой работу двух человек, в которой один человек находится в местоположении датчика, считывая данные цифрового вольтметра, и второй человек - в местоположении передатчика, регулируя данные ручного потенциометра до достижения требуемого выходного напряжения для питания датчика. Когда эта работа выполняется во взрывоопасной области, может потребоваться, чтобы эта область была деклассифицирована так, что передатчик может быть открыт для доступа ручного потенциометра. Почти то же самое справедливо для применений объединенных передатчика и датчика, в которых один человек считывает данные цифрового вольтметра и регулирует ручной потенциометр на передатчике до достижения требуемого выходного напряжение для питания датчика. Это также может нежелательно включать деклассификацию соответственной взрывоопасной области для открытия доступа к передатчику ручного потенциометра.

[0005] Должно быть дополнительно принято во внимание, что датчик подвергается потерям чувствительности с течением времени. Настоящие системы не способны обеспечивать автоматические контроль и регулирование датчиков для компенсации таких потерь чувствительности. Это, в свою очередь, может приводить к досрочному изъятию из эксплуатации датчиков, показатели которых упали ниже требуемого порога чувствительности. Так как такие датчики будут продолжать функционировать фиктивно, и существующие системы будут создать нецелесообразный ущерб, желательно, если их потери чувствительности могли быть компенсированы.

[0006] Соответственно, имеется необходимость в улучшенной системе обнаружения состояния окружающей среды, которая: обеспечивает один передатчик для распознания и принятия множества различных типов датчика, автоматически регулирует установленные датчики с возможностью уменьшать или исключать необходимость ручного регулирования, автоматически калибрует датчики для обеспечения одного датчика с возможностью вмещения множества различных диапазонов обнаружения, обеспечивает калибруемый датчик при одном значении и далее используемый при множестве значений, и обеспечивает автоматические регулирования для продолжения срока службы датчика.

[0007] В дополнение, тип системы обнаружения состояния окружающей среды включает участок передатчика, соединенный с соответственным участком датчика кабелем. Участок передатчика передает информацию, принятую от участка датчика, например, в беспроводную сеть. Участок датчика может быть расположен во взрывоопасной и/или горючей среде удаленно от участка передатчика. Дополнительно, каждый из участков передатчика и датчика включает конструкцию прокладки, имеющую множественные отверстия, через которые продолжаются провода.

[0008] Часто необходима "горячая замена" датчика во время использования, т.е. замена датчика без деклассификации взрывоопасной области, в том случае, когда, например, датчик имеет утраченную чувствительность. Однако, удаление датчика может вызывать создание искры или электрической дуги в соединении между цепью передатчика и датчика. Эти искры могут вызвать загорание потенциально взрывоопасной атмосферы.

Сущность раскрытия

[0009] Раскрыта система обнаружения состояния окружающей среды, решающая одну или более вышеупомянутых проблем. В особенности, раскрыта система, включающая: (1) элемент автоматического регулирования напряжения возбуждения датчика, (2) элемент концентрации во множестве диапазонов, и (3) элемент одиночной калибровки. Элемент автоматического регулирования напряжения возбуждения датчика может включать передатчик, имеющий соответственный микропроцессор, который обеспечивает первоначальное напряжение для соответственного датчика. Датчик также может иметь соответственный микропроцессор, и когда напряжение изменяется, может быть передан сигнал коррекции от микропроцессора датчика в микропроцессор передатчика.

Сигнал коррекции может быть использован микропроцессором передатчика для регулирования напряжения, прикладываемого к датчику, до требуемого значения. Элемент концентрации во множестве диапазонов датчика может включать усилитель, связанный с датчиком/микропроцессором для создания установок усиления, который далее может быть использован для оптимизации разрешения датчика изменением значения усиления, связанного с датчиком. Это, в свою очередь, может обеспечивать один используемый датчик для множества различных диапазонов концентрации, по требованию пользователя. Элемент одиночной калибровки обеспечивает датчик, калибруемый при одиночном значении концентрации газа, и после этого может быть использован для множества применений различных диапазонов концентрации.

[0010] Раскрыта система распознавания и регулирования напряжения датчика с использованием цифровых потенциометров предпочтительно без человеческого вмешательства и без необходимости деклассифицировать взрывоопасную область. Система может включать схему питания детектора/передатчика газа, содержащую источник регулируемого питания с парой цифровых потенциометров. Один потенциометр может быть использован для регулирования высокого напряжения, а второй потенциометр может быть использован для регулирования низкого напряжения. Выходное напряжение от этой схемы питания называется V_adjust, и используется для питания датчика, связанного с передатчиком. Это конструкция обеспечивает одну конструкцию передатчика, используемую с множеством различных типов и диапазонов датчика, так как схема питания способна автоматически регулировать напряжение возбуждения датчика (V_adjust) до специального значения, связанного с особым используемым датчиком. Она также может компенсировать изменения напряжения из-за изменений окружающей среды и падения напряжения в промежуточном кабеле. Раскрытая система обеспечивает датчики, заменяемые, находясь под питанием, без деклассификации соответственной области. В дополнение, раскрытая система может уменьшать полную стоимость продукта обеспечением замены только базового компонента датчика в конце срока службы датчика, по сравнению с существующими системами, которые требуют замены всего блока датчика.

[0011] Раскрыта система обнаружения наличия газа, содержащая участок передатчика, участок датчика и источник переменного напряжения, связанный с участком передатчика и участком датчика. Участок передатчика может принимать информацию от участка датчика, касающуюся принятого напряжения. Участок передатчика также может регулировать поданное напряжение в ответ на информацию, принятую от участка датчика.

[0012] Раскрыт способ регулирования напряжения возбуждения датчика. Способ может включать этапы, на которых: обеспечивают на участке передатчика рабочее напряжение для участка датчика, принимают в передатчике сигнал от участка датчика, указывающий напряжение, требуемое для работы участка датчика, и регулируют в передатчике рабочее напряжение, обеспеченное для участка датчика.

[0013] Раскрыт универсальный блок датчика/передатчика газа. Блок может включать участок датчика, включающий базовый компонент датчика и процессор, выполненный с возможностью считывать принятое возбуждение напряжения. Блок также может включать участок передатчика, имеющий выемку, выполненную с возможностью зацеплять геометрию внешней поверхности датчика. Передатчик может включать процессор передатчика и по меньшей мере одну схему питания с возможностью обеспечения регулируемой мощности для датчика, когда его корпус зацепляется с выемкой передатчика. Схема регулируемого питания может включать по меньшей мере один потенциометр, управляемый процессором с возможностью регулирования питания, поданного в участок датчика.

[0014] Раскрыт способ калибровки датчика. Способ может включать этапы, на которых устанавливают первоначальное смещение нуля и шкалу датчика при первой установке усиления; получают смещение нуля при второй установке усиления; получают отношение первоначального смещения нуля к смещению нуля при второй установке усиления; и устанавливают шкалу калибровочного коэффициента этим отношением для обеспечения работы датчика в рабочем диапазоне, связанным со второй установкой усиления.

[0015] Также раскрыт способ обеспечения инструкции замены для датчика. Способ может включать этапы, на которых определяют уменьшение чувствительности датчика, отслеживают тенденцию указанного уменьшения чувствительности с течением времени, и регулируют параметр усиления, связанный с датчиком для компенсации уменьшения чувствительности.

[0016] Раскрыт способ регулирования рабочего диапазона для датчика. Способ может включать этапы, на которых: обеспечивают усилитель, связанный с датчиком, обеспечивают таблицу установок усиления для усилителя, и выбирают установку усиления из таблицы для оптимизации разрешения в аналогово-цифровом преобразователе, связанном с датчиком. Выбор установки усиления может регулировать датчик для одного из множества заданных рабочих диапазонов.

[0017] В дополнение, раскрыта система обнаружения наличия газа. Система включает участок датчика для обнаружения заданного газа и обеспечения сигналов, свидетельствующих о газе, в которой участок датчика является заменяемым. Система также включает участок передатчика для передачи информации, принятой от участка датчика в сеть. Дополнительно, система включает схему барьера для обеспечения по существу искробезопасной мощности и сигналов связи для участка датчика.

[0018] Раскрыта система обнаружения наличия газа, причем система может быть объединена в сеть, имеющую общий участок передатчика, с одной или более схемами барьера, принимающую информацию от множества участков датчика.

Краткое описание чертежей

[0019] Путем примера далее будет описан специальный вариант выполнения раскрытого устройства со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

[0020] ФИГ. 1 представляет собой иллюстрацию примерного передатчика в совокупности с одним датчиком;

[0021] ФИГ. 2 представляет собой иллюстрацию примерного участка передатчика на ФИГ. 1, связанного с участком множественных детекторных головок с множеством различных типов участков датчика;

[0022] ФИГ. 3 представляет собой вид в поперечном сечении примерного узла участка детекторной головки, который содержит узел участка датчика для использования с участком передатчика на ФИГ. 1;

[0023] ФИГ. 4А-4C представляют собой разобранные виды соответственных узлов участка датчика для использования с участком детекторной головки на ФИГ. 3 для использования в участке передатчика на ФИГ. 1;

[0024] ФИГ. 5 представляет собой разобранный вид участка передатчика на ФИГ. 1;

[0025] ФИГ. 6 представляет собой схему системы совокупности передатчика/датчика на ФИГ. 1;

[0026] ФИГ. 7 представляет собой схему уровней плат системы совокупности передатчика/датчика на ФИГ. 1;

[0027] ФИГ. 8 представляет собой блок-схему для участка датчика на ФИГ. 4;

[0028] ФИГ. 9 представляет собой блок-схему примерной конструкции источника питания для совокупности передатчика/датчика на ФИГ. 1;

[0029] ФИГ. 10 представляет собой блок-схему примерного источника регулируемого питания для использования с совокупностью передатчика/датчика на ФИГ. 1;

[0030] ФИГ. 11 представляет собой примерную схему для обеспечения эталонного напряжения, используемого процессором передатчика;

[0031] ФИГ. 12 представляет собой схему примерного процессора передатчика/датчика газа;

[0032] ФИГ. 13 представляет собой схему примерного процессора датчика;

[0033] ФИГ. 14 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую примерный вариант выполнения раскрытого способа;

[0034] ФИГ. 15 представляет собой блок-схему для конструкции, показанной на ФИГ. 2;

[0035] ФИГ. 16 представляет собой блок-схему участка передатчика;

[0036] ФИГ. 17 представляет собой блок-схему участка датчика;

[0037] ФИГ. 18 представляет собой иллюстрацию схемы барьера питания передатчика для обеспечения по существу искробезопасного (IS) сигнала питания; и

[0038] ФИГ. 19 представляет собой иллюстрацию схемы барьера связей передатчика для обеспечения IS сигнала связи.

Подробное описание

[0039] Раскрытые система и способ обладают преимуществом достижений микроэлектроники и выполняют конечное нормирование сигнала датчика с использованием расширения, встроенного в микропроцессоры. Это расширение может быть программным обеспечением, управляемым с возможностью выполнения либо в дифференциальном, либо аддитивном режиме. Дополнительно, уровень усиления может регулироваться в дискретных уровнях, таким образом обеспечивая широкий диапазон входных сигналов, вмещаемых в одиночную схему без прибегания к изменению дискретных компонентов.

[0040] Некоторые применения являются реализуемыми. Первое, один датчик может быть создан для специального газа, и диапазон датчика может быть оптимизирован для особого применения. Например, один датчик может быть обеспечен в диапазоне либо 0-10 мг/м³, либо 0-100 мг/м³ просто изменением параметров программного обеспечения. Второе, изменения чувствительности датчика могут быть вмещены в пределы более широкого диапазона, приводя к большему объему производства. Ранее, базовые компоненты датчика должны были защищены для обеспечения, чтобы их чувствительность могла быть вмещена в особую неизменную конструкцию схемы. Теперь может быть использована более широкая возможность изменения чувствительности, приводя к меньшему производственному браку. Наконец, когда датчики подвергаются нормальному использованию, их чувствительности ухудшаются. Касательно известных конструкций, как только чувствительности датчика по существу ухудшились, неизменная схема не может компенсировать это ухудшение, датчик достигает конца своего срока службы. Существующие система и способ могут быть использованы для компенсации ухудшения чувствительности датчика за пределами традиционного предела регулированием усиления возрастающим образом. Это имеет преимущество в уменьшении стоимости срока службы детектора газа благодаря уменьшению суммарного количества замен датчиков.

[0041] Как ранее отмечалось, существующие системы использует неизменные конструкции схем для каждого диапазона заданного газа. На практике, датчики необходимо калибровать на возвратной основе для обеспечения точности. Калибровка выполняется в 2 момента: один с отсутствием газа (нуль), и один момент в пределах диапазона датчика (шкалы), где шкала обычно составляет 25-75% от всей шкалы. При установке с датчиками различных диапазонов это требует наличия множественных калибровочных газов при различных концентрациях.

[0042] Касательно раскрытых системы и способа, изменения калибровки шкалируются для различных диапазонов внутри датчика. Это обеспечивает калибровку с использованием одной концентрации калибровочного газа и далее регулирование диапазона датчика для особого применения. Это имеет преимущество в обеспечении калибровки датчиков с различными диапазонами с использованием одного общего калибровочного газа. Как будет принято во внимание, эту уменьшает количество требуемых калибровочных газов с различной концентрацией и/или исключает необходимость использовать концентрацию газа, которая является более широко доступной, чем другая для специализированного применения.

[0043] Раскрыта совокупность датчика/передатчика газа, которая распознает и регулирует напряжение датчика с использованием цифровых потенциометров, предпочтительно без человеческого вмешательства и без деклассификации взрывоопасной области. Схема питания датчика/передатчика газа включает источник регулируемого питания с двумя цифровыми потенциометрами. Один потенциометр предназначен для регулирования высокого напряжения, а второй потенциометр предназначен для регулирования низкого напряжения. Выходное напряжение этой схемы питания называется «V_adjust» и предназначено для питания датчика, связанного с передатчиком.

[0044] Далее на ФИГ. 1 показана совокупность 1 передатчика/датчика, содержащая участок 2 детекторной головки и участок 4 передатчика. Участок 4 передатчика может быть выполнен с возможностью передавать информацию, принятую от участка 2 детекторной головки в беспроводную сеть 6 с помощью беспроводной связи 8. Беспроводная связь 8 может быть любым множеством протоколов, включая ISA 100.11а, беспроводной HART и т.п. Беспроводная сеть 6 может распределять информацию, принятую от участка 4 передатчика, на одну или более локальных или удаленных аварийных станций, и одну или более локальную или удаленную станции контроля с помощью Интранета, Интернета, Wi-Fi или других сетевых технологий. Будет принято во внимание, что несмотря на то, что ФИГ. 1 иллюстрирует беспроводное соединение с сетью 6, изобретение таким образом не ограничено. При этом, это соединение может быть проводным, протоколами, включающими MODBUS, HART, шину Foundation Fieldbus, Profibus и т.п.

[0045] На ФИГ. 3 участок 2 детекторной головки включает участок 200 датчика. Как будут понятно, главной целью участка 200 датчика является обнаружение заданного газа и обеспечение сигналов, характерных для концентрации этого газа, для участка 4 передатчика. Главной целью участка 4 передатчика является сбор информации от участка 2 детекторной головки и передача этих данные назад по ходу. Задние по ходу устройства могут включать контроллеры, шлюзы, преобразователи и подобные устройства.

[0046] В дополнение к удаленной передаче данных датчика участок 4 передатчика может включать локальный дисплей 10 для обеспечения локальной индикации работы датчика. В некоторых вариантах выполнения участок 4 передатчика может быть выполнен с возможностью принятия множества участков детекторной головки для обеспечения покрытия расширенной области. ФИГ. 2 показывает участок 4 передатчика, подключенный через провод к множеству участков 2А-2С детекторной головки, представляющему множество различных типов датчика, которые могут быть использованы с участком 4 передатчика. Более того, несмотря на то, что описание будет выполняться относительно участка 4 передатчика, связанного с одиночным участком 2 детекторной головки, будет принято во внимание, что участок 4 передатчика может быть связан с и принимать сигналы от множества участков 2А-2С детекторной головки одновременно.

[0047] Как будет принято во внимание, участок 2 детекторной головки (или участки детекторной головки, где множественные датчики используются с одиночным передатчиком) могут быть любым множеством известных типов датчика, причем неограничивающий примерный список таких типов включает инфракрасный датчик газа, каталитический шариковый датчик, электро-химический датчик, фотоионизационный датчик и металлооксидный датчик.

[0048] В практическом применении особый участок 2 детекторной головки может быть использован для обнаружения широкого множества токсичных газов, примерный список которых включает, но не ограничиваясь, аммиак, арсин, трихлорид бора, трифторид бора, бром, двуокись углерода, угарный газ, хлор, диоксид хлора, диборан, фтор, герман, водород, бромводород, хлористый водород, цианистый водород, фтористый водород, сернистый водород, метанол, метилмеркаптан, йодистый метил, оксид азота, диоксид азота, трехфтористый азот, кислород, озон, фосфин, силан, тетрафторид кремния, диоксид серы, тетраэтилоксисилан (TEOS) и фтористый вольфрам.

[0049] В дополнение, особые участки 2 детекторной головки могут быть использованы для обнаружения широкого множества горючих газов, неограничивающий примерный список которых включает ацетон, бензол, бутадиен, бутан, этан, этанол, этилен, гексан, водород, изобутанол, изопропиловый спирт, метан, метанол, метилэтилкетон (MEK), пентан, пропан, пропилен, толуол и ксилон.

[0050] Преимущество раскрытой конструкции заключается в том, что один участок 2 детекторной головки может быстро принимать любое множество участков 200 датчика. Таким образом, как показано на ФИГ. 4А-4С, участок 200 датчика может включать внутренние компоненты обнаружения, такие как базовый компонент 12 датчика, установленный внутри верхнего корпуса 22 датчика. И несмотря на то, что различные участки 200 датчика могут включать различные базовые компоненты 12 датчика, а также дополнительные компоненты обработки, все из различных базовых компонентов 12 датчика будут установлены внутри верхнего и нижнего корпусов 22, 14 датчика, таким образом позволяя участку 200 датчика иметь один размер и форму на все применения.

[0051] Нижний корпус 14 датчика может быть выполнен с возможностью позволять простую установку особого базового компонента 12 датчика и соответственных компонентов. Это может делать возможным замену базового компонента 12 датчика без необходимости заменять остальные компоненты участка 12 датчика.

[0052] Таким образом, выполненная с возможностью зацепления участка 2 детекторной головки с участком 4 передатчика верхняя область 16 участка 2 детекторной головки вставляется в выемку (не показана) в участке 4 передатчика, и концевая крышка 18 участка 2 детекторной головки зацепляет выемку и скрепляет участок 200 датчика с участком 2 детекторной головки. Концевая крышка 18 может иметь одну или более выемок или другую геометрию, пригодную для приема уплотнительного кольца, прокладки или т.п. для уплотнения участка 200 датчика с участком 2 детекторной головки. Эта уплотняющая конструкция защищает внутренний датчик и компоненты от потенциально агрессивных внешних сред. Участок 200 датчика может включать саморегулирующие элементы (например, взаимодействие ключом с передатчиком), что может дополнительно облегчать быструю установку и замену участков 200 датчика. Крепежные элементы, такие как внешние резьбы и т.п., также могут быть обеспечены для выполнения прочного зацепления участка 200 датчика с участком 2 детекторной головки.

[0053] ФИГ. 4А-4С показывают множество участков 200 датчика, используемых для обнаружения различных типов газа. Как может быть видно, каждый из участков 200 датчика включает нижний корпус 14 датчика, верхний корпус 22 датчика, базовый компонент 12 датчика, контактную площадку 24, печатную плату 26 датчика (PCB) и интерфейс PCB 28. Как может быть видно, базовый компонент 12 датчика имеет различный размер/геометрию для каждого из различных участков 200 датчика. Такие отличия могут быть вмещены нижним корпусом 14 датчика, который может иметь внутреннюю геометрию, выполненную с возможностью приема специального базового компонента 12 датчика, но который имеет такую общую внешнюю конфигурацию, что она может быть принята верхним корпусом 22 датчика. Эти отличиями также могут быть вмещены в контактную площадку 24, которая может включать гнезда 25 (смотри ФИГ. 4А) для вилки в специальном базовом компоненте 12 датчика. Это позволяет участку 200 датчика иметь один размер и форму на все применения.

[0054] Как может быть видно, множество базовых компонентов датчика с различными размерами/формами может быть вмещено без столкновения с внешней конструкции участка 200 датчика. Таким образом, каждый из участков 200 датчика на ФИГ. 4А-C может устанавливать участок 2 детекторной головки точно таким же физическим образом.

[0055] Датчик PCB 26 может быть уникальным для каждого базового компонента 12 датчика, и в связи с этим, он может включать процессор 30 датчика, а также схему 32 нормирования, которая выполняет нормирование сигналов, принятых от базового компонента 12 датчика. Например, компоненты 32 нормирования могут преобразовывать сигнал от базового компонента датчика в μA на мг/м³ в уровень напряжения, используемый аналогово-цифровым преобразователем процессора датчика. Интерфейс PCB 28 обеспечивает интерфейс между датчиком PCB 26 и участком 2 детекторной головки. Интерфейс PCB 28 может включать штифтовую конструкцию 34, общую для всех участков 200 датчика, которая выполнена с возможностью принимать участок 2 детекторной головки.

[0056] Выполненный в одном варианте выполнения участок 200 датчика может постоянно измерять локальную концентрацию заданного газа, напряжение питания и наружную температуру и сообщать температурно-компенсированную концентрацию газа, по запросу в участок 4 передатчика.

[0057] ФИГ. 5 показывает внутренние компоненты участка 4 передатчика, которые могут включать дисплей 10, процессорную плату 36, релейную/сетевую плату 38, плату 40 источника питания и барьер 42 искробезопасности (IS). Один или более сменных блоков 44 также могут быть включены для обеспечения множества функций соединяемости для участка 4 передатчика. Сменные блоки 44 могут быть использованы для обеспечения питания, переключения, удаленного подтверждения, связей и соединений детекторной головки.

[0058] ФИГ. 6 показывает логическую схему примерной совокупности 1 передатчика/детекторной головки/датчика в соответствии с одним или более вариантами выполнения. В проиллюстрированном варианте выполнения участок 4 передатчика содержит процессор 46, который соединяет участок 200 датчика с помощью цифровой связи 48, при этом он переключает выход участка 200 датчика с помощью множества средств связи. Дисплей 10 обеспечен с возможностью выполнять локальное отслеживание данных, а также параметров установки и параметров системы установки, связанных с технологическими изменениями и калибровкой. Порт расширения 50 обеспечен с возможностью выполнения способов связи за пределами сигнала 4-20 миллиампер и MODBUS. Память 52 обеспечена с возможностью предоставлять историю технологических данных, данных калибровки и расширенной пользовательской информации. Контрольная схема 54 обеспечена с возможностью предоставлять улучшенную надежность. Один или более дополнительных схем 56 могут быть обеспечены для производственного использования с возможностью программировать и испытывать устройство во время изготовления. Интерфейс/источник питания 40 обеспечивает питание участку 4 передатчика и участку 200 датчика.

[0059] Входы в участок 4 передатчика могут быть HART, последовательной связью с хост-системой, последовательной связью с датчиками, связью посредством персонального компьютера с внутренними и внешними устройствами, SPI связью с внутренними и внешними устройствами и контактными крышками с магнитными переключателями, расположенными на дисплее 10. Выходы от участка 4 передатчика включают светодиоды на дисплее 10, жидкокристаллический диод на дисплее 10, реле сигнализации, токовые контуры 4-20 миллиампер, MODBUS связь с внешними хост-системами, связь посредством персонального компьютера с внутренними и внешними устройствами, SPI связь с внутренними и внешними устройствами, питание для множественных датчиков и возможные модули последовательных связей для внешних хост-систем.

[0060] ФИГ. 7 показывает схему уровней плат, иллюстрирующую взаимное соединение между участком 4 передатчика и участком 200 датчика. Участок 4 передатчика может включать дисплей 10, процессор 46, модули 50 расширения, клеммную/релейную плату 38, плату 40 источника питания и барьер 42 IS. Соединение 47 обеспечено между процессором 46 и платой 40 источника питания.

[0061] Дисплей 10 в общем обеспечивает человеко-машинные интерфейсы, графический жидкокристаллический диод, магнитные входы переключателей и светодиоды аварийной ситуации. Процессор 46 управляет функциями передатчика и включает долговременную память 52. Модули расширения могут включать возможности для проводной или беспроводной связей, ранее описанных. Клеммная/релейная плата 38 может обеспечивать стандартные соединения, включающие питание, реле, 4-20 мА, RS485 MODBUS и удаленное подтверждение. Плата 40 источника питания может преобразовывать 10-30 В напряжения постоянного тока в 3,3 В, 12 В, может обеспечивать регулируемое 2-9 В напряжение датчика и может создавать контуры 4-20 мА. Барьер 42 IS может обеспечивать по существу искробезопасные соединения с участком 2 детекторной головки.

[0062] Участок 4 передатчика может дополнительно включать клемму 58 для обеспечения соединения с участком 2 детекторной головки. Клемма 58 может соединять цифровые связи 48, которые сами могут соединяться с преобразователем 60 для преобразования сигналов между уровнями RS485 и TTL. Рабочий контур 48 соединяется с интерфейсом PCB 28 участка 200 датчика. Как ранее описано, интерфейс PCB 28 соединяется с датчиком PCB 26 и базовым компонентом 12. Датчик PCB 26 может включать процессор 30 датчика и соответственную схему для обеспечения управления датчиком, вычисляющие концентрацию газа и выполняющие компенсацию и линеаризацию температуры.

[0063] ФИГ. 8 показывает примерную блок-схему для участка 200 датчика. По запросу процессора 46 передатчика участок 200 датчика обеспечивает цифровой выход, который представляет вход обнаруженного газа. Участок 2 детекторной головки соединен с передатчиком с помощью кабеля 48. Участок 4 передатчика обеспечивает по существу искробезопасное питание для участка 2 детекторной головки 3,3 В и V_adjust, землю и два IS сигнала связей. В общем, участок 200 датчика содержит процессор 30 в связи с схемой 32 нормирования, базовым компонентом 12 и памятью 62. Память 62 может включать множество специальной информации датчика, включающей значение напряжения возбуждения для особого датчика, с которым память 62 связана. В дополнение, память 62 может выполнять функцию регистрации данных, записывающей исторические воздействие(я) датчика на заданный газ для того, чтобы усовершенствовать оценку срока службы для участка 200 датчика. Память 62 также может хранить данные/время и другие существенные величины, связанные с участком 200 датчика.

[0064] В одном варианте выполнения процессор 30 датчика может связываться с процессором 46 передатчика в главной/подчиненной конструкции, где датчик является подчиненным. Процессор 30 датчика может включать в качестве периферийного аналогово-цифровой преобразователь (ADC) и эталонное напряжение 2,5 В для преобразования аналоговых напряжений базового компонента, представляющих концентрацию газа, в их цифровые эквивалентны.

[0065] Как будет принято во внимание, различные типы базовых компонентов датчиков используются для обнаружения различных типов заданных газов. Различные типы базовых компонентов датчика создают аналоговый выход либо в качестве тока, напряжения, либо выхода моста. Амплитуды этих сигналов по всей шкале также изменяются. Вход процессора А/D 30 датчика требует вход эталонного напряжения от 0 до 2,5 В. Отдельный датчик PCB 26 для каждого типа базового компонента 12 датчика может обеспечивать перенос, усиление, фильтрацию и смещение, в зависимости от необходимости в особом базовом компоненте датчика.

[0066] Долговременная память 62 может быть обеспечена для хранения параметров датчика и других переменных, которые необходимо поддерживать во время потери мощности. Определенные параметры используются локально процессором 30 датчика, но бóльшая часть используется процессором 46 передатчика.

[0067] Интерфейс PCB 28 датчика может обеспечивать соединение с участком 2 детекторной головки с помощью восьмиштырькового соединителя 34 (ФИГ. 4А-4С). Множество сигналов может быть вмещено в соединителе 34, включая землю, 3,3 В, V_adjust, передачу (TX), прием (RX), DIR и т.п.

[0068] Далее на ФИГ. 9 показана блок-схема для схемы 64 регулируемого питания для совокупности 1 передатчика/датчика. Схема 64 регулируемого питания может использовать входное напряжение 66 10-30 В напряжения постоянного тока, и включает понижающий (импульсный) переключающий стабилизатор с регулируемым выходным напряжением, например, от около 2 В до около 9 В напряжения постоянного тока. В особенности, схема 64 регулируемого питания включает регулируемый источник питания с двумя цифровыми потенциометрами 68, 70. Один потенциометр предназначен 68 для регулирования высокого напряжения, а второй потенциометр 70 предназначен для регулирования низкого напряжения. Как будет принято во внимание, выходная мощность 72 регулируется регулированием потенциометров, и обеспечена для участка 2 датчика соответственно.

[0069] Далее на ФИГ. 10 показана примерная схема источника регулируемого питания (выходное напряжение V_adjust). На ФИГ. 11 показана примерная схема для обеспечения эталонного напряжения 2,5 В, используемого процессором 46 передатчика. Как ранее отмечалось, процессор передатчика сравнивает напряжение V_adjust, принятое от участка датчика, с этим эталонным напряжением для определения необходимости регулирования напряжения V_adjust для участка датчика.

[0070] На ФИГ. 12 показана схема примерного процессора передатчика/датчика газа, в котором выходное напряжение V_adjust передается через схему делителя напряжения и внешнее эталонное напряжение в аналогово-цифровые (А/D) входы. На ФИГ. 13 показана схема примерного процессора датчика, в котором выходное