ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР С ДВУХПРОВОДНОЙ ШИНОЙ Российский патент 2008 года по МПК G01F15/00 G01F1/84 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к измерительным приборам с двухпроводной шиной, в частности к совершенно взрывобезопасному измерительному прибору с двухпроводной шиной для использования в условиях опасной окружающей среды.

Предшествующий уровень техники

Расходомеры используются для измерения массового расхода, плотности и других характеристик текучих материалов. Текучие материалы могут содержать жидкости, газы, комбинированные жидкости и газы, твердые частицы, взвешенные в жидкостях, и жидкости, включающие в себя газы и взвешенные твердые частицы. Например, расходомеры широко используются для измерения продукции скважины и при переработке нефти и нефтепродуктов. Расходомер может быть использован для измерения продукции скважины путем измерения расхода (т.е. измерения массового расхода с использованием расходомера) и даже может использоваться для определения относительных пропорций газового и жидкостного ингредиентов потока.

Одним из типов окружающей среды расходомера является опасная окружающая среда, где присутствуют легковоспламеняющиеся пары или частицы. Измерительный прибор, работающий в таких условиях, должен быть изготовлен так, чтобы избежать воспламенения легковоспламеняющихся паров или частиц. Измерительный прибор, разработанный для безопасной работы в опасной окружающей среде, типично обозначается как являющийся «взрывобезопасным» (I.S.). В таком измерительном приборе обычно используется низкоуровневое электрическое напряжение и низкоуровневые электрические токи, которые не могут вызывать воспламенение в окружающей среде.

На фиг.1 показана известная двухпроводная шина, например двухпроводная шина FIELDBUS™, широко применяемая для промышленной измерительной аппаратуры. Обозначение FIELDBUS™ (полевая шина) указывает на стандарт двухпроводной шины измерительной аппаратуры, которая обычно используется для подключения множества измерительных приборов и, кроме того, может быть использована для обеспечения цифровой связи между измерительными приборами. Кроме того, барьерное устройство полевой шины может пересылать сигналы цифровой связи внешним устройствам, например станции контроля и управления. Барьерное устройство шины подключено к электрическому источнику питания и предоставляет электрическую энергию по двухпроводной шине. Барьерное устройство шины принимает взрывоопасную электрическую энергию и, в свою очередь, предоставляет электрическую энергию, которая ограничена по току, ограничена по напряжению и ограничена по мощности.

Существует несколько стандартов FIELDBUS™. Один из стандартов FIELDBUS™ предписывает, что барьерное устройство может обеспечивать максимальный ток около 130 миллиампер (мА) и максимальное напряжение около 15 вольт (В) для всех присоединенных измерительных приборов. Известные измерительные приборы с полевой шиной были сконструированы, чтобы потреблять от около 10 до 20 мА. Следовательно, количество устройств, которые могут быть присоединены к двухпроводной шине, сдерживается суммарным током потребления устройств при достижимом барьерном напряжении.

На фиг.2 представлена схема известного измерительного прибора, присоединенного к двухпроводной шине, и показано, каким образом используется электрическая энергия из двухпроводной шины. Известный измерительный прибор содержит сигнальный процессор и электрический интерфейс. Электрический интерфейс присоединяется к двухпроводной шине, такой как FIELDBUS™, и к источнику энергии. Электрический интерфейс включает в себя электрический барьер шины, который присоединен к двухпроводной шине. Электрический барьер шины обеспечивает электрическую изоляцию от шины и обеспечивает ограничение тока, напряжения и мощности электрической энергии, отбираемой из двухпроводной шины. Двухпроводная шина подает электрическую энергию постоянного тока (DC) к электрическому барьеру шины. Электрический интерфейс, кроме того, содержит сигнальный электрический барьер, который присоединен к сигнальному процессору. Сигнальный процессор присоединен к датчику. Сигнальный электрический барьер обеспечивает электрическую изоляцию от сигнального процессора и обеспечивает ограничение тока, напряжения и мощности электрической энергии, предоставляемой датчику через сигнальный процессор. В тех случаях, когда датчиком является расходомер, например расходомер Кориолиса, сигнальный процессор присоединен к датчику девятипроводным кабелем. Электрический интерфейс, кроме того, содержит систему связи. Система связи принимает информационный сигнал от сигнального процессора и модулирует информационный сигнал на двухпроводной шине в качестве сигнала цифровой связи. Стандарт FIELDBUS™ предписывает, чтобы сигналы цифровой связи имели место в полосе частот, центрированной вокруг 32 килогерц (кГц).

В этой конфигурации электрическая энергия, отбираемая из двухпроводной шины, используется только для питания системы связи. Следовательно, из двухпроводной шины отбирается минимальное количество электрической энергии. Например, система связи потребляет всего лишь около 10-20 мА. Внешний источник питания в предшествующем уровне техники обеспечивает относительно большую электрическую мощность, которая используется для работы приводов или активных элементов (таких как привод(ы) расходомерной трубки) и для питания сигнального процессора. Из этого следует, что создание взрывобезопасного измерительного прибора является трудным и сложным. Поэтому электрический интерфейс должен включать в себя электрический барьер шины и сигнальный электрический барьер. Более того, сам измерительный прибор часто заключен во взрывозащищенный корпус. Источник питания не является взрывобезопасным, хотя стандарт двухпроводной шины FIELDBUS™ был создан как взрывобезопасная шинная система.

Краткое изложение сущности изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание взрывобезопасного измерительного прибора с двухпроводной шиной.

Поставленная задача согласно варианту осуществления изобретения решена путем создания измерительного прибора с двухпроводной шиной, предназначенного для использования с двухпроводной шиной. Измерительный прибор с двухпроводной шиной содержит приборный элемент, который принимает третий ток и формирует один или более измерительных сигналов датчика. Измерительный прибор с двухпроводной шиной дополнительно содержит сигнальный процессор, который принимает второй ток и который обрабатывает один или более измеренных сигналов датчика от приборного элемента для формирования информационного сигнала. Измерительный прибор с двухпроводной шиной дополнительно содержит систему связи, которая принимает первый ток и которая принимает информационный сигнал от сигнального процессора, формирует сигнал цифровой связи, включающий в себя информационный сигнал, и модулирует сигнал цифровой связи на двухпроводной шине. Измерительный прибор с двухпроводной шиной дополнительно содержит источник питания связи, подключенный к системе связи. Источник питания связи и система связи могут быть соединены через двухпроводную шину. Источник питания связи обеспечивает подачу первого тока, по существу, постоянного напряжения и первой мощности в систему связи. Двухпроводный измерительный прибор дополнительно содержит источник питания сигнальной обработки, подключенный к сигнальному процессору. Сигнальный процессор и источник питания сигнальной обработки могут быть соединены через двухпроводную шину и параллельно с источником питания связи и системой связи. Источник питания сигнальной обработки обеспечивает подачу второго тока, по существу, постоянного напряжения и второй мощности сигнальному процессору. Двухпроводный измерительный прибор дополнительно содержит источник питания тока привода, подключенный к приборному элементу. Приборный элемент и источник питания тока привода могут быть соединены через двухпроводную шину и параллельно с источником питания связи и системой связи, а кроме того, параллельно с источником питания сигнальной обработки и сигнальным процессором. Источник питания тока привода обеспечивает подачу третьего тока, по существу, постоянного напряжения и третьей мощности к приборному элементу.

Согласно варианту осуществления изобретения предлагается двухпроводный измерительный прибор, предназначенный для использования с двухпроводной шиной. Измерительный прибор содержит приборный элемент, который принимает третий ток и формирует один или более измерительных сигналов датчика. Измерительный прибор дополнительно содержит сигнальный процессор, который принимает второй ток и который обрабатывает один или более измерительных сигналов датчика из приборного элемента, чтобы сформировать информационный сигнал. Измерительный прибор дополнительно содержит процессор связи, который принимает первый ток и информационный сигнал от сигнального процессора, формирует сигнал цифровой связи, включающий в себя информационный сигнал, модулирует сигнал цифровой связи на двухпроводной шине, и передает команду уровня первого тока к источнику питания связи. Измерительный прибор дополнительно содержит источник питания связи, который присоединен к процессору связи. Источник питания связи и процессор связи могут быть соединенными через двухпроводную шину. Источник питания связи обеспечивает формирование первого тока, по существу, постоянного напряжения и первой мощности процессору связи. Первый ток формируется главным образом согласно команде уровня первого тока. Измерительный прибор дополнительно содержит устройство понижения напряжения, подключенное между источником питания сигнальной обработки и сигнальным процессором, и обеспечивает напряжение определенного уровня сигнальному процессору. Измерительный прибор дополнительно содержит параллельный стабилизатор напряжения, подключенный к источнику питания сигнальной обработки и устройству понижения напряжения. Параллельный стабилизатор напряжения шунтирует избыточный ток, незатребованный сигнальным процессором. Измерительный прибор дополнительно содержит источник питания сигнальной обработки, который подключен к устройству понижения напряжения и параллельному стабилизатору напряжения. Источник питания сигнальной обработки, сигнальный процессор, устройство понижения напряжения и параллельный стабилизатор напряжения могут быть соединены через двухпроводную шину и параллельно с источником питания связи и процессором связи. Источник питания сигнальной обработки обеспечивает подачу второго тока, по существу, постоянного напряжения и второй мощности сигнальному процессору. Измерительный прибор дополнительно содержит источник питания тока привода, подключенный к приборному элементу. Приборный элемент и источник питания тока привода могут быть соединены через двухпроводную шину и параллельно с источником питания связи и процессором связи, а кроме того, параллельно с источником питания сигнальной обработки, сигнальным процессором, устройством понижения напряжения и параллельным стабилизатором напряжения. Источник питания тока привода обеспечивает формирование третьего тока, по существу, постоянного напряжения и третьей мощности приборному элементу.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения предлагается способ формирования измерительного прибора с двухпроводной шиной. Способ содержит следующие операции: используют приборный элемент, предназначенный для приема третьего тока и формирования одного или более измерительных сигналов датчика, используют сигнальный процессор, предназначенный для приема второго тока и обработки одного или более измеренных сигналов датчика из приборного элемента для формирования информационного сигнала, используют систему связи, которая принимает первый ток и информационный сигнал от сигнального процессора, формирует сигнал цифровой связи, включающий в себя информационный сигнал, и модулирует сигнал цифровой связи на двухпроводной шине, дополнительно используют источник питания связи, подключенный к системе связи, причем источник питания связи и система связи могут быть соединены через двухпроводную шину, а источник питания связи обеспечивает подачу первого тока, по существу, постоянного напряжения и первой мощности системе связи, дополнительно используют источник питания сигнальной обработки, подключенный к сигнальному процессору, при этом сигнальный процессор и источник питания сигнальной обработки могут быть соединены через двухпроводную шину и параллельно с источником питания связи и системой связи, а источник питания сигнальной обработки обеспечивает подачу второго тока, по существу, постоянного напряжения и второй мощности сигнальному процессору, дополнительно используют источник питания тока привода, подключенный к приборному элементу, причем приборный элемент и источник питания тока привода могут быть соединены через двухпроводную шину и параллельно с источником питания связи и системой связи, а кроме того, параллельно с источником питания сигнальной обработки и сигнальным процессором, а источник питания тока привода обеспечивает подачу третьего тока, по существу, постоянного напряжения и третьей мощности приборному элементу.

Предпочтительно двухпроводный измерительный прибор содержит передатчик расхода.

Предпочтительно двухпроводный измерительный прибор содержит передатчик расхода, а приборный элемент содержит по меньшей мере один привод расходомерной трубки и один или более тензочувствительных датчиков.

Предпочтительно двухпроводный измерительный прибор содержит передатчик расходомера Кориолиса.

Измерительный прибор согласно изобретению предназначен для присоединения к совместимой со стандартом FIELDBUS™ двухпроводной шине.

Предпочтительно третий ток, протекающий через приборный элемент, ограничивается частотами, которые не взаимодействуют с частотами связи, совместимой со стандартом FIELDBUS™ двухпроводной шины.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает двухпроводную шину согласно предшествующему уровню техники, такую как двухпроводная шина FIELDBUS™, широко применяемая для промышленной измерительной аппаратуры;

фиг.2 - схему известного измерительного прибора, подключенного к двухпроводной шине;

фиг.3 - схему двухпроводного измерительного прибора согласно изобретению;

фиг.4 - рабочую среду, в которой размещены три измерительных прибора согласно изобретению;

фиг.5 - схему измерительного прибора согласно изобретению;

фиг.6 - схему измерительного прибора согласно второму варианту осуществления изобретения;

фиг.7 - электрическую схему параллельного стабилизатора напряжения, согласно изобретению;

фиг.8 - электрическую схему регулирования тока согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации изобретения

На фиг.3-8 представлены отдельные варианты осуществления изобретения. Специалистам в данной области техники ясно, что признаки, описанные ниже, могут быть скомбинированы различными способами, чтобы сформировать многочисленные варианты изобретения. Изобретение ограничено не отдельными примерами, описанными ниже, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

На фиг.3 представлена структурная схема измерительного прибора 300 согласно изобретению, который содержит приборный элемент 304 и электрический интерфейс 302. Электрический интерфейс 302 присоединен к приборному элементу 304 и к двухпроводной шине 308.

Так как измерительный прибор 300 в одном из вариантов осуществления может быть устройством, присоединенным только к устройству формирования шины (см. фиг.4), электрический интерфейс 302 может потреблять почти весь имеющийся в распоряжении электрический ток и электрическую мощность с двухпроводной шины 308. Например, измерительный прибор 300 может потреблять до 130 миллиампер (мА) от совершенно взрывобезопасной FIELDBUS™. В некоторых случаях, в зависимости от местоположения и характеристик окружающей среды, этот электрический ток 130 мА является максимальным значением тока, которое устройство формирования шины FIELDBUS™ может обеспечивать в силу I.S.-ограничений. Поэтому измерительный прибор 300, если требуется, может быть совершенно взрывобезопасным устройством без необходимости в электрических барьерных устройствах и без необходимости в дополнительном внешнем источнике питания. Поскольку измерительный прибор 300 является совершенно взрывобезопасным, он не требует громоздкого и дорогостоящего взрывозащищенного корпуса. Альтернативно, измерительный прибор 300 может быть использован в неопасных или малоопасных окружающих средах.

Двухпроводная шина 308 может предоставлять всю электрическую энергию измерительному прибору 300 и может обеспечивать цифровую связь между измерительным прибором 300 и другими устройствами. Полное сопротивление измерительного прибора 300 с двухпроводной шиной в одном из вариантов осуществления, по существу, является постоянным, причем двухпроводная шина служит проводящей линией связи. Двухпроводная шина 308 может предоставлять электрическую энергию, которая ограничена по току, напряжению и мощности. Двухпроводная шина 308 может обеспечивать взрывобезопасные (I.S.) электрический ток и напряжение. Двухпроводная шина 308 в некоторых вариантах осуществления может предоставлять электрический ток до 130 мА измерительному прибору 300 и обеспечивать напряжение до 15 вольт (В). Однако, в зависимости от опасности воспламенения окружающей среды, могут использоваться более высокие уровни напряжения и тока (и могут соблюдаться другие стандарты для опасных помещений).

Приборный элемент 304 может потреблять электрическую энергию и вырабатывать один или более сигналов, таких как измерительные сигналы датчиков, которые характеризуют физические процессы. Приборный элемент 304 может содержать любой тип датчиков, преобразователей, приводов и т.д. и их комбинаций. В одном из вариантов осуществления приборный элемент 304 содержит привод расходомерной трубки, который вызывает вибрацию расходомерной трубки, и дополнительно один или более тензочувствительных датчиков, которые воспринимают вибрацию расходомерной трубки. Один или более тензочувствительных датчиков могут модулировать электрический ток и/или фазовое соотношение электрического тока, протекающего через приборный элемент 304, чтобы вырабатывать измерительные сигналы датчиков. Приборный элемент 304 может содержать расходомерную трубку Кориолиса, турбинный расходомер, магнитный расходомер и т.п.

Электрический интерфейс 302 служит средством связи между приборным элементом 304 и двухпроводной шиной 308. Через электрический интерфейс 302 электрическая энергия подается к приборному элементу 304 (и любым связанным схемам обработки) таким образом, чтобы он был совместим с характеристиками двухпроводной шины 308. Электрический интерфейс 302 также служит проводником цифровой связи по двухпроводной шине 308. Поэтому электрический интерфейс 302 подает электрическую энергию в систему связи, к элементу привода и для сигнального процессора и связанного с ним датчика(ов).

Электрический интерфейс 302 может допускать I.S. и может быть присоединен к взрывобезопасной двухпроводной шине. Однако электрический интерфейс 302 не должен выполнять общее ограничение тока, напряжения и мощности в тех случаях, когда двухпроводная I.S.-шина 308 является полностью взрывобезопасной. Это позволяет устранить потребность в электрических барьерных устройствах в пределах измерительного прибора 300. Это также позволит устранять необходимость в громоздком и дорогостоящем взрывозащищенном корпусе для измерительного прибора 300. Более того, он может устранить необходимость в отдельном внешнем источнике питания при соответствующих ценовых, электромонтажных и барьерных требованиях.

Измерительный прибор 300 в некоторых случаях может содержать взрывозащищенный корпус в качестве дополнительного уровня безопасности. Измерительный прибор 300, кроме того, может использовать другие способы защиты, известные в данной области техники.

На фиг.4 представлен вариант устройства 400, которое включает в себя три измерительных прибора 300А, 300В и 300С. Каждый измерительный прибор 300А, 300В и 300С подключен к соответствующему шинному формирователю 400А, 400В и 400С посредством двухпроводной шины 308А, 308В и 308С (схемы оконечной нагрузки шины не показаны). Двухпроводные шины 308А-308С могут быть взрывобезопасными или взрывоопасными шинами. Барьеры 400А, 400В и 400С шины присоединены к источнику 404 питания, который не обязан быть взрывобезопасным устройством источника питания. Барьеры 400А, 400В и 400С шины обеспечивают электрическую изоляцию и ограничение тока, напряжения и мощности для каждой из двухпроводных шин 308А, 308В и 308С. Измерительные приборы 300А, 300В и 300С могут потреблять все количество электроэнергии, подаваемой через устройства 400А, 400В и 400С формирования шины. Это отличается от подходов предшествующего уровня техники, который показан на фиг.1. Альтернативно, множество измерительных приборов 300 могут быть подключены к одному шинному формирователю 400 (см. пунктирные линии).

На фиг.5 представлена схема измерительного прибора 500 согласно варианту осуществления изобретения. Измерительный прибор 500 содержит систему 511 связи, сигнальный процессор 512, приборный элемент 304. Измерительный прибор 500 дополнительно содержит источник 501 питания связи, источник 502 питания датчика и источник 503 питания тока привода. Измерительный прибор 500 предназначен для использования с двухпроводной шиной 308.

Измерительный прибор 500 может содержать электронные схемы расходомера. Измерительный прибор 500 может содержать передатчик расходомера, который формирует и передает измерительные сигналы расходомера. Точнее, измерительный прибор 500 может содержать передатчик расходомера Кориолиса, который формирует и передает сигналы расходомера, которые измерены посредством расходомерной трубки Кориолиса.

Двухпроводная шина 308 в одном из вариантов осуществления содержит совместимую со стандартом FOUNDATION FIELDBUS™ двухпроводную шину. Механизм передачи сигналов физического уровня FOUNDATION FIELDBUS™ требует постоянного полного характеристического сопротивления на определенной полосе частот. Соответственно, устройства на шине передают данные посредством изменения тока, который они потребляют на конкретной частоте передачи сигналов. Устройства на шине принимают данные посредством наблюдения за напряжением, выделяемым на полном характеристическом сопротивлении в качестве результата изменения тока.

Одним из вариантов этого механизма является то, что постоянный ток может подаваться из шины, не влияя на связь, так как он не изменяет полного характеристического сопротивления переменного тока. Другим следствием этого механизма является то, что измерительный прибор 500 не должен учитывать изменения в токе, которые могут быть достаточно быстрыми, чтобы восприниматься протоколом FIELDBUS™ в качестве сигнала связи. Когда измерительный прибор 500 содержит расходомер, быстрые изменения в токе датчика могут не быть возможными сразу же из-за этого ограничения. Одна из ситуаций, когда это может происходить, это когда пузырьки воздуха переносятся в жидком веществе, протекающем через расходомер.

Устройство 400 формирования шины может подавать, если требуется, взрывобезопасный уровень электрического тока, напряжения и мощности по двухпроводной шине 308. Устройство 400 формирования шины в одном из вариантов осуществления может содержать барьерное устройство FIELDBUS™ взрывобезопасной концепции полевой шины (FISCO). Измерительный прибор 500 согласно изобретению может быть предназначен для потребления, по существу, максимального тока от устройства 400 формирования шины. Это делается наряду с регулированием суммарного тока I_T устройства, чтобы обеспечить полное сопротивление, требуемое для связи, наряду с предоставлением стабилизированного постоянного напряжения для вспомогательных схем (фиг.6). Альтернативно, измерительный прибор 500 может потреблять меньше, чем максимальный ток, а следовательно, множество измерительных приборов 500 может быть присоединено к одному устройству 400 формирования шины.

Источник 501 питания связи, источник 502 питания сигнальной обработки и источник 503 питания тока привода могут содержать устройства стабилизации тока. Такие источники питания со стабилизатором тока используются последовательно с другими элементами параллельно двухпроводной шине 308 для того, чтобы получить высокое полное выходное сопротивление, которое является характеристикой источника тока. Это предохраняет полные внутренние сопротивления измерительного прибора 500 (такие как нагрузка датчика, потребление тока ЦСП (цифрового сигнального процессора, DSP) или другие внутренние реактивные компоненты) от влияния внешнего полного характеристического сопротивления, наблюдаемого на двухпроводной шине 308. Следовательно, три независимых источника питания/источника тока управляют первым (передача связи) током I₁, третьим (привод датчика) током I₃ и вторым (сигнальная обработка) током I₂, требуемым для питания сигнального процессора 512 (или сигнального процессора 512 и ассоциируемых схем (фиг.6)).

Приборный элемент 304 принимает электрическую энергию от источника 503 питания тока привода и некоторым образом модулирует ток привода. Приборный элемент 304 в одном из вариантов осуществления содержит один или более тензочувствительных датчиков расходомерной трубки, таких как тензочувствительные датчики расходомерной трубки Кориолиса. Каждый тензочувствительный датчик модулирует электрический ток на основании движения расходомерной трубки, при этом разность фаз между измерительными сигналами датчика является показателем удельного массового расхода протекающего вещества.

Сигнальный процессор 512 получает электрическую энергию из источника 502 питания сигнальной обработки. Кроме того, сигнальный процессор 512 отправляет сигнал уровня тока привода в источник 503 питания тока привода по шине или проводу 523. Сигнал уровня тока привода управляет током привода, протекающим через активный элемент приборного элемента 304, например, по приводу расходомерной трубки. Сигнальный процессор 512 принимает измеренные сигналы датчика по шине или проводу 523, которые модулированы приборным элементом 304. Сигнальный процессор 512 может выполнять калибровку и манипуляции с измеренными сигналами датчика, чтобы сформировать информационный сигнал, отображающий удельный массовый расход и/или плотность вещества.

Через шину или провод 523 сигнальный процессор 512 может регулировать третий ток I₃, например, стабилизируя и/или ограничивая ток привода во время наступления событий больших изменений в удельном массовом расходе. Кроме того, источник 503 питания тока привода может ограничивать скорость изменения третьего тока I₃ через приборный элемент 304, чтобы предотвратить влияние цифровой связи по двухпроводной шине 308. Источник 503 питания тока привода может ограничивать изменения тока, чтобы скорости (т.е. частоты) не взаимодействовали с обычной скоростью передачи информации диапазона 32 кГц.

Система 511 связи принимает электрическую энергию из источника 501 питания связи. Система 511 связи может включать в себя цепь 521 обратной связи, которая обеспечивает возможность регулирования/модулирования первого тока I₁ от источника 501 питания связи. Система 511 связи принимает информационный сигнал от сигнального процессора 512 по шине или проводу 522 и формирует сигнал цифровой связи, который передается по двухпроводной шине 308.

Система 511 связи формирует исходящие сигналы цифровой связи посредством модулирования электрического тока по двухпроводной шине 308 в частотном диапазоне, центрированном около 32 кГц. Например, первый ток I₁ может содержать два дискретных уровня I_1A и I_1B тока, которые отражают представление логической единицы или представление логического нуля. Следовательно, второй ток I₂ может регулироваться источником 502 питания сигнальной обработки так, что второй ток I₂, по существу, является постоянным током.

При использовании в расходомере третий ток I₃ может изменяться в ответ на протекание вещества в расходомерной трубке. Следовательно, изменение в суммарном токе I_T может отражать изменение только в первом токе I₁, т.е. изменение в суммарном токе I_T отражает просто сигнал цифровой связи. В одном из вариантов осуществления это делается посредством шунтирования избыточного тока через ветвь источника питания сигнальной обработки измерительного прибора 500, как будет пояснено ниже для фиг.6. Система 511 связи может также принимать цифровые сигналы по двухпроводной шине 308, такие как команды, калибровки и т.п., и может ретранслировать их сигнальному процессору 512.

На фиг.6 представлена схема измерительного прибора 600 согласно еще одному варианту осуществления изобретения. Измерительный прибор 600 в этом варианте осуществления содержит источник 501 питания связи, источник 502 питания сигнальной обработки, источник 503 питания тока привода и приборный элемент 304. В этом варианте осуществления сигнальный процессор 512 может содержать цифровой сигнальный процессор (ЦСП) и дополнительно устройство 604 понижения напряжения и параллельный стабилизатор 605 напряжения. В этом варианте осуществления система 511 связи содержит процессор 616 связи.

Сигнальный процессор 512 принимает сигнал уровня тока привода и измеренные сигналы от датчика от источника 503 питания тока привода. Сигнальный процессор 512 обрабатывает измеренные сигналы датчика для получения удельного массового расхода вещества, протекающего через расходомерную трубку, используемую в измерительном приборе 600. Сигнальный процессор 512 может направлять сигнал обратной связи источнику 503 питания тока привода, который может регулировать ток привода, как обсуждалось выше.

Параллельный стабилизатор 605 напряжения подключен последовательно с источником 502 питания сигнальной обработки, чтобы предотвратить насыщение источника 502 питания сигнальной обработки, когда потребление тока сигнального процессора 512 меньше, чем цифровая уставка источника тока.

Параллельный стабилизатор напряжения шунтирует избыточный ток, не затребованный сигнальным процессором 512, чтобы обеспечить, по существу, постоянное напряжение для устройства 604 понижения напряжения.

Устройство 604 понижения напряжения преобразует напряжение, подаваемое на сигнальный процессор 512, в более низкий уровень напряжения. Следовательно, напряжение, имеющееся в распоряжении, с двухпроводной шины 308 не оказывает влияния на напряжение, подаваемое сигнальному процессору 512. Устройство 604 понижения напряжения может содержать, например, микросхему или схему стабилизатора постоянного напряжения.

Процессор 616 связи принимает информационный сигнал от сигнального процессора 512. Процессор 616 связи может измерять первый (т.е. ток связи) ток I₁ и модулировать потребление тока на двухпроводной шине 308, чтобы передавать информационный сигнал по двухпроводной шине 308 в виде сигнала цифровой связи по постоянному току, как обсуждалось ранее.

На фиг.7 представлена электрическая схема параллельного стабилизатора 605 напряжения согласно варианту осуществления изобретения. В этом варианте осуществления параллельный стабилизатор 605 напряжения содержит усилитель А₁, транзистор Q₁, резисторы R₁ и R₂ и источник V_REF1 напряжения.

Транзистор Q₁ может быть выполнен в виде подходящего транзистора, например мощного транзистора. Подходящим типом транзистора является полевой транзистор на основе перехода металл-оксид-полупроводник (MOSFET), который способен управлять высокими уровнями токов. Транзистор Q₁ в этом варианте осуществления выполнен в виде n-канального усовершенствованного MOSFET-типа, такого как MOSFET-транзистор IRF220 фирмы International Rectifier, Эль-Сегундо, Калифорния.

Усилитель А₁ может содержать любой подходящий усилитель, например операционный усилитель. Положительный вход усилителя А₁ смещен схемой делителя напряжения, содержащей резисторы R₁ и R₂. В одном из вариантов осуществления R₁ имеет номинал около 50 кОм, а R₂ имеет номинал около 5 кОм, обеспечивая входное напряжение на положительном входе около 5/55 от напряжения шины. Могут быть использованы другие номиналы. Источник V_REF1 опорного напряжения обеспечивает, по существу, постоянное напряжение для отрицательного входа усилителя A₁. В одном из вариантов осуществления источник V_REF1 опорного напряжения обеспечивает около 2,5 вольт для отрицательного входа усилителя. Источник V_REF1 опорного напряжения может содержать стабилизатор напряжения или другое устройство, которое обеспечивает постоянное напряжение. В качестве альтернативы, источник V_REF1 опорного напряжения может содержать отдельный источника питания, такой как аккумулятор.

Во время работы параллельный стабилизатор 605 напряжения подает смещение на транзистор Q₁, чтобы регулировать ток через резисторы R₁ и R₂ и, следовательно, поддерживать, по существу, постоянное напряжение V_CONSTANT параллельно нагрузке 700. Нагрузка 700 может содержать резистивную/емкостную нагрузку.

На фиг.8 представлена электрическая схема 800 регулирования тока согласно варианту осуществления изобретения. Схема 800 регулирования тока может быть использована в любом из источников - в источнике 501 питания связи, в источнике 502 питания сигнальной обработки и в источнике 503 питания тока привода. Схема 800 регулирования тока может использоваться в сочетании с параллельным стабилизатором 605 напряжения, при этом нагрузка 808 и нагрузка 700 составляют одну общую нагрузку. Схема 800 регулирования тока содержит транзистор Q₂, усилитель А₂, резистор R₃ и источник V_REF2 напряжения. Схема 800 регулирования тока ограничивает ток, протекающий через нагрузку 808, и, следовательно, обеспечивает, по существу, постоянное потребление I_CONSTANT тока через нагрузку 800. Нагрузка 808 может содержать резистивную/емкостную нагрузку.

Транзистор Q₂ может быть выполнен в виде любого подходящего транзистора, например мощного транзистора, в том числе MOSFET-транзистора. Транзистор Q₂ в этом варианте осуществления содержит p-канальный усовершенствованный MOSFET-тип, такой как MOSFET-транзистор IRF9130 фирмы International Rectifier, Эль-Сегундо, Калифорния.

Усилитель А₂ может содержать любой подходящий усилитель, например операционный усилитель. Положительный вход усилителя А₂ смещен напряжением, сформированным фиксированным током I_CONSTANT, протекающим через резистор R₃ смещения. В одном из вариантов осуществления R₃ имеет номинал около 10 Ом. Когда ток I_CONSTANT составляет около 130 мА, напряжение на положительном входе усилителя составляет около 1,3 вольт. Однако могут быть использованы другие номиналы.

Источник V_REF2 опорного напряжения обеспечивает, по существу, постоянное напряжение для отрицательного входа усилителя A₂. В одном из вариантов осуществления источник V_REF2 опорного напряжения обеспечивает около одного вольта для отрицательного входа усилителя. Источник V_REF2 опорного напряжения может содержать стабилизатор напряжения или другое устройство, которое обеспечивает, по существу, постоянное напряжение. Альтернативно, источник VREF2 опорного напряжения может содержать отдельный источника питания, такой как аккумулятор.

Во время работы усилитель А₂ смещен, по существу, постоянным напряжением и подает напряжение смещения на транзистор Q₂ для поддержания, по существу, фиксированного выходного тока I_CONSTANT. Если ток I_CONSTANT повышается или падает, напряжение на резисторе R₃ смещения изменяется, подстраивая выход усилителя А₂, и, следовательно, компенсирует смещение транзистора Q₂.

Измерительный прибор согласно изобретению может быть сконструирован по любому из вариантов осуществления и обеспечивает ряд преимуществ. Измерительный прибор может быть сконструирован полностью взрывобезопасным. Измерительный прибор может быть сконструирован, чтобы исключить взрывоопасные компоненты или части. Возможность использовать устройство формирования шины для одного измерительного прибора позволяет работать без электрических барьерных устройств/схем в пределах измерительного прибора. В одном из вариантов осуществления, использование устройства формирования шины для каждого измерительного прибора позволяет исключить специальный корпус измерительного прибора, т.е. взрывозащитный корпус.

Изобретение может использоваться для измерения массового расхода, плотности и других характеристик текучей среды. Измерительный прибор, адаптированный для использования с двухпроводной шиной (преобразователь расходомера Кориолиса), содержит приборный узел (привод расходомерной трубки и по меньшей мере один датчик), который принимает третий ток и формирует один или более измерительных сигналов датчика. Сигнальный процессор принимает второй ток и обрабатывает сигналы датчика, чтобы вырабатывать информационный сигнал. Система связи принимает первый ток и информационный сигнал, формирует сигнал цифровой связи, включающий в себя информационный сигнал, и модулирует сигнал цифровой связи по двухпроводной шине. Источник питания связи, подключенный параллельно двухпроводной шине, подает первый ток в систему связи. Источник питания сигнальной обработки, подключенный параллельно двухпроводной шине, подает второй ток сигнальному процессору. Источник тока возбуждения, подключенный параллельно двухпроводной шине, подает третий ток приборному узлу. Измерительный прибор является искробезопасным, что позволяет работать без электрических барьерных устройств. Использование устройства формирования шины позволяет исключить специальный взрывозащитный корпус. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Измерительный прибор (500), адаптированный для использования с двухпроводной шиной, содержащий приборный узел (304), предназначенный для приема третьего тока и формирования измерительных сигналов по меньшей мере одного датчика, сигнальный процессор (512), предназначенный для приема второго тока и обработки одного или более измерительных сигналов по меньшей мере одного датчика от приборного узла (304) для формирования информационного сигнала, и систему (511) связи, предназначенную для приема первого тока и приема информационного сигнала от сигнального процессора (512), формирования сигнала цифровой связи, включающего в себя информационный сигнал, и модулирования сигнала цифровой связи на двухпроводной шине (308), отличающийся тем, что содержит источник (501) питания связи, подключенный к системе (511) связи и предназначенный для подачи первого тока, постоянного напряжения и первой мощности в систему (511) связи, при этом источник (501) питания связи и система (511) связи соединены через двухпроводную шину (308) с источником (501) питания связи, источник (502) питания сигнальной обработки, подключенный к сигнальному процессору (512) и предназначенный для подачи второго тока, постоянного напряжения и второй мощности сигнальному процессору (512), при этом сигнальный процессор (512) и источник (502) питания сигнальной обработки соединены через двухпроводную шину (308) и параллельно с источником (501) питания связи и системой (511) связи, источник (503) тока возбуждения, подключенный к приборному узлу (304) и предназначенный для подачи третьего тока, постоянного напряжения и третьей мощности приборному узлу (304), при этом приборный узел (304) и источник (503) тока возбуждения соединены через двухпроводную шину (308) и параллельно с источником (501) питания связи и системой (511) связи, и дополнительно параллельно с источником (502) питания сигнальной обработки и сигнальным процессором (512).2. Измерительный прибор по п.1, отличающийся тем, что содержит преобразователь расходомера.3. Измерительный прибор по п.1, отличающийся тем, что содержит преобразователь расходомера, при этом приборный узел (304) содержит по меньшей мере один привод расходомерной трубки и один или более тензочувствительных датчиков.4. Измерительный прибор по п.1, отличающийся тем, что содержит преобразователь расходомера Кориолиса.5. Измерительный прибор по п.1, отличающийся тем, что является искробезопасным прибором.6. Измерительный прибор по п.1, отличающийся тем, что полное сопротивление измерительного прибора является постоянным, пока измерительный прибор с двухпроводной шиной обеспечивает передачу связи.7. Измерительный прибор по п.1, отличающийся тем, что величина третьего тока, протекающего через приборный узел (304), ограничена частотами, которые не связаны с частотами связи двухпроводной шины.8. Измерительный прибор (600), адаптированный для использования с двухпроводной шиной, содержащий приборный узел (304), предназначенный для приема третьего тока и формирования измерительных сигналов по меньшей мере одного датчика, сигнальный процессор (512), предназначенный для приема второго тока и обработки одного или более измерительных сигналов по меньшей мере одного датчика от приборного узла (304) для формирования информационного сигнала, и процессор (616) связи, предназначенный для приема первого тока и приема информационного сигнала от сигнального процессора (512), формирования сигнала цифровой связи, включающего в себя информационный сигнал, модулирования сигнала цифровой связи на двухпроводной шине (308), и передачи команды уровня первого тока, отличающийся тем, что содержит источник (501) питания связи, подключенный к процессору (616) связи и предназначенный для подачи первого тока, постоянного напряжения и первой мощности процессору (616) связи, при этом источник (501) питания связи и процессор (616) связи соединены через двухпроводную шину (308), а первый ток обеспечивается согласно команде уровня первого тока, которая передается процессором (616) связи, устройство (604) понижения напряжения, подключенное между источником (502) питания сигнальной обработки и сигнальным процессором (512) и предназначенное для подачи напряжения определенного уровня сигнальному процессору (512), шунтирующий стабилизатор (605) напряжения, подключенный к источнику (502) питания сигнальной обработки и устройству (604) понижения напряжения, при этом шунтирующий стабилизатор (605) напряжения обеспечивает шунтирование избыточного тока, не затребованного сигнальным процессором (512), источник (502) питания сигнальной обработки, подключенный к устройству (604) понижения напряжения и шунтирующему стабилизатору (605) напряжения и предназначенный для подачи второго тока, постоянного напряжения и второй мощности сигнальному процессору (512), при этом источник (502) питания сигнальной обработки, сигнальный процессор (512), устройство (604) понижения напряжения и шунтирующий стабилизатор (605) напряжения соединены через двухпроводную шину (308) и параллельно с источником (501) питания связи и процессором (616) связи, источник (503) тока возбуждения, подключенный к приборному узлу (304) и предназначенный для подачи третьего тока, постоянного напряжения и третьей мощности приборному узлу (304), при этом приборный узел (304) и источник (503) тока возбуждения соединены через двухпроводную шину (308) и параллельно с источником (501) питания связи и процессором (616) связи, и дополнительно параллельно с источником (502) питания сигнальной обработки, сигнальным процессором (512), устройством (604) понижения напряжения и шунтирующим стабилизатором (605) напряжения.9. Измерительный прибор по п.8, отличающийся тем, что содержит преобразователь расходомера.10. Измерительный прибор по п.8, отличающийся тем, что содержит преобразователь расходомера, при этом приборный узел (304) содержит по меньшей мере один привод расходомерной трубки и один или более тензочувствительных датчиков.11. Измерительный прибор по п.8, отличающийся тем, что содержит преобразователь расходомера Кориолиса.12. Измерительный прибор по п.8, отличающийся тем, что является искробезопасным прибором.13. Измерительный прибор по п.8, отличающийся тем, что полное сопротивление измерительного прибора является постоянным, пока измерительный прибор с двухпроводной шиной обеспечивает передачу связи.14. Измерительный прибор по п.8, отличающийся тем, что величина третьего тока, протекающего через приборный узел (304), ограничена частотами, которые не связаны с частотами связи двухпроводной шины.15. Способ формирования измерительного прибора с двухпроводной шиной, заключающийся в том, что используют приборный узел (304) для приема третьего тока и формирования измерительных сигналов по меньшей мере одного датчика, используют сигнальный процессор для приема второго тока и обработки измерительных сигналов по меньшей мере одного датчика от приборного узла (304) для формирования информационного сигнала, используют систему связи для приема первого тока и приема информационного сигнала от сигнального процессора, формирования сигнала цифровой связи, включающего в себя информационный сигнал, и модулирования сигнала цифровой связи на двухпроводной шине, отличающийся тем, что используют источник питания связи, присоединенный к системе связи и предназначенный для подачи первого тока, постоянного напряжения и первой мощности в систему (511) связи, при этом источник питания связи и систему связи соединяют через двухпроводную шину, используют источник питания сигнальной обработки, присоединенный к сигнальному процессору и предназначенный для подачи второго тока, постоянного напряжения и второй мощности сигнальному процессору (512), при этом сигнальный процессор и источник питания сигнальной обработки соединяют через двухпроводную шину и параллельно с источником питания связи и системой связи, используют источник тока возбуждения, присоединенный к приборному узлу (304) и предназначенный для подачи третьего тока, постоянного напряжения и третьей мощности приборному узлу (304), при этом приборный узел (304) и источник (503) тока возбуждения соединены через двухпроводную шину (308) и параллельно с источником (501) питания связи и системой (511) связи, и дополнительно параллельно с источником (502) питания сигнальной обработки и сигнальным процессором (512).16. Способ по п.15, отличающийся тем, что измерительный прибор с двухпроводной шиной содержит преобразователь расходомера, при этом приборный узел (304) содержит по меньшей мере один привод расходомерной трубки и один или более датчиков.17. Способ по п.15, отличающийся тем, что измерительный прибор с двухпроводной шиной содержит преобразователь расходомера Кориолиса.18. Способ по п.15, отличающийся тем, что полное сопротивление измерительного прибора является постоянным, пока измерительный прибор с двухпроводной шиной обеспечивает передачу связи.19. Способ по п.15, отличающийся тем, что измерительный прибор с двухпроводной шиной является искробезопасным прибором.