CN109115246B - 传感器电路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传感器电路装置，其具有电阻传感器(RT)、至少一个进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)和至少一个辅助电阻(R1、R10、R20、R30)，所述电阻传感器、进行开关的传感器和辅助电阻形成具有总电阻(RG)的电路，其中总电阻(RG)一方面与辅助电阻(R1、R10、R20、R30)的电阻值结合进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)的开关状态相关，并且另一方面与电阻传感器(RT)的电阻值相关。此外，本发明涉及一种方法、以及一种用于传感器评估的系统。

Description

传感器电路装置
技术领域
本发明涉及一种传感器电路装置，以及一种用于评估这种传感器电路装置的方法。此外，本发明涉及一种用于评估根据本发明的传感器电路装置的系统。本发明基于自动化工程领域并且能以低布线耗费实现评估电阻传感器和多个进行开关的传感器。本发明尤其可使用在制造设备中、机床中以及使用在电梯工程中。
背景技术
自动化工程中的大量功能的流程由可编程的控制装置来控制。控制驱动器和监控功能参数一样均属于此。
例如由调节回路通过基于实际值(尤其位置实际值)设定理论值的方式来控制驱动器。这种类型的反馈实现对驱动器、或由驱动器移动的机器部件的精确定位。为了检测位置信息，使用位置传感器(旋转编码器或长度测量设备)，所述位置传感器与控制装置经由数字数据接口连接。通信通常以数据包的形式进行，所述数据包以串行形式传输。
此外，测量环境变量也属于监控控制参数，以便确定设备是否在预设的极限值之内工作，例如是否遵守预设的温度范围。在此使用的传感器通常是电阻传感器，即其中电阻根据要测量的环境变量而改变的传感器。对此的典型实例是用于温度测量的铂测量电阻。
但是，功能参数也能够由进行开关的传感器监控，例如由限位开关或门接触件来监控。开关结合电动马达用于显示制动盘磨损或用于对作为进行开关的传感器的马达制动器进行空气监控。
对于传感器的经典使用而言，控制装置具有数字的或模拟的接口，传感器连接到所述接口上。但是，因为传感器通常设置为与控制装置间隔一个大空间间距，所以在此存在显著的布线耗费。
DE 10 2006 041 056 A1描述了一种位置测量装置(旋转编码器)，所述位置测量装置具有多个传感器接口。在此，数字接口能够共同使用，以便将传感器数据传输至控制装置。因为位置测量传感器通常在其他传感器附近运行，所以这意味着较小的布线耗费。然而，在位置传感器处设置大量传感器接口是耗费成本的，并且通常由于在位置传感器的壳体处缺乏空间而是不可行的。
发明内容
因此，本发明的目的是实现一种简化的传感器电路装置。
提出一种传感器电路装置，其具有电阻传感器、至少一个进行开关的传感器和至少一个辅助电阻，所述电阻传感器、进行开关的传感器和辅助电阻形成具有总电阻的电路，其中总电阻一方面与辅助电阻的电阻值结合进行开关的传感器的开关状态相关，并且另一方面与电阻传感器的电阻值相关。
为了形成传感器电路装置，提出一种设备，能够将电阻传感器和至少一个进行开关的传感器连接到所述设备上，并且由所述设备能够将总电阻输出给评估单元，其中设备包括壳体，在所述壳体中设置有至少一个辅助电阻以及用于形成电路的连接机构。
此外，本发明的目的是：提出一种用于评估根据本发明的传感器装置的方法。
所述目的通过根据本发明的用于评估传感器装置的方法来实现。
对此，提出具有如下步骤的用于评估传感器装置的方法：
-测量总电阻，
-测定至少一个进行开关的传感器的开关状态，
-从至少一个进行开关的传感器的开关状态和至少一个辅助电阻的值中计算电阻传感器的值。
本发明的另一目的是：提出一种用于评估根据本发明的传感器电路装置的系统。
所述目的通过根据本发明的用于评估传感器电路装置的系统来实现。
提出用于评估传感器电路装置的系统，所述系统具有位置测量装置形式的评估单元，其中在位置测量装置中设置有：用于测量总电阻的电阻处理单元，以及用于经由双向的数据传输通道与控制装置通信的接口单元。
使用位置测量装置是尤其有利的，因为位置测量装置通常结合进行开关的传感器和电阻传感器使用，并且空间上设置在传感器附近。
从本发明的其他内容以及从有利的实施例的下面的描述中得出本发明的其他优点。
附图说明
附图示出
图1是根据本发明的传感器电路装置的第一实施例的原理电路图，
图2是根据本发明的传感器电路装置的第二实施例的原理电路图，
图3是根据本发明的传感器电路装置的第三实施例的原理电路图，
图4是图3的实施例的总电阻的走势，和
图5是传感器电路装置结合评估单元的框形电路图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的传感器电路装置的第一实施例的原理电路图，所述传感器电路装置包括电阻传感器RT、进行开关的传感器S1、以及辅助电阻R1。电阻传感器RT例如是温度传感器(PT1000、KTY84-130等)。进行开关的传感器能够是限位开关、门接触件、用于显示制动盘磨损的接触件等。
电阻传感器RT和进行开关的传感器S1串联，辅助电阻R1与进行开关的传感器S1并联设置。在该布置中，只要进行开关的传感器S1的开关接触件断开，就得到总电阻RG＝RT+R1。结果一方面是：总电阻RG并不取决于进行开关的传感器S1的开关状态，而总是取决于电阻传感器RT；并且另一方面，进行开关的传感器S1的开关过程引起总电阻RG的值关于辅助电阻R1的值的跳跃。
本发明基于如下知识：从总电阻RG中能够测定进行开关的传感器S1的开关状态以及电阻传感器RT的值。
如果将辅助电阻R1的大小定为:使得总电阻RG在进行开关的传感器S1的开关状态之一中位于电阻传感器RT的值范围之外，那么能够随时通过测量总电阻RG来测定进行开关的传感器的开关状态。如果电阻传感器RT的值范围例如位于1000欧姆和1500欧姆之间(对应于电阻传感器RT必需覆盖的温度范围的极限值)并且辅助电阻R1具有600欧姆的值，那么总电阻RG的值范围在进行开关的传感器S1断开的状态下为1600欧姆和2100欧姆之间，并且因此总是位于电阻传感器RT的值范围之外(之上)。因此，能够可靠地关联进行开关的传感器S1的开关状态，并且计算电阻传感器RT的值进而计算温度。
相反，如果辅助电阻R1的大小定为:使得总电阻RG在进行开关的传感器S1的两个开关状态下至少部分地位于电阻传感器RT的值范围之内，那么在连续地以短时间间隔重复测定总电阻RG时，还是能够可靠地测定进行开关的传感器S1的开关状态。在此，可以利用如下事实：电阻传感器RT的电阻值根据原理仅能够缓慢且持续地改变，而进行开关的传感器S1的开关过程引起总电阻RG的跳跃性变化。如果将扫描速率(即在总电阻RG的两次测量之间的时间间隔)选择成：使得进行开关的传感器S1的开关过程能够根据总电阻RG的变化能够可靠地与电阻传感器RT的电阻的温度引起的变化区分开，那么又能够从总电阻RG的测量中确定进行开关的传感器S1的开关状态以及能够计算电阻传感器RT的电阻值。
为了评估总电阻RG，能够将传感器电路装置连接到评估单元20上。
图2示出根据本发明的传感器电路装置的第二实施例的原理电路图。已经结合图1引入的附图标记保持不变。
在该变体中，电阻传感器RT和由进行开关的传感器S1和辅助电阻R1构成的串联电路并联。如果进行开关的传感器S1如所示出那样切断，那么总电阻RG等于电阻传感器RT的值。相反，如果进行开关的传感器S1的接触件闭合，那么由电阻传感器RT和辅助电阻R1构成的并联电路得出作为总电阻RG。在此辅助电阻R1的大小也确定了：进行开关的传感器S1的开关状态是否随时能够通过测量总电阻RG来测定，或者通过以短时间间隔连续重复测量总电阻RG是否可识别总电阻RG的值的跳跃性变化进而识别进行开关的传感器S1的开关状态的变化。
图1和2中描述的传感器电路装置示出本发明的基本电路，本领域技术人员能够在本发明的范围内对其进行改变。因此，能够通过适当地串联和/或并联其他进行开关的传感器和辅助电阻来确定多个进行开关的传感器的开关状态。有利地，在此将电路的类型以及辅助电阻的大小设计选择成：使得根据总电阻RG或总电阻RG的值的跳跃能够推出进行开关的传感器的开关状态。如果确保总是也可以确定电阻传感器RT的值，那么将电路设计成：使得在进行开关的传感器的每个状态组合中，电阻传感器RT的值是总电阻RG的一部分，即电阻传感器RT不应被切断或桥接。
当仅应评估进行开关的传感器S1时，也能够使用具有恒定电阻值的电阻作为电阻传感器RT。
图3示出根据本发明的传感器电路装置的第三实施例的原理电路图。该有利变体包括三个带有与其相关联的辅助电阻R10、R20、R30的进行开关的传感器S10、S20、S30以及电阻传感器RT。各一个进行开关的传感器S10、S20、S30与一个辅助电阻R10、R20、R30并联，并联的部件又与电阻传感器RT串联。串联电路的这些外部端子包括在评估单元20中被评估的总电阻RG。
图4示出图3的实施例的总电阻RG的走势。简化地，假设在所示出的时间段期间电阻传感器RT的值线性上升(对应于恒定的温度上升)，只要不对任何进行开关的传感器S10、S20、S30进行操作，这就引起电阻变化的恒定上升。与图1和2不同，进行开关的传感器S10、S20、S30在静止状态下闭合，并且在操作状态下中断电回路(常开接触件)。在操作的状态下，因此接通相应的辅助电阻R10、R20、R30。
在时间段T0不对任何进行开关的传感器进行操作，在时间段T1对进行开关的传感器S10进行操作，在时间段T2对进行开关的传感器S20进行操作，并且在时间段T3对进行开关的传感器S30进行操作。对进行开关的传感器S10、S20、S30的操作分别引起总电阻RG的电阻值的跳跃。如从总电阻RG的走势中显而易见地，辅助电阻R10、R20、R30具有不同的值，这以总电阻RG的值的不同高度的跳跃产生影响。此外，如果将电阻值R10、R20、R30选择成：使得进行开关的传感器S10、S20、S30的每个开关组合引起总电阻RG的不同的变化，因此通过检控总电阻RG的值能够一对一地确定每个进行开关的传感器S10、S20、S30的开关状态。
需要指出的是：关于辅助电阻R10、R20、R30的大小的标准显然也能够应用于辅助电阻R10、R20、R30或进行开关的传感器S10、S20、S30的并联电路或串-并联电路。
现在尤其有利的是，辅助电阻R10、R20、R30的大小定为：使得其值二进制地分级，即例如适用的是：R20＝2*R10并且R30＝4*R10。在此情况下，总电阻RG的值跳跃在开关状态的每个组合中总是具有最小的辅助电阻(在该情况下R10)的值的多倍。该关系能够用于电阻测量的可靠性测试。
进行开关的传感器S10、S20、S30和电阻传感器RT通常设置在要监控的设备的不同地点处。因此有利的是：实现一种设备，所述设备设置在设施的中央位置处并且一方面能够将进行开关的传感器S10、S20、S30和电阻传感器RT连接到所述设备上，并且另一方面将总电阻RG输出给评估单元20。该设备具有壳体10，在壳体之内设置有辅助电阻R10、R20、R30以及用于形成传感器电路装置的连接机构。连接机构包括电导线、以及插接连接器、螺栓端子连接件、端子连接件或焊接连接件，这些连接件用于连接进行开关的传感器S10、S20、S30、电阻传感器RT和评估单元20。
现在，图5示出用于传感器评估的系统。所述系统包括根据本发明的传感器电路装置和作为评估单元的位置测量装置20。
适当的位置测量装置的基本结构例如能够从开始提出的DE 10 2006 041 056 A1中得出。
位置测量装置20为了正常产生位置值而包括位置检测单元21，所述位置检测单元通过在分度载体上扫描测量分度生成位置相关的信号并且处理成位置值。
此外，位置测量装置20包括接口单元22，所述接口单元经由数据传输通道25实现与控制装置30的通信。该通信通过由控制装置30将命令和可能数据传输至位置测量装置20、以及通过由位置测量装置20将应答数据(例如位置值)传输至控制装置30来进行。
为了测量和可能评估总电阻RG，位置测量装置20包括电阻处理单元23。电阻测量能够通过如下方式进行：电阻处理单元23沿总电阻RG的方向输出测量电流I，测量在总电阻RG上由此得出的压降U，并且从测量电流I和压降U中计算出总电阻RG。测量电流I能够是直流电流或交流电流。关于此点同样能够使用替选的测量方法。对总电阻RG的评估能够在控制装置30中进行，但是所述评估也能够已经在电阻处理单元23中执行。
在第一种情况下，将总电阻RG输送给接口单元22，并且能够从那里传递至控制装置30。对总电阻RG的测量能够自动地由电阻处理单元23以短时间间隔重复地执行。以该方式，当前的电阻值对于控制装置30来说总是能使用的，控制装置以命令控制的方式能够从接口单元22请求所述电阻值。替选地，当相应的命令从控制单元30到达接口单元22中时，才执行电阻测量。命令的传输和由此引起的测量又能够以短时间间隔重复地进行。在控制装置30中根据如上面描述的辅助电阻的大小，直接从总电阻RG的值中实现对总电阻RG的评估，或者通过分析总电阻RG的值的跳跃性变化来进行。在此情况下，能够将控制装置30与评估单元20关联。
在第二种情况下，已经在电阻处理单元23中进行对总电阻RG的评估。在此情况下，也能够自动地由电阻处理单元23进行电阻测量，或者受控制装置30的命令控制地进行。现在，代替控制装置30，电阻处理单元23也测定进行开关的传感器S10、S20、S30的开关状态，以及电阻传感器RT的值。所测定的值经过接口单元22能够由控制单元30调出。
如果根据本发明的传感器电路装置结合伺服驱动器使用，所描述系统则是尤其有利的。在此，适当的位置测量装置20连同线缆连接通常已经存在，所述线缆连接包含数据传输通道25。传感器电路装置的壳体10有利地在对于维护人员可接近的位置处在空间上设置在位置测量装置20附近。
显然，本发明不限制于所描述的实施例，而是也能够由本领域技术人员在本发明的范围内以替选方式实施。

Claims (13)

1.一种传感器电路装置，具有电阻传感器(RT)、至少一个进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)和至少一个辅助电阻(R1、R10、R20、R30)，所述电阻传感器、进行开关的传感器和辅助电阻形成具有总电阻(RG)的电路，其中所述总电阻(RG)一方面与所述辅助电阻(R1、R10、R20、R30)的电阻值结合所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)的开关状态相关，并且所述总电阻另一方面与所述电阻传感器(RT)的电阻值相关，其中所述电阻传感器为电阻根据待测量环境变量而变化的传感器。
2.根据权利要求1所述的传感器电路装置，其中，至少一个所述辅助电阻(R1、R10、R20、R30)和所述电阻传感器(RT)串联，并且至少一个所述辅助电阻(R1、R10、R20、R30)能够由所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)桥接。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器电路装置，其中，至少一个所述辅助电阻(R1、R10、R20、R30)和所述电阻传感器(RT)并联，并且至少一个所述辅助电阻(R1、R10、R20、R30)能够由所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)接通和切断。
4.根据权利要求1所述的传感器电路装置，其中，设有至少两个进行开关的传感器和至少两个辅助电阻，并且所述传感器电路装置的电路选择成，使得所述进行开关的传感器的开关状态的每个组合引起所述总电阻(RG)的值的不同的改变。
5.根据权利要求4所述的传感器电路装置，其中，一个辅助电阻与每个进行开关的传感器并联，并且并联的部件与所述电阻传感器在串联电路中连接。
6.根据权利要求5所述的传感器电路装置，其中，所述辅助电阻的值二进制地分级。
7.一种用于形成根据权利要求1至6中任一项所述的传感器电路装置的设备，所述电阻传感器(RT)和至少一个所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)能够连接到所述设备上，并且由所述设备能够将所述总电阻(RG)输出给评估单元(20)，其中，所述设备包括壳体(10)，在所述壳体中设置有至少一个所述辅助电阻(R1、R10、R20、R30)以及用于形成电回路的连接机构。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述连接机构包括用于连接所述电阻传感器(RT)、至少一个所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)和所述评估单元(20)的插接连接器、螺栓端子连接件、端子连接件或焊接连接件。
9.一种用于评估根据权利要求1至6中任一项所述的传感器电路装置的方法，所述方法具有如下步骤：
测量所述总电阻(RG)，
测定至少一个所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)的开关状态，
从至少一个所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)的所述开关状态和至少一个所述辅助电阻(R1、R10、R20、R30)的值中计算所述电阻传感器(RT)的值。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，测定至少一个所述进行开关的传感器的所述开关状态包括如下步骤：
以短时间间隔重复地测量所述总电阻(RG)，
确定所述总电阻(RG)的值中的跳跃，
从所述总电阻(RG)的值变化中测定至少一个所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)的所述开关状态。
11.一种用于评估根据权利要求1至6中任一项所述的传感器电路装置的系统，所述系统具有位置测量装置形式的评估单元(20)，其中在所述位置测量装置中设置有：用于测量所述总电阻(RG)的电阻处理单元(23)，以及用于经由双向的数据传输通道(25)与控制装置(30)通信的接口单元(22)。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述总电阻(RG)的值能够经由所述接口单元(22)传输至所述控制装置(30)。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述电阻处理单元(23)构成：用于确定至少一个所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)的开关状态，以及用于确定所述电阻传感器(RT)的值，并且其中所述进行开关的传感器(S1、S10、S20、S30)的所测定的开关状态和所述电阻传感器(RT)的值能够经由所述接口单元(22)传输至所述控制装置(30)。
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