DE102006001084A1 - Messgrößenerfassungseinrichtung, Messgrößenerfassungssystem und Verfahren zum Erfassen von Messgrößen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messgrößenerfassungseinrichtung mit mindestens einem Messgrößenaufnehmer (1) und einem mit diesem verbundenen Ergänzungsmodul (7) sowie mit zwei Speiseleitungen (2, 3) für den Messgrößenaufnehmer (1) und einer an den Messgrößenaufnehmer (1) angeschlossenen Fühlerleitung (5), wobei das Ergänzungsmodul (7) eine Steuerschaltung (8) für einen in der Fühlerleitung (5) liegenden Feldeffekt-Transistor (13) des Ergänzungsmoduls (7) aufweist. DOLLAR A Um eine solche Einrichtung vergleichsweise einfach auszugestalten, ist erfindungsgemäß die Steuerschaltung (8) zwischen die Speiseleitungen (2, 3) geschaltet und derart ausgebildet, dass bei eingeschalteter Speisespannung (U) an den zwei Speiseleitungen (2, 3) der Feldeffekt-Transistor (13) leitend und beim Abschalten der Speisespannung (U) sperrend gesteuert wird. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ferner ein Messgrößenerfassungssystem mit einer Messgrößenerfassungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Erfassen von Messwerten und zum Austausch von Daten mit der Messgrößenerfassungseinrichtung.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Messgrößenerfassungseinrichtung mit mindestens einem Messgrößenaufnehmer und einem mit diesem verbundenen Ergänzungsmodul sowie mit zwei Speiseleitungen für den Messgrößenaufnehmer und einer an den Messgrößenaufnehmer angeschlossenen Fühlerleitung, wobei das Ergänzungsmodul eine Steuerschaltung für einen in der Fühlerleitung liegenden Feldeffekt-Transistor des Ergänzungsmoduls aufweist.
• Eine solche Messgrößenerfassungseinrichtung ist aus der internationalen Patentanmeldung WO 03/001155 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung ist in eine Fühlerleitung des Messgrößenaufnehmers als Ergänzungsmodul ein Datenspeichermodul mit einer Strombegrenzungsschaltung geschaltet, die einen Feldeffekt-Transistor sowie eine Steuerschaltung für diesen Transistor aufweist; die Steuerschaltung ihrerseits ist einerseits mit der Fühlerleitung und andererseits mit einer Speiseleitung des Messgrößenaufnehmers verbunden. Die Steuerschaltung besteht aus einem Spannungswandler und einer Reihenschaltung aus einer Diode und einem Kondensator. Wird über diese Speiseleitung und die Fühlerleitung von einer der Messgrößenerfassungseinrichtung zugeordneten Auswerteeinrichtung eine Spannung eingeprägt, dann wird die vorher weitgehend unwirksame Strombegrenzungsschaltung über die Ausgangsspannung des Spannungswandlers aktiviert und dadurch von einem Messmodus in einen Kommunikationsmodus umgeschaltet, während dessen Daten aus einem Datenspeicher des Datenspeichermoduls ausgelesen werden. Dabei kann kurzzeitig eine Reduzierung der Eingangsspannung am Datenspeichermodul auftreten. Um dabei die Strombegrenzung aufrecht zu erhalten, ist die Reihenschaltung aus den Kondensator und der Diode vorgesehen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messgrößenerfassungseinrichtung der eingangs angegebenen Art einfacher auszugestalten.
• Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Messgrößenerfassungseinrichtung, bei der ausgehend von der bekannten Einrichtung erfindungsgemäß die Steuerschaltung zwischen die zwei Speiseleitungen geschaltet und derart ausgebildet ist, dass bei eingeschalteter Speisespannung an den Speiseleitungen der Feldeffekt-Transistor leitend und beim Abschalten der Speisespannung sperrend gesteuert wird.
• Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungseinrichtung besteht darin, dass sie hinsichtlich ihrer Steuerschaltung für den Feldeffekt-Transistor vergleichsweise einfach ausgestaltet werden kann, weil die Steuerschaltung zwischen die zwei Speiseleitungen geschaltet ist.
• Bei einer besonders vorteilhaft einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungseinrichtung weist die Steuerschaltung eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand auf, und der Verbindungspunkt von Kondensator und Widerstand der Reihenschaltung ist mit dem Steuereingang des Feldeffekt-Transistors verbunden. Damit ist erreicht, dass der Kondensator im Messmodus stets aufgeladen wird bzw. ist und dadurch aufgrund der Verbindung des Verbindungspunktes von Kondensator und Widerstand mit dem Steueranschluss des Feldeffekt-Transistors diesen im Messmodus leitend hält. Erfolgt auswerteeinrichtungsseitig ein Abschalten der Speiseleitung, dann kehrt sich die Polarität am Steueranschluss des Feldeffekt-Transistors um, wodurch der Feldeffekt-Transistor für eine von der Ladung des Kondensators bzw. seiner Entladung abhängige Zeit gesperrt wird; diese Zeit ist ausreichend, um mit dem Ergänzungsmodul zu kommunizieren.
• In vorteilhafter Weise ist bei der erfindungsgemäßen Messwerterfassungseinrichtung dem Widerstand in der Steuerschaltung eine Diode parallel geschaltet; durch diese Diode wird die Ladezeit des Kondensators verkürzt.
• Als vorteilhaft wird es ferner angesehen, die Steuerschaltung eine Reihenschaltung aus dem Erregerkreis eines opto-elektronischen Relais mit integrierter Feldefffekt-Transistor-Einheit und einem Reihenwiderstand aufweist, und die Feldeffekt-Transistor-Einheit unter Bildung des Feldeffekt-Transistors in der Fühlerleitung liegt. Auf diese Weise lässt sich die Steuerschaltung besonders einfach gestalten.
• Das Ergänzungsmodul kann bei der erfindungsgemäßen Messwerterfassungseinrichtung in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Ergänzungsmodul eine parallel zum Feldeffekt-Transistor liegende Informationseinrichtung aufweist, so dass dann Informationen von und zum Ergänzungsmodul übertragen werden können.
• In vorteilhafter Weise kann die Informationseinrichtung als optisches Anzeigeelement ausgeführt sein, wodurch die Möglichkeit gegeben ist, am Ort der Messwerterfassungseinrichtung eine Anzeige über den aktiven Zustand der Messwerterfassungseinrichtung zu erzeugen.
• Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn die Informationseinrichtung eine elektronische Speicheranordnung ist. In dieser Speicheranordnung lassen sich nicht nur Messwerte sondern auch Informationen über den Messwertaufnehmer selbst speichern.
• Bei der erfindungsgemäßen Messwerterfassungseinrichtung kann das Ergänzungsmodul in vorteilhafter Weise ferner einen Aktuator aufweisen, mittels dem am Ort der Messwerterfassungseinrichtung Einstellungen und dergl. vorgenommen werden können.
• In vorteilhafter Weise bildet die erfindungsgemäße Messgrößenerfassungseinrichtung einen Bestandteil eines Messgrößenerfassungssystems mit einer über die zwei Speiseleitungen und über die eine Fühlerleitung angeschlossenen Auswerteeinrichtung. Ein solches Messgrößeerfassungssystem ist der oben behandelten internationalen Patentanmeldung WO 03/00155 entnehmbar, wonach die Auswerteeinrichtung so ausgestattet ist, dass mit ihr eine Spannung über die Fühlerleitung und eine Speiseleitung einprägbar ist.
• Um auch bezüglich eines solchen Messgrößenerfassungssystems eine relativ einfache Ausgestaltung zu erreichen, ist erfindungsgemäß in der Auswerteeinrichtung eine Abschalteinrichtung vorhanden, die die Speisespannung abtrennt und mit der bei Betätigung eine Kommunikationsverbindung zwischen der Auswerteeinrichtung und dem Ergänzungsmodul aufbaubar ist. Zum Umschalten vom Messmodus in den Kommunikationsmodus ist bei dem erfindungsgemäßen System eine eingeprägte Spannung auf der Fühlerleitung und eine Speiseleitung nicht erforderlich, weil aufgrund der Ausgestaltung des Ergänzungsmoduls bzw. der Steuerschaltung für den Feldeffekt-Transistor ein Abschalten der Speisespannung an den Speiseleitungen in der Auswerteeinrichtung dafür ausreicht.
• In vorteilhaft einfacher Weise kann die Abschalteinrichtung als Kurzschließereinrichtung der Speiseleitungen ausgeführt sein.
• Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Verfahren zum Erfassen von Messwerten und zum Austauschen von Daten mit einer Messgrößenerfassungseinrichtung mit mindestens einem Messgrößenaufnehmer und einem mit diesem verbundenen Ergänzungsmodul sowie mit zwei Speiseleitungen für den Messgrößenaufnehmer und einer an den Messgrößenaufnehmer angeschlossenen Fühlerleitung, wobei das Ergänzungsmodul eine Steuerschaltung für einen in der Fühlerleitung liegenden Feldeffekt-Transistor des Ergänzungsmoduls aufweist. Auch ein solches Verfahren geht aus der wiederholt erwähnten internationalen Patentanmeldung als bekannt hervor.
• Auch bezüglich eines solchen Verfahrens stellt sich die Erfindung die Aufgabe, das Verfahren so auszugestalten, dass es vergleichsweise einfach durchführbar ist.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung zwischen dem Ergänzungsmodul und einer mit der Messgrößenerfassungseinrichtung verbundenen Auswerteeinrichtung die Speisespannung auswerteeinrichtungsseitig abgetrennt, und es wird eine Informationseinrichtung oder ein Aktuator an die Fühlerleitung und eine Speiseleitung angeschlossen.
• Vorteilhafterweise kann das Abtrennen der Speisespannung und das Anschließen der Informationseinrichtung oder des Aktuators einerseits und das Anschließen der Speisespannung andererseits im Zeitmultiplexbetrieb erfolgen.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in
• 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungssystems mit einer erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungseinrichtung mit einem Ergänzungsmodul mit einer Steuerschaltung aus einer Reihenschaltung aus einem Kondensator und einem Widerstand und in
• 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Steuerschaltung mit einem opto-elektronischen Relais
  dargestellt.
• Bei dem in der 1 dargestellten Messgrößenerfassungssystem handelt es sich um ein sog. Fünfleitersystem, bei dem die eigentlichen Messleitungen nicht dargestellt sind und bei dem ein Messgrößenaufnehmer 1 über zwei Speiseleitungen 2 und 3 an eine Auswerteeinrichtung 4 angeschlossen ist. Darüberhinaus könnte es ich um ein Dreileitersystem handeln, bei dem die Speiseleitungen gleichzeitig die Messleitungen bilden. Außerdem verläuft zwischen der Auswerteeinrichtung 4 und dem Messgrößenaufnehmer 1 in üblicher Weise eine Fühlerleitung 5, die an einem Anschlusspunkt 6 des Messgrößenaufnehmers 1 mit der einen Speiseleitung 3 zusammen geführt ist. Mittels der Fühlerleitung 5 lassen sich in bekannter Weise Einflüsse von Leitungswiderständen in den Speise- bzw. Messleitungen 2 und 3 kompensieren.
• Wie die 1 ferner zeigt, ist in der Nähe des Messgrößenaufnehmers 1 in die Speiseleitungen 2 und 3 und die Fühlerleitung 5 ein Ergänzungsmodul 7 geschaltet. Das Ergänzungsmodul 7 enthält eingangsseitig eine Reihenschaltung 8 aus einem Kondensator 9 und einem Widerstand 10; um die Ladezeit des Kondensators 9 zu verkürzen, ist dem Widerstand 10 eine Diode 11 parallel geschaltet. Die Reihenschaltung 8 liegt einerseits mit dem Kondensator 9 an der Speiseleitung 2 und andererseits mit dem Widerstand 10 bzw. der Diode 11 an der Speiseleitung 3. Ein Verbindungspunkt 12 von Kondensator 9 und Widerstnd 10 ist an einen Steueranschluss eines steuerbaren Schalttransistors 13 angeschlossen, der als selbstleitender Feldeffekt-Transistor ausgebildet ist. Dieser Transistor liegt mit seiner Source-Drain-Strecke in der Fühlerleitung 5. Parallel dazu ist eine elektronische Speicheranordnung 14 vorgesehen.
• Die Auswerteeinrichtung 4 ist in der 1 nur in ihrem im Zusammenhang mit der Erfindung interessanten Umfang gezeigt; es ist zu erkennen, dass die Auswerteeinrichtung 4 eine Abschalteinrichtung mit schematisch dargestellten Kontakten 15 und 16 enthält, deren Steuereinrichtung nicht gezeigt ist. Die Abschalteinrichtung trennt die Speisespannung +U bzw. -U von den Speiseleitungen 2 und 3 ab. Die Abschalteinrichtung kann auch in Form einer Kurzschließereinrichtung zwischen den Speiseleitungen 2 und 3 verwirklicht sein.
• Befindet sich das dargestellte Messgrößenerfassungssystem im Messmodus, dann befindet sich die Abschalteinrichtung mit ihren Kontakten 15 und 16 in einer Position, in der die Kontakte 15 und 16 die Speisespannung U an die Speiseleitungen 2 und 3 anlegen. Dadurch wird nicht nur der Messgrößenaufnehmer 1 mit Spannung versorgt, sondern über die Reihenschaltung 8 auch der Kondensator 9 aufgeladen. An dem Verbindungspunkt 12 von Kondensator 9 und Widerstand 10 befindet sich dann positives Potential, wodurch der Feldeffekt-Transistor 13 leitend ist. Es kann dann unter Kompensation des Leitungswiderstandes der Speiseleitungen 2 und 3 mittels der Fühlerleitung 5 in üblicher Weise eine Erfassung der Messgrößen mittels des Messgrößenaufnehmers 1 in der Auswerteeinrichtung 4 erfolgen.
• Um Daten zwischen der elektronischen Speicheranordnung 14 des Ergänzungsmoduls 7 und der Auswerteeinrichtung 4 auszutauschen, wird in der Auswerteeinrichtung 4 die Abschalteinrichtung unter Betätigen ihrer Kontakte 15 und 16 geschaltet, so dass sich dann am Steueranschluss des Schalttransistors 13 ein negatives Potential einstellt, wodurch der Feldeffekt-Transistor 13 gesperrt wird. In diesem Zustand (Kommunikationsmodus) können aus der elektronischen Speicheranordnung 14 Daten zur Auswerteeinrichtung 4 übertragen werden, wo sie in einer nur schematisch gezeigten Aufnahmeeinrichtung 17 erfasst werden. Dies ist allerdings nur für eine beschränkte Zeitdauer möglich, die durch den Entladungsvorgang des Kondensators 9 bestimmt ist. Jedoch ist diese Zeitdauer völlig ausreichend, um den Datenaustausch durchzuführen.
• In dem Ausführungsbeispiel nach 2 sind mit dem Ausführungsbeispiel nach 1 übereinstimmende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Es ist zu erkennen, dass hier im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 die Steuerschaltung 20 anders ausgeführt ist, indem sie in ihrer Reihenschaltung 21 den Erregerkreis 22 eines opto-elektronischen Relais 23 in Form einer Licht abgebenden Diode enthält; in Reihe mit der Diode liegt ein Widerstand 24. Die Feldeffekt-Transistor-Einheit 25 des opto-elektronischen Relais 23 liegt in der Fühlerleitung 5.
• Liegt bei dieser Ausführungsform eine Speisespannung an den Speiseleitungen 2 und 3, dann wird die Feldeffekt-Transistor-Einheit 25 mit Licht beaufschlagt und dadurch leitend gesteuert, wodurch der Messmodus eingestellt ist. Wird die Speisespannung U von den Speiseleitungen abgetrennt, dann hört die Lichtabgabe auf, und die Feldeffekt-Transistor-Einheit 25 wird in den sperrenden Zustand gesteuert, wodurch der Kommunikationsmodus eingestellt ist.
• Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht nur – wie in der Figur dargestellt – in Dreileitertechnik, sondern auch in Vier-, Fünf- oder Sechsleitertechnik anwendbar ist.
• Ferner ist daraufhin zu weisen, dass anstelle einer elektronischen Speicheranordnung 14 auch ein Aktuator verwendet werden kann, wenn am Orte der Messwerterfassungseinrichtung 1 irgendwelche Einstellungen vorgenommen werden sollen.
• Ergänzend ist anzumerken, dass die Messwerterfassungseinrichtung durch einen Aktuator ersetzbar ist.

Claims (12)

1. Messgrößenerfassungseinrichtung mit • mindestens einem Messgrößenaufnehmer (1) und einem mit diesem verbundenen Ergänzungsmodul (7) sowie mit • zwei Speiseleitungen (2,3) für den Messgrößenaufnehmer (1) und einer an den Messgrößenaufnehmer (1) angeschlossenen Fühlerleitung (5), wobei • das Ergänzungsmodul (7) eine Steuerschaltung (8) für einen in der Fühlerleitung (5) liegenden Feldeffekt-Transistor (13) des Ergänzungsmoduls (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass • die Steuerschaltung (8) zwischen die zwei Speiseleitungen (2,3) geschaltet ist und derart ausgebildet ist, dass bei eingeschalteter Speisespannung an den Speiseleitungen (2,3) der Feldeffekt-Transistor leitend und beim Abschalten der Speisespannung (U) sperrend gesteuert wird.
2. Messgrößenerfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • die Steuerschaltung (8) eine Reihenschaltung aus einem Kondensator (9) und einem Widerstand (10) aufweist und • der Verbindungspunkt (12) von Kondensator (9) und Widerstand (10) der Reihenschaltung mit dem Steuereingang des Feldeffekt-Transistors (13) verbunden ist.
3. Messgrößenerfassungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass • dass dem Widerstand (10) eine Diode (11) parallel geschaltet ist.
4. Messgrößenerfassungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • die Steuerschaltung eine Reihenschaltung aus dem Erregerkreis eines opto-elektronischen Relais mit integrierter Feldefffekt-Transistor-Einheit und einem Reihenwiderstand aufweist und • die Feldeffekt-Transistor-Einheit unter Bildung des Feldeffekt-Transistors in der Fühlerleitung liegt.
5. Messgrößenerfassungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • das Ergänzungsmodul eine parallel zum Feldeffekt-Transistor liegende Informationseinrichtung aufweist.
6. Messgrößenerfassungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass • die Informationseinrichtung ein optisches Anzeigeelement ist.
7. Messgrößenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass • die Informationseinrichtung eine elektronische Speicheranordnung ist.
8. Messgrößenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass • das Ergänzungsmodul einen parallel zum Feldeffekt-Transistor liegenden Aktuator aufweist.
9. Messgrößenerfassungssystem mit einer Messgrößenerfassungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche und mit einer über die zwei Speiseleitungen und über die eine Fühlerleitung angeschlossenen Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass • in der Auswerteeinrichtung (4) eine Abschalteinrichtung (15,16) vorhanden ist, • die die Speiseleitungen (2,3) von der Speisespannung abtrennt und mit der bei Betätigung eine Kommunikationsverbindung zwischen der Auswerteeinrichtung (4) und dem Datenspeicher (14) aufbaubar ist.
10. Messgrößenerfassungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass • die Abschalteinrichtung eine Kurzschließereinrichtung ist.
11. Verfahren zum Erfassen von Messwerten und zum Austauschen von Daten mit einer Messgrößenerfassungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass • zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung zwischen dem Ergänzungsmodul (14) und einer mit der Messgrößenerfassungseinrichtung verbundenen Auswerteeinrichtung (4) die Speisespannung (U) auswerteeinrichtungsseitig abgetrennt wird und • eine Informationseinrichtung oder ein Aktuator an die Fühlerleitung und eine Speiseleitung angeschlossen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass • das Abtrennen der Speisespannung und das Anschließen der Informationseinrichtung oder des Aktuators einerseits und das Anschließen der Speisespannung andererseits im Zeitmultiplexbetrieb erfolgt.