-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Messgrößenerfassungseinrichtung mit
einem niederohmigen Messgrößenaufnehmer
in Zweileitertechnik mit zwei Anschlussleitungen und einem einerseits
an die zwei Anschlussleitungen und andererseits an zwei zu einer
Auswerteeinrichtung führenden
Fühlerleitungen angeschlossenen
Ergänzungsmodul
mit einer zwischen den Fühlerleitungen
angeordneten aktivierbaren Schaltungseinheit.
-
Eine
derartige Messgrößenerfassungseinrichtung
ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 30 215 A1 bekannt.
Bei dieser bekannten Messgrößenerfassungseinrchtung
weist das Ergänzungsmodul
eine Strombegrenzungsschaltung und ein Datenspeichermodul auf. Die
Strombegrenzungsschaltung enthält
einen Feldeffekt-Transistor sowie eine Steuerschaltung für diesen
Transistor. Die Steuerschaltung besteht aus einem Spannungswandler
und einer Reihenschaltung aus einer Diode und einem Kondensator.
Wird 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 dem Kondensator und der
Diode vorgesehen.
-
Ferner
ist aus der deutschen Patentschrift
DE 43 07 916 C1 eine Temperaturüberwachungseinrichtung
bekannt, bei der an ein Thermoelement in Reihe ein Feldeffekttransisstor
und die Primärwicklung
eines Übertragers
angeschlossen sind. An der Sekundärwicklung des Übertragers
liegt über
eine Diode ein Ladekondensator. Der gemeinsame Schaltungspunkt der
Diode und des Ladekondensators ist über eine weitere Diode mit
einem Impulsgenerator verbunden, der an den Steueranschluss des
Feldeffekttransistors angeschlossen ist. Auf diese Weise ist erreicht,
dass in der Messphase die Stromversorgung des Impulsgenerators allein
durch die Energie des Thermoelementes erfolgt und zu einer Auswerteeinrichtung
führende
Fühlerleitungen
vollständig
zur Signalübertragung
bereit gehalten werden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messgrößenerfassungseinrichtung
vorzuschlagen, die sich durch einen vergleichsweise einfachen Aufbau
auszeichnet.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist bei einer Messgrößenerfassungseinrichtung der
eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß in dem Ergänzungsmodul
in einer Verbindung zwischen einer Anschlussleitung und einer Fühlerleitung
eine steuerbare Schaltanordnung in Reihe mit einer induktiven Baueinheit
derart angeordnet, dass die Schaltanordnung anschlussleitungsseitig
liegt; der von der Schaltanordnung abgewandte Anschluss der induktiven Baueinheit
ist über
eine Diode an eine Kondensator-Speichereinrichtung angeschlossen,
die andererseits an einer weiteren Verbindung zwischen der weiteren
Anschlussleitung und der werteren Fühlerleitung liegt, wobei mit
dem gemeinsamen Schaltungspunkt von Diode und Kondensator-Speichereinrichtung
der Steueranschluss der steuerbaren Schaltanordnung verbunden ist.
-
Ein
wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungseinrichtung besteht
darin, dass sie mit relativ wenigen Bauteilen aufgrund der Verwendung
einer induktiven Baueinheit die Ausnutzung einer Kommutierungsspannung
dieser induktiven Baueinheit zum Aufladen einer Kondensator-Speichereinrichtung
ermöglicht,
wodurch die steuerbare Schaltanordnung geöffnet und eine Kommunikationsverbindung
der aktivierbaren Schaltungseinheit mit der Auswerteeinrichtung
hergestellt werden kann.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungseinrichtung
kann die induktive Baueinheit in unterschiedlicher Weise ausgeführt sein;
wesentlich ist, dass sie beim Abschalten einer Speisespannung eine
ausreichend hohe Kommutierungsspannung zur Verfügung stellt. Bei einer vorteilhaften
Ausführungsform
besteht die induktive Baueinheit aus mindestens einer Spule.
-
Auch
die steuerbare Schaltanordnung kann in unterschiedlicher Weise verwirklicht
sein. Eine vorteilhafte Ausführungsform
wird darin gesehen, dass die steuerbare Schaltanordnung von einem
Kontakt eines Relais gebildet ist.
-
Als
besonders vorteilhaft wird eine Ausführungsform der steuerbaren
Schaltanordnung betrachtet, die von einem selbst leitenden Feldeffekttransistor
gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform der
steuerbaren Schaltanordnung ist vorteilhafter Weise der Steueranschluss
des selbst leitenden Feldeffekttransistors an einen Mittenabgriff
einer Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator
angeschlossen ist, die mit ihrem Widerstand an den gemeinsamen Schaltungspunkt
von Diode und Kondensator-Speichereinrichtung
und mit ihrem Kondensator an das anschlussleitungsseitige Ende der
Reihenschaltung von Schaltanordnung und induktiver Baueinheit angeschlossen
ist. Dadurch ist die vorteilhafte Möglichkeit geschaffen, den geöffneten
Zustand der steuerbaren Schaltanordnung im Zusammenwirken mit der
Kondensator-Speichereinrichtung für eine Zeitdauer aufrecht zu
erhalten, die zum Ansprechen der aktivierbaren Schaltungseinheit ausreichend
ist. Vorteilhafterweise sind dazu die Komponenten der Reihenschaltung
aus dem Widerstand und dem Kondensator und der Kondensator-Speichereinrichtung
so bemessen, dass die Zeitkonstante der Reihenschaltung erheblich
kleiner als die der Kondensator-Speichereinrichtung ist.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungseinrichtung
ist die aktivierbare Schaltungseinheit vorteilhafterweise über eine
Schutzdiode zwischen die beiden Fühlerleitungen geschaltet. Dadurch
ist in einfacher Weise die Kommunikationsverbindung von der Auswerteeinrichtung
zu der aktivierbaren Schaltungseinheit herzustellen.
-
Die
aktivierbare Schaltungseinheit kann bei der erfindungsgemäßen Messwerterfassungseinrichtung
unterschiedlich ausgeführt
sein. So kann diese Schaltungseinheit ein Datenspeicher sein, wenn
es beispielsweise darum geht, eingespeicherte Seriennummern für den Messgrößenaufnehmer
abzufragen; auch kann der Datenspeicher als so genannter TEDS (Transducer
Electronic Data Sheets) ausgebildet sein.
-
Soll
mit dem Ergänzungsmodul
auch die Möglichkeit
geschaffen werden, beispielsweise in einer Anlage mit vielen Messgrößenaufnehmern
einen oder einige bestimmte Messgrößenaufnehmer identifizieren
zu können,
dann ist die aktivierbare Schaltungseinheit vorteilhafterweise ein
elektronisches Anzeigeelement.
-
Auch
eine Ausführung
der aktivierbaren Schaltungseinheit als Aktuator oder als Steuereinrichtung
kommt vorteilhafterweise infrage, wenn irgendwelche Betätigungen
oder Einstellungen von der Auswerteeinrichtung her veranlasst werden
sollen.
-
Um
die Zeitdauer für
das Kommunizieren mit der aktivierbaren Speichereinheit gezielt
beeinflussen bzw. verkürzen
zu können,
ist in vorteilhafter Weise der Kondensator-Speichereinrichtung ein Entladekreis
mit einem steuerbaren Schalter parallel geschaltet, dessen Steueranschluss über eine Überspannungsdiode
an die andere Verbindung angeschlossen ist, und ein Anschluss des
steuerbaren Schalters mit der einen Überspannungsdiode verbunden
ist.
-
Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Messgrößenerfassungssystem mit einer
Messgrößenerfassungseinrichtung
gemäß den obigen
Ausführungen
mit einer über
die eine Fühlerleitungen
angeschlossenen Auswerteeinrichtung.
-
Um
in einem solchen Messgrößenerfassungssystem
in vorteilhaft einfacher Weise einerseits eine Erfassung von Messwerten
vom Messgrößenaufnehmer
durchführen
zu können
und andererseits eine Kommunikation zwischen der Auswerteeinrichtung
und dem Ergänzungsmodul
zu ermöglichen,
ist erfindungsgemäß in der
Auswerteeinrichtung ein Schaltelement zum Abschalten der Sensor-Versorgungseinheit
vorhanden, zur Erzeugung eines Gleichspannungsimpulses für das Ergänzungsmodul eine
Gleichspannungsquelle über
ein weiteres Schaltelement an die Fühlerleitungen anschliessbar
und eine Kommunikationseinrichtung vorhanden, die über das
weitere Schaltelement an die Fühlerleitungen
anschliessbar ist.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungssystem
ist vorteilhafterweise in der Auswerteeinrichtung eine weitere Gleichspannungsquelle
zur Abgabe einer Überspannung
an das Ergänzungsmodul über ein
zusätzliches
Schaltelement vorhanden. Damit ist in einfacher Weise die Möglichkeit
geschaffen, die zur Kommunikation mit der aktivierbaren Schaltungseinheit
vorgesehene Zeitspanne individuell einzustellen bzw. zu verkürzen.
-
Ist
bei dem erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungssystem
die aktivierbare Schaltungseinheit von einem Datenspeicher gebildet,
dann ist die Kommunikationseinrichtung in der Auswerteeinrichtung
vorteilhafter Weise eine Schreib- und
Leseeinrichtung.
-
Eine
Kommunikationseinrichtung in Form einer Signal-Gebereinrichtung
kommt vorteilhafter Weise dann infrage, wenn die aktivierbare Schaltungseinheit
von einem elektronischen Anzeigeelement, einem Aktuator oder einer
Steuereinrichtung gebildet ist.
-
Die
Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Erfassen von
Messgrößen und
zum Ansprechen einer aktivierbaren Schaltungseinheit in einer oben
beschriebenen Messgrößenerfassungseinrichtung
in einem Messgrößenerfassungssystem, wie
es ebenfalls oben im einzelnen erläutert worden ist, und stellt
sich die Aufgabe, das Erfassen von Messwerten und das Ansprechen
der aktivierbaren Schaltungseinrichtung von der Auswerteeinrichtung her
in einfacher Weise durchführen
zu können.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung
zwischen der aktivierbaren Schaltungseinheit des Ergänzungsmoduls
und der Auswerteeinrichtung die Sensor-Versorgungseinheit für den Messgrößenaufnehmer
abgeschaltet, mindestens ein Gleichspannungsimpuls auf die Fühlerleitungen
gegeben, daraufhin die Kommunikationsverbindung hergestellt und
anschließend
ein Ansprechen der aktivierbaren Schaltungseinheit von der Auswerteinrichtung
her vorgenommen. Dabei wird bei einer als Datenspeicher ausgebildeten
aktivierbaren Schaltungseinheit eine Datenübertragung zwischen dem Datenspeicher
und einer als Schreib- und Leseeinrichtung ausgeführten Kommunikationseinrichtung vorgenommen
oder bei einer als elektronisches Anzeigeelement, Aktuator oder
Steuereinrichtung ausgebildeten aktivierbaren Schaltungseinheit
eine Signalübertragung
von einer als Signal-Gebereinrichtung ausgeführten Kommunikationseinrichtung
her vorgenommen.
-
Vorteilhafterweise
kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
das Abschalten der Speisespannung und das Herstellen der Kommunikationsverbindung
im Zeitmultiplexbetrieb vorgenommen werden, indem beispielsweise
die Schaltelemente der Auswerteeinrichtung mittels eines Schaltwerkes
entsprechend gesteuert werden.
-
Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungssystem
mit einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Messgrößenerfassungseinrichtungdargestellt.
-
Die
Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Messgrößenaufnehmer 1 in
Zweileitertechnik, bei dem es sich beispielsweise um ein Thermoelement 2 handeln
kann. Das Thermoelement 2 ist über eine Anschlussleitung 3 und
eine weitere Anschlussleitung 4 mit einem Ergänzungsmodul 5 verbunden, das
seinerseits über
eine Fühlerleitung 6 und
eine weitere Fühlerleitung 7 an
eine Auswerteeinrichtung 8 angeschlossen ist.
-
Das
Ergänzungsmodul 5 weist
in einer Verbindung 9 zwischen der einen Anschlussleitung 3 und
der einen Fühlerleitung 6 eine
steuerbare Schaltanordnung in Form eines selbst leitenden Feldeffekttransistors 10 in
Reihe mit einer von einer Spule 11 gebildeten induktiven
Baueinheit auf. Der selbst leitende Feldeffekttransistor 10 ist
dabei anschlussleitungsseitig und die Spule 11 fühlerleitungsseitig
angeordnet. Ein Anschluss 12 der Spule 11 ist über eine Überspannungsdiode
in Form einer Diode 13 an eine Kondensator-Speichereinrichtung 14 angeschlossen,
die mit ihrer von der Diode 13 abgewandten Seite an eine
weitere Verbindung 15 zwischen der weiteren Anschlussleitung 4 und
der weiteren Fühlerleitung 7 liegt.
Die Kondensator-Speichereinrichtung 14 weist einen Kondensator 16 auf,
dem ein Widerstand 17 parallel geschaltet ist.
-
Mit
einem gemeinsamen Schaltungspunkt 18 von Diode 13 und
Kondensator-Speichereinrichtung 14 ist
der Steueranschluss 19 des Feldeffekttransistors 10 über einen
Widerstand 20 verbunden, der zusammen mit einem weiteren
Kondensator 21 eine Reihenschaltung mit einer vorgegebenen
Zeitkonstante bildet; diese Zeitkonstante ist wesentlich kleiner
als die der Kondensator-Speichereinrichtung 14. Der Kondensator 21 ist mit
seinem von dem Widerstand 20 abgewandten Anschluss 22 mit
der einen Anschlussleitung 3 verbunden.
-
Das
Ergänzungsmodul 5 enthält ferner
einen Entladekreis 23 mit einem Transistor 24 und
einer Zenerdiode 25, wobei die Basis des Transistors 24 über einen
Widerstand 26 mit einem Schaltungspunkt 27 verbunden
ist, der über
eine Überspannungsdiode 28 an
die eine Verbindung 9 angeschlossen ist.
-
Ferner
weist das Ergänzungsmodul 5 eine aktivierbare
Schaltungseinheit in Form eines Datenspeichers 30 auf,
der einerseits mit dem Schaltungspunkt 27 und andererseits
mit der weiteren Verbindung 15 verbunden ist.
-
In
der Figur ist die Auswerteeinrichtung 8 nur schematisch
dargestellt und zeigt in einzelnen nur die Komponenten, die im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind. So enthält die Auswerteeinrichtung 8 eine
Sensor-Versorgungseinheit 31, die bei einer derartigen
Schließstellung
eines Schaltelementes 32, wie es in der Figur gerade nicht gezeigt
ist, an den Messgrößenaufnehmer 1 angeschlossen
werden kann. Nimmt das Schaltelement 32 die in der Figur
gezeigte Lage ein, und befindet sich ein weiteres Schaltelement 33 in
der gezeigten Position, dann ist eine Gleichspannungsquelle 34 sowie
eine dazu parallel liegende Kommunikationseinrichtung 35 über die
Fühlerleitungen 6 und 7 mit
dem Ergänzungsmodul 5 verbunden. Über ein
zusätzliches
Schaltelement 36 ist eine weitere Gleichspannungsquelle 37 mit
einer höheren
Spannung als die der einen Gleichspannungsquelle 34 an
die Fühlerleitungen 6 und 7 anschließbar.
-
Außerdem ist
in der Auswerteeinrichtung 8 eine Mess- und Auswerteanordnung 38 in
bekannter Ausführung
angeschlossen, so dass von einer detaillierten Darstellung und Beschreibung
abgesehen wird.
-
Die
dargestellte Messgrößenerfassungseinrichtung
bzw. das gezeigte Messgrößenerfassungssystem
weist folgende Funktionsweise auf:
Im normalen Messmodus ist
der selbst leitende Transistor 10 leitend, und es ist die
Sensor-Versorgungseinheit 31 an
die Fühlerleitungen 6 und 7 angeschlossen;
es fließt
somit ein Messstrom durch das Thermoelement 2 und auch
durch die Spule 11 und über den
selbst leitenden Feldeffekttransistor 10.
-
Soll
eine Kommunikationsverbindung zwischen der Auswerteeinrichtung 8 bzw.
deren Mess- und
Auswerteanordnung 38 und der aktivierbaren Schaltungseinheit 30 – hier in
form eines Datenspeicher 30 – hergestellt werden, dann
wird das Schaltelement 33 einmal oder mehrmals hintereinander
in die in der Figur gezeigte Lage gebracht, wobei jedes Mal eine
Kommutierungsspannung der Spule 11 über die Zenerdiode 13 an
die Kondensator-Speichereinrichtung 14 angelegt
wird. Dadurch wird am Schaltungspunkt 18 eine so hohe negative
Spannung erzeugt, die verzögert
durch die Reihenschaltung aus dem Widerstand 20 und dem
Kondensator 21 ein Sperren des Feldeffekttransistors 10 bewirkt;
das Thermoelement 2 ist damit abgeschaltet.
-
Nunmehr
wird das weitere Schaltelement 33 ein- oder mehrfach geschaltet,
wodurch mittels der Gleichspannungsquelle 34 durch die
Spule 11, den selbstleitenden Transistor 10 und
das Thermoelement 2 ein Stromfluss zustande kommt. Nach Öffnen des
Schaltelements 33 wird der Stromfluss über die Kondensator-Speichereinheit 14 und
die Diode 13 umgeleitet, wobei der Kondensator 16 aufgeladen wird.
Durch mehrmaliges Schalten kann die notwendige Steuerspannung für den selbstleitenden
Feldeffekttransistor 10 am Kondensator 16 erreicht
werden. Nach Schalten des selbstleitenden Feldeffekttransistors 10 wird
eine Kommunikationsverbindung zwischen der Auswerteeinrichtung und
dem Datenspeicher 30 hergestellt; es können nunmehr je nach Ausgestaltung
des Datenspeichers 30 Daten von der Kommunikationseinrichtung 35 der
Auswerteeinrichtung 35 ein- oder ausgelesen werden.
-
Während dieses
Vorgangs entladen sich die Kondensatoren 16 und 21,
so dass schließlich
die Sperrung des selbst leitenden Feldeffekttransistors 10 beendet
wird; der Kommunikationsmodus ist damit beendet, und es setzt wieder
der Messmodus ein.
-
Die
Zeitdauer, in der ein Kommunikationsmodus vorhanden ist, kann – bei Bedarf – verkürzt werden,
indem eine weitere Gleichspannung, die höher als die eine Gleichspannung
ist, mittels eines weiteren Schalters 36 aus einer weiteren
Gleichspannungsquelle 37 an die Fühlerleitungen 6 und 7 gelegt wird.
Es wird wegen der weiteren Überspannungsdiode 25 der
Transistor 24 leitend gesteuert, wodurch die Kondensatoren 16 und 21 schnell
entladen werden.
-
Eine
entsprechend der obigen Beschreibung durchzuführende Ansteuerung der Schaltelemente 32, 33 und 36 erfolgt über ein
in der Figur nicht dargestelltes Schaltwerk, mit dem dann ein Betrieb
des Messgrößenerfassungssystems
im Zeitmultiplexbetrieb erfolgt.