DE102007061529B4 - Anordnung zur Bewertung und Darstellung der Funktion eines Sensors - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Bewertung und Darstellung der Funktion eines Sensors, welcher ein analoges elektrisches Ausgangssignal liefert, zur Einstellung und/oder Kontrolle des Arbeitspunkts derartiger Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewertungseinheit (B_E; 5) vorgesehen ist, welche das elektrische Ausgangssignal des Sensors überprüft und ein Bewertungssignal erzeugt, das in Abhängigkeit vom Bewertungskriterium ein absolutes Maximum durchläuft, wobei die Bewertungseinheit (5; B_E) mit einem Anzeigemodul (4) in Verbindung steht, durch welches ein Anzeigesignal optisch und/oder akustisch darstellbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bewertung und Darstellung der Funktion eines Sensors, welcher ein elektrisches Ausgangssignal liefert zur Einstellung und/oder Kontrolle des Arbeitspunkts derartiger Sensoren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Es ist bekannt, zur Einstellung des Schaltabstands von Sensoren, die z. B. Näherungsschalter aufweisen, ein geeignetes Kalibrierungsobjekt als Target in einem vorbestimmten Abstand zum Sensor bzw. Näherungsschalter anzuordnen.
• Typischerweise wird dann der Abstand zwischen Target und Sensor so lange verändert, bis ein Schaltsignal definierter Größe anliegt. In einem nächsten Schritt wird der Abstand dann sukzessive wieder erhöht, bis das Schaltsignal abfällt. Die so erhaltene Position kann das als Arbeitspunkt des Sensors festgelegt und z. B. in einem Produktdatenblatt fixiert werden.
• Die vorstehend erläuterte Einstellung des Arbeitspunkts hat jedoch den Nachteil, dass die Schaltschwelle zwar als elektrisches Signal erkennbar ist, jedoch der danach festgelegte Arbeitspunkt nur mit einer undefinierten Schwankungsbreite eingestellt werden kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass sich der eingestellte Arbeitspunkt, z. B. durch Vibrationen im oder am Einsatzort des Sensors oder aber auch temperaturbedingt verändern kann, ohne dass die Möglichkeit einer Überprüfung mit gegebenenfalls erneuter Kalibrierung besteht.
• Eine Einstellung und Funktionsüberwachung von als Strömungssensoren ausgebildeten Sensoren ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Strömungssensoren einen in das strömende Medium hineinragenden Hubkörper aufweisen, wobei der Hubkörper an einem Gehäuse beweglich geführt und in Abhängigkeit von der Strömung des zu überwachenden Mediums gegen die Rückstellkraft eines zwischen dem Gehäuse und dem Hubkörper angeordneten Rückstellelements bewegbar ist.
• In diesem Fall kann der Sensor beispielsweise als berührungsloser Näherungsschalter ausgebildet sein und ein von der Position des Hubkörpers abhängiges Signal erzeugen. Ein solcher Strömungssensor ist in der WO 2005/124291 A1 offenbart. Bei einem derartigen analogen Sensor mit induktivem, aber auch magnetischen Sensorelementen hängt die exakte Arbeitsweise davon ab, ob und inwieweit der Bewegungs- oder Hubbereich des Hubkörpers optimal ausgenutzt wird. Hier ist es wünschenswert, eine Kalibrierung und Einstellung eines in einem Fluidkreis befindlichen Durchflusssensors auch gegebenenfalls vor Ort mit einfachen Mitteln vornehmen zu können. Bei einer solchen Kalibrierungseinstellung muss dem Nutzer signalisiert werden, ob der Sensor im jeweiligen Applikationsfall bei einer Durchflussänderung korrekt arbeitet bzw. ob noch Schaltreserven vorhanden sind.
• Aus der DE 41 32 393 A1 ist eine Anordnung zur Bewertung und Darstellung der Funktion eines Sensors bekannt, wobei der Sensor ein Ausgangssignal liefert, welches von einer Bewertungseinheit überprüft wird.
• Die Druckschrift DE 43 31 555 A1 offenbart einen Näherungsschalter mit einer Leuchtdiode als Schaltzustandsanzeige, wobei die Betriebsfunktionen des Näherungsschalters zumindest teilweise von außen einstellbar sind.
• Eine Sensoreinrichtung mit Oszillatorschaltung, die mit konstanter Frequenz und in Abhängigkeit einer äußeren Beeinflussung durch einen Auslöser, jeweils mit einer von zwei vorgegebenen Amplituden, schwingt und Ausgangssignale über mindestens ein Siebglied dem Messeingang eines Schaltkomparators zuführt, dessen Referenzeingang mit einem eine Referenzspannung erzeugenden Element verbunden ist, ist aus der DE 91 12 156 U1 bekannt.
• Die Druckschrift EP 0 090 182 B1 zeigt eine Vorrichtung zum Einstellen eines elektrischen Werts, wobei die elektrische Schaltung Einstellmittel zum Einstellen eines vorbestimmten elektrischen Werts innerhalb der Schaltung aufweist.
• Aus der Druckschrift EP 0 997 747 A2 ist ein Verfahren zur Betriebsoptimierung eines Ultraschall-Näherungsschalters bekannt, wobei das empfangene Ultraschall-Echosignals mittels Eingriff eines Mikroprozessors auf eine Messeinrichtung amplitudenmäßig ausgewertet wird.
• Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Anordnung zur Bewertung und Darstellung der Funktion eines Sensors, welcher ein elektrisches oder auch optisches Ausgangssignal liefert, anzugeben, mit deren Hilfe eine exakte Bewertung eines Arbeitspunkts des Sensors mit der Möglichkeit einer einfachen und effektiven Darstellbarkeit der Bewertungsergebnisse möglich ist. Die Kosten für eine solche Anordnung, die auch integraler Bestandteil des Sensors sein kann, sind möglichst gering zu halten. Vorhandene oder nötige Stromversorgungseinheiten sollen mit der Bewertungsanordnung nicht übermäßig belastet werden.
• Hinsichtlich der Ausgangssignale des Sensors ist hierunter zu verstehen, dass der Sensor unmittelbar ein elektrisches Signal liefern kann, aber auch die Möglichkeit besteht, eine Schaltung zur Signalwandlung vorzusehen, die ein optisches Signal in einen elektrischen Wert umwandelt. Der Sensor kann ein oder mehrere Sensorelemente aufweisen, wobei diese auch ohne weitere Signalverarbeitung unmittelbar eine Spannung liefern können, die ein elektrisches Ausgangssignal bildet.
• Die Lösung der Aufgabe der Erfindung ergibt sich durch eine Anordnung zur Bewertung und Darstellung der Funktion eines Sensors gemäß der Merkmalskombination nach Patentanspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
• Demnach ist die Anordnung derart ausgestaltet, dass in Abhängigkeit eines Sensor-Ausgangssignals U_E ein Anzeigesignal erzeugbar ist, das ein lokales Maximum durchläuft. Insbesondere soll bei einem Sensor-Ausgangssignal U_E, das einem Arbeitspunkt-Sensorsignal U_A entspricht, das erwähnte maximale Anzeigesignal vorliegen.
• Die Anordnung zur Bewertung und Darstellung der Funktion von Sensoren mit mindestens einem Sensorelement kann insbesondere zur Einstellung und/oder Kontrolle des Arbeitspunkts des betreffenden Sensors Anwendung finden.
• Erfindungsgemäß ist eine Bewertungseinheit vorgesehen, welche das elektrische Ausgangssignal des Sensors oder eines Sensorelements untersucht und ein Bewertungssignal erzeugt, das in Abhängigkeit vom jeweiligen Bewertungskriterium ein lokales oder absolutes Maximum durchläuft, wobei die Bewertungseinheit mit einem Anzeigemodul in Verbindung steht.
• Das Anzeigemodul erhält dann ein definiertes, z. B. maximales Anzeigesignal und stellt dieses dar, wenn das Ausgangssignal des Sensors einem vorgegebenen Arbeitspunktsignal entspricht.
• Erfindungsgemäß ist weiterhin die Bewertungseinheit in einem ersten Stromkreis und das Anzeigemodul in einem zweiten Stromkreis befindlich. Nur der erste Stromkreis muss mit einer stabilisierten Spannungsversorgung in Verbindung stehen. Der zweite Stromkreis hingegen kann an einer unstabilisierten Spannungsversorgung, die kostengünstiger ausgeführt werden kann, angeschlossen werden.
• In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Bewertungseinheit und dem Anzeigemodul ein Übertragungsmodul vorgesehen.
• Mit Hilfe des Übertragungsmoduls kann der vom Anzeigemodul darzustellende Bereich ausgewählt und bestimmt werden.
• Das Übertragungsmodul weist ein von der elektrischen Ausgangsgröße der Bewertungseinheit angesteuertes, im zweiten Stromkreis liegendes Steuerelement auf.
• Das Anzeigesignal kann optisch und/oder akustisch dargestellt werden.
• Die Anzeige erfolgt bevorzugt über eine optoelektronische Baugruppe sowie deren Farbdarstellung, Farbänderung, Farbübergang und/oder Helligkeitseinstellung oder Helligkeitsänderung.
• Mit Hilfe der Bewertungseinheit wird festgestellt, ob das erhaltene, der Bewertungseinheit zugeführte Sensor-Ausgangssignal in einem vorgegebenen Spannungsfenster liegt. Es ermittelt also die Bewertungseinheit, ob und inwieweit ein insbesondere analoges Ausgangssignal eines Sensorelements eines Sensors, der z. B. als Strömungssensor ausgebildet ist und induktive oder magnetische Einrichtungen mit einem Körper aufweist, dessen relativer Abstand sich strömungsabhängig zum Sensorelement ändert, wobei die Sensorelement-Ausgangsspannung in einem vorgegebenen Maß von der Bewegung des Körpers und damit dem Durchfluss oder der Strömung eines fluiden Mediums abhängig ist, im Wesentlichen linear bezogen auf die Bewegung des Körpers Veränderungen unterliegt.
• Es sei darauf aufmerksam gemacht, dass die erfindungsgemäße Anordnung auch in der Sensorik für Prozessmesstechnik, z. B. zur Temperatur-, Druck- und/oder Strömungsüberwachung Anwendung finden kann.
• Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist das Sensorelement-Ausgangssignal eine maximale Spannung auf, deren Höhe gleich der Betriebsspannung der Anordnung ist.
• Beim Erreichen des vorgegebenen, gewünschten Arbeitspunkts erzeugt die erwähnte optoelektronische und/oder akustische Baugruppe entweder ein maximales, aber auch minimales Signal. Um z. B. ein maximales optisches Signal sicher zu erkennen, wird das Anzeigemodul so ausgestaltet, dass z. B. mehrere lichtemittierende Dioden so angesteuert werden, dass deren Helligkeit respektive Strahlungsintensität steigt und nach einem Maximalwert wieder abfällt. Bei einem Kalibrierungsvorgang zum Einstellen eines optimalen Arbeitspunkts kann bedingt durch diesen anfallenden und wieder absteigenden Verlauf der Punkt der größten Helligkeit sicher erkannt werden.
• In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bewertungseinheit eine Reihenschaltung aus einem Einkopplungsmodul und einem Auskopplungsmodul auf. Das elektrische Sensorelement-Ausgangssignal wird dem Einkopplungsmodul zugeführt.
• Das Einkopplungsmodul umfasst einen Transistor eines ersten Leitfähigkeitstyps und das Auskopplungsmodul einen Transistor eines zweiten Leitfähigkeitstyps.
• Das elektrische Sensorelement-Ausgangssignal ist dann der Basis des Transistors des Einkopplungsmoduls zugeführt, wobei über der Reihenschaltung aus Einkopplungsmodul und Auskopplungsmodul die Betriebsspannung U_B anliegt.
• Am Transistor des Einkopplungsmoduls ist ein Emitterwiderstand angeschlossen, wobei in der Kollektorstrecke eine Reihenschaltung aus einer Diode und einem Widerstand befindlich ist, welcher auf das Betriebsspannungspotential U_B1 führt. Am Kollektor des Transistors des Einkopplungsmoduls ist die Basis des Transistors des Auskopplungsmoduls angeschlossen.
• Das Spannungsteilerverhältnis der vorerwähnten Widerstände bestimmt, bei welcher Eingangsspannung U_E ein maximaler Strom durch das Auskopplungsmoduls 2 zur Verfügung steht.
• Der Kollektor des Transistors des Auskopplungsmoduls ist mit der Basis eines Transistors des Übertragungsmoduls in Verbindung stehend, wobei die Basis des Transistors des Übertragungsmoduls über einen ersten Widerstand R_X und der Emitter des Transistors des Übertragungsmoduls über einen zweiten Widerstand R_Y am negativen Betriebsspannungspotential angeschlossen sind.
• Über das Verhältnis der Widerstände R_X zu R_Y kann der vom Anzeigemodul darstellbare Ausschnitt definiert werden.
• Am Kollektor des Transistors des Übertragungsmoduls ist mindestens eine der erwähnten lichtemittierenden Dioden angeschlossen.
• In einer Ausgestaltung der schaltungstechnischen Umsetzung besteht die Möglichkeit, die Transistoren des Einkopplungsmoduls und des Übertragungsmoduls als Elemente eines Doppeltransistors desselben Leitfähigkeitstyps zu realisieren.
• Zusammengefasst geht also die Anordnung von einer Bewertungseinheit, einem Übertragungsmodul und einem Anzeigemodul aus, wobei die Bewertungseinheit derart ausgestaltet ist, dass in Abhängigkeit von einem zugeführten Sensorausgangssignal ein erster Strom fließt. Dann, wenn das Sensorausgangssignal einem solchen Signal entspricht, das bei einem gewünschten Arbeitspunkt des Sensors vorliegt, stellt die Bewertungseinheit einen zweiten Strom mit einem Maximalwert zur Verfügung. Das Übertragungsmodul nimmt dann Einfluss auf einen Stromkreis, in dem ein dritter Strom fließt, wobei der dritte Strom die Anzeige des Anzeigemoduls beeinflusst. Der dritte, auf die Anzeige des Anzeigemoduls abgestimmte, auch wesentlich höhere Strom stammt von einer unstabilisierten Stromversorgung. Eine stabilisierte Spannungsversorgung ist lediglich für die Funktionsweise der Bewertungseinheit notwendig.
• Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
• Hierbei zeigen:
• 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zur Bewertung und Darstellung;
• 2 ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung;
• 3 ein Blockschaltbild zur Definition eines bevorzugten Bewertungsbereichs;
• 4a einen Verlauf der Sensorausgangsspannung U_E in Abhängigkeit eines veränderbaren Target-Sensor-Abstands mit einer beispielhaften Arbeitspunktspannung U_A;
• 4b eine skizzenhafte Darstellung eines Sensors mit Sensorelement und Target sowie vorgegebenem, veränderbaren Abstand l und
• 5 und 6 prinzipielle Verläufe des Stroms I₂ (siehe 2) in Abhängigkeit von der Sensorausgangsspannung U_E.
• Bei dem Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein Einkopplungsmodul 1 vorhanden, welches mit einem Auskopplungsmodul 2 in Reihe geschaltet ist. Über die Reihenschaltung liegt die Betriebsspannung U_B1 an einer stabilisierten Versorgungsquelle an. Innerhalb der Reihenschaltung des Einkopplungsmoduls und des Auskopplungsmoduls fließt der Strom I₁. Am Eingang des Einkopplungsmoduls 1 liegt die Sensorelement-Ausgangsspannung U_E an.
• Das Einkopplungsmodul 1 und das Auskopplungsmodul 2 bilden die Bewertungseinheit 5 bzw. B_E.
• Wie aus der 1 zu entnehmen, ist also das Einkopplungsmodul mit der Sensorausgangsspannung U_E des dort nicht gezeigten Sensors und einem Bezugspotential verbunden und beeinflusst den ersten Strom I₁, der zwischen dem Einkopplungsmodul 1 und dem Auskopplungsmodul 2 fließt.
• Das Auskopplungsmodul 2 ist dann mit einem Übertragungsmodul 3 in elektrischer Verbindung stehend. Zwischen dem Auskopplungsmodul 2 und dem Übertragungsmodul 3 fließt der Strom I₂.
• Die Bewertungseinheit 5 (B_E) ist derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit von der Sensorausgangsspannung U_E der zweite Strom I₂ erzeugt wird, wobei der zweite Strom I₂ bei einer Sensorsignal-Ausgangsspannung, die einem festgelegten Arbeitspunkt des Sensors entspricht, einen Maximalwert annimmt und danach wieder abnimmt.
• Das Übertragungsmodul 3 ist mit einem Anzeigemodul 4 verbunden.
• Das Übertragungsmodul 4 treibt in Abhängigkeit vom zweiten Strom I₂ einen dritten Strom I₃, der die notwendige Energie für die Anzeige des Anzeigemoduls 4, z. B. lichtemittierende Dioden liefert.
• Es ergibt sich aus der Anordnung nach 1 der Vorteil, dass die Bewertungseinheit 5 vorzugsweise mit einer stabilisierten Spannungsversorgung U_B1 verbindbar ist, wobei das Anzeigemodul 4, das aufgrund des Leistungsbedarfs der Anzeige einen erhöhten Strombedarf aufweist, mit einer unstabilisierten Spannungsversorgung U_B2 versorgt werden kann.
• Die Schaltungsanordnung nach 2 geht von den zur 1 geschilderten wesentlichen Funktionsgruppen Einkopplungsmodul 1, Auskopplungsmodul 2, Übertragungsmodul 3 und einer Anzeige in Form von lichtemittierenden Dioden aus.
• Dem Einkopplungsmodul 1 wird die Spannung U_E zugeführt, welche, wie bereits erläutert, der Ausgangsspannung des Sensorelements entspricht.
• Über der Reihenschaltung aus Einkopplungsmodul 1 und Auskopplungsmodul 2 liegt die Betriebsspannung U_B an. Im Beispielsfall handelt es sich hier um eine stabilisierte Gleichspannung mit einem Wert von 5 V. Das Einkopplungsmodul ist als Spannungs-Strom-Wandler mit Hilfe eines NPN-Transistors T_EM ausgeführt. Die Spannung am Eingang U_E kann z. B. im Bereich von 0 bis 5 V liegen.
• Das Auskopplungsmodul 2 ist als Spannungs-Strom-Wandler mit mindestens einem PNP-Transistor T_AM ausgeführt.
• Der Strom I₁ ergibt sich als Funktion der Eingangsspannung U_E, und zwar nach der Beziehung U_E – 0,7 V/R_EM, wobei R_EM, der Emitterwiderstand des Transistors T_EM ist. Der Betrag von 0,7 V entspricht der Basis-Emitter-Spannung des NPN-Transistors T_EM.
• Der Strom I₂ am Ausgang des Auskopplungsmoduls 2 ergibt sich als Funktion von U₂, d. h. der Spannung, die über dem Widerstand R_AM abfällt, nach der Beziehung R_AM·I₁/R_A, wobei R_A den Emitterwiderstand des Transistors T_AM darstellt. Die dem Widerstand R_AM in Reihe geschaltete Diode D₁ wirkt als Sperrdiode. Über dieser Diode D₁ fällt die Spannung U_BE ab, die dem Basisemitterübergang des PNP-Transistors T_AM entspricht.
• Der Aussteuerungsbereich U_E besitzt eine untere Grenze U_E – U_BENPN = U_E – 0,7 V und eine obere Grenze U_E – U_BEPNP = U_B – 0,7 V.
• Im Bereich von U_E = U_B/2 mit U_E = U_B ist der Transistor T_EM ständig leitend, d. h. die Kollektor-Emitter-Spannung von T_EM ist ständig nahe bei 0.
• Der Strom I₁ nimmt von U_E – 0,7 V bei Strom 0 zu, bis U_E = U_B/2 ist, und erreicht dann seinen maximalen Wert.
• Im Bereich U_E bis U_B – 0,7 V nimmt der Strom vom maximalen Wert bis zum Stromwert 0 ab.
• Bei der gezeigten Schaltung wird eine maximale Helligkeit der LEDs des Anzeigemoduls bei U_E = U_B/2 erreicht.
• Bei U_E > U_B/2 und gleichen Werten der Widerstände R_EM und R_AM nimmt die Helligkeit kontinuierlich ab, wobei diesbezüglich auch auf die 5 verwiesen sei.
• Der Strom I₂ gemäß der Darstellung nach 2 gelangt auf das Übertragungsmodul 3, das wiederum ausgangsseitig mit den als Anzeige in Reihe geschalteten lichtemittierenden Dioden (LED) in Verbindung steht. Diese Reihenschaltung führt auf einen nicht stabilisierten Betriebsspannungsanschluss.
• Konkret steht der Kollektor des Transistors T_AM des Auskopplungsmoduls 2 mit der Basis eines Transistors T_ÜM des Übertragungsmoduls 3 in Verbindung, wobei die Basis des Transistors T_ÜM über einen ersten Widerstand R_X und der Emitter des Transistors T_ÜM über einen zweiten Widerstand R_Y am negativen Betriebsspannungspotential angeschlossen sind.
• Das Verhältnis der Widerstände R_X zu R_Y bestimmt den darstellbaren Anzeigeausschnitt. Entsprechend dem Eingangswert an der Basis des Transistors T_ÜM wird ein Strom I₃ durch die lichtemittierenden Dioden getrieben, wobei dieser Strom Werte bis zu 10 mA und mehr erreichen kann, um eine effektive Ansteuerung, d. h. eine ausreichende Helligkeit der lichtemittierenden Dioden zu bewirken.
• Durch die Entkopplung des stabilisierten Stromkreises U_B, an dem die Reihenschaltung aus den Modulen 1 und 2 angeschlossen ist und welche durch das Übertragungsmodul 3 realisiert wird, kann ein unstabilisiertes Betreiben der lichtemittierenden Dioden des Anzeigemoduls aus einem kostengünstigeren, unstabilisierten Netzteil vorgenommen werden.
• Die 3 zeigt ein Blockschaltbild, bei der über eine Serienschaltung einer ersten, zweiten und dritten Zenerdiode Z₁, Z₂ und Z₃ ein erster, zweiter und dritter Spannungsbereich I, II und III festlegbar ist.
• Der Sensor liegt hier an einer stabilisierten Spannung, die durch die Serienschaltung der Zenerdioden Z₁ bis Z₃ bestimmt wird. Die Spannungsversorgungsanschlüsse der Bewertungseinheit 5 sind jeweils mit der Kathode bzw. Anode der zweiten Zenerdiode Z₂ verbunden. Das Sensorausgangssignal U_E gelangt, wie in den 1 und 2 dargestellt, auf einen entsprechenden Eingang der Bewertungseinheit 5.
• Bei Vorliegen eines Sensorausgangssignals U_E, das einem festgelegten Arbeitspunkt des Sensors entspricht, wird dies in Verbindung mit dem Übertragungsmodul 3 mit Hilfe des Anzeigemoduls 4 signalisiert.
• Beispielsweise könnte vorgesehen sein, eine Spannung auf 18 V zu stabilisieren. Die Zenerdioden Z₁, Z₂ und Z₃ weisen bei einem solchen Beispiel jeweils eine Zenerspannung von 6 V auf, so dass sich in Summe die Zenerspannung von 18 V darstellen lässt.
• Die Bewertungseinheit 5 wird also erst dann in einen Anzeigebereich gelangen, wenn die Sensorspannung U_E die dritte Zenerspannung von 6 V überschreitet. Der Anzeigebereich wird verlassen, wenn die Sensorspannung U_E die Summe der dritten und zweiten Zenerspannung, also beim erwähnten Beispiel 12 V, übersteigt.
• Wie in der Schilderung der Funktionsweise der 2 erwähnt, wird bei einer bevorzugten Ausführung der Bewertungseinheit 5 bei einer Sensorspannung U_E, die der Hälfte der angelegten Betriebsspannung entspricht, ein maximaler Strom ausgegeben, im vorliegenden Beispiel nach 3 also bei 3 V. Dies entspricht einer Sensorspannung von 9 V gegenüber dem Massepotential.
• Durch Verändern der Zenerspannungen der Dioden Z₁ bis Z₃ können unterschiedliche Spannungsbereiche dargestellt werden, in denen ein Arbeitspunkt des Sensors liegen und eingestellt werden soll.
• Ist beispielsweise vorgesehen, den Arbeitspunkt bei einer Spannung von 12 V festzulegen, könnte die dritte Zenerdiode Z₃ mit einer Zenerspannung von 10 V, die zweite Zenerdiode Z₂ mit 4 V und die dritte Zenerdiode Z₃ mit einer Zenerspannung von 2 V vorgesehen sein. Die Bewertungseinheit 5 wäre dann in einem Bereich von 10 bis 14 V aktiv, mit einer maximalen Stromausgabe bei einer Sensorspannung von 12 V gegen Masse.
• Über die Größe der Zenerspannung, die zwischen den beiden Versorgungszuleitungen anliegt, wird darüber hinaus der Spannungsbereich festgelegt, indem der Strom in Abhängigkeit von der Sensorspannung U_E ein Maximum durchläuft.
• 4a zeigt einen beispielhaften Verlauf der Sensorsignal-Ausgangsspannung U_E in Abhängigkeit eines Abstands l. Im dargestellten Fall nimmt die Sensorspannung mit größer werdendem Abstand l zu. Bei einem bevorzugten Arbeitspunkt l_a liegt am Ausgang des Sensors eine Arbeitspunkt-Sensorspannung U_A an.
• 4b zeigt schematisch eine Anordnung zur Arbeitspunkteinstellung des Sensors mit Sensorelement. Der Sensor ist hierbei in einem vorbestimmten Abstand l zum Sensor angeordnet. Eine Feinjustierung erfolgt beispielsweise durch Veränderung der Position des Sensors, wie in der Schilderung des Standes der Technik erläutert.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor derart ausgestaltet, dass die Arbeitspunkt-Sensorausgangsspannung U_A im Wesentlichen halb so groß ist wie die stabilisierte Versorgungsspannung U_B bzw. U_B1. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Sensorspannung U_A im Arbeitspunkt weit von den durch den Versorgungsspannungsbereich U_B1 vorgegebenen Grenzen entfernt ist. Ist es notwendig, die Sensorsignal-Ausgangsspannung im Arbeitspunkt auf eine andere Spannung festzulegen, kann die Bewertungseinheit 5 in eine Zenerdiodenkaskade gemäß 3 eingebunden werden.
• Die 5 und 6 zeigen schematisch je einen Verlauf des Stroms I₂ in Abhängigkeit von der Sensorsignal-Ausgangsspannung U_E, wobei die Arbeitspunkt-Sensorspannung U_A bei der halben Versorgungsspannung U_B1 liegt. Insbesondere beim Verlauf nach 6 liegt als quasi Dreiecksfunktion ein scharfes lokakes Maximum mit verbesserter und genauerer Einstellbarkeit vor.
• Bei einer Sensorspannung U_A < 0,7 V fließt im Wesentlichen kein Strom. Erst wenn die Basis-Emitter-Spannung von beispielsweise 0,7 V des Transistors T_EM überschritten wird, steigt der Strom an. Der zweite Strom I₂ erreicht gemäß Darstellung nach 5 sein Maximum bei einer Sensorspannung U_E, die der halben Versorgungsspannung U_B1 entspricht. Ab einer Sensorspannung U_E, die 0,7 V unterhalb der ersten Versorgungsspannung U_B1 liegt, ist kein Stromfluss mehr zu beobachten. Die Schwelle von 0,7 V ergibt sich aus der pn-Übergangsspannung der Diode D₁. Die Diode D₁ dient also dazu, den pn-Übergang des Transistors T_EM des Einkopplungsmoduls aus Symmetriegründen zu kompensieren.
• Bezugszeichenliste

1

Einkopplungsmodul

2

Auskopplungsmodul

3

Übertragungsmodul

4

Anzeigemodul

5

Bewertungseinheit

10

Gesamtanordnung

T_EM

Transistor des Einkopplungsmoduls

T_AM

Transistor des Auskopplungsmoduls

T_ÜM

Transistor des Übertragungsmoduls

D₁

Diode

LED

lichtemittierende Dioden

R_EM

Emitterwiderstand von T_EM

R_AM

Widerstand

R_A

Widerstand

Ry, R_Y

Widerstände

Z₁, Z₂, Z₃

erste bis dritte Zenerdiode

I, II, III

erster, zweiter, dritter Spannungsbereich

U_E

Sensorelement-Ausgangssignal

U_A

Sensorelement-Ausgangssignal im Arbeitspunkt

U_B1

erste Versorgungsspannung, stabilisiert

U_B2

zweite Versorgungsspannung, unstabilisiert

l

Abstand Sensor-Target

l_a

Arbeitspunkt-Abstand Sensor-Target

I₁, I₂, I₃

erster bis dritter Strom

T

Target

S

Sensor

Claims (23)

1. Anordnung zur Bewertung und Darstellung der Funktion eines Sensors, welcher ein analoges elektrisches Ausgangssignal liefert, zur Einstellung und/oder Kontrolle des Arbeitspunkts derartiger Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewertungseinheit (B_E; 5) vorgesehen ist, welche das elektrische Ausgangssignal des Sensors überprüft und ein Bewertungssignal erzeugt, das in Abhängigkeit vom Bewertungskriterium ein absolutes Maximum durchläuft, wobei die Bewertungseinheit (5; B_E) mit einem Anzeigemodul (4) in Verbindung steht, durch welches ein Anzeigesignal optisch und/oder akustisch darstellbar ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen des vorgegebenen, gewünschten Arbeitspunkts eine optoelektronische und/oder akustische Baugruppe ein maximales oder minimales Signal erzeugt.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigemodul (4) dann ein definiertes Anzeigesignal erhält und darstellt, wenn das Ausgangssignal des Sensors oder eines Sensorelements einem vorgegebenen Arbeitspunktsignal entspricht.
4. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übertragungsmodul (3) zwischen der Bewertungseinheit (5; B_E) und dem Anzeigemodul (4) vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsmodul (3) den vom Anzeigemodul (4) darzustellenden Bereich bestimmt.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige über eine optoelektronische Baugruppe sowie deren Farbe, Farbänderung, Farbübergang und/oder Helligkeitseinstellung oder Helligkeitsänderung erfolgt.
7. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinheit (5; B_E) feststellt, ob das erhaltene Sensor-Ausgangssignal in einem vorgegebenen Spannungsfenster liegt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinheit (5; B_E) ermittelt, ob und inwieweit ein insbesondere analoges Ausgangssignal eines Sensorelements eines Sensors, der als Strömungssensor ausgebildet ist und induktive oder magnetische Einrichtungen mit einem Körper aufweist, dessen relativer Abstand sich strömungsabhängig zum Sensorelement ändert, wobei die Sensor-Ausgangsspannung in einem vorgegebenen Maß von der Bewegung des Körpers und damit dem Durchfluss oder der Strömung eines fluiden Mediums abhängig ist, im Wesentlichen linear bezogen auf die Bewegung des Körpers Veränderungen unterliegt.
9. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-Ausgangssignal eine elektrische Spannung (U_E) ist, deren Höhe im Wesentlichen maximal gleich der Betriebsspannung der Anordnung ist.
10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Baugruppe mindestens eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine Reihenschaltung mehrerer lichtemittierender Dioden aufweist.
11. Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinheit (5; B_E) eine Reihenschaltung aus einem Einkopplungsmodul (1) und einem Auskopplungsmodul (2) aufweist.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Sensorelement-Ausgangssignal (U_E) am Einkopplungsmodul (1) anliegt.
13. Anordnung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkopplungsmodul (1) einen Transistor (T_EM) eines ersten Leitfähigkeitstyps und das Auskopplungsmodul (2) einen Transistor (T_AM) eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Sensorelement-Ausgangssignal (U_E) der Basis des Transistors (T_EM) des Einkopplungsmoduls (1) zugeführt ist.
15. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass über der Reihenschaltung aus Einkopplungsmodul (1) und Auskopplungsmodul (2) die Betriebsspannung (U_B) anliegt.
16. Anordnung nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Transistor (T_EM) des Einkopplungsmoduls (1) ein Emitterwiderstand (R_EM) angeschlossen ist, wobei in der Kollektorstrecke eine Reihenschaltung aus einer Diode (D₁) und einem Widerstand (R_AM) befindlich ist, welche auf das Betriebsspannungspotential (U_B) führt, und am Kollektor des Transistors (T_EM) die Basis des Transistors (T_AM) des Auskopplungsmoduls (2) angeschlossen ist.
17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände (R_EM) und (R_AM) bestimmt, bei welcher Eingangsspannung (U_E) ein maximaler Strom durch das Auskopplungsmodul (2) zur Verfügung steht.
18. Anordnung nach Anspruch 4 und 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor des Transistors (T_AM) des Auskopplungsmoduls (2) mit der Basis des Transistors (T_ÜM) des Übertragungsmoduls (3) in Verbindung steht, wobei die Basis des Transistors (T_ÜM) über einen ersten Widerstand (R_X) und der Emitter des Transistors (T_ÜM) über einen zweiten Widerstand (R_Y) am negativen Betriebsspannungspotential angeschlossen sind.
19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Widerstände (R_X) zu (Ry) den vom Anzeigemodul (4) darstellbaren Ausschnitt bestimmt.
20. Anordnung nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass am Kollektor des Transistors (T_ÜM) des Übertragungsmoduls (3) mindestens eine lichtemittierende Diode (LED) angeschlossen ist.
21. Anordnung nach Anspruch 13 und 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (T_EM) des Einkopplungsmoduls und (T_ÜM) des Übertragungsmoduls Elemente eines Doppeltransistors desselben Leitfähigkeitstyps sind.
22. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewertungseinheit (5) einen Strom ausgibt, welcher sein scharfes lokales Maximum dann erreicht, wenn die Arbeitspunkt-Sensorspannung (U_A) erreicht ist.
23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass diese so konfiguriert ist, dass die Arbeitspunkt-Sensorspannung (U_A) in etwa bei der halben Betriebsspannung (U_B) liegt.

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