DE102014116736A1

DE102014116736A1 - Messvorrichtung zur Messung einer elektrischen Größe

Info

Publication number: DE102014116736A1
Application number: DE102014116736.8A
Authority: DE
Inventors: Ingo Wolff; Timo Michel
Original assignee: R Stahl Schaltgeraete GmbH
Current assignee: R Stahl Schaltgeraete GmbH
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-05-19
Also published as: WO2016078916A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (10) zur Messung einer elektrischen Größe, beispielsweise einer Gleich- oder Wechselspannung (U) und/oder eines Gleich- oder Wechselstromes (I). Die Messvorrichtung (10) ist vorzugsweise explosionsgeschützt ausgeführt und kann der Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Ex-i) entsprechen. Die Messvorrichtung (10) weist eine Erfassungsschaltung (13) auf, um ein Messsignal (M) zu erzeugen, das die zu messende elektrische Größe (U, I) charakterisiert. Das Messsignal (M) wird an eine Steuereinrichtung (17) einer Ausgabeschaltung (16) übermittelt, die ein Anzeigesignal (A) für eine Anzeigeeinheit (18) erzeugt. Die Anzeigeeinheit (18) aktualisiert beim Empfang eines Anzeigesignals (A) die auf einem Anzeigefeld angezeigte Information. Wenn kein Anzeigesignal (A) empfangen wird, bleibt die aktuell angezeigte Information erhalten. Eine Versorgungsschaltung (25) mit einem Energiespeicher (34) und vorzugsweise einem Spannungsregler (37) stellt eine Versorgungsspannung (V) für die Ausgabeschaltung (16) bereit. Die im Energiespeicher (34) gespeicherte Energie reicht aus, um die angezeigte Information der Anzeigeeinheit (18) einmal zu aktualisieren. Die im Energiespeicher (34) gespeicherte Energie sowie die für den Betrieb der Messvorrichtung (10) verwendete Energie stammt ausschließlich aus der elektrischen Energie, die über die Messanschlüsse (11, 12) bereitgestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung einer elektrischen Größe, insbesondere einer Spannung oder eines Stromes. Die Messvorrichtung kann dazu eingerichtet sein eine Wechselspannung, eine Gleichspannung, einen Wechselstrom oder einen Gleichstrom zu messen. Beispielsweis kann ein Schalter vorhanden sein, um die geeignete Messfunktion für die elektrische Größe einzustellen. Die Messvorrichtung weist eine elektrisch ansteuerbare Anzeigeeinheit auf. Dort wird die gemessene elektrische Größe, beispielsweise ein Spannungswert oder ein Stromwert, angezeigt.
Messvorrichtungen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, beispielsweise gibt es zur Strom- und Spannungsmessung sogenannten „Multimeter“. Diese können eine Digitalanzeige zum Anzeigen der gemessenen elektrischen Größe, also des Messwertes aufweisen.
Die Messvorrichtung benötigt zum Betrieb elektrische Energie. Bei mobilen Messvorrichtungen sind in der Regel Batterien vorgesehen. Bei stationären Messvorrichtungen, ist die Anforderung, dass das Messwerk ohne Hilfsenergie auskommt, gängige Praxis. Dieses ist besonders wichtig, wenn keine Hilfsenergie zu Verfügung steht.
In DE 10 2011 081 517 A1 ist ein Feldgerät für die Automatisierungstechnik offenbart, das eine Anzeigeeinheit mit einem RFID-Tag aufweist. Ein Lesegerät kann drahtlos mit dem Feldgerät kommunizieren, wobei auch ein Energieaustausch möglich ist. Wird die Energiezufuhr zum Feldgerät unterbrochen, kann das Lesegerät dem RFID-Chip Energie zur Verfügung stellen, um die auf dem Chip gespeicherten Daten über die Antenne an das Lesegerät übertragen zu können. Die Anzeigeeinheit des Feldgeräts kann als sogenanntes „E-Paper-Display“ ausgeführt sein.
Ein Feldgerät mit einer Anzeigevorrichtung ist ferner aus DE 20 2012 009 445 U1 bekannt. Das Feldgerät weist eine Anzeigeeinheit zur Visualisierung von Messwerten, Einstellungen oder sonstigen Parametern auf. Die Anzeigeeinheit soll als elektronisches Papier ausgeführt sein. Dadurch soll eine gute Ablesbarkeit bei geringem Energiebedarf erreicht werden.
Ausgehend von diesen bekannten Messvorrichtungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Messvorrichtung zu schaffen, die sich insbesondere explosionsgeschützt ausführen lässt.
Die Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Messvorrichtung hat einen ersten Messanschluss und einen zweiten Messanschluss. Die Messanschlüsse können mit jeweils einer Messstelle eines elektrischen Kreises verbunden werden, um zwischen den beiden Messanschlüssen die zu messende elektrische Größe, beispielsweise eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom zu messen. Vorzugsweise ist die Messvorrichtung dazu eingerichtet, in verschiedenen Messmodi eine Wechselspannung, eine Gleichspannung, einen Wechselstrom oder einen Gleichstrom zu messen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Bediener abhängig von der zu messenden Größe einen geeigneten Messmodus einstellt. Alternativ dazu kann die Messvorrichtung für die Messung einer einzigen elektrischen Größe eingerichtet sein.
Die Messvorrichtung hat eine Erfassungsschaltung und eine Versorgungsschaltung, die jeweils mit den beiden Messanschlüssen gekoppelt ist. Diese Kopplung kann durch eine unmittelbare elektrische Verbindung oder durch eine Verbindung über eine galvanische Trennung erfolgen.
Die Erfassungsschaltung ist dazu eingerichtet, ein die zu messende elektrische Größe charakterisierendes Messsignal zu erzeugen und an eine Ausgabeschaltung zu übermitteln. Die Ausgabeschaltung weist eine Steuereinrichtung und eine Anzeigeeinheit auf. Das Messsignal wird vorzugsweise an die Steuereinrichtung übermittelt, die abhängig vom Messsignal ein Anzeigesignal erzeugt und an die Anzeigeeinheit übermittelt. Bei Empfang eines Anzeigesignals aktualisiert die Anzeigeeinheit die angezeigte Information. Ohne Empfang eines Anzeigesignals behält die Anzeigeeinheit die aktuell angezeigte Information bei.
Die Anzeigeeinheit ist als elektrisch ansteuerbare Anzeigeeinheit mit einem elektrisch ansteuerbaren Anzeigefeld (Display) ausgeführt. Sie weist keine mechanischen Anzeigemittel wie Zeiger oder dergleichen und/oder mechanische Rückstellmittel, wie etwa einer Rückstellfeder, auf. Die Anzeigeeinheit zeigt die aktuell angezeigte Information so lange an, bis ein neues Anzeigesignal von der Steuereinrichtung empfangen wird. Die Anzeigeeinheit kann als „elektrisches Papier“ oder „E-Paper“ ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Anzeigeeinheit auf dem Prinzip der Elektrophorese, der Elektrobenetzung (Electrowetting), der mikromechanischen Interferenzmodulation oder unter Verwendung von bistabilen LCDs basierend arbeiten.
Die Versorgungsschaltung ist dazu eingerichtet, einen Teil der zwischen den Messanschlüssen verfügbaren elektrischen Energie in einem Energiespeicher zu speichern und für den Betrieb der Ausgabeschaltung an Versorgungsanschlüssen bereitzustellen. Die Versorgungsschaltung weist keine Batterie auf, die einer regelmäßigen, häufigen Wartung bedarf. Als Energiespeicher dient vorzugsweise ein Kondensator oder ein aufladbarer Akkumulator, die wartungsfrei sind oder sehr lange Wartungsintervalle aufweisen. Die elektrische Energie für den Betrieb der Messvorrichtung stammt ausschließlich von der elektrischen Energie, die an den Messanschlüssen zur Verfügung steht. Zusätzliche Energiequellen zum Betreiben der Messvorrichtung sind nicht vorgesehen.
Wenn zwischen den Messanschlüssen keine oder keine ausreichend große elektrische Energie bereitgestellt wird, kann die Messvorrichtung über die Messanschlüsse den weiteren Betrieb nicht mehr ausführen. Sinkt beispielsweise die Spannung zwischen den Messanschlüssen auf null, so würde die Anzeigeeinheit den zuletzt angezeigten Spannungswert weiterhin ausgeben, obwohl die Spannung tatsächlich gesunken ist. Aus diesem Grund weist die Versorgungsschaltung einen Energiespeicher auf. Die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie ist ausreichend groß, um zumindest einmal die angezeigte Information der Anzeigeeinheit aktualisieren zu können. Erkennt die Versorgungsschaltung, dass die elektrische Energie, die über die Messanschlüsse bereitgestellt wird, für den Betrieb der Messvorrichtung nicht mehr ausreicht, kann sie ein entsprechendes Anzeigesignal veranlassen und eine geeignete Information über die Anzeigeeinheit ausgeben. Die hierfür benötigte Energie wird aus dem Energiespeicher entnommen. Auf der Anzeige kann beispielsweise „0“, „aus“ oder „off“ oder eine beliebig andere geeignete Information ausgegeben werden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist sichergestellt, dass die Anzeige auch bei Wegfall von einer ausreichend großen elektrischen Energie an den Messanschlüssen zumindest einmal aktualisiert werden kann.
Es ist optional möglich, auch die Erfassungsschaltung über die im Energiespeicher bereitgestellte Energie zu versorgen, so dass auch ein tatsächlicher Spannungs- oder Stromwert angezeigt werden kann, selbst wenn die elektrische Energie an den Messanschlüssen für den Betrieb der Messvorrichtung nicht ausreicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt die Versorgungsschaltung – insbesondere ein Strom- oder Spannungsregler der Versorgungsschaltung – ein Rückstellsignal, wenn die an den Messanschlüssen verfügbare elektrische Energie für den Messbetrieb der Messvorrichtung nicht ausreicht. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, bei Empfang des Rückstellsignals ein Anzeigesignal zu erzeugen, das insbesondere charakteristisch ist für das Vorliegen des Rückstellsignals und eine entsprechende Anzeige auf der Anzeigeeinheit veranlasst. Die Steuereinrichtung und die Anzeigeeinheit können hierfür die elektrische Energie aus dem Energiespeicher entnehmen.
Vorzugsweise sind sowohl die Steuereinrichtung, als auch die Anzeigeeinheit über Versorgungsleitungen mit den Versorgungsanschlüssen verbunden. Die Energie aus dem Energiespeicher kann damit der Steuereinrichtung und der Anzeigeeinheit jeweils direkt bereitgestellt werden.
Die Erfassungsschaltung weist bei einem Ausführungsbeispiel einen Analog-Digital-Wandler auf. Der Analog-Digital-Wandler stellt an seinem Ausgang das Messsignal bereit. Über eine Steuerleitung wird das Messsignal an die Steuereinrichtung übermittelt.
Vorzugsweise ist der Analog-Digital-Wandler nicht mit der Versorgungsschaltung derart verbunden, dass ihm Energie aus dem Energiespeicher bereitgestellt wird. Der Analog-Digital-Wandler bezieht die für seinen Betrieb erforderliche elektrische Energie vorzugsweise ausschließlich über die Messanschlüsse. Ist dort keine ausreichende elektrische Energie für den Normalbetrieb vorhanden, wird der Analog-Digital-Wandler beispielsweise in einen Ruhezustand umgeschaltet oder ausgeschaltet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Erfassungsschaltung und/oder die Ausgabeschaltung jeweils eine Begrenzungseinheit auf. Die Begrenzungseinheit dient dazu, die in der Erfassungsschaltung bzw. der Ausgabeschaltung verfügbare maximale elektrische Energie zu begrenzen, was durch die Begrenzung der Spannung und/oder des Stromes erfolgen kann. Dadurch ist es möglich, die Messvorrichtung explosionsgeschützt auszuführen, insbesondere in der Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Ex-i).
Die Versorgungsschaltung kann eine Gleichrichtereinheit und/oder einen Spannungsregler aufweisen. Die Gleichrichtereinheit stellt sicher, dass die Messvorrichtung auch an eine Wechselspannung anschließbar ist. Liegt an den Messanschlüssen eine Gleichspannung an, ist die Gleichrichtereinheit nicht notwendig. Beim Umschalten des Betriebsmodus der Messvorrichtung zur Messung von Gleichspannungen oder Gleichströmen ist es daher möglich, die Gleichrichtereinheit zu überbrücken, um elektrische Verluste an der Gleichrichtereinheit und insbesondere den Gleichrichterdioden zu vermeiden.
Vorzugsweise ist in der Versorgungsschaltung ein Strom- oder Spannungsregler vorhanden, dessen Eingangsanschluss mit dem Energiespeicher verbunden ist und der ausgangsseitig die Versorgungsanschlüsse aufweist.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Versorgungsschaltung über einen Transformator mit den Messanschlüssen gekoppelt sein. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Messvorrichtung zur Messung eines Wechselstromes eingerichtet ist oder in einen entsprechenden Betriebsmodus umgeschaltet wird. In diesem Fall lässt sich auch durch betragsmäßig kleine Effektivwerte des Wechselstromes ausreichend Energie in dem Energiespeicher bereitstellen.
Vorzugsweise ist die Messvorrichtung explosionsgeschützt ausgeführt und erfüllt beispielsweise Anforderungen an die Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Ex-i).
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 bis 4 jeweils ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung,
5 ein Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens mittels einem der Ausführungsbeispiele der Messvorrichtung gemäß der 1 bis 4 und
6 eine schematische Prinzipdarstellung zum Umschalten des Messbereichs bzw. des Messbetriebsmodus bei einem der Ausführungsbeispiele der Messvorrichtung.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 10 im Blockschaltbild veranschaulicht. Die Messvorrichtung 10 dient zur Messung einer zu messenden elektrischen Größe, beispielsweise einer Gleich- oder Wechselspannung U oder eines Gleich- oder Wechselstroms I. Die Messvorrichtung 10 kann vor einen bestimmten Anwendungsfall, also für das Messen einer Gleichspannung, einer Wechselspannung, eines Gleichstromes oder eines Wechselstromes speziell angepasst sein oder in verschiedene Betriebsmodi umschaltbar sein, um mehrere der genannten elektrischen Größen in einem jeweiligen Betriebsmodus messen zu können.
Die Messvorrichtung 10 hat einen ersten Messanschluss 11 und einen zweiten Messanschluss 12, die dazu eingerichtet sind, mit einer jeweiligen Messstelle in einem elektrischen Kreis verbunden zu werden. Zwischen die beiden Messanschlüsse 11, 12 ist ein Messwiderstand RM geschaltet. Der zweite Messanschluss 12 ist beispielsgemäß mit einem vorgegebenen Bezugspotential P, beispielsweise Masse, verbunden.
Zumindest der erste Messanschluss 11 ist mit einer Erfassungsschaltung 13 verbunden. Die Erfassungsschaltung 13 ist ebenfalls mit dem Bezugspotential P verbunden, so dass über das Bezugspotential P eine Verbindung zum zweiten Messanschluss 12 vorliegt. Die Erfassungsschaltung 13 ist dazu eingerichtet, anhand der zu messenden elektrischen Größe U, I ein Messsignal M zu erzeugen, das die zu messende elektrische Größe U, I charakterisiert. Hierfür weist die Erfassungsschaltung 13 beim Ausführungsbeispiel einen Analog-Digital-Wandler 14 auf, dessen Eingang mit dem ersten Messanschluss 11 verbunden ist und an dessen Ausgang das beispielsgemäß digitale Messsignal M anliegt. Das Messsignal M wird über eine Messleitung 15 an eine Ausgabeschaltung 16 übermittelt.
Zu der Ausgabeschaltung 16 gehört eine Steuereinrichtung 17 sowie eine von der Steuereinrichtung 17 elektrisch ansteuerbare Anzeigeeinheit 18. Zur Ansteuerung der Anzeigeeinheit 18 erzeugt die Steuereinrichtung 17 ein Anzeigesignal A. Das Anzeigesignal A kann abhängig von dem Messsignal M die Anzeigeeinheit 18 ansteuern, so dass dort eine Information ausgegeben wird, die die zu messende elektrische Größe U, I beschreibt, beispielsweise ein Spannungsmesswert oder ein Strommesswert. Alternativ oder zusätzlich zu Zahlenwerten, die die zu messende elektrische Größe beschreiben, können auch qualitative Informationen oder dergleichen in Form von Text, Symbolen oder ähnlichem ausgegeben werden. Das Anzeigesignal A wird hierfür an eine Anzeigesteuerung 19 der Anzeigeeinheit 18 übermittelt, die die Pixel und/oder Zeilen und/oder Spalten des Anzeigefeldes der Anzeigeeinheit 18 steuert, um die gewünschten Informationen anzuzeigen. Zusätzlich zu der optischen Anzeigeeinheit 18 könnte auch eine akustische Ausgabeeinrichtung vorhanden sein, beispielsweise um bei bestimmten Zuständen oder Messwerten Signaltöne oder dergleichen auszugeben.
Die Anzeigeeinheit 18 bzw. deren Anzeigefeld ist vorzugsweise als sogenanntes elektronisches Papier oder „E-Paper“ ausgeführt. Beispielsweise kann es sich um ein elektrophoretisches Display handeln.
An der Ausgabeeinheit 16 kann wenigstens eine Ein-/Ausgabeschnittstelle 20 vorhanden sein. Die Ein-/Ausgabeschnittstelle 20 kann an der Steuereinrichtung 17 und/oder an der Anzeigeeinheit 18 angeordnet sein. Die Messeinrichtung 10 weist außerdem eine Versorgungsschaltung 25 auf. Die Versorgungsschaltung 25 stellt an Versorgungsanschlüssen 26, 27 eine Versorgungsspannung V für die Ausgabeschaltung 16 bereit. An den ersten Versorgungsanschluss 26 ist eine erste Versorgungsleitung 28 und an den zweiten Versorgungsanschluss 27 ist eine zweite Versorgungsleitung 29 angeschlossen. Die beiden Versorgungsleitungen 28, 29 sind sowohl mit der Steuereinrichtung 17, als auch mit der Anzeigeeinheit 18 verbunden, um die elektrische Energie für den Betrieb bereitzustellen.
Zu der Versorgungsschaltung 25 gehört beim Ausführungsbeispiel eine Gleichrichtereinheit 33, die mit den beiden Messanschlüssen 11, 12 verbunden ist und an ihrem Ausgang eine gleichgerichtete Spannung UG bereitstellt. Die Versorgungsschaltung 25 weist außerdem einen wiederaufladbaren Energiespeicher 34 auf, beispielsweise einen Kondensator oder einen Akkumulator. Zum Aufladen des Energiespeichers 34 dient die gleichgerichtete Spannung UG. Die gleichgerichtete Spannung UG bzw. die durch den Energiespeicher 34 bereitgestellte Spannung wird zwischen zwei Eingangsanschlüssen 35, 36 eines Spannungsreglers 37 angelegt. Der Spannungsregler 37 stellt ausgangsseitig die Versorgungsspannung V bereit und weist mithin die Ausgangsanschlüsse 26, 27 auf.
Die für den Betrieb der Messvorrichtung 10 benötigte elektrische Energie wird ausschließlich durch die elektrische Energie gewonnen, die zwischen den Messanschlüssen 11, 12 verfügbar ist. Ein Teil dieser verfügbaren Energie wird durch die Versorgungsschaltung 25 zum Aufladen des Energiespeichers 34 verwendet. Die im Energiespeicher 34 bereitgestellte elektrische Energie kann dazu verwendet werden, die Ausgabeschaltung 16 zumindest während einer vorgegebenen Zeitdauer zu betreiben, so dass die über die Ausgabeeinheit 18 angezeigte Information wenigsten einmal und vorzugsweise genau einmal aktualisiert werden kann.
Die Messvorrichtung 10 gemäß 1 arbeitet wie nachfolgend anhand von 5 erläutert:
Das Verfahren beginnt im Schritt S1, wenn die Messanschlüsse 11, 12 an einen elektrischen Kreis angeschlossen werden – dann fließt zwischen den beiden Messanschlüssen 11, 12 durch den Messwiderstand RM ein Strom I und an dem Messwiderstand RM liegt eine Spannung U an. In einem zweiten Schritt S2 wird geprüft, ob die an den Messanschlüssen 11, 12 verfügbare elektrische Energie für den Betrieb der Messvorrichtung 10 ausreicht. Wenn dies der Fall ist (Verzweigung J aus dem zweiten Schritt S2) wird die an den Messanschlüssen 11, 12 verfügbare elektrische Energie für den Betrieb der Messvorrichtung 10 verwendet. Die Versorgungsschaltung 25 stellt mittels der zwischen den Messanschlüssen 11, 12 verfügbaren elektrischen Leistung eine Versorgungsspannung V für die Ausgabeschaltung 16 bereit und lädt zusätzlich den Energiespeicher 34. Der Analog-Digital-Wandler 14 erzeugt abhängig von der zu messenden elektrischen Größe das Messsignal M und übermittelt dies an die Steuereinrichtung 17 (dritter Schritt S3).
Die Steuereinrichtung 17 erzeugt abhängig vom Messsignal M ein Anzeigesignal A (vierter Schritt S4), auf dessen Basis die Anzeigeeinheit 18 eine Information ausgibt, beispielsweise den Betrag des Stromes I oder der Spannung U (fünfter Schritt S5). Die Schritte S2 bis S5 werden zyklisch wiederholt oder können alternativ auch durch ein Ereignis, das das Einlesen und Anzeigen eines aktualisierten Messwertes anfordert, ausgelöst werden. Die Anzeigeeinheit 18 ist so ausgeführt, dass sie die angezeigte Information so lange beibehält, bis von der Steuereinrichtung 17 ein weiteres Anzeigesignal A empfangen wird. Solange kein Anzeigesignal A empfangen wird, bleibt die aktuell angezeigte Information erhalten.
Wenn nun die elektrische Energie, die an den Messanschlüssen 11, 12 bereitgestellt, wird, für den Betrieb der Messvorrichtung 10 nicht ausreicht (Verzweigung N aus dem zweiten Schritt S2), beispielsweise weil keine Spannung zwischen den Messanschlüssen 11, 12 vorliegt, kann die im Energiespeicher 34 verfügbare elektrische Energie verwendet werden, um die angezeigte Information der Anzeigeeinheit 18 wenigstens noch einmal zu aktualisieren. Denn ansonsten würde eine Bedienperson der Messvorrichtung 10 eine Information angezeigt werden, die nicht mehr dem aktuellen Zustand der zu messenden elektrischen Größe entspricht. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel erzeugt der Spannungsregler 37 ein Rückstellsignal R, wenn die an den Messanschlüssen 11, 12 verfügbare elektrische Energie für den Betrieb der Messvorrichtung 10 nicht mehr ausreichend ist (sechster Schritt S6). Das Rückstellsignal R wird der Steuereinrichtung 17 übermittelt. Die Steuereinrichtung 17 erzeugt beim Empfang des Rückstellsignales R ein entsprechendes Anzeigesignal A und die angezeigte Information der Anzeigeeinheit 18 wird aktualisiert (siebter Schritt S7). Beispielsweise kann die Anzeige „0“ oder „off“ oder dergleichen ausgeben. Der Energiespeicher 34 ist so dimensioniert, dass für die Ausgabeschaltung 16 bzw. den Spannungsregler 37 ausreichend elektrische Energie verfügbar ist, um wenigstens noch einmal eine Aktualisierung der Anzeige vorzunehmen. Dann endet das Verfahren im achten Schritt S8.
Wie bereits erläutert, weist die Messvorrichtung 10 keine Hilfsenergiequellen auf, sondern wird letztlich nur durch die zwischen den Messanschlüssen 11, 12 bereitgestellte elektrische Energie betrieben, aus der auch der Energiespeicher 34 aufgeladen wird.
In 1 ist schematisch jeweils eine Begrenzungseinheit 41 in der Erfassungsschaltung 13 sowie in der Versorgungsschaltung 25 angeordnet. Die Begrenzungseinheit 41 dient dazu, die verfügbare elektrische Leistung zu begrenzen. Beispielsweise kann hierzu eine Spannungs- und/oder Strombegrenzung realisiert sein. Die Messvorrichtung 10 ist beispielsgemäß explosionsgeschützt ausgeführt. Durch das Verwenden von einer oder mehrerer Begrenzungseinheiten 41 kann erreicht werden, dass die Messvorrichtung 10 die Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Ex-i) erfüllt.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 10. Die Gleichrichtereinheit 33 ist durch eine Diodenschaltung, insbesondere eine Zweiweggleichrichtung mit vier Gleichrichterdioden auf bekannte Weise gebildet. Der Energiespeicher 34 ist durch einen Kondensator C gebildet. Es versteht sich, dass auch eine Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren zur Erzielung der gewünschten Kapazität vorgesehen werden kann.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist lediglich in der Versorgungsschaltung 25 eine Begrenzungseinheit 41 vorgesehen. Die Begrenzungseinheit 41 ist beispielsgemäß zur Spannungsbegrenzung der gleichgerichteten Spannung UG bzw. der vom Energiespeicher 34 bereitgestellten Spannung eingerichtet und mit den Eingangsanschlüssen 35, 36 des Spannungsreglers 37 verbunden. Hierfür ist beispielsgemäß zwischen die beiden Eingangsanschlüsse 35, 36 wenigstens eine Zenerdiode 42 geschaltet. Die Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen 35, 36 ist mithin auf die Zenerspannung der Zenerdioden 42 begrenzt. Um die für die Zündschutzart „Eigensicherheit“ erforderliche Redundanz zu erreichen, sind wenigstens zwei Zenerdioden 42 parallel zueinander geschaltet.
Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß 2 dem Ausführungsbeispiel nach 1, so dass auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann. Der Aufbau der Messvorrichtung 10 gemäß der 1 und 2 eignet sich insbesondere zur Messung einer Gleichspannung oder Wechselspannung U.
In 3 ist eine alternative Ausgestaltungsmöglichkeit der Messvorrichtung 10 veranschaulicht, die sich insbesondere Zur Messung eines Gleich- oder Wechselstromes I eignet. Während der Messwiderstand RM zur Spannungsmessung betragsmäßig möglichst groß sein soll (Megaohmbereich) ist der Betrag des Messwiderstandes RM bei der Strommessung sehr klein (im Bereich von höchstens einigen Ohm). Dadurch ist die am Messwiderstand RM und somit zwischen den Messanschlüssen 11, 12 anliegende Spannung U sehr klein, so dass nicht ausreichen elektrische Energie für den Betrieb der Messvorrichtung 10 zur Verfügung steht. In diesem Fall kann die Versorgungsschaltung 25 über einen Transformator 43 mit den Messanschlüssen 11, 12 verbunden sein. Somit liegt zwischen der Versorgungsschaltung 25 und den Messanschlüssen 11, 12 eine galvanische Trennung vor. In Reihe zum Messwiderstand RM ist die Primärwicklung des Transformators 43 geschaltet, während die beiden Anschlüsse der Sekundärwicklung an die Gleichrichtereinheit 33 angeschlossen sind. Auf diese Weise kann für die Versorgungsschaltung 25 eine höhere Spannung bereitgestellt werden. Allerdings erhöht sich damit auch der Gesamtwiderstand aus der Reihenschaltung des Messwiderstandes RM und der Primärwicklung des Transformators 43, was bei der Strommessung nachteilig sein kann. Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel aus 3 dem Ausführungsbeispiel aus 2, so dass auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Messvorrichtung 10 dargestellt, bei dem eine galvanische Trennung zwischen dem Messwiderstand RM und der Versorgungsschaltung 25 sowie der Erfassungsschaltung 13 vorliegt. Hier wird über einen Thermogenerator 44 die Wärmestrahlung des stromdurchflossenen Messwiderstands RM zur Bereitstellung von elektrischer Energie für die Versorgungsschaltung 25 verwendet. Dabei wird auch das Messsignal M durch die Erfassungsschaltung 13 über die am Ausgang des Thermogenerators 44 anliegende Spannung erzeugt, die charakteristisch ist für den durch den Messwiderstand RM fließenden Strom. Diese Schaltung eignet sich beispielsweise zur Strommessung.
Es ist auch möglich, mehrere der vorbeschriebenen Ausführungsformen der Messvorrichtung 10 zu kombinieren. Dabei kann beispielsweise eine Umschalteinheit 45 vorhanden sein, mittels der unterschiedliche Messbereiche bzw. unterschiedliche Messmodi der Messvorrichtung 10 einstellbar sind. So können beispielsweise verschiedene Messwiderstände RM1, RM2, ... RMn parallel zueinander angeordnet sein, wobei jeweils ein ausgewählter Messwiderstand RM1, RM2, ... RMn zwischen die beiden Messanschlüsse 11, 12 geschaltet wird, abhängig davon, ob eine Spannung oder ein Strom gemessen werden soll bzw. wie groß die zu messenden Spannungs- bzw. Stromwerte sind. Mittels der Umschalteinheit 45 kann beispielsweise auch der Transformator 43 zur Kopplung der Versorgungsschaltung 25 mit den Messanschlüssen 11, 12 zwischengeschaltet oder in anderen Betriebsmodi überbrückt werden.
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung 10 zur Messung einer elektrischen Größe, beispielsweise einer Gleich- oder Wechselspannung U und/oder eines Gleich- oder Wechselstromes I. Die Messvorrichtung 10 ist vorzugsweise explosionsgeschützt ausgeführt und kann der Zündschutzart „Eigensicherheit“ (Ex-i) entsprechen. Die Messvorrichtung 10 weist eine Erfassungsschaltung 13 auf, um ein Messsignal M zu erzeugen, das die zu messende elektrische Größe U, I charakterisiert. Das Messsignal M wird an eine Steuereinrichtung 17 einer Ausgabeschaltung 16 übermittelt, die ein Anzeigesignal A für eine Anzeigeeinheit 18 erzeugt. Die Anzeigeeinheit 18 aktualisiert beim Empfang eines Anzeigesignals A die auf einem Anzeigefeld angezeigte Information. Wenn kein Anzeigesignal A empfangen wird, bleibt die aktuell angezeigte Information erhalten. Eine Versorgungsschaltung 25 mit einem Energiespeicher 34 und vorzugsweise einem Spannungsregler 37 stellt eine Versorgungsspannung V für die Ausgabeschaltung 16 bereit. Die im Energiespeicher 34 gespeicherte Energie reicht aus, um die angezeigte Information der Anzeigeeinheit 18 einmal zu aktualisieren. Die im Energiespeicher 34 gespeicherte Energie sowie die für den Betrieb der Messvorrichtung 10 verwendete Energie stammt ausschließlich aus der elektrischen Energie, die über die Messanschlüsse 11, 12 bereitgestellt wird.
Bezugszeichenliste

10: Messvorrichtung
11: erster Messanschluss
12: zweiter Messanschluss
13: Erfassungsschaltung
14: Analog-Digital-Wandler
15: Messleitung
16: Ausgabeschaltung
17: Steuereinrichtung
18: Anzeigeeinheit
19: Anzeigesteuerung
20: Ein-/Ausgabeschnittstelle
25: Versorgungsschaltung
26: erster Versorgungsanschluss
27: zweiter Versorgungsanschluss
28: erste Versorgungsleitung
29: zweite Versorgungsleitung
33: Gleichrichtereinheit
34: Energiespeicher
35: Eingangsanschluss des Spannungsreglers
36: Eingangsanschluss des Spannungsreglers
37: Spannungsregler
41: Begrenzungseinheit
42: Zenerdiode
43: Transformator
44: Thermogenerator
45: Umschalteinheit
A: Anzeigesignal
C: Kondensator
I: zu messender Gleich- oder Wechselstrom
M: Messsignal
P: Bezugspotenzial
R: Rückstellsignal
RM: Messwiderstand
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt
S4: vierter Schritt
S5: fünfter Schritt
S6: sechster Schritt
S7: siebter Schritt
S8: achter Schritt
U: zu messende Gleich- oder Wechselspannung
UG: gleichgerichtete Spannung
V: Versorgungsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011081517 A1 [0004]
DE 202012009445 U1 [0005]

Claims

Messvorrichtung (10) zur Messung einer elektrischen Größe (U, I), mit einem ersten Messanschluss (11) und einem zweiten Messanschluss (12), die dazu eingerichtet sind, mit jeweils einer Messstelle eines elektrischen Kreises verbunden zu werden, mit einer mit den Messanschlüssen (11, 12) gekoppelten Erfassungsschaltung (13), die dazu eingerichtet ist, ein die zu messende elektrische Größe (U, I) charakterisierendes Messsignal (M) zu erzeugen und an eine Ausgabeschaltung (16) zu übermitteln, mit einer mit den Messanschlüssen (11, 12) gekoppelten Versorgungsschaltung (25), die dazu eingerichtet ist, einen Teil der an den Messanschlüssen (11, 12) verfügbaren elektrischen Energie in einem Energiespeicher (34) zu speichern und für den Betrieb der Ausgabeschaltung (16) an Versorgungsanschlüssen (26, 27) bereitzustellen, wobei die Ausgabeschaltung (16) eine Steuereinrichtung (17) und eine elektrisch ansteuerbare Anzeigeeinheit (18) zum Anzeigen einer Information aufweist, wobei die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, der Anzeigeeinheit (18) ein Anzeigesignal (A) zu übermitteln, und wobei die Anzeigeeinheit (18) dazu eingerichtet ist beim Empfang eines Anzeigesignals (A) die angezeigte Information zu aktualisieren und ohne den Empfang eines Anzeigesignals (A) die aktuell angezeigte Information beizubehalten, wobei die in dem Energiespeicher (34) gespeicherte Energie ausreichend groß ist, um die von der Anzeigeeinheit (18) angezeigte Information zumindest einmal aktualisieren zu können.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltung (25) ein Rückstellsignal (R) erzeugt, wenn die an den Messanschlüssen (11, 12) verfügbare elektrische Energie für den Messbetrieb der Messvorrichtung (10) nicht ausreicht.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (17) dazu eingerichtet ist, bei Empfang des Rückstellsignals (R) unter Verwendung der in dem Energiespeicher (34) gespeicherten Energie, ein Anzeigesignal (A) zu erzeugen.
Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (18) unter Verwendung der in dem Energiespeicher (34) gespeicherten Energie die angezeigte Information aktualisiert und eine vorgegebene Information anzeigt.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Steuereinrichtung, (17) als auch die Anzeigeeinheit (18) über Versorgungsleitungen (28, 29) mit den Versorgungsanschlüssen (26, 27) verbunden sind.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsschaltung (13) einen Analog-Digital-Wandler (14) aufweist, der an seinem Ausgang das Messsignal (M) bereitstellt und der Steuereinrichtung (17) über eine Messleitung (15) übermittelt.
Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Digital-Wandler (14) dazu eingerichtet ist, die für seinen Betrieb erforderliche Energie aus der an den Messanschlüssen (11, 12) verfügbaren elektrischen Energie zu entnehmen.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsschaltung (13) und/oder die Ausgabeschaltung (16) eine Begrenzungseinheit (41) zur Begrenzung der bereitgestellten elektrischen Energie aufweist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltung (25) eine Gleichrichtereinheit (33) und/oder dass die Versorgungsschaltung (25) einen Spannungsregler (37) aufweist.
Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangsanschluss (35, 36) des Spannungsreglers (37) mit dem Energiespeicher (34) verbunden ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Messanschlüssen (11, 12) und der Versorgungsschaltung (25) und/oder der Erfassungsschaltung (13) eine galvanische Trennung vorhanden ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltung (25) über einen Transformator (43) mit den Messanschlüssen (11, 12) gekoppelt ist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsschaltung (25) unmittelbar mit den Messanschlüssen (11, 12) verbunden ist.
Messvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie explosionsgeschützt ausgeführt ist.
Verfahren zum Messen einer zu messenden elektrischen Größe (U, I), unter Verwendung einer Messvorrichtung (10) mit einem ersten Messanschluss (11) und einem zweiten Messanschluss (12), mit einer mit den Messanschlüssen (11, 12) gekoppelten Erfassungsschaltung (13), mit einer mit den Messanschlüssen (11, 12) gekoppelten und einen Energiespeicher (34) aufweisenden Versorgungsschaltung (25), mit einer Ausgabeschaltung (16), die eine Steuereinrichtung (17) und eine elektrisch ansteuerbare Anzeigeeinheit (18) aufweist, mit folgenden Schritten: – Verbinden der Messanschlüsse (11, 12) mit jeweils einer Messstelle eines elektrischen Kreises, – Erzeugen eines die zu messende elektrische Größe (U, I) charakterisierenden Messsignals (M) mittels der Erfassungsschaltung (13) und Übermitteln des Messsignals (M) an die Ausgabeschaltung (16), – Speichern eines Teils der an den Messanschlüssen (11, 12) verfügbaren elektrischen Energie in dem Energiespeicher (34) der Versorgungsschaltung (25) und Bereitstellen elektrischer Energie an Versorgungsanschlüssen (26, 27) für den Betrieb der Ausgabeschaltung (16), – Erzeugen eines Anzeigesignals (A) mittels der Steuereinrichtung (17) und Übermitteln des Anzeigesignals (A) an die Anzeigeeinheit (18), – Aktualisieren der angezeigten Information durch die Anzeigeeinheit (18) beim Empfang des Anzeigesignals (A) und Beibehalten der aktuell angezeigten Information durch die Anzeigeeinheit (18), solange kein Anzeigesignal (A) empfangen wird, – Aktualisieren der angezeigten Information und Anzeigen einer vorgegebenen Information unter Verwendung der in dem Energiespeicher (34) gespeicherten Energie, wenn die an den Messanschlüssen (11, 12) verfügbare elektrische Energie für den Betrieb der Messvorrichtung (10) nicht ausreicht.