DE102016121105A1 - Schnittstelle für einen Messumformer - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle für einen Messumformer zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten, umfassend einen Eingang (6),einen Ausgang (7), und einen Akustikkoppler (2) mit einem Akustiksender (3) undeinem Akustikempfänger (4), wobei der Akustiksender (3) und der Akustikempfänger (4) miteinander akustisch gekoppelt sind,wobei der Akustiksender (3) mit dem Eingang (6) und der Akustikempfänger (4) mit dem Ausgang (7) verbunden sind, so dass der Eingang (6) von dem Ausgang (7) galvanisch getrennt ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Schnittstelle für einen Messumformer zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten und einen entsprechenden Messumformer.
  • Messumformer werden in allen Bereichen der industriellen Messtechnik eingesetzt. Sie dienen typischer Weise dazu, eine oder mehrere mit daran angeschlossenen Sensoren gemessene physikalische Größen, in die gemessenen Größen wiedergebende elektrische Ausgangssignale umzuwandeln, und diese über eine Ausgabeeinheit, z.B. einen Stromausgang, oder eine Kommunikationseinheit, z.B. ein Bus-Interface, an eine übergeordnete Einheit, z.B. ein Prozessleitsystem, zu übertragen.
  • Dabei ist es heute für den industriellen Einsatz solcher Messumformer aus Sicherheitsgründen regelmäßig vorgeschrieben, dass die einzelnen Einheiten gegeneinander und gegenüber der Energieversorgung des Messumformers galvanisch getrennt sein müssen.
  • Hierzu ist eine der Anzahl der Bauteile des jeweiligen Messumformers entsprechende Anzahl von galvanischen Trennungen erforderlich. Gerade bei Messumformen für Multisensorsysteme mit vielen daran anzuschließenden Sensoren und unterschiedlichen Kommunikations- und Ausgabeeinheiten müssen relativ viele dieser galvanischen Trennungen vorgesehen werden. Entsprechend hoch ist die Anzahl der benötigten Bauteile und der hierfür im Messumformer benötigte Platz.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine alternative Schnittstelle für einen Messumformer mit galvanischer Trennung und einen entsprechenden Messumformer anzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist eine Schnittstelle für einen Messumformer zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten, umfassend einen Eingang, einen Ausgang, und einen Akustikkoppler mit einem Akustiksender und einem Akustikempfänger, wobei der Akustiksender und der Akustikempfänger miteinander akustisch gekoppelt sind, wobei der Akustiksender mit dem Eingang und der Akustikempfänger mit dem Ausgang verbunden sind, so dass der Eingang von dem Ausgang galvanisch getrennt ist.
  • Akustikkoppler sind robuste verschleißfreie Bauteile, die keine Alterungserscheinungen zeigen. Im Gegensatz zu Akustikkopplern zeigen Optokoppler eine nachlassende LED-Abstrahlleistung.
  • Ferner weisen Akustikkoppler eine hohe Temperaturstabilität auf, welche die Akustikkoppler geeignet für Automotiv-Anwendungen macht. Die akustische Kopplung erlaubt nämlich individuelle Trennabstände.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind der Akustiksender und der Akustikempfänger jeweils als ein piezoelektrisches Element ausgestaltet.
  • Akustikkoppler mit piezoelektrischen Elementen werden Piezo-Koppler genannt. Ein Piezo-Koppler ist ein elektronisches Bauelement und dient zur Übertragung eines elektrischen Signals zwischen zwei galvanisch getrennten Stromkreisen. Er besteht üblicherweise aus zwei piezoelektrischen Elementen, ein piezoelektrisches Element dient als Sender, das andere piezoelektrische Element dient als Empfänger. Der Sender und der Empfänger sind miteinander akustisch gekoppelt. Mit Piezo-Koppler können sowohl digitale, als auch analoge Signale übertragen werden.
  • Die Verwendung von piezoelektrischen Sensoren und Aktoren findet sowohl in der Automotiv-Industrie, als auch in großen Umfang in der Prozessindustrie zahlreiche Anwendungen. Bei der Erfindung kommt mindestens ein piezoelektrisches Element zur Anwendung. Ein piezoelektrisches Element ist ein Bauteil, das den Piezoeffekt ausnutzt, um entweder durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Bewegung auszuführen, oder bei Einwirkung einer mechanischen Kraft eine elektrische Spannung zu erzeugen. Bei der Erfindung werden beide Eigenschaften in einem Bauteil zusammengeschlossen und mittels einer akustischen Übertragungsstrecke gekoppelt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Variante beträgt der Abstand zwischen den beiden piezoelektrischen Elementen 1 mm bis 10 mm.
  • Bei einer akustischen Trennstrecke zwischen dem Sender und dem Empfänger von unter 1 mm bis ca. 10 mm wird ein entsprechend benötigter Isolationsabstand für geforderte Hochspannungsfestigkeit sichergestellt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Akustiksender und der Akustikempfänger mittels Luft miteinander akustisch gekoppelt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Akustikkoppler in einem Umformergehäuse angeordnet.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen weiteren Gegenstand gelöst. Der weitere Gegenstand ist ein Messumformer zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten, umfassend: ein Umformergehäuse mit mindestens einer Schaltungskammer im Inneren des Umformergehäuses, eine in der Schaltungskammer angeordnete elektronische Schaltung, mit mindestens einer erfindungsgemäßen Schnittstelle zum Speisen eines Sensors und zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten des Sensors.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
    • 1: eine schematische Skizze einer Schnittstelle für einen Messumformer, und
    • 2: eine Schaltung einer Schnittstelle entsprechend 1.
  • 1 zeigt eine schematische Skizze einer Schnittstelle 1 für einen Messumformer (nicht dargestellt) zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten. Die Schnittstelle 1 umfasst einen Eingang 6, einen Ausgang 7, und einen Akustikkoppler 2. Der Akustikkoppler 2 weist einen Akustiksender 3 und einen Akustikempfänger 4 auf, wobei der Akustiksender 3 und der Akustikempfänger 4 miteinander akustisch gekoppelt sind. Der Akustikkoppler 2 ist einschließlich des Akustiksenders 3 und des Akustikempfängers 4 in einem Umformergehäuse 8 angeordnet.
  • Die Übertragung eines Signals mit einer Frequenz zwischen 300 Hz und 1 kHz wurde erfolgreich durch die Schnittstelle übertragen. Die Übertragung wurde durch von einen Oszilloskop nachgewiesen.
  • 2 eine Schaltung einer Schnittstelle 1 entsprechend 1. Der Akustiksender 3 ist mit dem Eingang 6 und der Akustikempfänger 4 ist mit dem Ausgang 7 der Schnittstelle 1 verbunden. Auf diese Weise ist der Eingang 6 von dem Ausgang 7 galvanisch getrennt. Der Akustiksender 3 und der Akustikempfänger 4 sind jeweils als ein piezoelektrisches Element ausgestaltet. Die piezoelektrischen Elemente stammen aus zwei ausgedienten elektrischen Feuerzeugen. Aus diesen wurden die Piezo-Kristalle ausgebaut und in einem Abstand von drei mm zusammengefügt. Der Aufbau wurde auf einen Teil einer Platine aufgelötet und mit Balsaholz umhüllt, der als Umformergehäuse 8 dient.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Schnittstelle
    2
    Akustikkoppler
    3
    Akustiksender
    4
    Akustikempfänger
    5
    Fluid
    6
    Eingang
    7
    Ausgang
    8
    Umformergehäuse

Claims (6)

  1. Schnittstelle für einen Messumformer zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten, umfassend einen Eingang (6), einen Ausgang (7), und einen Akustikkoppler (2) mit einem Akustiksender (3) und einem Akustikempfänger (4), wobei der Akustiksender (3) und der Akustikempfänger (4) miteinander akustisch gekoppelt sind, wobei der Akustiksender (3) mit dem Eingang (6) und der Akustikempfänger (4) mit dem Ausgang (7) verbunden sind, so dass der Eingang (6) von dem Ausgang (7) galvanisch getrennt ist.
  2. Schnittstelle nach Anspruch 1, wobei der Akustiksender (3) und der Akustikempfänger (4) jeweils als ein piezoelektrisches Elemente ausgestaltet sind.
  3. Schnittstelle nach Anspruch 2, wobei der Abstand zwischen den beiden piezoelektrischen Elementen 1 mm bis 10 mm beträgt.
  4. Schnittstelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Akustiksender (3) und der Akustikempfänger (4) mittels Luft miteinander akustisch gekoppelt sind.
  5. Schnittstelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Akustikkoppler (2) in einem Umformergehäuse (8) angeordnet ist.
  6. Messumformer zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten, umfassend: ein Umformergehäuse (8) mit mindestens einer Schaltungskammer im Inneren des Umformergehäuses (8), eine in der Schaltungskammer angeordnete elektronische Schaltung, mit mindestens einer Schnittstelle (1) zum Speisen eines Sensors und zum Empfangen und Verarbeiten von Messdaten des Sensors, nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.
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