DE102021202363A1

DE102021202363A1 - Potentiometer-Auslesevorrichtung, Anordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE102021202363A1
Application number: DE102021202363.0A
Authority: DE
Inventors: Steffen Wunderlich
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2022-09-15
Also published as: CN218158092U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) zum Bestimmen eines von der Stellung eines Schleifers (19) eines Potentiometers (12) abhängigen Potentiometerwerts, umfassend einen oberen Anschlusspunkt (21) zum Anschluss an einen oberen Versorgungsanschluss (17) des Potentiometers (12), einen Schleifer-Anschlusspunkt (23) zum Anschluss an einen Schleifer-Anschluss (20) des Potentiometers und einen unteren Anschlusspunkt (22) zum Anschluss an einen unteren Versorgungsanschluss (18) des Potentiometers (12), wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ausgebildet ist, am oberen Anschlusspunkt (21) ein Versorgungspotential bereitzustellen, wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ferner ausgebildet ist, am unteren Anschlusspunkt (22) ein Referenz-Potential fest einzustellen, das zwischen einem Bezugs-Potential, insbesondere einem Masse-Potential, der Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) liegt, ein am Schleifer-Anschlusspunkt (23) anliegendes Schleifer-Potential zu erfassen und gemäß dem erfassten Schleifer-Potential den Potentiometerwert unter Berücksichtigung des Referenz-Potentials zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Potentiometer-Auslesevorrichtung zum Bestimmen eines von der Stellung eines Schleifers eines Potentiometers abhängigen Potentiometerwerts, umfassend einen oberen Anschlusspunkt zum Anschluss an einen oberen Versorgungsanschluss des Potentiometers, einen Schleifer-Anschlusspunkt zum Anschluss an einen Schleifer-Anschluss des Potentiometers und einen unteren Anschlusspunkt zum Anschluss an einen unteren Versorgungsanschluss des Potentiometers, wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung ausgebildet ist, am oberen Anschlusspunkt ein Versorgungspotential bereitzustellen. Bevorzugt ist das Versorgungspotential größer als ein Masse-Potential der Potentiometer-Auslesevorrichtung.
Die DE 3932484 A1 beschreibt eine Anordnung zum Erfassen der Position eines Stellgliedes. Zum Erfassen der Position des Stellglieds wird an dieses der Schleifer eines Potentiometers so angekoppelt, dass die Spannung an dem Schleifer der Stellgliedposition entspricht. Eine dem Potentiometerabgriff nachgeschaltete Verarbeitungseinheit liefert die Versorgungsspannung für das Potentiometer, und zwar derart, dass der Signalhub am Potentiometerabgriff gleich der maximal verarbeitbaren Spannung ist. In den beiden Endlagen des Stellgliedes treten am Potentiometer die Spannungen auf, welche die Grenzen des vom Analog-Digital-Umsetzers verarbeitbaren Spannungsbereichs sind.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Potentiometer-Auslesevorrichtung so zu modifizieren, dass sie flexibel und sicher einsetzbar ist.
Die Aufgabe wird durch eine Potentiometer-Auslesevorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung ist ausgebildet, am unteren Anschlusspunkt ein Referenz-Potential fest einzustellen, das zwischen einem Bezugs-Potential der Potentiometer-Auslesevorrichtung und dem Versorgungspotential liegt. Exemplarisch ist das Bezugs-Potential das Masse-Potential und das Referenz-Potential ist größer als das Masse-Potential. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung ist ferner ausgebildet, ein am Schleifer-Anschlusspunkt anliegendes Schleifer-Potential zu erfassen und gemäß dem erfassten Schleifer-Potential den Potentiometerwert unter Berücksichtigung des Referenz-Potentials bereitzustellen.
Vorzugweise liegen das Versorgungspotential, das Schleifer-Potential und das Referenz-Potential zwischen einem Hauptversorgungspotential und dem Bezugs-Potential, wobei das Versorgungspotential näher am Hauptversorgungspotential als am Bezugs-Potential liegt. Das Schleifer-Potential liegt vorzugsweise zwischen dem Versorgungspotential und dem Referenzpotential. Das Referenz-Potential liegt zweckmäßigerweise zwischen dem Bezugs-Potential und dem Hauptversorgungspotential und/oder dem Versorgungspotential. Das Versorgungspotential liegt zweckmäßigerweise zwischen dem Referenz-Potential und dem Hauptversorgungspotential. Das Referenz-Potential liegt (deutlich) näher am Bezugs-Potential als am Versorgungspotential und/oder Hauptversorgungspotential.
Sofern das Hauptversorgungspotential positiv ist, sind zweckmäßigerweise die anderen Potentiale - also insbesondere das Referenz-Potential, das Schleifer-Potential und/oder das Versorgungspotential - größer als das Bezugs-Potential, insbesondere das Masse-Potential.
Zweckmäßigerweise ist das minimale Schleifer-Potential - also das durch Stellungsveränderung des Schleifers kleinste erzielbare Schleifer-Potential - größer als das Masse-Potential und beispielsweise gleich dem Referenz-Potential. Diejenige Stellung des Schleifers, bei der das kleinste Schleifer-Potential gegeben ist, soll auch als Null-Stellung bezeichnet werden. Die Null-Stellung ist insbesondere eine End-Stellung des Schleifers.
Bei konventionellen Potentiometer-Auslesevorrichtungen liegt der untere Versorgungsanschluss auf dem Masse-Potential, so dass in der Null-Stellung des Schleifers das Schleifer-Potential gleich dem Masse-Potential ist. Dies macht es schwierig, die Null-Stellung genau zu messen. Ferner kann in diesem Fall normalerweise die Null-Stellung nicht von einem Fehlerfall, beispielsweise einer Leitungsunterbrechung und/oder einem Kurzschluss, unterschieden werden, der ebenfalls dazu führen kann, dass das Schleifer-Potential gleich dem Masse-Potential ist.
Dadurch, dass am unteren Anschlusspunkt ein Referenz-Potential fest eingestellt wird, das größer als das Masse-Potential ist, wird es möglich, die Null-Stellung genauer zu messen. Ferner wird es durch das Einstellen des Referenz-Potentials am unteren Anschlusspunkt möglich, einen Fehlerfall, bei dem das Schleifer-Potential auf dem Masse-Potential liegt, von der Null-Stellung zu unterscheiden und somit zu erkennen. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung kann daher sicher eingesetzt werden.
Das fest eingestellte Referenz-Potential ist zweckmäßigerweise unabhängig von dem Gesamtwiderstand des Potentiometers, so dass die Potentiometer-Auslesevorrichtung mit verschiedenen Potentiometern - also Potentiometern mit unterschiedlichem Gesamtwiderstand - verwendet werden kann. Folglich ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung flexibel einsetzbar.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung aus einer Potentiometer-Auslesevorrichtung und dem Potentiometer, wobei der obere Anschlusspunkt an dem oberen Versorgungsanschluss des Potentiometers angeschlossen ist, der Schleifer-Anschlusspunkt an dem Schleifer-Anschluss des Potentiometers angeschlossen ist und der untere Anschlusspunkt an dem unteren Versorgungsanschluss des Potentiometers angeschlossen ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben der Anordnung, umfassend die Schritte: Bereitstellen, am oberen Anschlusspunkt, des Versorgungspotentials, fest Einstellen, am unteren Anschlusspunkt, des Referenz-Potentials, das zwischen dem Bezugs-Potential und dem Versorgungspotential liegt, Erfassen des am Schleifer-Anschlusspunkt anliegenden Schleifer-Potentials, Bestimmen des Potentiometerwerts gemäß dem erfassten Schleifer-Potential unter Berücksichtigung des Referenz-Potentials.
Bevorzugt ist das Verfahren in Entsprechung zu einer Weiterbildung der Potentiometer-Auslesevorrichtung und/oder der Anordnung ausgestaltet.
Weitere exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Potentiometer und einer Potentiometer-Auslesevorrichtung, und
2 ein System mit zwei Potentiometer-Auslesevorrichtungen.

Die 1 zeigt eine Anordnung 10, die eine Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 und ein Potentiometer 12 umfasst. Rein exemplarisch weist die Anordnung 10 einen Aktor 14 auf, der das Potentiometer 12 umfasst. Das Potentiometer 12 ist also exemplarisch Teil des Aktors 14. Die Anordnung 10 stellt eine bevorzugte Anwendungsumgebung für die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 dar. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 kann auch unabhängig von der Anordnung 10 - also insbesondere ohne das Potentiometer 12 - bereitgestellt werden.
Die Anordnung 10, insbesondere der Aktor 14 und/oder die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11, ist bevorzugt für den industriellen Einsatz, insbesondere für die Industrieautomatisierung, ausgeführt. Zweckmäßigerweise ist der Aktor 14 ein industrieller Aktor und/oder die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 eine industrielle Potentiometer-Auslesevorrichtung.
Der Aktor 14 ist beispielsweise als elektrischer und/oder pneumatischer Aktor ausgeführt. Der Aktor 14 umfasst ein Aktorglied 15, das in verschiedene Stellungen versetzbar ist. Der Aktor 14 kann beispielsweise als 2-Draht-Gerät ausgeführt sein. Bevorzugt wird der Aktor 14 über eine analoge Stromschnittstelle angesteuert, insbesondere über eine 4-20 mA Stromschnittstelle.
Das Potentiometer 12 umfasst einen Potentiometer-Widerstand 16, der auch als Gesamtwiderstand und/oder Nominalwert des Potentiometers 12 bezeichnet werden soll. Der Gesamtwiderstand beträgt vorzugsweise zwischen 3 kOhm und 80 kOhm.
Das Potentiometer 12 umfasst ferner einen oberen Versorgungsanschluss 17 und einen unteren Versorgungsanschluss 18, zwischen denen der Potentiometer-Widerstand 16 geschaltet ist. Das Potentiometer 12 umfasst ferner einen Schleifer 19, der insbesondere als am Potentiometer-Widerstand 16 anliegender verschiebbarer Gleitkontakt ausgeführt ist. Das Potentiometer 12 verfügt über einen Schleifer-Anschluss 20, an dem ein am Schleifer 19 anliegendes Schleifer-Potential abgreifbar ist.
Der Schleifer 19 ist zweckmäßigerweise an das Aktorglied 15 gekoppelt, insbesondere mechanisch, so dass der Schleifer 19 mit dem Aktorglied 15 mitbewegt wird und entsprechend der Stellung des Aktorglieds 15 relativ zum Potentiometer-Widerstand 16 positioniert ist. Der Widerstand zwischen dem oberen Versorgungsanschluss 17 und dem Schleifer-Anschluss 20 und/oder der Widerstand zwischen dem unteren Versorgungsanschluss 18 und dem Schleifer-Anschluss 20 hängt von der Stellung des Schleifers 19 relativ zum Potentiometer-Widerstand 16 - und damit insbesondere von der Stellung des Aktorglieds 15 - ab. Insbesondere hängt das am Schleifer-Anschluss 20 abgreifbare Schleifer-Potential von der Stellung des Schleifers 19 relativ zum Potentiometer-Widerstand 16 - und damit insbesondere von der Stellung des Aktorglieds 15 - ab.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 dient dazu, einen von der Stellung des Schleifers 19 des Potentiometers 12 abhängigen Potentiometerwerts zu bestimmen. Bevorzugt bildet der Potentiometerwert die Stellung des Schleifers 19 relativ zum Potentiometer-Widerstand 16 ab. Beispielsweise ist der Potentiometerwert proportional zu der Stellung des Schleifers relativ zum Potentiometer-Widerstand 16. Vorzugsweise bildet ein minimaler Wert des Potentiometerwerts eine erste Endstellung des Schleifers 19 ab. Beispielsweise ist in der ersten Endstellung das Schleifer-Potential minimal. Zweckmäßigerweise bildet ein maximaler Wert des Potentiometerwerts eine zweite Endstellung des Schleifers 19 ab. Beispielsweise ist in der zweiten Endstellung das Schleifer-Potential maximal.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 umfasst einen oberen Anschlusspunkt 21 zum Anschluss an den oberen Versorgungsanschluss 17, einen unteren Anschlusspunkt 22 zum Anschluss an den unteren Versorgungsanschluss 18 und einen Schleifer-Anschlusspunkt 23 zum Anschluss an den Schleifer-Anschluss 19. Exemplarisch ist der obere Anschlusspunkt 21 an den oberen Versorgungsanschluss 17 angeschlossen, der untere Anschlusspunkt 22 ist an den unteren Versorgungsanschluss 18 angeschlossen und der Schleifer 23 ist an den Schleifer-Anschluss 19 angeschlossen.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ist ausgebildet, am oberen Anschlusspunkt 21 ein Versorgungspotential bereitzustellen. Das Versorgungspotential ist zweckmäßigerweise größer als ein Bezugs-Potential der Potentiometer-Auslesevorrichtung. Vorzugsweise ist das Bezugs-Potential ein Masse-Potential, exemplarisch das an einer Masse 34 der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 anliegende Masse-Potential der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11. Mit dem Masse-Potential sind insbesondere null Volt gemeint.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ist ferner ausgebildet, am unteren Anschlusspunkt 22 ein Referenz-Potential fest einzustellen. Das Referenz-Potential liegt zwischen dem Bezugs-Potential und dem Versorgungspotential. Das Referenz-Potential ist exemplarisch größer als das Masse-Potential. Beispielsweise ist das Referenz-Potential mindestens 0,3 V, insbesondere genau 0,3 V größer als das Masse-Potential. Zweckmäßigerweise ist das Referenz-Potential kleiner als das Versorgungspotential.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ist ferner ausgebildet, das am Schleifer-Anschlusspunkt 23 anliegende Schleifer-Potential zu erfassen und gemäß dem erfassten Schleifer-Potential den Potentiometerwert unter Berücksichtigung des Referenz-Potentials bereitzustellen, insbesondere zu berechnen. Beispielsweise erfasst die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das Schleifer-Potential in Bezug auf das Masse-Potential, also insbesondere als Spannung zwischen dem Schleifer-Potential und dem Masse-Potential. Diese Spannung zwischen dem Schleifer-Potential und dem Masse-Potential soll auch als Schleifer-Spannung bezeichnet werden. Bei der Bereitstellung, insbesondere der Berechnung, des Potentiometerwerts berücksichtigt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das Referenz-Potential bevorzugt in Bezug auf das Masse-Potential, also insbesondere als Spannung zwischen dem Referenz-Potential und dem Masse-Potential. Diese Spannung zwischen dem Referenz-Potential und dem Masse-Potential soll auch als Referenz-Spannung bezeichnet werden. Das Referenz-Potential, insbesondere die Referenz-Spannung, ist vorzugsweise in der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 abgespeichert, insbesondere im Voraus. Zweckmäßigerweise führt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 eine Berechnung auf Basis des Schleifer-Potentials, insbesondere der Schleifer-Spannung, und des Referenz-Potentials, insbesondere der Referenz-Spannung, durch, um den Potentiometerwert zu erhalten. Beispielsweise rechnet die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 zur Bestimmung des Potentiometerwerts das Referenz-Potential, insbesondere die Referenz-Spannung, aus dem Schleifer-Potential, insbesondere der Schleifer-Spannung, heraus. Beispielsweise berechnet die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 eine Differenz zwischen dem Schleifer-Potential und dem Referenz-Potential, insbesondere zwischen der Schleifer-Spannung und der Referenz-Spannung, und stellt den Potentiometerwert auf Basis dieser Differenz bereit.
Bevorzugt ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, das Referenz-Potential unabhängig von dem Gesamtwiderstand des Potentiometers 12 bereitzustellen, insbesondere sofern sich der Gesamtwiderstand des Potentiometers 12 in einem Bereich von 3 kOhm bis 80 kOhm befindet. Insbesondere stellt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 am unteren Anschlusspunkt 22 unabhängig von dem Potentiometer-Widerstand 16 des (an der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11) angeschlossenen Potentiometers stets das gleiche Referenz-Potential bereit. Unabhängig von dem Potentiometer-Widerstand 16 - also unabhängig von dem Nominalwert - des an der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 angeschlossenen Potentiometers 12 - ergibt sich somit für die untere Endlage des Schleifers 19 - also für die Null-Stellung des Schleifers 19 - das gleiche Schleifer-Potential - insbesondere ein Schleifer-Potential gleich dem Referenz-Potential. Es ergibt sich also bei Potentiometern mit unterschiedlichen Nennwerten stets der gleiche Nullpunkt.
Mit der Formulierung, dass die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das Referenz-Potential fest einstellt, ist insbesondere der vorstehend diskutierte Aspekt gemeint, dass das Referenz-Potential unabhängig von dem Potentiometer-Widerstand 16 ist (insbesondere falls sich der Gesamtwiderstand des Potentiometers 12 in einem Bereich von 3 kOhm bis 80 kOhm befindet). Bevorzugt ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, für jede Bestimmung des Potentiometerwerts - also insbesondere für jede Erfassung eines Schleifer-Potentials - das gleiche Referenz-Potential bereitzustellen.
Bevorzugt umfasst die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 einen Spannungsfolger 36 zum Bereitstellen des Referenz-Potentials. Der Ausgang des Spannungsfolgers 36 ist mit dem unteren Anschlusspunkt 22 verbunden, insbesondere direkt. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 gibt mit dem Ausgang des Spannungsfolgers 36 das Referenz-Potential aus. Bevorzugt umfasst die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 einen ersten Spannungsteiler, der an der Bereitstellung des Referenz-Potentials mitwirkt. Insbesondere umfasst die Potentiometer-Auslesevorrichtung einen Versorgungsausgang 25 zum Bereitstellen eines Haupt-Versorgungspotentials, von dem das Referenz-Potential über den ersten Spannungsteiler abgeleitet ist. Exemplarisch stellt der erste Spannungsteiler ein Teilpotential bereit, das dem Eingang des Spannungsfolgers 36 zugeführt wird und auf dessen Basis der Spannungsfolger 36 an seinem Ausgang das Referenz-Potential bereitstellt. Insbesondere stellt der Spannungsfolger 36 das Referenz-Potential so bereit, dass es gleich dem Teil-Potential ist.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 umfasst exemplarisch eine Steuereinheit 24. Bevorzugt verfügt die Steuereinheit 24 über den Versorgungsausgang 25, einen ersten Eingang 26 und/oder einen zweiten Eingang 27. Der Schleifer-Anschlusspunkt 23 ist an den zweiten Eingang 27 angeschlossen, insbesondere direkt. Die Steuereinheit 24 ist beispielsweise als Mikrocontroller ausgeführt. Die Steuereinheit 24 verfügt zweckmäßigerweise über einen oder mehrere Analog-Digital-Wandler, um das an dem ersten Eingang 26 anliegende Potential, exemplarisch das Versorgungspotential, und/oder das an dem zweiten Eingang 27 anliegende Potential, exemplarisch das Schleifer-Potential, zu erfassen.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ist ausgebildet, das Haupt-Versorgungspotential bereitzustellen, und zwar exemplarisch am Versorgungsausgang 25. Der Versorgungsausgang 25 ist exemplarisch mit einem ersten Schaltungsknoten 28 elektrisch verbunden, insbesondere direkt.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 umfasst den ersten Spannungsteiler, der exemplarisch einen ersten Widerstand 31 und einen zweiten Widerstand 32 aufweist. Zweckmäßigerweise ist der erste Spannungsteiler zwischen den Versorgungsausgang 25, insbesondere den ersten Schaltungsknoten 28, und einem zweiten Schaltungsknoten 33, insbesondere der Masse 34, der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 geschaltet, insbesondere direkt. Der erste Spannungsteiler verfügt über einen dritten Schaltungsknoten 35, der zwischen dem ersten Widerstand 31 und dem zweiten Widerstand 32 angeordnet ist. An dem dritten Schaltungsknoten 35 stellt der erste Spannungsteiler das Teilpotential bereit.
Der Spannungsfolger 36 umfasst zweckmäßigerweise einen Operationsverstärker 37. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 37 stellt den Eingang des Spannungsfolgers 36 dar. Der Ausgang des Operationsverstärkers stellt den Ausgang des Spannungsfolgers 36 dar. Der Operationsverstärker 37 ist mit seinem positiven Eingang an den dritten Schaltungsknoten 35 angeschlossen, insbesondere direkt. Der negative Eingang des Operationsverstärker 37 ist an den Ausgang des Operationsverstärker 37 angeschlossen, insbesondere direkt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 37 ist ferner an den unteren Anschlusspunkt 22 angeschlossen, insbesondere direkt. Der Eingang des Spannungsfolgers 36 ist an den dritten Schaltungsknoten 35 angeschlossen und der Ausgang des Spannungsfolgers 36 ist an den unteren Anschlusspunkt 22 angeschlossen. Der Spannungsfolger 36 ist ausgebildet, am unteren Anschlusspunkt 22 das Referenz-Potential bereitzustellen, das gleich dem von dem ersten Spannungsteiler bereitgestellten Teilpotential ist.
Bevorzugt ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, bei einem Schleifer-Potential kleiner als dem Referenz-Potential und/oder gleich einem/dem Masse-Potential auf einen Fehler, insbesondere eine Leitungsunterbrechung, zu schließen. Insbesondere ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, zu detektieren, dass das Schleifer-Potential kleiner als das Referenz-Potential und/oder gleich einem/dem Masse-Potential ist, und auf Basis dieser Detektion eine Fehlermeldung zu erzeugen und/oder auszugeben. Beispielsweise ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, das Schleifer-Potential mit einem Schwellenwert zu vergleichen, der beispielsweise gleich dem Referenz-Potential oder kleiner als das Referenz-Potential ist, und in Ansprechen darauf, dass der Vergleich ergibt, dass das Schleifer-Potential kleiner als der Schwellenwert ist, die Fehlermeldung zu erzeugen und/oder auszugeben. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, bei der Erzeugung der Fehlermeldung das an dem ersten Eingang 26 anliegende Potential - das Versorgungspotential - zu berücksichtigen und in Ansprechen darauf, dass das Versorgungspotential gleich dem am Versorgungsausgang 25 ausgegebenen Haupt-Versorgungspotential ist, die Fehlermeldung zu erzeugen, dass kein Potentiometer an der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 angeschlossen ist.
Bevorzugt ist das Versorgungspotential abhängig von dem Gesamtwiderstand des Potentiometers. Beispielsweise ergibt sich bei einem größeren Gesamtwiderstand des Potentiometers ein größeres Versorgungspotential als bei einem kleineren Gesamtwiderstand des Potentiometers.
Exemplarisch ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, das Versorgungspotential zu erfassen und bei der Bestimmung des Potentiometerwerts zu berücksichtigen. Bevorzugt erfasst die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das Versorgungspotential in Bezug auf das Masse-Potential, also insbesondere als Spannung zwischen dem Versorgungspotential und dem Masse-Potential. Diese Spannung soll auch als Versorgungsspannung bezeichnet werden.
Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ist insbesondere ausgebildet, den Potentiometerwert auf Basis des Schleifer-Potentials, insbesondere der Schleifer-Spannung, des Referenz-Potentials, insbesondere der Referenz-Spannung, und des Versorgungs-Potentials, insbesondere der Versorgungsspannung, zu berechnen. Beispielsweise rechnet die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 zur Bestimmung des Potentiometerwerts das Referenz-Potential, insbesondere die Referenz-Spannung, aus dem Schleifer-Potential, insbesondere der Schleifer-Spannung, und/oder aus dem Versorgungspotential, insbesondere der Versorgungsspannung, heraus und setzt das so erhaltene Referenz-Potential, insbesondere die so erhaltene Referenz-Spannung, ins Verhältnis zu dem so erhaltenen Versorgungspotential, insbesondere der so erhaltenen Versorgungsspannung. Beispielsweise berechnet die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 eine erste Differenz zwischen dem Schleifer-Potential und dem Referenz-Potential, insbesondere zwischen der Schleifer-Spannung und der Referenz-Spannung, und berechnet eine zweite Differenz zwischen dem Versorgungspotential und dem Referenz-Potential, insbesondere zwischen der Versorgungsspannung und der Referenz-Spannung, und berechnet den Potentiometerwert auf Basis des Verhältnisses aus der ersten Differenz und der zweiten Differenz.
Bevorzugt ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, das Versorgungspotential von dem Haupt-Versorgungspotential über einen zweiten Spannungsteiler abzuleiten. Exemplarisch verfügt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 über einen dritten Widerstand 38 und der zweite Spannungsteiler wird in einem Zustand, in dem das Potentiometer 12 an der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 angeschlossen ist, aus dem dritten Widerstand 38 und dem Potentiometer-Widerstand 16 gebildet.
Exemplarisch ist der dritte Widerstand 38 zwischen den Versorgungsausgang 25, insbesondere den ersten Schaltungsknoten 28, und den oberen Anschlusspunkt 21, insbesondere einen vierten Schaltungsknoten 39, geschaltet, insbesondere direkt. An dem oberen Anschlusspunkt 21, insbesondere dem vierten Schaltungsknoten 39, liegt das Versorgungspotential an, das sich durch den zweiten Spannungsteiler ergibt. Der vierte Schaltungsknoten 39 ist an den ersten Eingang 26 angeschlossen, insbesondere direkt. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11, insbesondere die Steuereinheit 24, ist ausgebildet, über den ersten Eingang 26 das Versorgungspotential zu erfassen.
Exemplarisch ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, in Abhängigkeit von dem Versorgungspotential einen Stromsparmodus einzunehmen. Das Versorgungspotential hängt von dem Potentiometer-Widerstand 16 ab, so dass die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 über das erfasste Versorgungspotential auf den Widerstandswert des Potentiometer-Widerstands 16 schließen kann. Der Stromverbrauch, insbesondere der Energieverbrauch, der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 kann von dem Widerstandswert des Potentiometer-Widerstands 16 abhängen. Beispielsweise kann bei einem Potentiometer-Widerstand 16 mit einem geringeren Widerstandswert ein größerer Strom von der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 gezogen werden, als bei einem Potentiometer-Widerstand 16 mit einem größeren Widerstand. Um zu verhindern, dass bei einem Potentiometer-Widerstand 16 mit einem geringen Widerstand ein zu großer Strom gezogen wird, der zu einem zu hohen Energieverbrauch führen würde, ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 vorzugsweise ausgebildet, dann, wenn sie über das Versorgungspotential erkennt, dass ein Potentiometer-Widerstand 16 mit einem geringen Widerstandswert - also z.B. einem Widerstandswert unterhalb eines Widerstands-Schwellenwert - vorliegt, den Stromsparmodus einzunehmen. Erkennt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 über das Versorgungspotential, dass ein Potentiometer-Widerstand mit einem nicht-geringen oder großen Widerstandswert - also z.B. einem Widerstandswert oberhalb des Widerstands-Schwellenwerts - vorliegt, dann nimmt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 den Stromsparmodus nicht ein.
Exemplarisch ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, auf Basis des erfassten Versorgungspotentials einen Vergleich mit einem Schwellenwert durchzuführen und auf Basis des Vergleichs wahlweise den Stromsparmodus einzunehmen oder nicht einzunehmen. Beispielsweise vergleicht die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das erfasste Versorgungspotential mit dem Schwellenwert und nimmt den Stromsparmodus in Ansprechen darauf ein, dass das Versorgungspotential kleiner als der Schwellenwert ist und nimmt den Stromsparmodus in Ansprechen darauf nicht ein, dass das Versorgungspotential größer als der Schwellenwert ist.
Bevorzugt ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, im Stromsparmodus das Versorgungspotential und/oder das Referenz-Potential gepulst bereitzustellen und/oder außerhalb des Stromsparmodus das Versorgungspotential und/oder das Referenz-Potential nicht gepulst bereitzustellen. Die gepulste Bereitstellung des Versorgungspotentials und/oder des Referenz-Potentials erfolgt insbesondere dadurch, dass die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das Versorgungspotential und/oder das Referenz-Potential in einem Erfassungs-Zeitfenster bereitstellt, in dem die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das Schleifer-Potential und/oder das Versorgungspotential erfasst, um den Potentiometerwert zu ermitteln, und am Ende des Erfassungs-Zeitfensters das Versorgungspotential und/oder das Referenz-Potential abschaltet. Zweckmäßigerweise wiederholt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das Erfassungs-Zeitfenster - und damit die Bereitstellung des Versorgungspotentials und/oder des Referenz-Potentials - mehrmals, insbesondere periodisch. Exemplarisch erfolgt die Bereitstellung des Referenz-Potentials und/oder des Versorgungspotentials dadurch, dass die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 das Haupt-Versorgungspotential bereitstellt, insbesondere gepulst. Zweckmäßigerweise ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, im Stromsparmodus das Haupt-Versorgungspotential im Erfassungs-Zeitfenster bereitzustellen und am Ende des Erfassungs-Zeitfensters abzuschalten, und zweckmäßigerweise das Erfassungs-Zeitfenster - und damit das Haupt-Versorgungspotential - wiederholt und/oder periodisch bereitzustellen.
Bevorzugt ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, die Dauer des Erfassungs-Zeitfensters - also die Einschaltzeit des Versorgungspotentials und/oder des Referenz-Potentials, insbesondere die Einschaltzeit des Haupt-Versorgungspotentials - auf Basis des erfassten Versorgungspotentials, insbesondere auf Basis des Widerstandswerts des Potentiometer-Widerstands 16, einzustellen.
Bevorzugt ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, das Versorgungspotential und/oder das Referenzpotential, vorzugsweise das Haupt-Versorgungspotential, außerhalb des Stromsparmodus kontinuierlich bereitzustellen.
Die Anordnung 10 kann insbesondere mit einem Verfahren mit den folgenden Schritten betrieben werden: Bereitstellen, am oberen Anschlusspunkt 21, des Versorgungspotentials, das größer ist als das Masse-Potential, fest Einstellen, am unteren Anschlusspunkt 22, des Referenz-Potentials, das größer als das Masse-Potential ist, Erfassen des am Schleifer-Anschlusspunkt 23 anliegenden Schleifer-Potentials, Bestimmen des Potentiometerwerts gemäß dem erfassten Schleifer-Potential unter Berücksichtigung des Referenz-Potentials.
Das Verfahren kann ferner die Schritte umfassen: Erfassen des Versorgungspotentials, und Berücksichtigen des Versorgungspotentials bei der Bestimmung des Potentiometerwerts.
Ferner kann das Verfahren die Schritte umfassen, dass das Potentiometer 12, das auch als erstes Potentiometer bezeichnet werden kann, von der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 abgenommen und/oder getrennt wird, und ein zweites Potentiometer an die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 angeschlossen wird, das sich in seinem Potentiometer-Widerstand - also seinem Nominalwert - von dem ersten Potentiometer unterscheidet. Beispielsweise ist der Potentiometer-Widerstand des ersten Potentiometers mindestens 1,5 Mal, mindestens 3 Mal oder mindestens 10 Mal so groß wie der Potentiometer-Widerstand des zweiten Potentiometers. Bei dem Verfahren führt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 zweckmäßigerweise die folgenden Schritte zum Auslesen des zweiten Potentiometers durch (während das zweite Potentiometer an der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 angeschlossen ist): Bereitstellen, am oberen Anschlusspunkt 21, des Versorgungspotentials, das größer ist als das Masse-Potential, fest Einstellen, am unteren Anschlusspunkt 22, des Referenz-Potentials, das größer als das Masse-Potential ist, Erfassen des am Schleifer-Anschlusspunkt 23 anliegenden Schleifer-Potentials, Bestimmen des Potentiometerwerts des zweiten Potentiometers gemäß dem erfassten Schleifer-Potential unter Berücksichtigung des Referenz-Potentials. Das Verfahren kann für das Auslesen des zweiten Potentiometers ferner die Schritte umfassen: Erfassen des Versorgungspotentials, und Berücksichtigen des Versorgungspotentials bei der Bestimmung des Potentiometerwerts des zweiten Potentiometers.
Zweckmäßigerweise bestimmt die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 den Potentiometerwert des ersten Potentiometers und den Potentiometerwert des zweiten Potentiometers jeweils korrekt.
Die 2 zeigt ein System 40 mit einer ersten Potentiometer-Auslesevorrichtung 11A, die wie die vorstehend erläuterte Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgeführt ist. Das System 40 umfasst ferner eine zweite Potentiometer-Auslesevorrichtung 11B, die wie die vorstehend erläuterte Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgeführt ist. Zweckmäßigerweise ist die zweite Potentiometer-Auslesevorrichtung 11B baugleich zur ersten Potentiometer-Auslesevorrichtung 11A ausgeführt.
Das System umfasst ein erstes Potentiometer 12A und ein zweites Potentiometer 12B. Die beiden Potentiometer unterscheiden sich in ihrem Potentiometer-Widerstand - also ihrem Nominalwert. Beispielsweise ist der Potentiometer-Widerstand des ersten Potentiometers 12A mindestens 1,5 Mal, mindestens 3 Mal oder mindestens 10 Mal so groß wie der Potentiometer-Widerstand des zweiten Potentiometers 12B. Das erste Potentiometer 12A ist an der ersten Potentiometer-Auslesevorrichtung 11A angeschlossen und wird von dieser ausgelesen. Das zweite Potentiometer 12B ist an der zweiten Potentiometer-Auslesevorrichtung 11B angeschlossen und wird von dieser ausgelesen. Beide Potentiometer-Auslesevorrichtungen 11A, 11B stellen jeweils das gleiche Referenz-Potential bereit und es stellt sich, aufgrund der unterschiedlichen Potentiometer-Widerstände, jeweils eine andere Versorgungsspannung an jedem Potentiometer 12A, 12B ein. Durch die vorstehend erläuterte Ausgestaltung können beide (baugleiche) Potentiometer-Auslesevorrichtungen 11A, 11B jeweils einen korrekten Potentiometerwert ermitteln, selbst wenn sich die Potentiometer 12A, 12B in ihrem Potentiometer-Widerstand signifikant unterscheiden.
Nachstehend sollen weitere exemplarische Aspekte der Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 erläutert werden.
Die Referenz-Spannung, die auch als untere Messspannung für den Nullpunkt des Potentiometers bezeichnet werden kann, wird über den ersten Spannungsteiler und dem Operationsverstärker 37 erzeugt. Die von dem ersten Spannungsteiler geteilte Spannung liegt am Ausgang des Operationsverstärkers 37 als die Referenz-Spannung am unteren Anschlusspunkt an, insbesondere stromverstärkt. Der Operationsverstärker 37 klemmt den unteren Versorgungsanschluss 18 des Potentiometers 12 auf eine Referenz-Spannung von z.B. 0,3 V fest über GND - also der Masse 34 - ein.
Die Referenz-Spannung ist - insbesondere in weiten Teilen - unabhängig vom Nominalwert des angeschlossenen Potentiometers, insbesondere für Nominalwerte von 3 kOhm bis 80 kOhm. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 hat zweckmäßigerweise eine maximale Leistungsaufnahme von 1 bis 2 mW. Zweckmäßigerweise wird das Potentiometer 12 bei kleinen Nominalwerten nur für eine kurze Zeit während des Messens eingeschaltet (durch Einschalten des Haupt-Versorgungspotentials), bis ein Filter hinter dem zweiten Eingang 26 eingeschwungen ist.
Bei einem Potentiometer mit einem höheren Nominalwert, z.B. 40 kOhm, kann der Potentiometer-Widerstand 16 Einfluss auf das Einschwingverhalten einer (nicht dargestellten) EMV-Schutzschaltung haben. Am dritten Widerstand 38 entsteht ein Spannungsabfall, der umgekehrt proportional zum Nominalwert des Potentiometers 12 ist. Am oberen Anschlusspunkt 21 wird eine Spannung gemessen, mit der sich der nominale Widerstandswert des angeschlossenen Potentiometers 12 bestimmen lässt. Auf Basis des nominalen Widerstandwerts des Potentiometers 12 steuert die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ihre Einschaltzeit, insbesondere die Einschaltzeit des Haupt-Versorgungspotentials. Bei hochohmigen Potentiometern erfolgt zweckmäßigerweise kein Abschalten des Haupt-Versorgungspotentials nach dem Ende des Messvorgangs - also nach dem Erfassen des Schleifer-Potentials.
Die Spannung am unteren Anschlusspunkt 22 ist zweckmäßigerweise bei allen möglichen Nominalwerten des Potentiometers gleich und bekannt. Zweckmäßigerweise ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ausgebildet, eine ratiometrische Messung am Potentiometer 12 vorzunehmen.
Wie vorstehend erläutert, wird das Potentiometer 12 also nicht einfach mit dem Schaltungs-Nullpunkt - also der Masse 34 - verbunden, sondern wird mit seinem unteren Versorgungsanschluss 18 auf ein festes Spannungspotential - das Referenz-Potential - größer 0 V angehoben.
Dies ist vor allem dann hilfreich, wenn Potentiometer mit hoher Varianz angeschlossen werden sollen und eine Diagnosemöglichkeit gefordert ist. Die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 ist zweckmäßigerweise somit in der Lage, immer den Nullpunkt der Wegstellung des Potentiometers 12 zu erkennen.
Die Diagnosefunktion wird dadurch erreicht, dass z.B. bei einer Messung von 0 V am zweiten Eingang 27 auf einen Leitungsbruch der Leitung „Schleifer-Anschlusspunkt 23“ und „erster Eingang 26“ geschlossen werden. Wenn gleichzeitig am ersten Eingang 26 ein nicht-verringerter Wert des Haupt-Versorgungspotentials gemessen wird, kann darauf geschlossen werden, dass z.B. kein Potentiometer angeschlossen ist.
Wie vorstehend erläutert ist die Potentiometer-Auslesevorrichtung 11 also ausgebildet, die untere Spannung des Potentiometers 12 auf einen festen bekannten Wert unabhängig von seinem nominalen Widerstandswert anzuheben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3932484 A1 [0002]

Claims

Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) zum Bestimmen eines von der Stellung eines Schleifers (19) eines Potentiometers (12) abhängigen Potentiometerwerts, umfassend einen oberen Anschlusspunkt (21) zum Anschluss an einen oberen Versorgungsanschluss (17) des Potentiometers (12), einen Schleifer-Anschlusspunkt (23) zum Anschluss an einen Schleifer-Anschluss (20) des Potentiometers und einen unteren Anschlusspunkt (22) zum Anschluss an einen unteren Versorgungsanschluss (18) des Potentiometers (12), wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ausgebildet ist, am oberen Anschlusspunkt (21) ein Versorgungspotential bereitzustellen, wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ferner ausgebildet ist, am unteren Anschlusspunkt (22) ein Referenz-Potential fest einzustellen, das zwischen einem Bezugs-Potential, insbesondere einem Masse-Potential, der Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) und dem Versorgungspotential liegt, ein am Schleifer-Anschlusspunkt (23) anliegendes Schleifer-Potential zu erfassen und gemäß dem erfassten Schleifer-Potential den Potentiometerwert unter Berücksichtigung des Referenz-Potentials zu bestimmen.
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ausgebildet ist, das Referenz-Potential unabhängig von dem Gesamtwiderstand des Potentiometers (12) bereitzustellen.
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ausgebildet ist, bei einem Schleifer-Potential, das zwischen dem Referenz-Potential und dem Bezugs-Potential liegt und/oder gleich dem Bezugs-Potential ist, auf einen Fehler, insbesondere eine Leitungsunterbrechung, zu schließen.
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei das Versorgungspotential abhängig ist von dem Gesamtwiderstand des Potentiometers (12) .
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ferner ausgebildet ist, das Versorgungspotential zu erfassen und bei der Bestimmung des Potentiometerwerts zu berücksichtigen.
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ferner ausgebildet ist, in Abhängigkeit von dem Versorgungspotential einen Stromsparmodus einzunehmen.
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach Anspruch 6, wobei die Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) ausgebildet ist, im Stromsparmodus das Versorgungspotential und/oder das Referenz-Potential gepulst bereitzustellen und/oder außerhalb des Stromsparmodus das Versorgungspotential und/oder das Referenz-Potential nicht gepulst bereitzustellen.
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach einem voranstehenden Anspruch, umfassend einen Versorgungsausgang (25) zum Bereitstellen eines Haupt-Versorgungspotentials, von dem das Referenz-Potential über einen ersten Spannungsteiler abgeleitet ist.
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach einem voranstehenden Anspruch, umfassend einen/den Versorgungsausgang (25) zum Bereitstellen eines/des Haupt-Versorgungspotentials, von dem das Versorgungspotential über einen zweiten Spannungsteiler abgeleitet ist.
Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Spannungsfolger (36) zum Bereitstellen des Referenz-Potentials.
Anordnung (10) aus einer Potentiometer-Auslesevorrichtung (11) nach einem voranstehenden Anspruch und dem Potentiometer (12), wobei der obere Anschlusspunkt (21) an dem oberen Versorgungsanschluss (17) des Potentiometers (12) angeschlossen ist, der Schleifer-Anschlusspunkt (23) an dem Schleifer-Anschluss (20) des Potentiometers (12) angeschlossen ist und der untere Anschlusspunkt (22) an dem unteren Versorgungsanschluss (18) des Potentiometers (12) angeschlossen ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 11, umfassend einen Aktor (14) mit einem Aktorglied (15), das an den Schleifer (19) des Potentiometers (12) gekoppelt ist.
Verfahren zum Betreiben einer Anordnung (10) nach Anspruch 11 oder 12, umfassend die Schritte: - Bereitstellen, am oberen Anschlusspunkt (21), des Versorgungspotentials, - fest Einstellen, am unteren Anschlusspunkt (22), des Referenz-Potentials, das zwischen dem Bezugs-Potential und dem Versorgungspotential liegt, - Erfassen des am Schleifer-Anschlusspunkt (23) anliegenden Schleifer-Potentials, - Bestimmen des Potentiometerwerts gemäß dem erfassten Schleifer-Potential unter Berücksichtigung des Referenz-Potentials.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend die Schritte: - Erfassen des Versorgungspotentials, und - Berücksichtigen des Versorgungspotentials bei dem Bestimmen des Potentiometerwerts.