DE10231180A1

DE10231180A1 - Messumformer

Info

Publication number: DE10231180A1
Application number: DE10231180A
Authority: DE
Inventors: Michael Klotzbach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2003-10-30

Abstract

Ein Messumformer weist einen Sensor zur Umwandlung einer damit erfassten Messgröße in ein Sensorsignal auf, das in einer Signalaufbereitungseinrichtung zu einem Messsignal aufbereitet wird. DOLLAR A Um eine Prüfung der Funktionsfähigkeit des Messumformers ohne Unterbrechung oder Störung des Messvorganges zu ermöglichen, weist der Messumformer einen Prüfsignalgeber (12) zur Erzeugung eines vorgegebenen Prüfsignals (U¶P¶) auf, welches additiv auf das Sensorsignal (U¶S¶) aufschaltbar ist. Eine Recheneinrichtung (13) prüft anhand von in dem Messsignal (3) enthaltenen Anteilen des Prüfsignals (U¶P¶) die Funktionsfähigkeit des Messumformers und befreit das Messsignal (3) von den Anteilen des Prüfsignals (U¶P¶).

Description

Die Erfindung betrifft einen Messumformer mit einem Sensor zur Umwandlung einer damit erfassten Messgröße in ein elektrisches Sensorsignal und einer Signalaufbereitungseinrichtung zur Aufbereitung des Sensorsignals zu einem Messsignal.

Ein Messumformer, beispielsweise ein Druckmessumformer, weist üblicherweise einen Sensor, hier einen Drucksensor, auf, dessen Sensorsignal verstärkt, digitalisiert und anschließend in einem Mikrocontroller ausgewertet und ggf. bezüglich Linearität und Temperaturverhalten korrigiert wird. Das dabei erhaltene Messsignal wird über eine Datenschnittstelle, z. B. PROFIBUS oder HART, dem Kommunikationssystem einer technischen Anlage aufgegeben, in der der Messumformer installiert ist. Neben dem Messsignal können über die Datenschnittstelle auch Zustands- und Fehlermeldungen übertragen werden. Ferner kann der Messumformer über die Datenschnittstelle, beispielsweise von einer Anlagenwarte aus, parametriert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfung der Funktionsfähigkeit des Messumformers ohne Unterbrechung oder Störung des Messvorganges zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Messumformer der eingangs angegebenen Art einen Prüfsignalgeber zur Erzeugung eines vorgegebenen Prüfsignals aufweist, welches additiv auf das Sensorsignal aufschaltbar ist, und dass der Messumformer ferner eine Recheneinrichtung aufweist, die anhand von in dem Messsignal enthaltenen Anteilen des Prüfsignals die Funktionsfähigkeit des Messumformers prüft und das Messsignal von den Anteilen des Prüfsignals befreit.

Da das Prüfsignal vorgegeben und somit bekannt ist, kann aus den in dem Messsignal enthaltenen Anteilen des Prüfsignals ohne weiteres auf die Funktionsfähigkeit der Signalaufbereitung und je nach Art des Sensors und seines Einflusses auf das Prüfsignal auch auf die Funktionsfähigkeit des Sensors selbst geschlossen werden. Wenn der Messumformer funktionsfähig ist, also fehlerfrei arbeitet, sind auch die in dem Messsignal enthaltenen Anteile des Prüfsignals bekannt, so dass diese Anteile ohne weiteres aus dem Messsignal herausfilterbar sind und das der Datenschnittstelle zugeführte und/oder an dem Messumformer angezeigte Messsignal ungestört bleibt.

Dazu ermittelt die Recheneinrichtung die in dem Messsignal enthaltenen Anteile des Prüfsignals vorzugsweise durch Korrelation. Die Korrelation liefert einen Kennwert, der angibt, wie genau das Prüfsignal in dem Messsignal wiederzufinden ist. Unterschreitet der Kennwert einen vorgegebenen Schwellenwert, so zeigt dies an, dass der Messumformer nicht funktionsfähig ist. Die Recheneinrichtung kann dann über die Datenschnittstelle eine Fehlermeldung abgeben und ggf. die Funktionsuntüchtigkeit an dem Messumformer selbst anzeigen.

Die Aufschaltung des Prüfsignals auf das Sensorsignal wird vorzugsweise durch die Recheneinrichtung gesteuert.

Um eine quasikontinuierliche Prüfung der Funktionsfähigkeit des Messumformers zu ermöglichen, kann die Aufschaltung des Prüfsignals auf das Sensorsignal periodisch erfolgen. Die Prüfung kann aber auch bedarfsweise erfolgen, wobei der Bedarf, beispielsweise in Abhängigkeit von den Ergebnissen vorangegangener Prüfungen, durch die Recheneinrichtung festgelegt werden kann.

Vorzugsweise wird das Prüfsignal rechteckförmig auf das Sensorsignal aufgeschaltet, da die Rechteckform besonders einfach in dem Messsignal wiedergefunden werden kann.

Zur additiven Aufschaltung des Prüfsignals auf das Sensorsignal kann der Prüfsignalgeber in Reihe mit dem Sensor an der Signalaufbereitungseinrichtung angeschlossen sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Prüfsignalgeber ein Spannungssignal erzeugt. Ist das Prüfsignal beispielsweise ein Stromsignal, so ist der Prüfsignalgeber parallel zu dem Sensor an der Signalaufbereitungseinrichtung angeschlossen.

Der Prüfsignalgeber kann zur aktiven Erzeugung des Prüfsignals ausgebildet sein, wobei er beispielsweise ein Spannungs- oder Stromsignal erzeugt.

Alternativ kann der Prüfsignalgeber ein Impedanzelement aufweisen, das über einen steuerbaren Schalter wirksam an den Sensor schaltbar ist. Liegt das Impedanzelement in Reihe mit dem Sensor, so wird es durch Öffnen eines parallelen Schalters wirksam an den Sensor geschaltet. Liegt das Impedanzelement parallel zu dem Sensor, so wird es durch Schließen eines in Reihe liegenden Schalters wirksam an den Sensor geschaltet. Durch das Zuschalten des Impedanzelements wird die für die Signalaufbereitungseinrichtung "sichtbare" Impedanz des Sensors geändert. Vorzugsweise weist das Impedanzelement bei einem kapazitiv arbeitenden Sensor eine Kapazität und bei einem induktiv arbeitenden Sensor eine Induktivität auf.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messumformers in Form eines Blockschaltbildes,

Fig. 2 beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals, des Prüfsignals und ihre additive Überlagerung und

Fig. 3 ein Beispiel für die Prüfsignalaufschaltung bei einem kapazitiven Füllstandsmessumformer.

Der in Fig. 1 gezeigte Messumformer weist einen Sensor 1 auf, mit dem eine Messgröße, wie z. B. Druck, Durchfluss oder Füllstand, an einer Messstelle in einer technischen Anlage erfasst und in ein elektrisches Sensorsignal U_S umgesetzt wird. Das Sensorsignal U_S wird in einer Signalaufbereitungseinrichtung 2 zu einem Messsignal 3 aufbereitet und anschließend über eine Datenschnittstelle 4 an das Kommunikationssystem 5 der technischen Anlage übergeben.

In der Signalaufbereitungseinriahtung 2 wird das Sensorsignal U_S über einen Signalverstärker 6 einem Analog-/Digital-Umsetzer 7 zur Digitalisierung des Sensorsignals U_S zugeführt. Das digitalisierte Sensorsignal wird in einem nachgeordneten Mikrocontroller 8 ausgewertet und ggf. bezüglich Linearität und Temperaturverhalten korrigiert. Für die Korrektur können Signale von weiteren, hier nicht gezeigten Sensoren, z. B. einem Temperatursensor, sowie Abgleichparameter herangezogen werden, die in einem EEPROM 9 hinterlegt sind. Die Parametrierung kann unmittelbar an dem Messumformer über eine Eingabeeinheit 10 mit zugehöriger Anzeigeeinheit 11 oder beispielsweise von einer Warte der technischen Anlage aus über das Kommunikationssystem 5 und die Datenschnittstelle 4 erfolgen.

Das in dem Mikrocontroller 8 zu dem Messsignal 3 aufbereitete Sensorsignal wird schließlich über die Datenschnittstelle 4 an das Kommunikationssystem 5 der Anlage übertragen und/oder auf der Anzeigeeinheit 11 des Messumformers visualisiert.

Um die Funktionsfähigkeit des Messumformers prüfen zu können, enthält dieser einen steuerbaren Prüfsignalgeber 12, der bei Ansteuerung ein vorgegebenes, bekanntes Prüfsignal U_P erzeugt und dieses dem Sensorsignal U_S additiv aufschaltet. Bei dem Prüfsignal U_P handelt es sich hier um ein Spannungssignal, weswegen der Prüfsignalgeber 12 in Reihe mit dem Sensor 1 an die Signalaufbereitungseinrichtung 2 geschaltet ist. Eine Recheneinrichtung 13, die hier als Teil des Mikrocontrollers 8 ausgebildet ist, steuert den Prüfsignalgeber 12 an und prüft anhand der in dem Messsignal 3 enthaltenen Anteile des Prüfsignals U_P die Funktionsfähigkeit des Messumformers; außerdem befreit sie das an die Datenschnittstelle 4 und die Anzeigeeinheit 11 übergebene Messsignal 3 von den Anteilen des Prüfsignals U_P, so dass das für den Anwender sichtbare und in die Anlage übertragene Messsignal 3 ungestört bleibt.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Sensorsignals U_S, des Prüfsignals U_P und ihre additive Überlagerung U_S + U_P. Das verrauschte Sensorsignal U_S stammt hier beispielsweise aus der Füllstandsmessung eines sich füllenden Behälters. Bei dem Prüfsignal U_P handelt es sich um ein periodisches Rechtecksignal, das von der Recheneinrichtung 13 durch Korrelation in dem Messsignal 3 wiedergefunden und aus diesem entfernt wird. Dabei liefert die Korrelation einen Kennwert, der angibt, wie genau das Prüfsignal U_P in dem Messsignal 3 wiederzufinden ist. Unterschreitet der Kennwert einen vorgegebenen Schwellenwert, so zeigt dies an, dass der Messumformer nicht funktionsfähig ist. Die Recheneinrichtung 13 gibt dann über die Datenschnittstelle 4 eine Fehlermeldung ab und zeigt an der Anzeigeeinheit 11 den Fehler an.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die Prüfsignalaufschaltung bei einem kapazitiven Füllstandsmessumformer. Ein Metallbehälter 14 enthält eine nichtleitende Flüssigkeit 15, deren Höhenstand zu messen ist. Dazu ragt in den Behälter 14 eine Elektrode 16, die zusammen mit dem Metallbehälter 14 einen kapazitiven Sensor 17 bildet, dessen Kapazität von der Füllstandshöhe der Flüssigkeit 15 abhängig ist. Der kapazitive Sensor 17 ist an der Signalaufbereitungseinrichtung 2 des Messumformers angeschlossen. Diese enthält einen Oszillator 18 mit dem kapazitiven Sensor 17 als frequenzbestimmendem Element. Die Frequenz f des Oszillators 18 ist somit ein Maß für die Füllstandshöhe und wird in der Signalaufbereitungseinrichtung 2 zu dem Messsignal 3 weiterverarbeitet. Der Prüfsignalgeber 19 besteht hier aus einer weiteren Kapazität 20, die über einen von der Recheneinrichtung 13 steuerbaren Schalter 21 parallel zu dem kapazitiven Sensor 17 schaltbar ist und dabei die Frequenz f des Oszillators sprunghaft verändert. Bei periodischem Zu- und Abschalten der weiteren Kapazität 20 ergibt sich somit ein Signalverlauf der Frequenz f entsprechend dem in Fig. 2 gezeigten Signalverlauf U_S + U_P.

Claims

1. Messumformer mit einem Sensor (1; 17) zur Umwandlung einer damit erfassten Messgröße in ein elektrisches Sensorsignal (U_S) und einer Signalaufbereitungseinrichtung (2) zur Aufbereitung des Sensorsignals (U_S) zu einem Messsignal (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Messumformer einen Prüfsignalgeber (12; 19) zur Erzeugung eines vorgegebenen Prüfsignals (U_P) aufweist, welches additiv auf das Sensorsignal (U_S) aufschaltbar ist, und dass der Messumformer ferner eine Recheneinrichtung (13) aufweist, die anhand von in dem Messsignal (3) enthaltenen Anteilen des Prüfsignals (U_P) die Funktionsfähigkeit des Messumformers prüft und das Messsignal (3) von den Anteilen des Prüfsignals (U_P) befreit.

2. Messumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (13) die in dem Messsignal (3) enthaltenen Anteile des Prüfsignals (U_P) durch Korrelation ermittelt.

3. Messumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (13) die Aufschaltung des Prüfsignals (U_P) auf das Sensorsignal (U_S) steuert.

4. Messumformer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschaltung des Prüfsignals (U_P) auf das Sensorsignal (U_S) periodisch erfolgt.

5. Messumformer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfsignal (U_P) rechteckförmig auf das Sensorsignal (U_S) aufgeschaltet wird.

6. Messumformer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfsignalgeber (12) in Reihe mit dem Sensor (1) an der Signalaufbereitungseinrichtung (2) angeschlossen ist.

7. Messumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfsignalgeber (19) parallel zu dem Sensor (17) an der Signalaufbereitungseinrichtung (2) angeschlossen ist.

8. Messumformer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfsignalgeber (12) zur aktiven Erzeugung des Prüfsignals (U_P) ausgebildet ist.

9. Messumformer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfsignalgeber (19) ein Impedanzelement (20) aufweist, das über einen steuerbaren Schalter (21) wirksam an den Sensor (17) schaltbar ist.

10. Messumformer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem kapazitiv oder induktiv arbeitenden Sensor (17) das Impedanzelement (19) eine Kapazität bzw. Induktivität aufweist.