DE202006008139U1

DE202006008139U1 - Measuring transducer e.g. for temperature sensors, strain gauges and potentiometers has modular housing, a measuring inlet to supply sensor signal of measuring sensor, power supply unit and variable converter circuit

Info

Publication number: DE202006008139U1
Application number: DE200620008139
Authority: DE
Original assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Current assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2016-05-20

Abstract

Measuring transducer has a narrow modular housing (1) of maximum 7 mm width, a measuring inlet (7.1,7.2,7.3,7.4) to supply a sensor signal of a measuring sensor, a wide range power supply unit (12) for covering constant or variable voltage signal preferably in between 20 V to 253 V. It also has a variable adaptable converter circuit (11) preferably with galvanic 3-Port-separation. The variable adaptable converter circuit converts sensor signal into an analog signal, selected from a number of standardized, measured value-representative output signals, e.g. 0 to 20 mA or 4 to 20 mA current signal or 0 to 10 V-voltage signal. The measuring transducer also has output signal (8.1,8.2) to supply the analog signal, and has a control switch (13.1-13.4) accommodated in the housing (15,16) which can be operated through housing openings or wireless communication unit (18) for the adjustment of the converter circuit connected to the measuring sensor, and to release output signal, as well as if necessary to implement special functions.

Description

Die Erfindung betrifft einen Messumformer, insbesondere für Temperatursensoren, Dehnungsmessstreifen oder Potentiometer.The The invention relates to a transmitter, in particular for temperature sensors, Strain gages or potentiometers.

Derartige Messumformer sind in vielerlei Ausführungsformen aus der Praxis bekannt. Gängig ist die Unterbringung solcher Messumformer in so genannten Anreihgehäusen, die beispielsweise eine Breite von 17,5 mm aufweisen. Diese Anreihgehäuse werden auf Tragschienen befestigt und sind mit Messeingängen zur Einspeisung eines Sensorsignals eines Messsensors, mit einem Netzteil zur Bereitstellung der Versorgungsspannung für die geräteinternen Bauteile, mit einer Wandlerschaltung zur Erzeugung eines Messwert-repräsentativen Ausgangssignals und mit für dessen Ausgabe entsprechenden Signalausgängen versehen.such Transmitters are in practice in many embodiments known. Is common the accommodation of such transducers in so-called bayed enclosures, the for example, have a width of 17.5 mm. These modular housings will be attached to mounting rails and are equipped with measuring inputs for feeding a Sensor signal of a measuring sensor, with a power supply for provision the supply voltage for the device's internal Components, with a converter circuit for generating a measured value representative Output signal and with for whose output provided corresponding signal outputs.

Bekannte Messumformer weisen je nach Typ Restriktionen auf, die ihre praktischen Einsatzmöglichkeiten beschränken. So sind derartige Messumformer oftmals nur für einen ganz bestimmten Messsensor ausgelegt und somit nicht universell einsetzbar. Ferner ist das Netzteil oftmals nur für einen eng begrenzten Versorgungsspannungsbereich ausgelegt. Auch die Variabilität der Wandlerschaltung zur individuellen Anpassung des Messumformers an verschiedene Wandlungsaufgaben ist verbesserungsbedürftig. Schließlich besteht grundsätzlich ein Bedürfnis nach einer möglichst kompakten Auslegung der Messumformer, um beispielsweise in einem Schaltschrank eine möglichst hohe Packungsdichte an Geräten zu erreichen.Known Depending on the type of transmitter, transmitters have restrictions that are practical applications restrict. Thus, such transducers are often only for a specific measuring sensor designed and thus not universally applicable. Furthermore, that is Power supply often only for designed a narrow supply voltage range. Also the variability the converter circuit for individual adjustment of the transmitter to various conversion tasks is in need of improvement. Finally exists in principle a need after a possible compact design of the transmitter, for example in a control cabinet one possible high packing density of devices to reach.

Der Erfindung liegt ausgehend von der geschilderten Problematik die Aufgabe zugrunde, einen Messumformer anzugeben, der besonders kompakt, dabei jedoch einfach an unterschiedlichste Messaufgaben anpassbar und universell einsetzbar ist.Of the Invention is based on the problem described the The object is to provide a transmitter that is particularly compact, thereby however, easily adaptable to a wide range of measuring tasks and is universally applicable.

Diese Aufgabe wird durch einen Messumformer mit der im Anspruch angegebenen Merkmalskombination gelöst. Grundsätzlich ist demnach der Messumformer in einem Schmal-Anreihgehäuse von maximal 7 mm Breite und insbesondere in einem so genannten 6-mm-Gehäuse untergebracht. Damit werden die bisher üblichen Gerätebreiten von Messumformern um zwei Drittel unterboten, was eine entsprechend höhere Packungsdichte von Messumformern in einem Schaltschrank zulässt.These Task is performed by a transmitter with the specified in the claim Feature combination solved. in principle is therefore the transmitter in a narrow bay of maximum 7 mm wide and in particular housed in a so-called 6-mm housing. This will be the usual appliance widths of transmitters by two-thirds, which is a corresponding higher Packing density of transmitters in a cabinet allows.

Ferner ist der Messumformer mit einem Weitbereichsnetzteil zur Abdeckung einer Gleich- oder Wechsel-Versorgungsspannung zwischen vorzugsweise 20 Volt bis 253 Volt (= 230 Volt + 10 %) versehen. Damit ist der erfindungsgemäße Messumformer mit allen praktisch relevanten Versorgungsspannungen gleichermaßen zu betreiben.Further is the transmitter with a wide range power supply to cover a DC or AC supply voltage between preferably 20 volts to 253 volts (= 230 volts + 10%) provided. This is the Transmitter according to the invention operate equally with all practically relevant supply voltages.

Die Wandlerschaltung selbst ist variabel ausgelegt und dient zur einstellbaren Umwandlung des jeweils anliegenden Sensorsignals in ein Analogsignal, das aus einer Reihe genormter, Messwert-repräsentativer Ausgangssignalarten ausgewählt ist. Auf dem Gebiet der Messtechnik sind hier insbesondere das 0mA-bis-20mA- oder das 4mA-bis-20mA-Stromsignal sowie das 0V-bis-10V-Spannungssignal üblich. Für eine besonders sichere Anwendung auch in explosionsgefährdeten Bereichen kann die Wandlerschaltung vorzugsweise mit einer galvanischen 3-Port-Trennung realisiert werden.The Converter circuit itself is designed variably and serves for adjustable Conversion of the respective applied sensor signal into an analog signal, this from a series of standardized, measured value-representative output signal types selected is. In the field of metrology, in particular the 0mA-bis-20mA- or the 4mA to 20mA current signal and the 0V to 10V voltage signal common. For a special safe application even in potentially explosive areas can be Converter circuit preferably with a 3-port galvanic isolation will be realized.

Die Anpassung der Wandlerschaltung an den geschlossenen Messsensor und das auszugebende Ausgangssignal erfolgt schließlich über im Gehäuse untergebrachte, über Gehäusedurchbrüche betätigbare Steuerschalter bzw. eine drahtlose Kommunikations-Einheit. Damit ist der Messumformer besonders einfach und universell an alle bestimmenden Einflüsse und Größen, wie die Art des Messsensors selbst, dessen Justier- oder Kalibrierparameter, das gewünschte Ausgangssignal und weitere beliebig erweiterbare Funktionalitäten anpassbar.The Adaptation of the converter circuit to the closed measuring sensor and Finally, the output signal is output via housed in the housing, actuated by housing breakthroughs Control switch or a wireless communication unit. In order to The transmitter is particularly simple and universal to all determinants influences and sizes, like the type of measuring sensor itself, its adjustment or calibration parameters, the wished Output signal and further arbitrarily extensible functionalities customizable.

Bevorzugte Ausführungsformen des Messumfanges sowie weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile desselben sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:preferred embodiments measurement scope and other features, details and benefits the same are the dependent claims and the following description of an embodiment with reference to attached Drawings to take. Show it:

1 Eine schematische Seitenansicht eines Messumformers und 1 A schematic side view of a transmitter and

2 eine Ansicht des Messumformers aus Pfeilrichtung II gemäß 1. 2 a view of the transmitter from the direction of arrow II according to 1 ,

Wie aus den beiden Zeichnungen hervorgeht, baut das als Ganzes mit 1 bezeichnete Anreihgehäuse besonders schmal. Seine Breite b beträgt nämlich nur 6,4 mm. In Draufsicht (1) ist das Gehäuse im Wesentlichen grob quadratisch dimensioniert, wobei es von der Basis 2 her zur Oberseite 3 hin sich an seinen Schmalseiten 4, 5 in Stufen 6 verjüngt. Im Bereich dieser Stufen 6 sind zur einen Schmalseite 4 hin jeweils als Messeingänge 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 Eingangsklemmen im Anreihgehäuse 1 untergebracht. Diese Schraubklemmen selbst sind üblicher Art und bedürfen keiner näheren Erläuterung.As can be seen from the two drawings, this builds as a whole 1 designated modular housing particularly narrow. Its width b is only 6.4 mm. In plan view ( 1 ), the housing is roughly roughly square in dimension, being from the base 2 forth to the top 3 down on its narrow sides 4 . 5 in stages 6 rejuvenated. In the area of these stages 6 are on the one hand narrow side 4 in each case as measuring inputs 7.1 . 7.2 . 7.3 . 7.4 Input terminals in the modular housing 1 accommodated. These screw terminals themselves are conventional and require no further explanation.

Auf der gegenüberliegenden Schmalseite 5 sind zwei Signalausgänge 8.1, 8.2 wiederum in Form üblicher Schraubklemmen angeordnet. Darunter liegen die Anschlussklemmen 9.1, 9.2 für den Anschluss von Versorgungsspannungsleitungen, über die eine Versorgungsspannung von beispielsweise 230 V +/– 10 % in den Messumformer einspeisbar ist.On the opposite narrow side 5 are two signal outputs 8.1 . 8.2 again arranged in the form of conventional screw terminals. Underneath are the terminals 9.1 . 9.2 for the connection of supply voltage lines, via which a supply voltage of, for example, 230 V +/- 10% can be fed into the transmitter.

Wie aus 1 ferner deutlich wird, ist das Anreihgehäuse 1 als sogenanntes Tragschienengehäuse ausgebildet, in dem an der Basis 2 eine Aufnahme 10 zum Aufrasten des Messumformers auf eine Schaltschrank-Hutschiene angeordnet ist. Auch dies ist bei Anreihgehäusen üblich und bedarf keiner näheren Erörterung. Soweit der Messumformer mit einer niedrigen Spannungsversorgung von beispielsweise 24 V Gleichspannung arbeitet, kann diese über die Hutschiene und nicht näher dargestellte Kontakte in der Aufnahme 10 eingespeist werden.How out 1 is clear that is Modular housing 1 designed as a so-called mounting rail housing, in which at the base 2 a receptacle 10 is arranged for locking the transmitter on a cabinet top hat rail. Again, this is common with bayed enclosures and requires no further discussion. As far as the transmitter works with a low voltage supply, for example, 24 V DC, this can on the DIN rail and not shown contacts in the recording 10 be fed.

In 1 sind strichliert diagrammartig die wesentlichen Funktionselemente des Messumformers dargestellt. So ist als zentrales Element eine Mikroprozessor-gestützte Wandlerschaltung 11 vorgesehen, die zur Aufnahme der über die Messeingänge 7.1 bis 7.4 eingespeisten Sensorsignale in ein Ausgangssignal am Signalausgang 8.1, 8.2 dient. Dazu weist die Wandlerschaltung übliche Schaltungsgruppen der Messtechnik sowie der Signal- und Datenverarbeitung auf. Die Wandlerschaltung 11 arbeitet dabei mit einer galvanischen 3-Port-Trennung nach DIN EN 61010, so dass eine sichere Trennung nach DIN EN 61140 bis 300 V AC/DC gegeben ist. Sichere Trennung bezeichnet ein Isolationssystem, das durch Basisschutz und zusätzlichen Schutz (Basisisolierung plus zusätzliche Isolierung oder Schutzschirmung) oder durch eine gleichwertige Isolierung (z. B. verstärkte Isolierung) gekennzeichnet ist. Die Realisierung dieses besonders hohen elektrischen Sicherheitsniveaus ist sowohl durch konstruktive Maßnahmen (z. B. Luft- und Kriechstrecken) als auch durch die Isolationseigenschaften der intern verwendeten Trennelemente umgesetzt.In 1 The main functional elements of the transmitter are shown diagrammatically in broken lines. Thus, a central element is a microprocessor-based converter circuit 11 provided for receiving the over the measuring inputs 7.1 to 7.4 fed sensor signals into an output signal at the signal output 8.1 . 8.2 serves. For this purpose, the converter circuit on conventional circuit groups of measurement technology and the signal and data processing. The converter circuit 11 works with a galvanic 3-port isolation according to DIN EN 61010, so that a safe separation according to DIN EN 61140 up to 300 V AC / DC is given. Safe isolation means an insulation system characterized by basic protection and additional protection (basic insulation plus additional insulation or protective shielding) or equivalent insulation (eg reinforced insulation). The realization of this particularly high level of electrical safety is implemented both by design measures (eg clearance and creepage distances) and by the insulation properties of the internally used separating elements.

Die Spannungsversorgung der Wandlerschaltung 11 erfolgt durch ein Weitbereichsnetzteil 12, das jedwede Versorgungsspannung, die entweder über die Anschlussklemmen 9.1, 9.2 oder die Hutschienenaufnahme 10 herangeführt und im Bereich zwischen 24 V AC/DC bis 230 V AC/DC (+/– 10 %) liegt, verarbeiten und in die spezifizierte Betriebsspannung der Wandlerschaltung 11 umsetzen kann.The voltage supply of the converter circuit 11 is done by a wide range power supply 12 Any power supply, either through the terminals 9.1 . 9.2 or the DIN rail mount 10 and is in the range between 24 V AC / DC to 230 V AC / DC (+/- 10%), process and in the specified operating voltage of the converter circuit 11 can implement.

Die Wandlerschaltung 11 ist mit verschiedenen Steuerschaltern, nämlich Drehcodierschaltern 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 sowie einem DIP-Schalter 14 verbunden, die jeweils im Anreihgehäuse 1 untergebracht und über Gehäusedurchbrüche 15, 16 in der Breitseite 17 des Anreihgehäuses zugänglich und bedienbar sind. Über die Drehcodier- und DIP-Schalter 13.1 bis 13.4, 14 kann die Wandlerschaltung 11 an den jeweils angeschlossenen Messsensor und insbesondere die Belegung der Messeingänge 7.1 bis 7.4 durch einen Sensor der Zwei-, Drei- oder Vier-Leitertechnik sowie das auszugebende Ausgangssignal angepasst werden. Eine Ausgestaltung sieht vor, daß der Messumformer automatisch detektiert, ob der Sensor in Zwei-, Drei- oder Vier-Leitertechnik angeschlossen ist. Die ermittelte Sensor-Anschlusskonfiguration wird über die Leuchtdiode 19 visualisiert, z. B. durch zwei-, drei- oder viermaliges Blinken. Das am Signal-Ausgang 8.1, 8.2 gelieferte Analogsignal ist ein übliches Messwert-repräsentatives Ausgangssignal, das ein 0mA/20mA- oder 4mA/20mA-Stromsignal oder 0V/10V-Spannungssignal sein kann. Als Beispiele für die an den Messeingängen 7.1 bis 7.4 anschließbaren Messsensoren können Widerstandsthermometer, Thermoelemente, Dehnungsmessstreifen, Potentiometer oder Shunt-Widerstände zur Strommessung genannt werden. Über die Steuer schalter 13.1 bis 13.4, 14 können dann entsprechende Spezifikationen und Kenndaten dieser anzuschließenden Messsensoren in den Messumformer eingegeben werden.The converter circuit 11 is with various control switches, namely rotary coding switches 13.1 . 13.2 . 13.3 and 13.4 as well as a DIP switch 14 connected, each in the modular housing 1 housed and over housing breakthroughs 15 . 16 in the broadside 17 the bayed housing are accessible and operable. Via the rotary coding and DIP switches 13.1 to 13.4 . 14 can the converter circuit 11 to the respective connected measuring sensor and in particular the assignment of the measuring inputs 7.1 to 7.4 be adapted by a sensor of two-, three- or four-wire technology and the output signal to be output. An embodiment provides that the transmitter automatically detects whether the sensor is connected in two-, three- or four-wire technology. The determined sensor connection configuration is via the LED 19 visualized, z. B. by two, three or four flashes. The at the signal output 8.1 . 8.2 The analog signal supplied is a common measured value representative output signal which may be a 0mA / 20mA or 4mA / 20mA current signal or 0V / 10V voltage signal. As examples of the at the fair entrances 7.1 to 7.4 connectable measuring sensors can be called resistance thermometers, thermocouples, strain gauges, potentiometers or shunt resistors for current measurement. About the control switch 13.1 to 13.4 . 14 The corresponding specifications and characteristics of these measuring sensors to be connected can then be entered into the transmitter.

Zur weiteren Variabilisierung des Gerätes ist eine drahtlose Kommunikations-Einheit in Form einer Infrarot-Datenschnittstelle 18 (IrDA) vorgesehen, die ebenfalls mit der Wandlerschaltung 11 gekoppelt ist. Über diese Datenschnittstelle 18 kann ein Datenaustausch mit portablen externen Datengeräten, wie Laptop-, Handheld-Computern und insbesondere sogenannten MDA's bzw. PDA's realisiert werden. Die Infrarot-Datenübertragung hat dabei gegenüber Funklösungen, wie beispielsweise „Bluetooth", zahlreiche Vorteile, wie einen geringen Energiebedarf, eine hohe Sicherheit der Datenübertragung durch den direkten optischen Weg und einen unkomplizierten Verbindungsaufbau. Mit Hilfe der Datenschnittstelle 18 können universell (weitere) Konfigurationsdaten für den Messumformer, wie Linearisierungskurven, Filterparametrierungen, Abtastraten, feste, eingangsunabhängige Test-Analogsignale usw. eingegeben werden. Auch ein Auslesen der Anschlusskonfiguration sowie der Einsatz umfangreicher Diagnosefunktionen ist mit Hilfe der Infrarot-Datenschnittstelle 18 möglich.For further variability of the device is a wireless communication unit in the form of an infrared data interface 18 (IrDA) provided, which also with the converter circuit 11 is coupled. Via this data interface 18 a data exchange with portable external data devices, such as laptop, handheld computers and especially so-called MDA's or PDA's can be realized. Infrared data transmission has numerous advantages over radio solutions, such as "Bluetooth", such as low energy consumption, high security of data transmission through the direct optical path and uncomplicated connection setup 18 Universal (additional) configuration data for the transmitter, such as linearization curves, filter settings, sampling rates, fixed, non-input test analog signals, etc., can be entered. A readout of the connection configuration as well as the use of comprehensive diagnostic functions is also possible with the aid of the infrared data interface 18 possible.

Insgesamt ist eine präzise Anpassung des Messumformers an die jeweilige Messaufgabe und den verwendeten Sensor problemlos, auf besonders einfache Weise und über unterschiedliche Zugriffswege möglich.All in all is a precise one Adaptation of the transmitter to the respective measuring task and the used sensor easily, in a particularly simple manner and over different Access paths possible.

Um hohen Anforderungen an die funktionale Sicherheit Genüge zu leisten, ist der Messumformer gemäß dem Sicherheitsstandard SIL nach IEC/EN 61508 aufgebaut und kann eine Zulassung beispielsweise des SIL 2 bzw.- bei redundanter Verschaltung – bis SIL 3 erhalten. Dazu ist eine zusätzli che Überwachungsschaltung 20 im Messumformer vorgesehen, die eine eventuelle Störung der Primärfunktion, insbesondere der Wandlerschaltung 11 detektiert.In order to meet high functional safety requirements, the transmitter is designed according to the SIL safety standard in accordance with IEC / EN 61508 and can be approved, for example, for SIL 2 or - with redundant interconnection - up to SIL 3. This is an addi tional monitoring circuit 20 provided in the transmitter, which is a possible malfunction of the primary function, in particular the converter circuit 11 detected.

Claims

Transmitter, in particular for temperature sensors, strain gages, potentiometers or the like, with - a slim-line housing ( 1 ) of a maximum width of 7 mm (b), - at least one measuring input ( 7.1 . 7.2 . 7.3 . 7.4 ) for supplying a sensor signal of a measuring sensor, in particular temperature sensor, strain gauge or potentiometer - a wide-range power supply ( 12 ) to cover a DC or AC supply voltage between preferably 20V to 253V, - a variably adjustable converter circuit ( 11 ) preferably with galvanic 3-port separation for converting the sensor signal into an analog signal, selected from a series of standard, measured value representative output signals, in particular a 0 ... 20mA or 4 ... 20mA current signal or 0 ... 10V voltage signal , - Signal outputs ( 8.1 . 8.2 ) for providing the analog signal, and - at least one housed in the housing, through housing breakthroughs ( 15 . 16 ) operable control switch ( 13.1 - 13.4 . 14 ) and / or a wireless communication unit ( 18 ) for adapting the converter circuit ( 11 ) to the connected measuring sensor and the output signal to be output as well as to the implementation of special functions if necessary.

Transmitter according to claim 1, characterized in that the narrow-row housing ( 1 ) is a mounting rail housing, which can be mounted via a DIN rail connection and preferably so that the wide-range power supply ( 12 ) can be supplied with energy, in particular 24V DC.

Transmitter according to claim 1 or 2, characterized in that four measuring inputs ( 7.1 . 7.2 . 7.3 . 7.4 ) are provided for the connection of measuring sensors in 2-, 3-, or 4-wire technology.

Transmitter according to claim 3, characterized in that the at the measuring inputs ( 7.1 . 7.2 . 7.3 . 7.4 ) present sensor connection configuration, namely 2-, 3-, or 4-wire technology is automatically detectable.

Transmitter according to claim 4, characterized in that the detected sensor connection configuration via the light-emitting diode ( 19 ) is visualizable.

Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the control switches ( 13.1 - 13.4 . 14 ) are designed as DIP and / or Drehkodierschalter.

Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that via the control switch ( 13.1 - 13.4 . 14 ) Specifications and characteristics of the measuring sensors to be connected can be entered in the transmitter.

Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the wireless communication unit has an infrared data interface ( 18 ).

Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the wireless communication unit ( 18 ) a data exchange with portable data devices, in particular laptop, handheld computers and the like can be realized.

Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the wireless communication unit ( 18 ) Configuration data for the transmitter, such as linearization curves, filter parameters, sampling rates and / or fixed, input-independent test analog signals can be entered at the signal outputs.

Transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the wireless communication unit ( 18 ) Transmitter data and settings as to how the port configuration and / or diagnostic parameters can be read.

Transmitter according to one of the preceding claims, characterized by its design as a safety-monitored SIL transmitter with a monitoring circuit ( 20 ) for its primary function.