DE3837592A1 - Messvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung mit mindestens einem Meßsensor und einer mittels eines Mikroprozessors gesteuerten Meßwertanzeigevorrichtung mit Flüssigkristallen.

Mit der Entwicklung und Einführung nematischer Flüssigkeiten kamen auch Meßvorrichtungen in Form von Uhren auf den Markt, welche mit einer digitalen Meßwertanzeige versehen sind.

Die reine digitale Anzeige von Meßwerten setzt einen mentalen Umgewöhnungsprozß voraus, welcher sich nicht durchsetzen konnte. Aus diesen und anderen Gründen sind auch Uhren mit digitalen und analogen Meßwertanzeigen bekannt, wobei die auf einem kleine­ ren Feld darstellbaren digitalen Anzeigen auch zur Anzeige ver­ schiedener Werte dienen, wie beispielsweise weiterer Uhrzeiten in europäischer oder amerikanischer Darstellung, Stoppzeiten und Datum.

Bei elektrischen Meßgeräten ist es ferner bekannt, verschiedene Skalen mit unterschiedlichen Bereichen anzugeben, welche jeweils einem bestimmten Meßbereich zugeordnet sind, der zuvor durch Betätigung eines Bereichsschalters ausgewählt wird. Der Vorteil eines solchen Meßgerätes besteht darin, daß ein weiter Bereich und unterschiedliche physikalische Größen, wie eine elektrische Spannung, ein Strom oder ein Widerstand mit einem Gerät gemessen werden können. Ein wesentlicher Nachteil jedoch besteht darin, daß sich die Meßwerte wegen der Vielzahl der nebeneinanderliegen­ den Skalen schlecht ablesen lassen, so daß sehr oft Ablesefehler erfolgen.

Bei hochwertigen Meßgeräten, beispielsweise zur Messung der Temperatur, des Druckes und anderer physikalischer Werte, werden diese nur für einen bestimmten Meßbereich ausgelegt und mit der dazugehörigen Skala versehen. Hierdurch ist eine große Genauigkeit sowohl der Meßwerterfassung durch Auslegung des Meßgerätes als auch seiner Skala erreichbar. Der Nachteil liegt jedoch darin, daß für größere Meßbereiche mehrere Geräte vorgesehen werden müssen, wodurch eine erhebliche Lagerhaltung erforderlich ist.

Schließlich sind auch mechanische Zeigermeßinstrumente bekannt, welche Extremwerte speichern, wobei jedoch praktisch nur mit Hilfe von Schreibgeräten die Zeit registrierbar ist, zu der die Extremwerte aufgetreten sind. Solche Geräte sind äußerst aufwen­ dig, nehmen einen großen Raum ein und benötigen auch eine relativ große Betriebsenergie, so daß sie sich nur für stationäre Anlagen eignen.

Für die Steuerung und Kontrolle von Betriebsanlagen und Anlagen der unterschiedlichsten Art im Feld ist es von Bedeutung, eine größere Anzahl von physikalischen Meßgrößen genau zu erfassen, Schwankungen dieser Werte, insbesondere ihre Extremwerte zusammen mit der Zeit ihres Auftretens abrufbar festzuhalten und gegebe­ nenfalls mit Alarmanlagen oder Registriervorrichtungen zu koppeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung dieser Art vorzuschlagen, welche eine Vielzahl von Skalen für jeweils zugeordnete Meßbereiche aufweist, wobei jedoch stets nur eine dem Meßwert maximal angepaßte Skala dargestellt wird, welche äußerst wenig Energie benötigt und damit netzunabhängig ist, die Meßwerte mehrerer Sensoren sequentiell darstellen, aufzeichen und mit weiteren Meßdaten verarbeiten kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß die eingangs aufgeführte Meßwertanzeigevorrichtung vom Mikropro­ zessor in Abhängigkeit von dem oder den Meßsensoren und ihren jeweils gemessenen absoluten Meßwerten gesteuert automatisch umschaltbare Meßskalen mit entsprechend zugeordneten Dimensionen (physikalische Größen) aufweist. Durchwandert daher ein Meßwert einen vorgegebenen Skalenbereich, so erfolgt, vom Mikroprozessor gesteuert, vor Erreichen der Grenze dieses Skalenbereichs eine automatische Umschaltung, wobei der folgende Skalenbereich gegenüber dem vorhergehenden Bereich gespreizt sein kann, so daß eine Lupenwirkung erzeugt und eine maximale Ablesung ermög­ licht wird.

Die Meßwertanzeigevorrichtung weist in vorteilhafter Weise eine analoge und eine digitale Anzeige für die Darstellung jeweils mindestens einer physikalischen Größe auf. Damit wird erreicht, daß die gemessene Größe sowohl analog als auch digital anzeigbar ist, wobei für die digitale Größe die Stellenanzeige vergrößert sein kann, derart, daß die vom Meßgerät erreichbare Genauigkeit auch vollständig zur Anzeige kommt, ohne daß durch eine solche Anzeige ein große Genauigkeit vorgetäuscht wird.

Die digitale Anzeige der Meßwertanzeigevorrichtung ist nach der Erfindung für die Darstellung mindestens einer physikalischen Größe mit mehreren Feldern versehen, derart, daß der aktuelle Meßwert, sein Maximum, Minimum und Mittelwert in einem vorbestimm­ baren Zeitintervall und das Datum sowie die jeweils zugehörige Uhrzeit anzeig- und speicherbar sind. Auch hierbei gilt, daß die digitale Anzeige die wahre Genauigkeit angibt.

Für eine vereinfachte Ausführungsform ist es vorteilhaft, daß die Meßwertanzeigevorrichtung eine aufgeprägte für alle Skalendar­ stellungen gültige Stricheinteilung aufweist. Eine solche Strich­ einteilung ist beispielsweise auf der Glasplatte der Flüssig­ kristallanzeige aufgedruckt.

Die Stricheinteilungen können jedoch auch elektronisch mit Hilfe der Flüssigkristalle dargestellt werden, wobei der Strichabstand der beabsichtigten Spreizung einen jeden Skala angespaßt ist.

Die Meßwertanzeigevorrichtung nach der Erfindung weist einen mittels der Flüssigkristalle elektronisch darstellbaren Zeiger oder ein Hinweiszeichen auf, der oder das auf den gültigen Meßwert der ausgewählten Skala hinweist. Neben einem Zeiger, der vom Zentrum ausgeht und einem Uhrzeiger entspricht, können auch ein oder mehre Punkte, Striche, Zeiger oder Farbunterschiede dargestellt werden, welche auf den aktuellen Meßwert verweisen.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Meßvorrichtung einen elektronischen Speicher zur Speicherung der extremen Meßwerte mit dazugehörigen Zeitdaten auf. Hierdurch ist ein Abruf der Daten zu jeder Zeit und zwar direkt oder auch von entfernt liegenden Stellen möglich, wobei stets festgehalten ist, zu welcher Zeit der entsprechende Extremwert auftrat. Dies ist besonders für Kontrollgeräte von großer Bedeutung.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Meßvor­ richtung mehrere Sensoren für die Messung gleicher oder unter­ schiedlicher physikalischer Größen auf, deren Meßwerte vom Prozessor getaktet sequentiell und mit einer jeweils zugeord­ neten Skala zur Anzeige bringbar sind. Damit lassen sich bei­ spielsweise Temperaturen und/oder Drucke oder auch andere physi­ kalische Werte an verschiedenen Stellen in einer vorgegebenen Reihenfolge abfragen, anzeigen und aufzeichnen.

Um die Möglichkeit vorzusehen, die gemessenen und gespeicherten Werte durch einen Ausdruck oder ein Meßblatt bzw. durch eine Zeichnung ausgeben zu können, sind Kommunikationsanschlüsse (V/24) vorgesehen.

Die Meßvorrichtung nach der Erfindung weist in ihrer Schaltung mindestens einen Verstärker und einen Analog/Digitalwandler zur Verstärkung und Umwandlung der analogen Meßsensorwerte auf.

Die Energieaufnahme der verwendeten elektronischen Schaltung einschließlich der Flüssigkristallanzeige ist sehr gering, so daß die Energieversorgung mittels Batterien erfolgt.

Die Meßwertanzeigevorrichtung weist in einer weiteren Ausführungs­ form Flüssigkristalle zur Darstellung farbiger Skalen und Meßwerte auf. Es lassen sich damit prozessorgesteuert bestimmte Meßwerte, zum Beispiel negative Temperaturwerte in einer anderen Farbe als die positiven Werte darstellen, so daß damit eine weitere wichtige Hinweis- oder Alarmfunktion erfüllt werden kann.

Mit Hilfe einer Eingabevorrichtung, beispielsweise einer Ziffern­ tastatur, lassen sich Meßwerte eingeben, so daß bei deren Erreichen eine Signalgabe erfolgt.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schaltbildes der Meßvorrichtung, und

Fig. 2 die Draufsicht auf eine Skale mit einem elektro­ nischen Zeiger.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Sensor, dessen aufgenommene Meßwerte als elektrische Größen durch den Meßverstärker 2 verstärkt dem Analog/Digitalwandler 3 zugeführt werden. Die Digitalwerte gelangen zum Mikroprozessor 4, welcher die Steuerung des gesamten Meßgerätes bewirkt.

Der Mikroprozessor 4 beaufschlagt einen Anzeigentreiber 5 und steuert einen damit kombinierten Speicher, welcher nicht gesondert dargestellt ist. Der Anzeigentreiber 5 übernimmt, angesteuert vom Mikroprozessor, die Steuerung der Flüssigkristallanzeige 7, welche in Fig. 2 schematisch und in Draufsicht wiedergegeben ist.

Das in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Temperaturmeßgerät. Die Grundprinzipien der Erfindung sind jedoch nicht von der zu messenden physikalischen Größe abhängig, so daß das gleiche Prinzip auch für Druckmeßgeräte, kombinierte Druck- und Temperaturmeßgeräte, Geräte zur Messung mechanischer oder elektrischer Größen oder dergleichen gilt.

Die Temperatur wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ständig durch eine Skala 8 angezeigt. Die Skala 8 hat 60 Segmente und bildet einen Kreisbogen von ca. 300 Winkelgraden. Sie beginnt nach Fig. 2 bei 0°C und weist Meßwertangaben bei 10, 20, 30, 40, 50 und 60°C auf. Um eine Überlappung bei einer Messbereichs­ umschaltung zu gewährleisten, beginnt die nicht näher dargestellte nächste Skala beispielsweise bei 40° und reicht bis 100°C oder bei 10°C und reicht bis zu minus 30°C, je nachdem wie das Meßgerät ausgelegt wird und für welchen Zweck es bestimmt ist. Es sind auch andere Einteilungen und Spreizungen ausführbar und es ist auch möglich zu jedem Meßbereich eine gespreizte Skala durch Knopfbetätigung auszuwählen.

Die Skala ist während des Meßvorganges dauernd eingeschaltet. Der angezeigte Temperaturwert wird, um Batteriestrom zu sparen, beispielsweise alle 15 Sekunden gemessen und die Anzeige kor­ rigiert. Nach Möglichkeit soll sich der Prozessor in der Zwischen­ zeit in einem stromsparenden Stand-by-Modus befinden.

Zusätzlich besitzt das Instrument eine vierstellige Digitalan­ zeige 13. Auf Druck einer Taste 9 zeigt diese Digitalanzeige die Temperatur dreistellig, mit einer Stelle hinter dem Komma, in °C an. In diesem Modus wird die Temperatur einmal pro Sekunde gemessen. Dieser Modus bleibt nach Tastendruck 3 Minuten erhalten, danach wird wieder auf den stromsparenden 15-Sekunden-Takt zurückgeschaltet.

Durch zweites Drücken der Taste 9 erscheint die Uhrzeit auf der Anzeige. In diesem Modus kann die Uhrzeit durch Drücken einer zweiten Taste 10 gestellt werden.

Nach weiterem Drücken der Taste 9 wird das Minimum der gemessenen Temperatur angezeigt. Dies ist der Minimalwert der Temperatur seit der letzten Betätigung der Taste 10 in diesem Modus. Durch Drücken der Taste 10 wird der Minimalwert gelöscht und von diesem Moment ab ein neuer Minimalwert alle 15 Sekunden aktualisiert. Ein nächstes Drücken der Taste 10 schaltet weiter auf die Messung des Maximalwertes. Dieser Maximalwert kann ebenfalls durch Drücken der Taste 10 wieder gelöscht werden, worauf eine neuer Meßzyklus des Maximalwertes beginnt.

Ein weiteres Drücken der Taste 10 bringt in der Digitalanzeige die Durchschnittstemperatur seit dem letzten Löschen des Wertes durch Drücken der Taste 9 zur Anzeige.

Durch den nächsten Druck auf die Taste 10 wird der eingestellte Minimalwert der Alarmfunktion zur Anzeige gebracht. Dieser Minimalwert kann durch Betätigen der Taste 9 eingestellt werden. Bei Unterschreiten dieses Minimalwertes wird ein Schalttransistor in dem Thermometer durchgeschaltet. Dieses Signal ist zugänglich über eine Steckverbindung an der Rückseite des Gerätes. Durch einen weiteren Druck auf die Taste 10 wird auf den Maximalwert der Alarmfunktion umgeschaltet. Dieser Maximalwert kann durch Drücken der Taste 9 eingestellt werden.

Bei Überschreiten des eingestellten Maximalwertes wird ein zweiter Schalttransistor im Thermometer eingeschaltet. Sein Signal ist ebenfalls über die Steckverbindung 14 an der Rückseite des Gerätes zugänglich.

Durch einen nächsten Tastendruck wird wieder die Funktion "Tempe­ raturanzeige" eingeschaltet.

Es ist natürlich auch möglich, eine Tastatur mit einem Ziffernblock 1 bis 0, ähnlich wie einem Taschenrechner vorzusehen, so daß jede gewünschte Darstellung unabhängig von einem vorgegebenen Zyklus durch entsprechende Kodifizierung abgerufen werden kann.

Der Meßfühler muß für den gewählten Meßbereich beispielsweise von minus 20°C bis 300°C geeignet sein. Seine Temperaturkurve muß es gestatten, ihn in dem gewünschten Bereich zu lineari­ sieren, so daß die Nichtlinearität zur Erzielung einer ent­ sprechenden Genauigkeit kleiner als eine vorgegebene Größe ist.

Der Meßfühler ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht auswechselbar, sondern mit dem Gehäuse fest verbunden, so daß die elektronische Schaltung und die dem Speicher eingegebene Fehlerkorrekturkurve dem spezifischen Meßfühler oder Sensor genau angepaßt sein können. Es ist jedoch auch möglich, die Meßschaltung durch verdeckt angeordnete Trimmer auf den Sensor einzustellen. Die Versorgungsspannung des Meßfühlers und des zugehörigen Meßverstärkers wird nur zur Messung eingeschaltet, um die Batterielebensdauer zu erhöhen.

Der Analog-/Digital-Wandler 3 kann im Microprozessor 4 integriert sein oder als separater Baustein aufgebaut sein. Er muß mindes­ tens 3 1/2stellig sein und eine Linearität von +/-1 lsb, sowie eine Genauigkeit von ebenfalls +/-1 lsb haben. Wird der A/D- Wandler separat aufgebaut, so wird seine Versorgungsspannung nur zur Messung eingeschaltet, um die Batterielebensdauer zu erhöhen.

Die Anzeige ist eine Flüssigkristallanzeige 7 auf einer viel­ eckigen Glasplatte.

Das Gehäuse wird aus Edelstahl gefertigt. Es muß mindestens die Schutzklasse IP 54 aufweisen. Die Gehäusevorderseite wird von einer Glasplatte gebildet, die die Anzeige überdeckt. Auf der Gehäuserückseite befinden sich je eine Folientaste zur Bedienung des Gerätes. Auf der Gehäuserückseite unterhalb des Fühlers ist eine Verschlußklappe vorgesehen, unter der sich das Batte­ riefach befindet. An geeigneter Stelle an der Gehäuserückseite oder am Gehäuseumfang ist eine Steckkupplung angebracht, die an die beiden Alarmausgänge angeschlossen ist. Der Durchmesser des Gehäuses soll etwa 100 mm betragen, sofern dies mit der Größe des Batteriefachs vereinbar ist. Das Fühlerschutzrohr ist mit dem Gehäuseboden fest verbunden.

Das Thermometer wird mit drei Volt Versorgungsspannung betrie­ ben. Zur Versorgung dienen zwei Stabbatterien, welche unter der Bezeichnung "Mignon" auf dem Markt erhältlich ist.

Die Betriebsdauer mit einem Batteriesatz soll mind. 1 Jahr betragen.

Durch konstruktive Maßnahmen, insbesondere bei der thermisch leitenden Verbindung zwischen Fühlerrohrschutz und Gehäuse, ist sicherzustellen, daß die Umgebungstemperatur im Gehäuse nicht über 70°C ansteigen kann. Es werden aus diesen Gründen nur SMD- Bauteile verwendet.

Claims (13)

1. Meßvorrichtung mit mindestens einem Meßsensor und einer mittels eines Mikroprozessors gesteuerten Meßwertanzeige­ vorrichtung mit Flüsigkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertanzeigevorrichtung (7) vom Mikroprozessor (4) in Abhängigkeit von dem oder den Meßsensoren (1) und ihren jeweils gemessenen absoluten Meßwerten gesteuert automatisch umschaltbare Meßskalen (8) mit entsprechend zugeordneten Dimensionen (physikalischen Größen) aufweist.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertanzeigevorrichtung (7) eine analoge und eine digitale Anzeige für die Darstellung jeweils mindestens einer physikalischen Größe aufweist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß digitale Anzeige der Meßwertanzeigevorrichtung (7) für die Darstellung mindestens einer physikalischen Größe mehrere Felder aufweist und daß der aktuelle Meßwert, sein Maximum, Minimum und Mittelwert in einem vorbestimmbaren Zeitintervall und das Datum sowie die jeweils zugehörige Uhrzeit anzeig- und speicherbar sind.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßwertanzeigevorrichtung (7) eine auf­ geprägte für alle Skalendarstellungen gültige Strichein­ teilung aufweist.

5. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßwertanzeigevorrichtung (7) einen mittels der Flüssigkristalle elektronisch darstellbaren Zeiger oder ein Hinweiszeichen aufweist, der oder das auf den gültigen Meßwert der ausgewählten Skala hinweist.

6. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen elektro­ nischen Speicher zur Speicherung der extremen Meßwerte mit dazugehörigen Zeitdaten aufweist.

7. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese mehrere Sensoren (1) für die Messung gleicher oder unterschiedlicher physika­ lischer Größen aufweist, deren Meßwerte vom Prozessor (4) getaktet sequentiell und mit einer jeweils zugeordneten Skala (8) zur Anzeige bringbar sind.

8. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Kommuni­ kationsanschluß (V/24) 14 für den Anschluß eines Druckers und/oder Schreibers aufweist.

9. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese mindestens einen Verstärker (2) und einen Analog/Digitalwandler (3) zur Verstärkung und Umwandlung der analogen Sensormeßwerte aufweist.

10. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung mittels Batterien (12) erfolgt.

11. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertanzeigevor­ richtung (7) Flüssigkristalle zur Darstellung farbiger Skalen und Meßwerte aufweist.

12. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Datenein­ gabevorrichtung aufweist, mit deren Hilfe digitale Meßwerte eingebbar sind, bei deren Erreichen eine Signalgabe erfolgt.

13. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Meßskalen (8) der Meßwertanzeigevorrichtung (7) unterschie­ dliche Spreizungen aufweisen, derart, daß ein Lupeneffekt erreichbar ist.