DE4331184C2 - Auswerteschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteschaltung.

Auswerteschaltungen wandeln das von einem Meßgerät gelie­ ferte, einem Meßwert proportionale Signal in eine zur Wei­ terverarbeitung geeignete elektrische Größe um. Aus der DE OS 34 28 021 ist eine solche Auswerteschaltung bekannt. Hierbei sinkt eine der Befeuchtung einer Elektrodenstrecke proportionale Meßspannung mit zunehmender Befeuchtung der Elektrodenstrecke ab oder steigt im Falle eines Kabelbruchs in der Verbindung zu dieser Elektrodenstrecke an. Bei Über- oder Unterschreiten eines vorgebbaren Schwellwertes durch die anstehende Meßspannung wird ein Transistor in Emitter­ schaltung durchgesteuert. Dadurch wird ein Optokoppler an­ gesteuert. Eine Potentialtrennung zwischen dem Meßgerät und der entsprechenden Signalverarbeitung ist nur für die über den Optokoppler angeschlossenen weiteren Auswerteeinrich­ tungen gegeben.

Bei einer bekannten Einrichtung zur Bestinimung der Abmes­ sungen von Werkstücken mittels mehrerer Fühlersonden (DE-C- 29 16 096) wird durch die Verschiebung von zu messenden Ge­ genständen ein Signal moduliert, das von einem Oszillator erzeugt wird. Hierbei wird also die Frequenz des zugeführ­ ten Signals verändert. In der Aufbereitung des vom Oszilla­ tor zuzuführenden Signals ist ein Spitzendetektor vorgese­ hen, der mit einer Brückenschaltung verbunden ist und mit einer Nullabgleichsschaltung zusammenarbeitet.

Andere Auswerteschaltungen arbeiten mit einer Frequenzände­ rung, die in einem Schwingkreis ausgewertet wird (DE-A-3 546 245, DE-OS-22 21 371). Bei einer anderen Auswerteschal­ tung (DE-A-35 40 988) wird ein Steuersignal einem Versor­ gungsstrom überlagert. In explosionsgeschützten Bereichen ist es bekannt, eine galvanische Trennung durch besonders ausgeführte Übertrager vorzusehen (DE-C-33 48 025). Es ist auch bekannt, Signale einer Gattung in Signale einer ande­ ren Gattung umzuwandeln, beispielsweise der Parameter Tem­ peratur in den Parameter Elektrizität (DE-A-40 17 828). Mit einer Frequenzänderung infolge einer Kapazitätsänderung als Sensorsignal arbeitet eine andere bekannte Auswerteschal­ tung (EP-A-0 245 605), die in ihrem Kern aus einem Übertra­ ger besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswerte­ schaltung für Meßgeräte zu schaffen, bei der ein Meßgerät potentialfrei an die Auswerteschaltung anschließbar ist. Darüber hinaus soll die Auswerteschaltung busfähig sein.

Diese Aufgabe wird durch eine Auswerteschaltung nach An­ spruch 1 gelöst. Dadurch, daß als Last ein Sensorelement an die Sekundärwicklung eines Übertragers angeschlossen ist, ist eine galvanische Trennung zwischen dem Sensorelement und der entsprechenden Auswerteschaltung gegeben. Hierbei wird die Dämpfung eines Übertragers ausgewertet, also ein ohmscher Widerstand, der infolge veränderten Stromflusses an einem Meßwiderstand zu einer Spannungsveränderung führt, die mittels eines Spitzenwertgleichrichters ausgewertet wird. Damit ist einerseits ein ebenso wirksamer, wie not­ wendiger Schutz für insbesondere hochempfindliche Sensor­ elemente gegen etwaige in der Auswerteschaltung auftretende Überspannungen gegeben und andererseits ist auch in umge­ kehrter Richtung die Aus­ werteschaltung gegenüber Störeinflüssen, die auf diese über das Sensorelement einwirken können, geschützt.

Nach Anspruch 2 ist die Auswerteschaltung busfähig. Hier­ durch ist die Auswerteschaltung insbesondere zum Einsatz in modernen Gebäudeinstallationssystemen geeignet. Der Eich­ vorgang der Auswerteschaltung kann komfortabel über eine ebenfalls an den Bus anschließbare programmierbare Rechen­ einheit erfolgen. Die Auswertung der von der Auswerteschal­ tung an den Busankoppler übermittelten Daten kann mittels des einen Speicher und ein Logikteil umfassenden Prozessors der Busankopplung durchgeführt werden.

Dadurch, daß die von der Busankopplung abgegebenen Impulse über einen Impulsverstärker auf den Steuereingang eines Schaltelementes wirken, ist eine klare Trennung zwischen den zur Durchführung der Messung benötigten Steuersignalen und den einem Meßergebnis proportionalen Meßsignalen gege­ ben. Die Steuersignale sind die an dem Steuereingang des Schaltelementes anliegenden Signale, wohingegen die Meßsi­ gnale im Lastkreis des Schaltelementes anliegen. Eine et­ waige Amplitudenschwankung der Steuersignale beeinflußt da­ her nicht das Meßergebnis.

Dadurch, daß zwischen dem Impulsverstärker und dem Steuer­ eingang des Schaltelementes eine Schutzbeschaltung angeord­ net ist, wird erreicht, daß, falls der die Steuersignale abgebende Prozessor der Busankopplung in Folge eines Feh­ lers anstelle der benötigten Steuersignale einen Kon­ stantpegel liefert, das Schaltelement ausgeschaltet wird und somit die Messung abgebrochen wird. In diesem Fall wirkt die in der Schutzbeschaltung befindliche Kapazität wie eine Leitungsunterbrechung, so daß der fälschlicher­ weise erzeugte Konstantpegel nicht an den Steuereingang des Schaltelementes gelangt.

Nach Anspruch 5 ist ein Eichschalter vorgesehen, dessen Be­ tätigung eine Eichroutine für die Auswerteschaltung aus­ löst. Hierdurch ist mittels des Prozessors der Busankopp­ lung eine automatische Kalibrierung der gesamten Anlage möglich.

Gemäß Anspruch 6 ist zusätzlich wenigstens eine Leuchtdiode vorgesehen. Bei entsprechender Dimensionierung zeigt die Diode dem Benutzer besonders signifikante Meßergebnisse, wie insbesondere das Überschreiten vorher definierter Tole­ ranzschwellen an. Hierdurch ist eine schnelle und über­ sichtliche Information des Benutzers möglich. Dies ist ins­ besondere bei der Fehlerdiagnose ein wichtiges Hilfsmittel.

Nach Anspruch 7 ergibt sich eine vorteilhafte Verwendung der Auswerteschaltung insbesondere in Verbindung mit Feuch­ tesensoren.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung ist mit einem einen Prozessor mit einem Speicher und einem Logikteil umfassen­ den Busankoppler 1 verbunden. An den Busankoppler 1 ist ein Impulsverstärker 2 angeschlossen, dessen Ausgangssignal über eine Schutzbeschaltung 6 am Steuereingang eines steu­ erbaren Schaltelementes 3 anliegt. An das Schaltelement 3 ist einerseits die Primärwicklung 51 eines Übertragers 5 mit einem parallelen Freilaufzweig 17 und andererseits ein Meßwiderstand 4 angeschlossen. Die Primärwicklung 51 des Übertragers 5 ist über eine Versorgungszuleitung 14 eben­ falls mit dem Busankoppler 1 verbunden. An die Versorgungs­ zuleitung 14 sind mehrere kapazitive Filter 19 und ein ohmsch-kapazitiver Teiler 23, der mit einem Typenerken­ nungsanschluß 18 des Busankopplers 1 verbunden ist, ange­ schlossen.

Zwischen dem steuerbaren Schaltelement 3 und dem Meßwider­ stand 4 ist ein Spitzenwertgleichrichter 10 angeschlossen, dessen Ausgangssignal über einen Signalverstärker 11 und einen an den Signalverstärker 11 angeschlossenen Schutzwi­ derstand 20 dem Busankoppler 1 zugeleitet wird. Der Si­ gnalverstärker 11 umfaßt einen Operationsverstärker 21. In der Rückkopplung des Operationsverstärkers 21 sind einander parallel ein Rückkopplungswiderstand 12 und eine Rückkopp­ lungskapazität 22 angeordnet, wobei die Rückkopplung an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 21 ange­ schlossen ist und dieser invertierende Eingang des Operati­ onsverstärkers 21 zusätzlich mit einem an Erdpotential lie­ genden Widerstand 13 verbunden ist. Die Betriebsspannung des Operationsverstärkers 21 wird an der Versorgungszulei­ tung 14 abgegriffen. An diesen Versorgungsanschluß des Ope­ rationsverstärkers 21 ist zusätzlich über einen Widerstand ein Eichschalter 15 und über einen weiteren Widerstand eine Leuchtdiode 16 angeschlossen. Sowohl der Eichschalter 15 als auch die Leuchtdiode 16 sind jeweils direkt mit dem Busankoppler 1 verbunden. Die Leuchtdiode 16 ist kathoden­ seitig an den Busankoppler 1 angeschlossen. Es ist jedoch auch möglich, die Anode der Leuchtdiode 16 mit einem zwischengeschalteten Übergangswiderstand an den Busan­ koppler 1 anzuschließen.

An die Sekundärwicklung 52 des Übertragers 5 ist als Sen­ sorelement ein Flüssigkeitswächter 7 angeschlossen. Der Flüssigkeitswächter 7 weist eine Elektrodenstrecke 9 und einen Parallelwiderstand 8 auf.

Im folgenden wird die Funktion dieser Auswerteschaltung nä­ her erläutert. Der Prozessor des Busankopplers 1 oder ein gesonderter Impulsgeber sendet Impulse, beispielsweise in Form eines Rechtecksignales, an den Impulsverstärker 2. Der Impulsverstärker 2 verstärkt die empfangenen Impulse der­ art, daß am Ausgang des Impulsverstärkers 2 den empfangenen Impulsen proportionale Steuersignale für das steuerbare Schaltelement 3 anstehen. Diese Steuersignale werden über die Schutzbeschaltung 6 an den Steuereingang des Schalt­ elementes 3 gegeben. Der in der Schutzbeschaltung 6 angeordnete Kondensator bewirkt, daß ein im Falle einer Störung anliegender Konstantpegel nicht dauerhaft an den Steuereingang des Schaltelementes 3 gelangt. Zusätzlich weist die Schutzbeschaltung 6 eine Diode und einen dieser parallelen Widerstand zur Entladung des Kondensators auf.

Das Schaltelement 3 schaltet demnach in Abhängigkeit der von einer übergeordneten Reglung vorgegebenen Impulse den über die Versorgungszuleitung 14 der Primärwicklung 51 des Übertragers 5 zugeführten Strom pulsierend ein und aus. Wird der Strom ausgeschaltet, so wird die in der Primär­ wicklung 51 des Übertragers 5 gespeicherte Energie in dem Freilaufzweig 17 abgebaut. Ist jedoch der Strom einge­ schaltet, so fällt an dem Meßwiderstand 4 eine der Höhe dieses Stromes proportionale Spannung ab. Diese in Ab­ hängigkeit von den Ein- und Ausschaltzeiten des Schalt­ elementes 3 pulsierende Spannung wird abgegriffen und dem Spitzenwertgleichrichter 10 zugeführt. Am Ausgang des Spit­ zenwertgleichrichters 10 steht jeweils eine Gleichspannung an, deren Höhe der höchsten zuletzt empfangenen Spannungs­ amplitude proportional ist. Diese Spannung wird über den Signalverstärker 11 und den Schutzwiderstand 20 den Busankoppler 1 zugeleitet. Der Verstärkungsfaktor des Si­ gnalverstärkers 11 wird über das Widerstandverhältnis zwi­ schen dem Rückkopplungswiderstand 12 und dem Widerstand 13 eingestellt.

Es wird also über die Versorgungszuleitung 14 ein Strom zu­ nächst konstanter Amplitude durch die Primärwicklung 51 des Übertragers 5 geleitet. Das Schaltelement 3 schaltet in Ab­ hängigkeit eines konstant vorgegebenen Impulsmusters diesen Strom. Die Höhe der entstehenden Stromimpulse wird über den Meßwiderstand 4, den Spitzenwertgleichrichter 10 und den Signalverstärker 11 dem Busankoppler 1 übermittelt.

Erst durch den Anschluß einer Überwachungseinrichtung, bei­ spielsweise des Flüssigkeitswächters 7, an die Sekundär­ wicklung 52 des Übertragers 5 wirkt eine äußere Einfluß­ größe auf dieses geschlossene System ein. Der Flüssig­ keitswächter 7 umfaßt im wesentlichen eine Parallelschal­ tung aus einem Widerstand 8 und einer Elektrodenstrecke 9, wobei der Widerstand der Elektrodenstrecke 9 sich in Abhän­ gigkeit der zwischen den Elektroden befindenden Flüssig­ keit, bzw. der leitfähigen Ionen, ändert. Hierdurch ist der Flüssigkeitswächter 7 eine an die Sekundärwicklung 52 des Übertragers 5 angeschlossene Last, deren Größe sich in Ab­ hängigkeit der zwischen den Elektroden der Elektroden­ strecke 9 befindlichen Flüssigkeit ändert. Mit zunehmender Feuchtigkeit nimmt die Anzahl der leitfähigen Ionen zwi­ schen den Elektroden der Elektrodenstrecke 9 zu. Die an die Sekundärwicklung 52 angeschlossene Last wird damit kleiner. Durch die Veränderung der an den Übertrager 5 angeschlosse­ nen Last ändert sich die Dämpfung des Übertragers 5. Oder anders ausgedrückt: da nun in der Sekundärwicklung, infolge der verminderten angeschlossenen Last ein größerer Strom fließt, ist auch der Stromfluß in der Primärwicklung 51 des Übertragers 5 erhöht. Hierdurch steigt auch die Amplitude der am Meßwiderstand 4 abfallenden Spannungsimpulse.

Ein etwaiger Kabelbruch in der Verbindung zwischen der Sekundärwicklung 52 des Übertragers 5 und dem Flüssigkeits­ wächter 7 kommt einem Lastabwurf gleich. In der Sekundär­ wicklung 52 des Übertragers 5 wird kein oder kaum noch Strom fließen, so daß auch der Stromfluß in der Primärwicklung 51 des Übertragers 5 erheblich reduziert oder ganz zu Null wird.

Somit liefert die Auswerteschaltung im stationären Normal­ betrieb eine Spannung konstanter Amplitude an die Schnitt­ stelle 1 der Busankopplung.

Ein etwaiger Wassereintritt führt zum Überschreiten eines oberen Schwellwertes und ein Kabelbruch zum Unterschreiten eines unteren Schwellwertes. Beide Schwellwerte können zuvor in einem Speicherelement des Busankopplers 1 abgelegt werden. Zusätzlich wird das Überschreiten von diesen Schwellwerten durch die Leuchtdiode 16 angezeigt.

Über den Eichschalter 15 wird eine vom Prozessor des Busankopplers 1 gesteuerte Eichroutine für die Auswerte­ schaltung ausgelöst. Über den ohmsch-kapazitiven Teiler 23 und den Typenerkennungsanschluß 18 erfolgt eine automati­ sche Erkennung der jeweils angeschlossenen Auswerteschal­ tung durch den Prozessor des Busankopplers 1.

Diese zum Einsatz in modernen Installationssystemen geeig­ nete Auswerteschaltung ermöglicht den galvanisch getrennten Anschluß von empfindlichen Sensorelementen an ein solches System. Die galvanische Trennung schützt umgekehrt die Aus­ werteschaltung und das Gebäudeinstallationssystem vor uner­ wünschten Fremdspannungen. Dieser Vorteil der galvanischen Trennung zwischen der Sensorik und der angeschlossenen Aus­ wertung kann durch die erfindungsgemäße Auswerteschaltung überall dort erzielt werden, wo ein Meßergebnis zu einer proportionalen Widerstandsänderung führt. Beispielsweise ist auch eine Temperaturüberwachung durch Temperaturwächter in Verbindung mit temperaturabhängigen Widerständen denk­ bar.

Claims (7)

1. Auswerteschaltung, bei der ein Sensorelement als Last an die Sekundärwicklung (52) eines Übertragers (5) ange­ schlossen ist und die Primärwicklung (51) dieses Übertrages (5) mit vorgebbaren Stromimpulsen beaufschlagbar ist, wobei die Stromimpulse einem Meßwiderstand (4) zugeführt sind, an den ein Spitzenwertgleichrichter (10) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des Spitzenwertgleichrichters (10) mit einem Signalverstärker (11) verbunden ist.

2. Auswerteschaltung nach Anspruch 1, deren Aus- und Ein­ gänge jeweils mit einem Busankoppler (1) verbindbar sind, wobei der Signalverstärker (11) und der Spitzenwertgleich­ richter (10) mit ihren Versorgungsanschlüssen mit einer Versorgungsleitung (14) verbunden sind, wobei diese Ver­ sorgungszuleitung (14) einerseits an den Busankoppler (1) angeschlossen ist und andererseits mit der Primärwicklung (51) des Übertragers (5) verbunden ist.

3. Auswerteschaltung nach Anspruch 1 und/oder 2, bei der der Busankoppler (1) einen Impulsausgang aufweist, der mit dem Impulsverstärker (2) verbunden ist, wobei der Ausgang des Impulsverstärkers (2) auf den Steuereingang eines Schaltelements (3) geschaltet ist, wobei mittels dieses Schaltelements (3) die Primärwicklung (51) des Übertragers (5) mit einem Stromimpuls beaufschlagbar ist.

4. Auswerteschaltung nach Anspruch 2 und/oder 3, bei der zwischen dem Impulsverstärker (2) und dem Steuereingang des Schaltelementes (3) eine Schutzbeschaltung (6) angeordnet ist.

5. Auswerteschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, bei der unmittelbar an den Busankoppler (1) ein Eichschalter (15) angeschlossen ist.

6. Auswerteschaltung nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, bei der an den Busankoppler (1) wenig­ stens eine Leuchtdiode (16) kathodenseitig angeschlossen ist, die anodenseitig über einen Widerstand mit der Versor­ gungszuleitung (14) für die Primärwicklung (51) des Über­ tragers (5) verbunden ist.

7. Verwendung der Auswerteschaltung nach einem oder mehre­ ren der vorhergehenden Ansprüche zur Auswertung von Meß­ signalen eines an die Sekundärwicklung (52) des Übertragers (5) anschließbaren Flüssigkeitswächters (7), wobei der Flüssigkeitswächter (7) eine Elektrodenstrecke (9) mit ei­ nem hierzu parallelen Widerstand (8) aufweist.