DE4441445A1 - Potentialgetrennte Meßwerterfassung - Google Patents

Potentialgetrennte Meßwerterfassung

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    • G—PHYSICS
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrkanaliges Analog-Meßwerterfassungsgerät, bei dem die einzelnen Eingänge hintereinander auf einen zentralen Analog-Digital- Wandler geschaltet werden. Eine solche Einrichtung wird auch als Datenlogger bezeichnet.
Die erfaßten Analogwerte sind elektrische Spannungen oder Ströme, deren Amplitude den Meßwert repräsentieren. Die Meßwerte werden nach der Analog- Digital-Wandlung einem verarbeitenden System zugeführt. Dort werden die Analog- Meßwerte, z. B. zur Anzeige, Speicherung, Überwachung, weiter verarbeitet.
Bei solchen Meßwerterfassungssystemen ist eine Potentialtrennung der an den Eingängen liegenden elektrischen Signale anzustreben. Diese Potentialtrennung sollte die einzelnen Kanäle untereinander trennen sowie von der Versorgungsspannung des nachfolgenden verarbeitenden Systems und vom nachfolgenden verarbeitenden System selbst.
Eine solche Potentialtrennung wird jedoch häufig nicht realisiert, weil die bekannten Lösungen entweder zu aufwendig oder zu ungenau sind.
Herkömmliche galvanische Entkopplungen enthalten für jeden Analogkanal einen speziellen Potentialtrenner, bei dem die Potentialtrennung durch einen Hochfrequenztransformator oder optisch realisiert ist.
Als Schaltelemente zum nacheinander Durchschalten der einzelnen Kanäle auf einen zentralen AD-Wandler werden entweder elektronische Multiplexer oder Relais (Scanner) verwendet.
Die Erfindung bezieht sich auf Meßwerterfassungssysteme, die mit Relais zum Durchschalten der Kanäle (Scannen) ausgestattet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zuvor geschilderten Nachteile zu beseitigen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Relaiskontakte am Eingang der einzelnen Kanäle hardware- oder softwaremäßig gesteuert werden, daß nur ein Kanal gleichzeitig am Eingang des nachgeschalteten AD-Wandlers anliegen kann. Wenn also die Kontakte eines durchgeschalteten Kanales sich wieder öffnen muß eine gewisse Zeit verstreichen, bis die Kontakte des nachfolgenden Kanals geschlossen werden. Dies kann durch eine hardwaremäßige Verriegelung oder durch die Software der steuernden Einrichtung erfolgen. Zur Erfindung gehört in gleicher Weise, daß die in der Meßkette unmittelbar folgenden elektronischen Baugruppen potentialgetrennt von weiteren folgenden Baugruppen sind und die Versorgungsspannungen dieser unmittelbar folgenden elektronischen Baugruppen potentialfrei sind.
Dadurch, daß dies so gemacht wird, entsteht ein vom Rest des Systems potentialgetrennter Bereich, der potentialfrei, also potential-ungebunden (schwebend) ist. Sobald dieser Bereich über die Schaltkontakte mit dem Eingangssignal eines Kanales galvanisch gekoppelt wird, nimmt dieser Bereich das Potential des Eingangssignales an. Dadurch kann der Meßwert fehlerfrei übertragen werden.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Bilder 1 und 2 näher beschrieben:
Bild 1 zeigt eine Lösung, bei der der zentrale Analog-Digital-Wandler 8 und ein Verstärker 7 in den potentialungebundenen Bereich einbezogen sind.
1, 2 und 3 sind Eingangskanäle, an denen die Meßsignale anliegen und somit dem Meßwerterfassungssystem zugeführt werden. 4, 5, 6 sind jeweils Kontaktpaare. Jedes Kontaktpaar wird gemeinsam geschlossen und geöffnet. 7 ist ein Verstärker und 8 der zentrale Analog-Digital-Wandler. 9 ist das steuernde System, vorzugsweise ein Mikrocomputer. 10 ist das Netzteil, das das Meßwerterfassungsgerät mit Spannung versorgt. 11 ist ein DC-DC-Wandler, der auf den Leitungen 15 eine potentialfreie Versorgungsspannung zur Verfügung stellt. 12, 13 sind Opto-Koppler, die die digitalen Verbindungen 16, 18 galvanisch entkoppeln. 17 ist die Datenleitung, mit der der Analog-Digital-Wandler 8 mit dem Mikrocomputer 9 verbunden ist. 16 und 18 sind Steuerleitungen, die die gewünschte Verstärkung des Analogsignales und seine Analog-Digital-Wandlung bewirken.
Das System kann als eine Meßkette betrachtet werden, in der die Analogsignale an den Analogeingängen 1, 2, 3 über die Kontaktpaare 4 oder 5 oder 6 über den Verstärker 7 und über den zentralen Analog-Digital-Wandler 8 an den Mikrocomputer 9 weitergereicht werden.
Die Funktion ist folgende:
Die Meßwerte der Analog-Eingänge 1, 2, 3 werden der Reihe nach durch die Kontaktpaare 4, 5, 6 an den Eingang des Verstärkers 7 gelegt.
Der Verstärker 7 wird durch das Computersystem 9 über die Steuerleitung 18 gesteuert. Durch die Steuerung kann kanalabhängig die Verstärkung des Verstärkers 7 geändert werden. Das verstärkte Signal wird dem Analog-Digital-Wandlers 8 zugeführt. Das Computersystem 9 steuert über die Steuerleitung 16 die Konversion des Analog-Digital-Wandlers 8.
Das konvertierte, also digitalisierte Analogsignal wird über die Datenleitung 17 dem Computersystem 9 zugeführt.
Die Steuerleitungen 16,18 sind durch die Opto-Koppler 12, 13 potentialgetrennt. Die Datenleitung 17 ist durch den Opto-Koppler 14 potentialgetrennt. Der DC-DC- Wandler 11 stellt auf den Leitungen 15 eine potentialfreie Versorgungsspannung zur Verfügung. Damit werden der Verstärker 7 und der Analog-Digital-Wandlers 8 gespeist.
Der Mikrocomputer 9 erhält seine Versorgungsspannung über die Leitungen 19. Die Spannung ist nicht galvanisch entkoppelt.
Somit sind die Baugruppen Verstärker 7 und zentraler Analog-Digital-Wandler 8 vollständig vom Restsystem potentialgetrennt (schwebend). Sobald dieser Teil der Meßkette durch die Kontaktpaare alternativ 4, 5, 6 mit dem Analog-Signal am Eingang alternativ 1, 2, 3 verbunden wird, nehmen diese Baugruppen das Potential des Meßsignales an, und der Meßwert wird unverfälscht weitergeleitet.
Bild 2 zeigt eine Lösung, bei der die galvanische Entkopplung mit Hilfe eines analogen Potentialtrenners 7 realisiert wird.
1, 2 und 3 sind Eingangskanäle, an denen die Meßsignale anliegen und somit dem Meßwerterfassungssystem zugeführt werden. 4, 5, 6 sind jeweils Kontaktpaare. Jedes Kontaktpaar wird gemeinsam geschlossen und geöffnet. 7 ist ein analoger Potentialtrenner. Die Baugruppe 8 enthält den zentralen Analog-Digital-Wandler und eventuell weitere Baugruppen zur Verstärkung und zur Systemsteuerung. 10 ist das Netzteil, das das Meßwerterfassungsgerät mit Spannung versorgt. 11 ist ein DC- DC-Wandler, der auf den Leitungen 12 eine potentialfreie Versorgungsspannung zur Verfügung stellt.
Das Netzteil 10 versorgt über die Leitungen 13 die Baugruppe 8 und den rechten Teil des analogen Potentialtrenners 7 mit einer nicht potentialfreien Versorgungsspannung.
Die Funktion ist folgende:
Die Meßwerte der Analog-Eingänge 1, 2, 3 werden der Reihe nach durch die Kontaktpaare 4, 5, 6 an den Eingang des analogen Potentialtrenners 7 gelegt.
Der linke Teil des analogen Potentialtrenners 7 wird mit einer potentialfreien Versorgungsspannung über den DC-DC-Wandler 11 und den Leitungen 12 versorgt. Dadurch ist der linke Teil des analogen Potentialtrenners 7 nicht potentialgebunden (schwebend). Sobald der linke Teil des analogen Potentialtrenners 7 durch die Kontaktpaare alternativ 4, 5, 6 mit dem Analog-Signal am Eingang alternativ 1, 2, 3 verbunden wird, nimmt der linke Teil des analogen Potentialtrenners 7 das Potential des Meßsignales an, und der Meßwert wird unverfälscht weitergeleitet.
Der analoge Potentialtrenner 7 übernimmt nun die Aufgabe der Potentialtrennung des Meßsignales und leitet das Meßsignal über die Leitungen 9 auf den potentialgebunden Teil der Einrichtung 8.

Claims (1)

  1. Mehrkanaliges Meßwerterfassungsgerät mit Analogeingängen mit je zwei mechanischen, relaisgesteuerten Kontakten am Eingang jedes Kanales, wobei die Kanäle der Reihe nach durchgeschaltet werden, so daß die Analogwerte an den Eingängen der einzelnen Kanäle an einen zentralen Analog-Digital-Wandler weitergegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß hardware- oder softwaremäßig eine Verriegelung vorgesehen ist, die dafür sorgt, daß nach jedem Schaltzyklus eine Pause eingelegt wird, in der kein Kanal durchgeschaltet ist und daß die in der Meßkette unmittelbar folgenden elektronischen Baugruppen potentialgetrennt von weiteren folgenden Baugruppen sind und die Versorgungsspannungen dieser unmittelbar folgenden elektronischen Baugruppen potentialfrei sind.
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