DE69528207T2

DE69528207T2 - Kontinuierlich selbstkalibrierender Temperaturregler

Info

Publication number: DE69528207T2
Application number: DE69528207T
Authority: DE
Inventors: Gene A. Benton
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 1994-01-05
Filing date: 1995-01-02
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2015-01-03
Also published as: JPH07306064A; JP2593059B2; EP0670481A1; US5519644A; CA2139392C; DE69528207D1; AU687468B2; CA2139392A1; EP0670481B1; AU8167194A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Mess- und Regelsysteme, die bei verschiedenartigen industriellen und wissenschaftlichen Verfahren angewandt werden können. Im Besonderen betrifft sie einen Mehrkreis-Temperaturregler, der in automatisierten Blutkulturen-Systemen oder in anderen medizinischen und biologischen Testsystemen Verwendung findet, bei denen eine genaue Temperaturregelung notwendig ist.
Noch genauer betrifft die Erfindung ein sich fortlaufend eichendes Messsystem, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 festgelegt ist.
Ein derartiges System ist in EP-A-0,120.102 geoffenbart. Dieses System gemäß dem Stand der Technik weist eine einzige Stromquelle auf, die wahlweise mit jedem Fühler aus einer Vielzahl von Fühlern (temperaturabhängigen Widerständen) sowie mit jeder Eichstufe aus einer Vielzahl von Eichelementen (Bezugswiderständen) über einen einzigen Eingangs-Multiplexer verbunden werden kann. Die Fühler und die Eichelemente werden über einen ersten bzw. einen zweiten Ausgangs-Multiplexer wahlweise mit einer Messstufe verbunden. Jeder Fühler oder jedes Eichelement ist über ein erstes bzw. zweites Paar von Kabeln oder Leitern mit der Stromquelle und der Messstufe verbunden. Weiters werden bei diesem System gemäß dem Stand der Technik die Spannungsabfälle an den Leitern oder Kabeln, die jeden Fühler (Eichelement) mit der Messstufe verbinden, zum wahren Signal addiert, bei dem es sich um jene Spannung handelt, die tatsächlich am Fühler (Eichelement) entwickelt wird, wobei dadurch die Messung ungenau werden kann.
Andere Messsysteme, die eine einzige Stromquelle aufweisen, sind in US-A-4,122.719 und DE-A-33 13 559 geoffenbart.
Auf den Gebieten einer industriellen und wissenschaftlichen Verfahrenssteuerung treten viele Situationen auf, bei den es notwendig ist, dass eine genaue Regelung von einem oder mehreren Parametern aufrecht erhalten wird, beispielsweise der Temperatur. Dies erfolgt typisch dadurch, dass die interessanten Parameter fortlaufend gemessen und ein gewünschter Einstellwert des Parameters aufrecht erhalten werden, wobei eine Art System mit geschlossenem Regelkreis verwendet wird, beispielsweise eine Integrier/Differenzier-Proportionalregelstufe (PID- Regelstufe). Bei automatisierten Blutkulturen-Systemen handelt es sich beim interessanten Parameter beispielsweise um die Temperatur, wobei das Regelsystem so aufgebaut ist, um eine bestimmte Einstelltemperatur (üblicherweise 35ºC) aufrecht zu erhalten, die für das Wachstum und das Entdecken von Bakterien und anderen Mikroorganismen zu bevorzugen ist.
Beim automatisierten BACTEC®-Blutkulturen-System, das von Becton Dickinson and Company, dem Anmelder der vorliegenden Erfindung, entwickelt wurde, werden einzelne Blutproben, von denen eine Kultur angelegt werden soll, in Teströhrchen gegeben, die innen mit einer Zusammensetzung beschichtet sind, die beim Vorhandensein von Kohlendioxyd (CO&sub2;) fluoresziert, das von Mikroben erzeugt wird. Die Teströhrchen werden in einem geschlossenen Schrank oder Gehäuse angeordnet, der auf eine vorgegebene Temperatur (vorzugsweise 30ºC) erwärmt wird, die etwas niedriger als die gewünschte Teströhrchentemperatur ist, wobei sie in Gestellen gehalten werden, die getrennt erwärmt werden, um die gewünschte Teströhrchentemperatur von 35ºC zu erzeugen. Die Teströhrchen werden in einzelnen Hohlräumen oder Senken aufgenommen, die in den Gestellen ausgebildet sind, wobei sie durch ein fortlaufendes Drehen geschüttelt werden, um das Wachstum von Mikroorganismen zu unterstützen. Jeder Hohlraum enthält eine Leuchtdiode (LED) und einen mit dieser zusammenwirkenden Fotodioden-Fühler mit geeigneten Filtern, um die LED und die Fotodiode auf bestimmte Wellenlängen des Lichts einzuschränken. Die LED dient als Reizquelle, um das auf CO&sub2; ansprechende Material am Boden des Teströhrchens zum Fluoreszieren zu bringen, wobei der Fotodioden-Fühler dazu verwendet wird, um dieses Fluoreszieren zu erkennen, um eine Anzeige zu liefern, dass im Teströhrchen ein bestimmtes Niveau des Wachstums von Bakterien oder Pilzen entstanden ist. Dadurch, dass das Wachstum von Mikroorganismen auf diese Weise ermittelt wird, kann das Blutkulturen-System automatisch rechnergesteuert arbeiten, ohne dass eine fortlaufende Überwachung durch den Menschen notwendig ist. Beim BACTEC®-System ist jeder Schrank so aufgebaut, dass er bis zu sechs Gestelle aufnehmen kann, die bis zu 240 einzelne Teströhrchen halten, wobei mehrere Schränke von einem einzigen Rechner überwacht werden können.
Die Genauigkeit eines automatisierten Blutkulturen-Systems, wie es oben beschrieben wurde, hängt zu einem großen Teil davon ab, ob bei jedem Teströhrchen eine genau geregelte Temperatur aufrecht erhalten wird. Dies erfolgt dadurch, dass jedes Gestell mit einem getrennten Heizelement und einem getrennten Temperaturfühler versehen wird, wobei die Heizelemente und die Temperaturfühler mit einem Temperaturregelsystem mit geschlossenem Regelkreis verbunden werden, das mikroprozessorgesteuert arbeitet. Anstelle der Verwendung eines getrennten Regelsystems für jedes Gestell oder Regelkreis kann auch ein Mehrkreis-Regelsystem vorgesehen sein, bei dem der Mikroprozessor dazu dient, um zeitlich versetzt (time-shared) alle Temperaturkreise im Wesentlichen gleichzeitig zu regeln. Die Prozessorgeschwindigkeit von derzeit verfügbaren Mikroprozessoren ist ausreichend schnell, so dass man auch dann eine genaue Temperaturregelung erhalten kann, wenn eine relativ große Anzahl von Gestellen oder Kreisen geregelt wird.
Um einen zeitlich versetzten Betrieb bei einer Temperaturregelung zu ermöglichen, müssen einige Einrichtungen vorgesehen werden, um periodisch oder zyklisch Temperaturablesungen von den einzelnen Temperaturfühlern zu erhalten. Wenn eine genaue Temperaturregelung erforderlich ist, muss die Intervallzeit ziemlich kurz sein, so dass irgendwelche Temperaturabweichungen rasch erfasst und korrigiert werden können. Ein zeitlich versetzter Betrieb mit einer Vielzahl von Fühlern kann jedoch Schwierigkeiten aufweisen, wenn bestimmte Arten von Temperaturfühlern verwendet werden, beispielsweise Temperaturelemente mit einem Platinwiderstand. Widerstands-Temperaturelemente (RTD) können Temperaturen mit großer Genauigkeit abtasten, doch handelt es sich um passive Elemente, die eine Spannungsquelle benötigen, um einen Ausgang zu erzeugen, der die abgetastete Temperatur kennzeichnet. Dies kann man dadurch erreichen, dass man jedes Widerstands-Temperaturelement in eine Widerstandsbrücke legt, wobei die Ausgangsspannung der Brücke dazu verwendet wird, um die abgetastete Temperatur zu kennzeichnen. Dieser Aufbau ist jedoch bei Multiplexer-Systemen nicht nur deshalb von Nachteil, weil eine große Anzahl von Bauelementen erforderlich ist, die für die verschiedenen Brückenschaltungen verwendet werden, sondern auch deshalb, weil kleine Unterschiede bei nominell identen Bauelementen die Genauigkeit der Temperaturmessung wesentlich beeinflussen können. Weiters muss der Brückenausgang eines jeden Fühlers in einen digitalen Wert umgesetzt werden, damit ihn der Mikroprozessor verwenden kann, wobei dies unter Verwendung eines bestimmten Analog/Digital-Umsetzers (A/D-Umsetzers) erfolgte, der als Spannungs/Frequenz-Umsetzer (V/F-Umsetzer) bekannt ist, um die Brückenspannung in einen Frequenzwert umzusetzen, der dann vom Mikroprozessor in einen digitalen Temperaturwert umgesetzt wird. Da es unpraktisch ist, für jeden Temperaturfühler einen getrennten V/F-Umsetzer vorzusehen, wird ein Multiplexer verwendet, um dieses Bauelement unter den verschiedenen Fühlern umzuschalten. Unglücklicherweise kann der Multiplexer selbst Fehler bei der Temperaturmessung einführen, die durch Leckströme innerhalb des Multiplexers entstehen.
Im Allgemeinen kann die Eichung dazu verwendet werden, um bestimmte Fehlerarten zu beseitigen oder herabzusetzen, die in Temperatur-Mess- und -Regelsystemen auftreten können. Wenn die Eichung nur während des Einschaltintervalls am Beginn erfolgt, werden einige Fehlerarten (beispielsweise der Temperaturgang von Bauelementwerten) nicht korrigiert. Weiters ist die Eichung nur bis zu dem Grad wirksam, dass die gleichen Bauelemente und Innenverbindungen, die während des tatsächlichen Messvorgangs verwendet werden, auch während des Eichvorgangs verwendet wurden, so dass irgendwelche Fehler, die von diesen Bauelementen und Innenverbindungen stammen, berücksichtigt werden. Wenn sich einige oder alle Bauelemente und Innenverbindungen, die dazu verwendet werden, um die Messeinrichtung zu eichen, von jenen Bauelementen und Innenverbindungen unterscheiden, die während des Messvorgangs verwendet werden, bleiben mögliche Ungenauigkeiten bestehen.
Wie oben erwähnt, wurden früher Spannungs/Frequenz-Umsetzer (V/F-Umsetzer) verwendet, um die analogen Spannungssignale der RTD-Fühler in Frequenzen umzusetzen, die für die Verarbeitung ihrerseits in digitale Temperaturwerte umgesetzt wurden. Obwohl es sich dabei um ein nützliches Verfahren handelt, um analoge RTD-Ausgänge in digitale Temperaturwerte umzusetzen, liefern bestimmte neuere Arten von Analog/Digital-Umsetzern (A/D-Umsetzern) eine viel größere Umsetzgenauigkeit als V/F- Umsetzer. Im Besonderen liefern A/D-Umsetzer im Sigma-Delta Verfahren oder im Ladungsausgleichs-Verfahren eine höhere Auflösung und einen kleineren Nichtlinearitätsfehler als V/F-Umsetzer. A/D-Umsetzer im Sigma-Delta Verfahren enthalten auch interne digitale Filter, die eine exzellente Ausfilterung der Netzfrequenz-Störungen liefern, die im Verlauf von RTD-Leitungen auftreten können. Unglücklicherweise macht es die relativ lange Einstellzeit des digitalen Filters bei einem A/D-Umsetzer im Sigma-Delta Verfahren schwierig, einen derartigen Umsetzer in einem Messsystem oder Regelsystem mit zeitlich versetztem Betrieb zu verwenden, da die Daten an den Ausgängen des A/D-Umsetzers nicht rasch genug bereitstehen, um eine schnelle Intervallzeit für das System als Ganzes aufrecht zu erhalten. Idealerweise wäre es daher wünschenswert, dieses Hindernis dadurch zu überwinden, dass die A/D-Umsetzer im Sigma-Delta Verfahren mit ihren Vorteilen einer hohen Auflösung, eines kleinen Nichtlinearitätsfehlers und einer überragenden Ausfilterung in zeitversetzten Mess- und Regelsystemen verwendet werden können, ohne dass übermäßig lange Intervallzeiten erforderlich sind.
Ein Gegenstand der Erfindung ist es, ein verbessertes, sich fortlaufend eichendes Messsystem zu liefern, wie es oben erwähnt wurde.
Diese und andere Gegenstände werden gemäß der Erfindung mit einem System erreicht, wie es im Anspruch 1 festgelegt ist.
Weiters ist die vorliegende Erfindung auf ein neues, verbessertes Verfahren für den Betrieb eines Messsystems gerichtet, dessen Hauptmerkmale im Anspruch 13 festgelegt sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die verschiedenen Vorteile und neuen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt:
Fig. 1 den Schrägriss eines automatisierten Blutkulturen-Systems, bei dem eine Mehrkreis-Temperaturregelstufe gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wobei eine der Türen des Inkubatorschranks geöffnet dargestellt ist, um die inneren Gestelle und die Teströhrchen zu zeigen;
Fig. 2 vergrößert das Bedienungsfeld für die Temperaturregelung, das im Blutkulturen-System von Fig. 1 verwendet wird, wobei dargestellt ist, wie die einzelnen Kreise oder Gestelltemperaturen angezeigt werden;
Fig. 3 das Blockschaltbild einer digitalen Schaltkreiskarte bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Mehrkreis-Temperaturregelstufe gemäß der vorliegenden Erfindung, zusammen mit bestimmten Eingangs- und Ausgangs- Bauelementen, die mit dieser Schaltkreiskarte verbunden sind;
Fig. 4 das Blockschaltbild einer analogen Schaltkreiskarte, die in einer bevorzugten Ausführungsform einer Mehrkreis-Temperaturregelstufe verwendet wird, gemäß der vorliegenden Erfindung, zusammen mit den Widerstands- Temperaturelementen (RTD) und den Eichwiderständen, die die Eingänge zu dieser Schaltkreiskarte bilden;
Fig. 5 und 6 gemeinsam ein ausführliches Schaltbild der digitalen Schaltkreiskarte von Fig. 3;
Fig. 7 ein ausführliches Schaltbild der analogen Schaltkreiskarte von Fig. 4;
Fig. 8 ein Flussdiagramm, in dem dargestellt ist, wie der auf der digitalen Schaltkreiskarte von Fig. 3, 5 und 6 verwendete Mikroprozessor programmiert ist, um die Funktion des Startens, Eichens und Temperaturmessens auszuführen; und
Fig. 9 und 10 Flussdiagramme, in denen ausführlicher dargestellt ist, wie der Mikroprozessor programmiert wird, um eine fortlaufende Eichung des Nullpunkts und des Vollausschlags der Mehrkreis-Temperaturregelstufe auszuführen.
In allen Zeichnungen sind gleichartige Teile und Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 zeigt den Schrägriss eines automatisierten Blutkulturen-Systems 10, das eine Mehrkreis-Temperaturregelstufe verwenden kann, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Beim dargestellten System handelt es sich um das automatisierte BACTEC®-Model-9240 Blutkulturen-System, das vom Anmelder der vorliegenden Erfindung, Becton Dickinson and Company, entwickelt wurde. Das System 10 weist einen Schrank 12 mit einem Paar von Schwenktüren 14 und 16 auf, wobei die Tür 16 geöffnet dargestellt ist. Das Innere des Schranks 12 ist mit sechs horizontalen Gestellen 18 ausgestattet, die zueinander vertikal gestapelt sind. Jedes Gestell trägt vierzig Teströhrchen 20 in zwei Reihen von Hohlräumen oder Senken, die als Teströhrchen-Stationen bezeichnet werden. Während des Betriebs des Systems 10 werden die Gestelle mit dreißig Schüttelintervallen pro Minute um einen Winkel von 20º geschüttelt, wobei mit einer horizontalen Ausrichtung der Teströhrchen begonnen und das Fläschchen nach oben um 20º gekippt wird. Das Schütteln verbessert die Erholungs- und Ermittlungszeit der Organismen, wobei es automatisch angehalten wird, wenn man eine der beiden Schranktüren 14 und 16 öffnet.
Jedes der Gestelle 18 wird von einem unabhängigen Mikroprozessor geregelt, der für die Prüfung des Teströhrchens und die Sicherheit der Analyse verantwortlich ist. Ein Streifenkode- Leser 22 und ein Streifenkode-Menü 24 sind am Inneren der Tür 16 vorgesehen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, bestimmte Funktionen auszuführen. Beispielsweise kann der Benutzer durch das Abtasten von Menüoptionen und Teströhrchen-Etiketten Teströhrchen in das System eingeben, positive und negative Kulturen entfernen und Fehler analysieren. Die Funktionen des Streifenkodemenüs 24 stehen auch auf der Anzeige 30 des Systemrechners 26 bereit, um dann eine Reserveeinrichtung zu haben, wenn der Streifenkode-Leser 22 versagt.
Im Systemrechner 26 ist die gesamte Software für das automatisierte Blutkulturen-System 10 (anders als die Firmware für die Regelung der Gestell- und Schrank-Temperatur) gespeichert, einschließlich der Applikations-Software, mit der alle Systemvorgänge gesteuert werden, sowie der Schnittstellen-Software zum Benutzer, mit der es dem Benutzer möglich ist, Testergebnisse anzuschauen, Berichte auszudrucken, Fehler zu erkennen usw. Mit dem Systemrechner 26 ist ein Drucker 28 verbunden, um Testergebnisse auf Papier ausdrucken zu können. Zusätzlich zu einem Hochgeschwindigkeits-Prozessor enthält der Rechner 26 Speicher- und Kommunikations-Schaltkreiskarten, ein Harddisk- Laufwerk für das Speichern von Programmen und Daten, ein Floppydisk-Laufwerk für Backups und Software-Updates sowie eine Video-Karte für die Ansteuerung des Rechner-Monitors 30. Der Monitor 30 liefert Systemanzeigen, wobei der Benutzer über eine Tastatur 32 Informationen und Befehle eingeben kann. Der Streifenkode-Leser 22 ist mit dem Systemrechner 26 über ein Kabel 34 verbunden, damit der Benutzer Probestücke eingeben und andere Funktionen ausführen kann, wie dies oben beschrieben wurde. Eine unterbrechungslose Stromversorgung 33 liefert eine geregelte und gesiebte Spannung für das System 10, wobei sie auch bei einem kompletten Netzausfall als Reservespannungsquelle für bis zu zehn Minuten dient.
Die Teströhrchen 20 sind innen mit einem Material beschichtet, das beim Vorhandensein von Kohlendioxyd fluoresziert, das durch das Wachstum der Bakterien oder Pilze erzeugt wird. Jeder der Hohlräume oder Senken, in denen die Teströhrchen 20 aufgenommen werden, enthält eine Leuchtdiode (LED) sowie einen Filter, um das auf CO&sub2; ansprechende Material mit einer bestimmten Wellenlänge von Licht zu erregen und es zum Fluoreszieren zu bringen, wenn ein Wachstum von Mikroorganismen aufgetreten ist. Jede Senke enthält weiters einen Fotodioden-Fühler sowie einen Filter, um das resultierende Fluoreszieren zu erkennen und damit anzuzeigen, dass das Wachstum der Bakterien oder der Pilze im entsprechenden Teströhrchen ein bestimmtes Niveau erreicht hat. Diese Information wird dem Systemrechner 26 übermittelt, so dass für alle Teströhrchen 20 im Schrank 12 Testergebnisse zusammengestellt werden können. Weiters sind an sichtbaren Stellen neben jeder Senke Anzeige-LEDs vorgesehen, um den Benutzer zu warnen, negative oder positive Testergebnisse, Fehlerzustände usw. zu beenden. Dadurch kann der Benutzer optisch den Zustand eines jeden Teströhrchen erkennen, indem er die Schranktüren 14 und 16 öffnet, so dass nach Bedarf bestimmte Teströhrchen eingesetzt oder entnommen werden können.
Die Temperatur eines jeden Gestells 18 wird von einer Mehrkreis-Temperaturregelstufe individuell überwacht und geregelt, deren Aufbau und Arbeitsweise kurz beschrieben werden soll. Die Temperaturregelstufe wird so voreingestellt, um Gestelltemperaturen von 35ºC ± 1,5ºC aufrecht zu erhalten. Einstellpunkte für einen Übertemperaturalarm und einen Untertemperaturalarm werden auf 36,5ºC bzw. 33,5ºC voreingestellt. Weiters wird die Temperaturregelstufe so voreingestellt, um die Luft im Schrank 12 auf 30ºC zu halten. Die Temperaturregelstufe empfängt ihre Eingänge von Widerstands-Temperaturelementen (RTD) aus Platin, wobei ein RTD-Fühler für jedes der sechs Gestelle 18 und ein siebenter RTD-Fühler für das Messen der Temperatur im Inneren Schranks vorgesehen sind. Bei den RTD-Fühlern handelt es sich vorzugsweise um Hy-Cay Engineering PT100.110x.6-24-3 Elemente mit einem Nennwiderstand von 100 Ω bei 0ºC und einem Temperaturgang von etwa 0,385 0/ºC. Jeder RTD-Fühler ist Teil eines getrennten Regelkreises, in dem auch ein entsprechendes Widerstands-Heizelement liegt, um die gewünschte Einstelltemperatur (d. h. 30ºC oder 35ºC) am Ort des RTD-Fühlers aufrecht zu erhalten. Die Widerstands-Heizelemente sind an Aluminiumblöcken befestigt, die Teil der Gestelle 18 sind, wobei die Aluminiumblöcke dazu dienen, um die Wärme zu den verschiedenen Teströhrchen 20 in jedem Gestell zu übertragen.
Die Mehrkreis-Temperaturregelstufe ist zusammen mit den Stromversorgungen sowie anderen elektronischen Bauelementen in einem Gehäuse 36 untergebracht, das an der linken Seite des Schranks 12 angebracht ist. An der Vorderseite des Gehäuses 36 befindet sich ein Bedienungsfeld 38 für die Mehrkreis-Temperaturregelstufe. Das Bedienungsfeld 38, das in Fig. 2 ausführlicher dargestellt ist, weist eine Flüssigkristall-Anzeige (LCD) 40, um fortlaufend die Temperaturen in den Kreisen anzuzeigen, sowie ein Tastenfeld auf, das aus einer Anzahl von membranartigen Drucktasten 42-48 besteht. Eine Drucktaste 42 ist dazu vorgesehen, um bestimmte Funktionen in Betrieb setzen zu können, bei denen die Verwendung der Anzeige 40 erforderlich ist, während drei zusätzliche Drucktasten 44, 46 und 48 dazu dienen, um individuelle Funktionen auszuwählen, die von der Anzeige 40 festgelegt werden. In diesen Funktionen ist das Löschen von Alarmen, die Anzeige des Arbeitsintervalls der Widerstands-Heizelemente, die Änderung der Temperatur-Einstellpunkte und ähnliches enthalten. Wenn keine Funktionen ausgewählt werden, zeigt die Anzeige 40 die momentanen Temperaturen der Kreise A bis 6 an, wie dies dargestellt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform entsprechen die Kreise A bis F den sechs Gestellen 18, während der Kreis G dem Inneren des Schranks 12 entspricht.
Die Mehrkreis-Temperaturregelstufe, mit der die Temperatur der einzelnen Gestelle 18 sowie des Inneren des Schranks von Fig. 1 geregelt wird, enthält zwei Schaltkreiskarten, von denen eine als digitale Schaltkreiskarte und die andere als analoge Schaltkreiskarte bezeichnet wird. Das Blockschaltbild der digitalen Schaltkreiskarte 50 ist in Fig. 3 dargestellt. Im Allgemeinen liefert die digitale Schaltkreiskarte alle Rechen- und Steuerfunktionen für die Temperaturregelstufe, wobei sie Ausgangssignale erzeugt, mit denen die Heizelemente für die Gestelle 18 und das Innere des Schranks über Festkörperrelais geregelt werden. Der Aufbau der digitalen Schaltkreiskarte 50 beruht auf einem 8-Bit Mikroprozessor 52, der eine zentrale Steuereinheit, vier EingangsJAusgangs-Ports, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) mit 256 Bytes, eine Unterbrechungssteuerung, einen seriellen Anschluss, eine Bussteuerung, drei Takt/Zähl-Stufen sowie einen quarzgesteuerten Oszillator enthält. Der Mikroprozessor empfängt Eingänge von der 4-Tasten Tastatur 53, die aus den Tasten 42-48 von Fig. 2 besteht, und zeigt Temperaturablesungen sowie andere Ausgangsdaten auf der LCD-Anzeige 40 an. Ein Adressendekoder 54 ermöglicht dem Mikroprozessor eine Adressierung der LCD-Anzeige 40, eines löschbaren/programmierbaren nur auslesbaren Speichers (EPROM) 56 mit 64 Kilobyte sowie eines statischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 58 mit 32 Kilobytes. Der EPROM 56 speichert die gesamte Programmierung oder Firmware für den Mikroprozessor 52 (einschließlich der Programme für die Temperaturmessung, die Eichung und den Betriebsbeginn), wobei der RAM 58 einen Speicherplatz für die Einstellparameter, für die Parameter der Temperaturkreise sowie für verschiedene Zwischenwerte liefert, die bei den Berechnungen verwendet werden. Weiters steuert der Mikroprozessor 52 auch einen Ausgangstreiber 60, der eine Anzahl von Festkörperrelais 62 ansteuert, wobei ein Relais für jedes Gestell 18 von Fig. 1 sowie für das Innere des Schranks 12 vorgesehen ist (Obwohl das beispielhafte Blutkulturen-System von Fig. 1 nur sieben Relais für die sechs Gestelle und das Innere des Schranks benötigt, liefert die digitale Schaltkreiskarte von Fig. 3 insgesamt 14 Ausgänge, um sie bei anderen Systemen verwenden zu können, die größere Gestellkapazitäten besitzen). Jedes Festkörperrelais wird mit einer Gleichspannungsquelle von 5 Volt betrieben und steuert die Erregung eines Heizelements 64, die dem entsprechenden Gestell 18 oder dem Inneren des Schranks zugeordnet ist. Bei den Heizelementen 64 handelt es sich vorzugsweise um Widerstands- Heizelemente, die mit Gleichspannungsquellen von 24 Volt betrieben werden, wie dies dargestellt ist, doch können sie auch andersartige Heiz- und/oder Kühleinrichtungen enthalten, falls dies erwünscht ist. Beispiele dafür sind thermoelektrische Heiz- und Kühlelemente, Gebläse sowie andere Einrichtungen die eine gewünschte Einstelltemperatur aufrecht erhalten können. Im Betrieb steuert der Mikroprozessor 52 den Ausgangstreiber 60 und die Festkörperrelais 62 so an, um den Arbeitszyklus jenes Stroms zu verändern, der den Widerstands-Heizelementen 64 zugeführt wird. Dies erfolgt in Übereinstimmung mit einem Integral/Differential-Proportional-(PID)-Steuerprogramm, das im EPROM 56 gespeichert ist, wobei es als Eingänge jene Temperaturablesungen verwendet, die es von den RTD-Temperaturfühlern erhält, die den Gestellen 18 und dem Inneren des Schranks von Fig. 1 zugeordnet sind.
Die digitale Schaltkreiskarte von Fig. 3 weist weiters eine Takt/Spannungs-Überwachungsstufe 66 sowie eine RS-232 Pegelumsetz-Stufe 68 auf. Die Takt/Spannungs-Überwachungsstufe 66 dient dazu, um den Mikroprozessor 52 dann zurück zu setzen, wenn Unterbrechungen in der Spannungsversorgung abgetastet werden, wobei sie weiters eine Lithium-Batterie 70 mit 3 Volt an den RAM 58 legt, wenn eine Spannungsunterbrechung auftritt, damit der Inhalt des RAM nicht verloren geht. Die 75-232 Pegelumsetz-Stufe 68 dient als Treiber und Empfänger, um mit externen Bauelementen seriell kommunizieren zu können. Bei einem externen Bauelement kann es sich beispielsweise am einen PC (personal computer) handeln, der dazu verwendet wird, um Zeit/Temperatur-Daten zu speichern oder den Betrieb der Mehrkreis- Temperaturregelstufe zu überwachen. Die Verbindungen zwischen der analogen Schaltkreiskarte von Fig. 3 und der seriellen Schaltkreiskarte von Fig. 4 sind nicht dargestellt, da sie ausführlich im Zusammenhang mit Fig. 5 bis 7 beschrieben werden sollen.
Nunmehr wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Die analoge Schaltkreiskarte 72 ist als Blockschaltbild dargestellt. Im Allgemeinen liefert die analoge Schaltkreiskarte 72 alle analogen Funktionen für die Mehrkreis-Temperaturregelstufe, einschließlich der Messung der Ausgangsspannungen von den RTD-Temperaturfühlern und dem Umsetzen dieser analogen Spannungspegel in digitale Temperaturwerte. Dazu weist die analoge Schaltkreiskarte 72 vier 16-Kanal Multiplexer 74, 76, 78 und 80 auf, die vom Mikroprozessor 52 von Fig. 3 synchron umgeschaltet oder geordnet werden. Die Multiplexer 74 und 80 dienen als Eingangs-Multiplexer, um an jeden der dreiadrigen RTD-Temperaturfühler 82 von identen Konstantstromquellen 84 und 86 Erregerströme von genau 1 mA zu legen. Die Multiplexer 76 und 78 dienen als Ausgangs-Multiplexer, um die resultierenden analogen Spannungen abzutasten, die an den RTD-Temperaturfühlern 82 auftreten, und diese Spannungen an eine Messstufe zu legen. Diese Messstufe enthält ein Anti-Aliasing Filter 88, einen Operationsverstärker 90, der im Differentialbetrieb arbeitet, sowie einen Analog/Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) 92.
Die analoge Schaltkreiskarte 72 liefert weiters alle Gleichspannungspegel, die für die Bauelemente der digitalen und analogen Schaltkreiskarte 50 und 72 erforderlich sind. Ein Umsetzer 94 liefert einen Gleichspannungsausgang von -15 Volt von einer externen +15 Volt Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt), wobei eine Regelstufe 96 mit dem Ausgang des Umsetzers 94 verbunden ist, um einen geregelten Gleichspannungsausgang von -5 Volt zu liefern. Eine zusätzliche Regelstufe 98 ist mit der externen +15 Volt Gleichspannungsquelle verbunden, um einen geregelten Gleichspannungsausgang von +5 Volt zu liefern. Die Stromversorgungs- und Datenleitungen, mit denen die analoge Schaltkreiskarte 72 von Fig. 4 mit der digitalen Schaltkreiskarte 50 von Fig. 3 verbunden ist, sind in Fig. 4 nicht dargestellt.
Während eines jeden Arbeitsintervalls der Mehrkreis-Temperaturregelstufe verbindet der Mikroprozessor 52 von Fig. 3 nacheinander jeden der RTD-Temperaturfühler 82 von Fig. 4 mit den Stromquellen 84 und 86 sowie gleichzeitig mit der Messstufe 88 -92, indem die Kanalumschaltung der Multiplexer 74-80 synchron gesteuert wird. Dadurch erhält man beispielsweise eine Ablesung vom RTD-Temperaturfühler 82-1 von Fig. 4, indem gleichzeitig die Kanäle der Multiplexer 74 und 80 so umgeschaltet werden, dass die entsprechende Stromquelle 84 und 86 an die Ausgangsleitungen 100 und 102 gelegt wird, die die analoge Schaltkreiskarte 72 mit dem RTD-Fühler 82-1 verbinden. Dies führt zu einem Strom von der Stromquelle 84, der durch die Leitung 100 und den positiven Anschluss 101 des RTD-Fühlers 82-1 zum RTD-Masseanschluss 104 fließt, sowie zu einem identen Strom, der durch die Leitung 102 und den negativen RTD-Anschluss 103 zum RTD-Masseanschluss 104 fließt. Diese Ströme sind in Fig. 4 mit Pfeilen dargestellt. Infolge dieses Aufbaus sowie dadurch, dass die Leitungen 100 und 102 für jeden RTD-Fühler im Wesentlichen zueinander gleich lang sind (obwohl die Leitungen für andere RTD-Fühler nicht unbedingt gleich lang sein müssen), wird die Differenzspannung, die an den Knotenpunkten 106 und 108 auftritt, gleich dem Spannungsabfall am RTD-Fühler 82-1 sein, wobei sie vom Spannungsabfall an den relativ langen Leitungen 100 und 102 nicht beeinflusst wird. Diese Differenzspannung wird an die Messstufe 88-92 mit Hilfe der Multiplexer 76 und 78 gelegt, die vom Mikroprozessor 52 von Fig. 1 gleichzeitig mit den Multiplexern 74 und 80 an jene Kanäle gelegt werden, die dem RTD-Fühler 82-1 entsprechen. Der A/D-Umsetzer 92 setzt die analoge Differenzspannung in einen digitalen Wert um, der jener Temperatur entspricht, die vom RTD-Fühler 82-1 gemessen wurde, wobei dieser Wert als Eingang an den Mikroprozessor 52 von Fig. 3 gelegt wird. Dieser Vorgang wird nacheinander für jeden der RTD-Fühler 82 während eines vollständigen Arbeitsintervalls der Mehrkreis-Temperaturregelstufe wiederholt. Es ist ersichtlich, dass die Multiplexer 74-80 ermöglichen, dass die Stromquellen 84 und 86 sowie die Messstufe 88-92 mit allen Kreisen der RTD-Fühler geteilt werden. Dadurch wird die Anzahl von Bauelementen stark herabgesetzt, die in der Temperaturregelstufe notwendig sind, wobei weiters alle Fehler beseitigt werden, die andernfalls durch kleine Unterschiede auftreten können, die in nominell identen Bauelementen vorhanden sind, die nicht gemeinsam verwendet werden.
Die Eichung der Messstufe 88-92 von Fig. 4 erfolgt automatisch durch den Mikroprozessor 52 von Fig. 3 unter Verwendung des Massebezugspunkts 110 und des Eichwiderstands 112 von Fig. 4. Der Massebezugspunkt 110 liefert einen Nullpunkts-Bezugswert für die analogen Spannungen von den RTD-Fühlern 82, während der Eichwiderstand 112 einen Widerstandswert besitzt, der gleich einem vorgegebenen Vollausschlag-Widerstandswert der RTD-Fühler 82 ist. Während eines jeden Arbeitsintervalls der Mehrkreis-Temperaturregelstufe wird entweder ein Nullpunkts- Eichvorgang oder ein Vollausschlags-Eichvorgang durchgeführt, wobei der Masse-Bezugspunkt 110 oder der Eichwiderstand 112 verwendet werden, bevor man irgendeine Temperaturablesung von den RTD-Fühlern 82 erhält. Vorzugsweise erfolgen die Nullpunkts-Eichvorgänge und die Vollausschlags-Eichvorgänge abwechselnd zwischen aufeinander folgenden Arbeitsintervallen der Regelstufe, so dass eine vollständige Eichung immer während zwei Arbeitsintervallen ausgeführt wird. Jede Eichung wird durch eine Umschaltung der Multiplexer 74-80 ausgeführt, um den Masse-Bezugspunkt 110 oder den Eichwiderstand 112 mit den Stromquellen 84 und 86 sowie gleichzeitig mit der Messstufe 88-92 im Wesentlichen genau so zu verbinden, wie die Multiplexer umgeschaltet werden, um eine Temperaturablesung von einem der RTD-Fühler 82 zu erhalten. Wenn man die Nullpunkts-Eichung als Beispiel betrachtet, werden die Multiplexer 74 und 80 so umgeschaltet, dass sie die Stromquellen 84 und 86 mit dem Masse-Bezugspunkt 110 verbinden, wodurch an den Eingängen der Multiplexer 76 und 78 eine analoge Spannung liegt, die eine Nullpunkts-Spannung kennzeichnet. Die Multiplexer 76 und 78 werden gleichzeitig mit den Multiplexern 74 und 80 umgeschaltet, um diese analoge Spannung an den Eingang der Messstufe 88-92 zu legen. Der Mikroprozessor 52 von Fig. 3 legt ein Eingangssignal an den A/D-Umsetzer 92 von Fig. 4, um anzuzeigen, dass ein Nullpunkts-Eichvorgang ausgeführt wird, wobei der A/D-Umsetzer 92 damit antwortet, dass er die analoge Eingangsspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 90 als Nullpunkts-Spannungswert für die RTD-Fühler 82 festlegt. Der selbe Vorgang wird beim Vollausschlags-Eichvorgang unter Verwendung des Eichwiderstands 112 wiederholt.
Da die Eichvorgänge während aufeinander folgender Arbeitsintervalle der Mehrkreis-Temperaturregelstufe fortlaufend ausgeführt werden, werden Ungenauigkeiten beseitigt, die durch einen Fehler in der Verlagerungsspannung und einen Verstärkungsfehler im Operationsverstärker 90 entstehen, da es sich um Fehler handelt, die infolge eines Temperaturgangs in allen Bauelementen der analogen Schaltkreiskarte 72 und nicht im Eichwiderstand 12 selbst entstehen. Der Eichwiderstand 112 ist vorzugsweise ein 0,01%-Präzisionswiderstand mit einem sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten (etwa 4 Promille/ºC), wodurch jeder Fehler, zu dem dieser Widerstand beiträgt, minimal ist. Da weiters die selben Multiplexer 74-80, die dazu verwendet werden, um die RTD-Fühler während der tatsächlichen Temperaturmessungen mit der Messstufe 88-92 zu verbinden, auch dazu verwendet werden, um den Masse-Bezugspunkt 110 und den Eichwiderstand 112 während der Nullpunkts- und der Vollausschlags-Eichung mit der Messstufe 88-92 zu verbinden, werden irgendwelche Fehler, die ohmschen Ungleichheiten in den verschiedenen Multiplexern oder Leckströmen in den einzelnen Multiplexern zuzuschreiben sind (die im Allgemeinen für alle Kanäle eines vorgegebenen Multiplexers gleich sind), während der Eichungen automatisch ausgelöscht.
Ein ausführliches Schaltbild der digitalen Schaltkreiskarte 50 von Fig. 3 ist in Fig. 5 und 6 dargestellt. Der Mikroprozessor 52 von Fig. 5 enthält vorzugsweise einen Intel 80C32 oder einen äquivalenten Mikroprozessor mit einem internen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) von 256 Bytes. Ein externer Quarz 114 taktet den Mikroprozessor 52 mit etwa 11 MHz. Der Mikroprozessor 52 besitzt einen Rücksetz-(RESET)-Eingang sowie zwei Unterbrechungs-Eingänge, die mit INT0 und INT1 bezeichnet sind und Unterbrechungen über eine interne Unterbrechungssteuerung anstoßen können. Der Mikroprozessor 52 verwendet einen gemultiplexten Adressen- und Daten-Bus, wobei die Adressenverriegelungsbetriebs-ALE-(Adress Latch Enable)-Leitung eine Einrichtung zum Entmultiplexen der Busleitung liefert. Wenn die ALE- Leitung hoch liegt, stehen an den Anschlüssen 39-32 des Mikroprozessors Adressen-Bits A0-A7 bereit. Eine transparente Verriegelung 116 (Type 74HC573), deren Taktleitung an die ALE- Leitung des Mikroprozessors 52 angebunden ist, entmultiplext die Adressen-Bits A0-A7. Solange die Taktleitung der Verriegelung 116 hoch liegt, laufen Daten direkt von den D1-D8 Eingängen zu den Q1-Q8 Ausgängen der Verriegelung. Wenn der ALE-Ausgang des Mikroprozessors 52 auf einen niedrigen Logikpegel zurück kehrt, wird die vorhandene Adresse am Q1-Q8 Ausgang der Verriegelung 116 verriegelt. Die Adressen-Leitungen A9-A15 des Mikroprozessors 52 werden nicht gemultiplext, wodurch sie keine zusätzliche Verriegelung benötigen.
Die Adressendekodierung für den Mikroprozessor 52 erfolgt mit einem 16V8 GAL-(Generic Array Logic)-Element, das in Fig. 5 die Bezugsziffer 54 trägt. Das GAL-Element liefert zugeordnete Speicheradressen für die Verriegelung 140, den statischen RAM 58 und den Eingangspuffer 144 von Fig. 5 sowie zur LCD-Anzeige 40 von Fig. 3. Eine Kopfstufe (header) 118 liefert Anschlusspunkte für Ausgangsleitungen zur LCD-Anzeige 40 von den Datenleitungen des Mikroprozessors 52. Ein Potentiometer 120 ist vorgesehen, um den Kontrast der LCD-Anzeige 40 einstellen zu können, wobei mit Hilfe einer Gleichspannungsquelle von +5 Volt sowie eines Strombegrenzungswiderstands 122 eine Hintergrundbeleuchtung vorgesehen ist.
Die Takt/Spannungs-Überwachungsstufe 66 von Fig. 5 enthält vorzugsweise ein DS1238-Bauelement, das ebenfalls eine statische RAM-Batterieumschaltung in einem einzigen Dual-Line Baustein (DIP) enthält. Dieses Bauelement setzt den Mikroprozessor 52 zurück, wenn einer von zwei Zuständen angetroffen wird. Der erste Zustand tritt dann auf, wenn die Takt-Abtast-(ST)- Leitung nicht mit einer Minimalfrequenz von einmal alle 170 msek, beginnend 2,7 Sekunden nach einer Rücksetzung, niedrig getaktet wird. Der zweite Zustand tritt dann auf, wenn die Logik-Gleichspannungsversorgung von +5 Volt unter einen Nennwert von 4,37 Volt fällt. Zusätzlich zur Rücksetzfunktion liefert die Takt- und Spannungs-Überwachungsstufe 66 den notwendigen Schaltkreis, um einen genormten statischen RAM in einen nicht- flüchtigen Speicher zu verwandeln. Wenn die Logik-Gleichspannungsversorgung von +5 Volt unter den Nennwert von 4,37 Volt fällt, wodurch der Beginn eines Netzausfalls oder einer Unterbrechung angezeigt wird, trennt die Stufe 66 die Gleichspannungsversorgung von +5 Volt von der VCCO-Leitung, die mit der VCC-Leitung des statischen RAM 58 verbunden ist. Gleichzeitig verbindet die Stufe 66 die VCCO-Leitung mit der VBAT-Leitung der Stufe 66. Diese Leitung liegt an einer Lithium-Batterie 70 von 3 Volt, womit die VCCO-Leitung des statischen RAM 58 mit einem Spannungspegel von 3 Volt minus einem Diodenabfall (etwa 0,7 Volt, der auf den Schaltkreis innerhalb der Überwachungsstufe 66 zurück zu führen ist) angespeist wird. Weiters wird die Chipbetriebs-(chip enable)-Ausgangsleitung (CEO-Leitung) der Takt/Spannungs-Überwachungsstufe 66 auch auf einen hohen Pegel gebracht, um einen Schreibschutz für den statischen RAM 58 während eines Netzausfalls oder einer Unterbrechung zu liefern. Die Stufe 66 stellt auch eine Ausgangsleitung für die Abtastung eines frühen Netzausfalls (NMI-Leitung) bereit, die auf einen niedrigen Logikpegel übergeht, wenn die Hauptgleichspannungsversorgung von +15 Volt unter einen vorgegebenen Pegel (vorzugsweise 9,9 Volt) fällt. Dieser Pegel kann durch eine Änderung der Spannungsteiler-Widerstände 124 und 126 eingestellt werden. Die Ausgangsleitung NMI ist mit dem Unterbrechungseingang INT0 des Mikroprozessors 52 verbunden, um ein Unterbrechungsprogramm anzustoßen, das bestimmte Daten (z. B. momentane PID-Werte, den Arbeitszyklus am Ausgang sowie andere Parameter, die notwendig sind, um den Mikroprozessor zu starten) sichert, wenn ein Netzausfall oder eine Unterbrechung auftreten. Um das Entleeren der Batterie während sehr langen Ausschaltzeiten herabzusetzen, kann die Takt/Spannungs-Überwachungsstufe 66 in einen sogenannten Frischebetrieb (freshness mode) versetzt werden, in dem die Lithium-Batterie 70 von 3 Volt elektrisch abgetrennt ist. Eine Folge von drei negativ verlaufenden Impulsen mit einer Breite von 1 msek und einer Amplitude von -3 Volt versetzen die Stufe 66 in den Frischebetrieb. Eine Diode 128 und ein Widerstand 130 verhindern, dass negativ verlaufende Störungsspitzen diese Betriebsart versehentlich einschalten. Der Eintritt in den Frischebetrieb kann dadurch angestoßen werden, dass ein Anschluss 2 der Kopfstufe 132 mit einer Gleichspannung von -3 Volt vorgespannt wird, während der Anschluss 1 von 0 bis -3 Volt pulsiert.
Es wird nun weiter auf Fig. 5 Bezug genommen. Das Programm (Firmware) für den Mikroprozessor 52 ist im EPROM 56 gespeichert, bei dem es sich vorzugsweise um ein 27C512 Element mit einer Speicherkapazität von 64 Kilobytes bei einer Länge von 8 Bits handelt. Das Programm wird von der Programmbetriebs- (PSEN)-Leitung des Mikroprozessors 52 gewählt. Die PSEN-Leitung wird nur dann niedrig, wenn auf den Programmspeicher im Adressenbereich von 0000H-FFFFH zugegriffen wird. Der statische RAM 58 besteht vorzugsweise aus einem 62256 Element, das 32 Kilobytes bei einer Länge von 8 Bits speichern kann, auf die der Mikroprozessor 52 unter Verwendung des Adressenbereichs 0000H-7FFFH zugreifen kann. Der statische RAM 58 wird von der Takt/Spannungs-Überwachungsstufe 66 und der Lithium- Batterie nichtflüchtig gehalten, wie dies oben beschrieben wurde.
Der in Fig. 6 dargestellte Ausgangstreiber 60 enthält vorzugsweise ein MM5451 Element, das 34 offene Kollektorausgänge liefert. Diese Ausgänge (bezeichnet mit OUT1-OUT32, GALARM und GALARM1) werden mit einer Kopfstufe 134 verbunden, wobei sie als Vortreiber für die 14 Widerstands-Heizelemente 64 von Fig. 3 sowie für 20 vom Benutzer konfigurierbare Ausgänge verwendet werden. Die BC-Leitung des Ausgangstreibers 60 stellt den maximalen Strompegel ein, der jedem der 34 Ausgänge geliefert wird. Der diesen Ausgängen gelieferte Strom ist typisch das 20-fache jenes Stroms, der auf der BC-Leitung in den Ausgangstreiber 60 gelangt. Ein Widerstand 136 dient dazu, um den Strom in die BC-Leitung auf ein Minimum von 1,5 mA einzustellen. Damit ist jener Strom, der irgendeinem Ausgang zugeführt werden kann, mindestens 30 mA stark. Die Arbeitsweise des Ausgangstreibers 60 kann mit der Arbeitsweise eines 35-Bit Schieberegisters verglichen werden. Eingeleitet von einem einzigen Start-Bit werden Daten, die an den Ausgang gelegt werden sollen, auf der DIN-Leitung dargestellt, worauf die CLK-Leitung wiederholt auf einen niedrigen Pegel gebracht wird, um jedes der 35 Bits zu verschieben. Beim 36.-ten Taktimpuls werden die in den Ausgangstreiber 60 verschobenen 35 Bits mit den Ausgängen verriegelt und das interne Schieberegister zurückgesetzt, um das nächste Ladeintervall vorzubereiten.
Es wird nun weiter auf Fig. 6 Bezug genommen. Die RS-232 Pegelumsetzstufe besteht vorzugsweise aus einem MAX233 Element, dessen Eingänge und Ausgänge so geschaltet sind, wie dies dargestellt ist. Die Stufe 68 liefert die notwendige Spannungspegel-Umsetzung, um eine serielle RS-232 Kommunikation auszuführen. Die Stufe enthält Ladungspumpen-Spannungsumsetzer, die den +5 Volt Gleichspannungseingang in Gleichspannungspegel von +10 Volt und -10 Volt umsetzen, die für die Erzeugung von RS- 232 Ausgängen notwendig sind. Sowohl TTL als auch RS-232 Spannungspegel werden an die Kopfstufe 134 gelegt. Die TTL-Pegel werden beim gezeigten Schaltkreis nicht benötigt, doch ermöglichen sie optimale Verbindungen zwischen der digitalen Schaltkreiskarte 50 und der TTL-Pegel Stufe (nicht dargestellt), die dazu dient, um die Testfunktionen an den Gestellen 18 und den Teströhrchen 20 von Fig. 1 zu steuern und zum Host oder Systemrechner 26 von Fig. 1 Daten zu senden. An der Kopfstufe 138 von Fig. 6 wird eine Kurzschlussbrücke angebracht, wenn RS-232 Kommunikationen verwendet werden, und keine Brücke verwendet, wenn TTL-Pegel Kommunikationen verwendet werden.
Verriegelte Ausgänge zur analogen Schaltkreiskarte 72 werden mit Hilfe einer 74HC573 Transparenzverriegelung 140 geliefert, die ebenfalls in Fig. 6 dargestellt ist. Dadurch kann die digitale Schaltkreiskarte 50 die entsprechenden Kanäle der Multiplexer 74-80 von Fig. 4 während der Temperaturmessung und den Eichvorgängen auswählen. Die Verbindungen mit der analogen Schaltkreiskarte 72, einschließlich der Kanalauswahl-Bits MUXA0-MUXA3, die für die Umschaltung der Multiplexer 74-80 verwendet werden, erfolgen über eine Kopfstufe 142. Alle Multiplexer 74-80 werden gleichzeitig auf den selben Kanal (1 bis 16) in Übereinstimmung mit den Kanalauswahl-Bits MUXA0- MUXA3 umgeschaltet, die sechzehn verschiedene Werte zwischen 0000 und 1111 annehmen können. Die Eingänge zum Mikroprozessor 52 von Fig. 5 vom Tastenfeld 53 liefert ein 74HC540 Eingangspuffer, der in Fig. 6 die Bezugsziffer 144 trägt. 8-Bit Daten, die an den Eingängen A1-A8 des Eingangspuffers 144 liegen, werden zu den Ausgängen Y1-Y8 übertragen, wenn die Leitung G2 auf einem niedrigen Logikpegel liegt. Eine Kopfstufe 146 verbindet die Eingänge A5-A8 des Eingangspuffers 144 mit dem 4-Tasten Tastenfeld 53 von Fig. 3. Ein 10-kC2 Widerstandsnetzwerk 147 hält die Eingänge zum Eingangspuffer 144 auf einem hohen Logikpegel, wenn keine Verbindungen zu diesen Leitungen bestehen.
Fig. 7 zeigt ein ausführliches Schaltbild der analogen Schaltkreiskarte 72 von Fig. 4. Die ankommende +15 Volt Spannung wird von einer Ferritperle 148 sowie von Kondensatoren 150 und 152 gesiebt. Die Ferritperle 148 dämpft ankommende HF-Störungen über 1 MHz. Der Kondensator 150 siebt niederfrequente Störungen und Einschwingvorgänge aus, während der Kondensator 152 hochfrequente Störungen und Einschwingvorgänge aussiebt. Eine Zener-Diode 154 dient als Unterdrücker für Einschwingvorgänge, um alle Spannungsübergänge über 20 Volt gegen Masse abzuleiten, wobei sie weiters einen Schutz gegen verkehrt gepolte Eingangsspannungen bietet. Die gesiebte +15 Volt Spannung wird an den Eingang der +5-Volt Regelstufe 98 gelegt, die vorzugsweise aus einem LM340T-5 Linearregler mit drei Anschlüssen besteht. Dieses Bauelement regelt die ankommende +15 Volt Spannung, um eine geregelte Ausgangsgleichspannung von +5 Volt für den A/D-Umsetzer 92 und für die digitalen Logikelemente auf der digitalen Schaltkreiskarte 50 zu erzeugen. Der +15 Volt Spannungseingang wird weiters mit dem Eingang der Umsetzstufe 94 verbunden, die an ihrem Ausgang eine -15 Volt Gleichspannung erzeugt. Bei der Umsetzstufe 94 handelt es sich vorzugsweise um einen LT1054 Spannungsumsetzer mit geschaltetem Kondensator. Irgendeine Spannungsänderung, die der +15 Volt Versorgungsspannung aufgeprägt ist, wird vom Ausgang der Umsetzstufe 94 verfolgt. Der Umsetzausgang wird an den Operationsverstärker 90, an die Verstärker 156 und 158, die in den Stromquellen 84 und 86 verwendet werden, sowie an die Multiplexer 74-80 gelegt. Der -15 Volt Ausgang der Umsetzstufe 94 liegt auch am Eingang der -5 Volt Regelstufe 96, die vorzugsweise einen LM79L05 Niedrigleistungsregler mit drei Anschlüssen enthält. Dieses Bauelement regelt den -15 Volt Gleichspannungsausgang von der Umsetzstufe 94, um einen -5 Volt Gleichspannungsausgang zu erzeugen, der als negative Klammerspannung für die AIN+ Eingangsleitung des A/D-Umsetzers 82 sowie als -5 Volt Gleichspannungsversorgung für den VSS-Anschluss des A/D- Umsetzers 92 verwendet wird. Eine 5,6 Volt Zener-Diode 160 liefert einen Weg mit niedriger Impedanz für eine Schottky-Diode 162 und verhindert, dass der Ausgang der Regelstufe 96 dann ungeregelt wird, wenn am Ausgang des Operationsverstärkers 90 eine negative Auslenkung auftritt.
Es wird nun weiter auf Fig. 7 Bezug genommen. Jede der 1 mA Präzisions-Stromquellen 84 und 86 besteht aus einer 5-Volt Präzisions-Gleichspannungsquelle 153, 155, deren Ausgang über einen 5 kΩ Widerstand 166, 168 an einem AD708 Operationsverstärker 156, 158 liegt. Die beiden Stromquellen 84 und 86 werden über zwei HI-506A 16-Kanal Multiplexer 74 und 80 umgeschaltet, um Erregerströme von 1 mA zu einem RTD-Fühler zu liefern, der aus den 14 dreiadrigen RTD-Fühlern 82 ausgewählt wurde. Die beiden Stromquellen 84 und 86 werden der Reihe nach verwendet, um jeden Fehler auf Null zu bringen, der vom Verlauf der Leitungen stammt, die zu den RTD-Fühlern führen, wie dies oben beschrieben wurde. Die Multiplexer 76 und 78, bei denen es sich ebenfalls vorzugsweise um HI-506A 16-Kanal Multiplexer handelt, legen die analogen RTD-Spannungsausgänge an den Eingang der Messstufe, die das Anti-Aliasing Filter 88 enthält, an den Operationsverstärker 90 sowie an den A/D-Umsetzer 92.
Das Anti-Aliasing Filter 88 wird von Widerständen 170 und 172 und einem Kondensator 174 gebildet. Diese Bauelemente bilden ein einpoliges Anti-Aliasing Tiefpassfilter mit einer -3dB Frequenz von 796 Hz. Dieses Filter wird dazu verwendet, um zu verhindern, dass beim A/D-Umsetzer 92 ein Aliasing (d. h. eine Messstörung, die mit der Abtastfrequenz statt mit der Eingangsspannung vom RTD-Fühler auftritt) bei Frequenzen über 40 kHz und deren Harmonischen entsteht. Das digitale Filter im A/D-Umsetzer 92 verhindert ein Aliasing bei Frequenzen unter 40 kHz. Die Widerstände 170, 172 und die Kondensatoren 176, 178 bilden zwei einpolige Tiefpassfilter mit einer -3dB Frequenz von 339 kHz. Diese Filter werden dazu verwendet, um irgendeine Gleichtaktstörung über 339 kHz auszufiltern, die sowohl dem invertierenden als auch dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 90 aufgeprägt sein kann. Gleichtaktstörungen unter 339 kHz werden vom Operationsverstärker 90 herabgesetzt. Bei 60 Hz besitzt der Operationsverstärker 90 einen Unterdrückungsfaktor für Gleichtaktstörungen von mehr als 96 dB. Der Operationsverstärker 90 besteht vorzugsweise aus einem INA114 Differentialverstärker mit einem Verstärkungsfaktor von 8,34. Der Verstärker 90 verhindert, dass eine große Kapazität an den Eingang des A/D-Umsetzers 92 gelegt wird.
Beim A/D-Umsetzer 92 handelt es sich vorzugsweise um einen Analog Devices AD7710 24-Bit Sigma-Delta (Ladungsausgleich) Analog/Digital-Umsetzer. Die analoge Spannung, die an jedem RTD-Fühler entwickelt wird (oder bei der Eichung jene Spannung, die am Massebezugspunkt 110 oder am Eichwiderstand 112 entwickelt wird), wird mit dem Faktor 8,34 multipliziert, bei dem es sich um den Verstärkungsfaktor des Differentialverstärkers 90 handelt, und über die Eingangsleitungen AIN1+ und AIN1- des A/D-Umsetzers 92 angelegt. Ein digitaler 24-Bit Temperaturwert erscheint am Ausgang SDATA des A/D-Umsetzers 92, wobei dieser Wert vom Mikroprozessor 52 auf der digitalen Schaltkreiskarte durch ein Pulsieren der SCLK-Leitung seriell ausgelesen wird. Eine Kopfstufe 180 liefert die Anschlusspunkte für die Versorgungs- und Datenleitungen, die die analoge Schaltkreiskarte 72 mit der digitalen Schaltkreiskarte 50 verbinden. Der A/D-Umsetzer 92 enthält ein programmierbares digitales Filter mit einer (sinx/x)³ Kennlinie. Die erste Filter- Nullstelle wird bei 50 Hz oder 60 Hz programmiert, wobei dies von der Frequenz des Wechselstromnetzes abhängt, wobei die bei diesen Netzfrequenzen erzielte Dämpfung größer als 150 dB ist. Das interne Takten des A/D-Umsetzers erfolgt mit einem externen Quarz 182, der mit 10 MHz schwingt. Widerstandsnetzwerke 183 und 193, die 10 kΩ Widerstände enthalten, liefern einen Strompfad für die andernfalls schwebenden Eingänge des A/D- Umsetzers 92 und der Multiplexer 74-80, wenn die analoge Schaltkreiskarte 72 nicht mit der digitalen Schaltkreiskarte 50 verbunden ist. Zusätzliche Widerstandsnetzwerke 185, 187, 189 und 191, die 10 MΩ Widerstände enthalten, dienen dazu, um für alle unbenutzten RTD-Eingänge einen Strompfad gegen Masse zu liefern.
Wie bereits oben erwähnt, erfolgt die Eichung der Mehrkreis- Temperaturregelstufe in einem Verfahren mit zwei Schritten. Zuerst wird eine Nullpunkts-Eichung durchgeführt, worauf eine Vollausschlags-Eichung erfolgt. Die Temperaturregelstufe arbeitet mit einer Messfrequenz von 14 Kreisen pro Sekunde, wobei sie die Nullpunkts- und Vollausschlags-Eichungen während abwechselnder Intervalle verschachtelt, um eine System-Eichfrequenz mit einer Eichung alle zwei Sekunden zu erhalten. Die Eichung wird unter Verwendung des System-Eichbetriebs des A/D- Umsetzers 92 erreicht. Für eine Nullpunkts-Eichung werden die Multiplexer 74-80 auf den Kanal 15 geschaltet, der den Masse-Bezugspunkt 110 mit den 1 mA Stromquellen 84, 86 sowie mit dem Eingang des Operationsverstärkers 90 verbindet. Daraufhin wird unter Verwendung der Eingangsleitungen TFS, SDATA, SCLK und A0 ein Nullpunkts-Eichbefehl zum A/D-Umsetzer 92 ausgesandt. Die Vollausschlags-Eichung erfolgt durch ein Umschalten der Multiplexer auf den Kanal 16, der den 300 Ω Präzisions- Eichwiderstand 112 an die Stromquellen 84, 86 sowie an den Verstärker 90 legt. Daraufhin wird an den A/D-Umsetzer ein Vollausschlags-Eichbefehl unter Verwendung der selben Eingangsleitungen ausgesandt, die oben erwähnt wurden. Die am Widerstand 112 entwickelte Vollausschlags-Spannung beträgt 300 mV, die mit dem Verstärkungsfaktor 8,34 des Verstärkers 90 verstärkt wird, um am AIN+ Eingang des A/D-Umsetzers 92 eine Vollausschlags-Spannung von 2,50 Volt zu erreichen.
Eine Kopfstufe 186 liefert die Anschlusspunkte für die Leitungen, über die die analoge Schaltkreiskarte 72 mit den dreiadrigen RTD-Fühlern 82 von Fig. 4 verbunden ist. Für den RTD- Fühler 82-1 wird der Anschluss 1 der Kopfstufe 186 mit dem positiven Anschluss des RTD-Fühlers verbunden, der Anschluss 2 der Kopfstufe 186 mit dem negativen Anschluss des RTD-Fühlers verbunden und der Anschluss 5 der Kopfstufe 186 mit dem Masseanschluss des RTD-Fühlers verbunden. Die entsprechenden Zuordnungen der Anschlüsse für den RTD-Fühler 82-2 sind 3, 4 und 6. Für die nachfolgenden RTD-Fühler lauten die Anschluss-Zuordnungen 7, 8 und 11; 9, 10 und 12; usw. An den Anschlüssen der Kopfstufe 186 werden Potentialklemmen verwendet, um irgendwelche Widerstandsfehler zu beseitigen, die durch Leitungen hervorgerufen werden, die zu und von den Multiplexern 74-80 führen.
Fig. 8 zeigt das Flussdiagramm eines Programms, das der Mikroprozessor 52 von Fig. 3 und 5 ausführt, um eine Temperaturmessung und Eichvorgänge vorzunehmen. Jeder Lauf durch das Programm von Fig. 8 enthält ein einziges Arbeitsintervall der Mehrkreis-Temperaturregelstufe, während dem man nacheinander von allen 14 RTD-Fühlern 82 Temperaturmessungen erhält und ein Eichvorgang (entweder Nullpunkt oder Vollausschlag) ausgeführt wird. Im Block 190 beginnt das Programm mit einem Start des Mikroprozessors 52. Damit werden verschiedene Zeitglieder und Software-Flaggenimpulse gestartet, der Ausgangstreiber 60 und die Verriegelungsstufe 140 initialisiert und die LCD-Anzeige 40 in Betrieb gesetzt. Daraufhin geht der Mikroprozessor weiter zum Block 192, wo ein System-Selbsttest durchgeführt wird, indem eine EPROM-Prüfsumme berechnet sowie Testwerte für den RAM 58 ausgelesen und eingeschrieben werden. Im Entscheidungsblock 194 erfolgt eine Entscheidung, ob der Selbsttest des Systems erfolgreich war. Wenn dies nicht der Fall ist, geht der Mikroprozessor weiter zum Block 196, wobei er auf der LCD- Anzeige 40 eine Fehlermeldung anzeigt. Die Alarmausgänge GALARM und GALARM1 des Ausgangstreibers 60 von Fig. 6 werden in diesem Block ebenfalls gesetzt, wobei dem Systemrechner 26 von Fig. 1 ein Fehlersignal zugeführt wird. Daraufhin endet die Verarbeitung, bis der Fehlerzustand korrigiert und der Mikroprozessor neu gestartet wurde. Wenn der Selbsttest des Systems im Block 194 erfolgreich war, geht der Mikroprozessor weiter zum Block 198 und startet bestimmte Kreis-Einstellparameter, die für den PID-Algorithmus benötigt werden, einschließlich der Temperatur-Einstellwerte, der Integrier- und Differenzier-Zeiten sowie der Faktoren der Arbeitszyklen. Nachdem die Kreis-Einstellparameter initialisiert wurden, geht der Mikroprozessor weiter zum Block 200, wobei er eine Initialisierungs- und Start-Eichung des A/D-Umsetzers 92 durchführt. Die Start-Eichung besteht aus der Nullpunkts- und der Vollausschlags-Eichung, die unter Verwendung des Masse-Bezugspunkts 110 und des Eichwiderstands 112 so ausgeführt werden, wie dies oben beschrieben wurde.
Nachdem die Initialisierungs- und Start-Eichung des A/D-Umsetzers 92 im Punkt 200 beendet ist, tritt der Mikroprozessor in eine Wiederholungsprogrammschleife ein, die einmal während eines jeden Arbeitsintervalls der Temperaturregelstufe exekutiert wird. Im Entscheidungsblock 202 bestimmt der Mikroprozessor, ob eine Sekunde vergangen ist, seit das letzte Arbeitsintervall beendet wurde. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Test im Block 202 wiederholt, bis das Intervall von einer Sekunde vergangen ist. Wenn dieser Test zufriedenstellend verlaufen ist, geht der Mikroprozessor zu einem weiteren Entscheidungsblock 204 und bestimmt, ob ein Flaggenimpuls für die Nullpunkts-Eichung gesetzt wurde. Wenn dies der Fall ist, wird ein Nullpunkts-Eichvorgang durchgeführt, wie dies der Block 206 zeigt, und dann der Flaggenimpuls für die Nullpunkts-Eichung gelöscht, wie dies der Block 208 zeigt. Wenn im Entscheidungsblock 204 kein Flaggenimpuls für die Nullpunkts- Eichung gesetzt ist, geht der Mikroprozessor statt dessen weiter zum Block 210 und führt eine Vollausschlags-Eichung durch. Wenn die Vollausschlags-Eichung beendet ist, wird der Flaggenimpuls für die Nullpunkts-Eichung gesetzt, wie dies im Block 212 angegeben ist. Es ist somit ersichtlich, dass der Flaggenimpuls für die Nullpunkts-Eichung während eines jeden Durchlaufs durch das Programm von Fig. 8 abwechselnd gesetzt und gelöscht wird. Dadurch werden während eines jeden Arbeitsintervalls der Temperaturregelstufe entweder eine Nullpunkts- Eichung oder eine Vollausschlags-Eichung durchgeführt, wobei sich der Nullpunkts- und der Vollausschlags-Eichvorgang während aufeinander folgender Arbeitsintervalle abwechseln.
Nachdem der Nullpunkts- oder der Vollausschlags-Eichvorgang beendet ist und der Flaggenimpuls für die Nullpunkts-Eichung entweder gelöscht oder gesetzt wurde, geht der Mikroprozessor weiter zum Block 214, wobei er den A/D-Umsetzer 92 veranlasst, die analoge Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 90 auszulesen. Während des ersten Durchlaufs durch die Programmschleife, der im Block 214 beginnt (d. h. am Anfang eines jeden Arbeitsintervalls der Tempetaturregelstufe) entspricht diese analoge Spannung der Temperaturablesung vom ersten RTD-Fühler 82-1. Im Block 216 setzt der Mikroprozessor 52 den digitalen Ausgangswert des A/D-Umsetzers 92 in Übereinstimmung mit einer bekannten RTD-Kurve auf einen Temperaturwert um. Im Block 218 verwendet der Mikroprozessor diesen Wert dazu, um den PID-Algorithmus in Übereinstimmung mit einem Steuerprogramm zu exekutieren, das im EPROM 56 gespeichert ist, um zu bestimmen, ob irgendeine Änderung im Arbeitszyklus jener Spannung notwendig ist, die an das entsprechende Heizelement 64 gelegt wird, um die gewünschte Einstelltemperatur an dieser Fühlerstelle aufrecht zu erhalten. Diese Berechnung wird in Übereinstimmung mit einem bekannten Parallgeschwindigkeits-PID-Algorithmus durchgeführt, der folgende Form besitzt:
Mk = Mk-1 + ΔMk
mit ΔMk = Kc[Ek - Ek-1 +(T/TI)Ek + Bk]
und
In dieser Formel ist Mk der Ausgangs-Arbeitszyklus (0 bis 100%), Mk-1 der Ausgangs-Arbeitszyklus während der vorherigen Abtastung oder dem vorherigen Intervall, ΔMk die erforderliche Änderung im Ausgangs-Arbeitszyklus, Kc der Verstärkungsfaktor, Ek der momentane Fehlerwert, Ek-1 der vorherige Fehlerwert, T das Abtastintervall (1 pro Sekunde bei der gezeigten Ausführungsform), TI die gewünschte Integrationszeit, α der Differentialquotienten-Filterwert, TD die gewünschte Differenzier- Zeit, Ck die momentane Temperaturablesung, Ck-1 die vorherige Temperaturablesung, Ck-2 die Temperaturablesung vor zwei Intervallen und k die Nummer des Intervalls oder der Abtastung. Weitere Einzelheiten, die den PID-Algorithmus betreffen, sind in der Veröffentlichung von Armando B. Corripio unter dem Titel "Tuning of Industrial Control Systems" (Instrument Society of America, 1990) auf Seite 114 und 115 zu finden, wobei hier darauf Bezug genommen werden soll.
Nachdem der PID-Algorithmus im Block 218 beendet ist, geht der Mikroprozessor weiter zum Block 220, wobei er den Ausgangs-Arbeitszyklus jenes Widerstands-Heizelements (rechtzeitig) auf den neuen Stand bringt, das dem bestimmten RTD-Fühler entspricht, dessen Temperaturäblesung im Algorithmus verwendet wurde. Wenn dies beispielsweise der erste RTD-Fühler 82-1 ist, führt dies zu einer Regelung im Arbeitszyklus jenes Stroms, der vom Ausgangstreiber 60 an das Festkörperrelais 62-1 gelegt wird, das seinerseits den Arbeitszyklus jenes Stroms steuert, der dem entsprechenden Widerstands-Heizelement 64-1 zugeführt wird. Dadurch, dass der Arbeitszyklus des Widerstands-Heizelements 64-1 geregelt wird, wird die vom Widerstands-Heizelement erzeugte Wärme um einen Wert größer oder kleiner gemacht, der erforderlich ist, um die gewünschte Einstelltemperatur an jener Stelle aufrecht zu erhalten, die dem RTD-Temperaturfühler 82-1 entspricht. Bei der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Änderung in den Arbeitszyklen in Schritten, die gleich dem Kehrwert der verwendeten Netzfrequenz der Wechselspannung sind (d. h. 16,6 msek bei 60 Hz oder 20 msek bei 50 Hz). Damit können die Widerstands-Heizelemente 64 mit dem Netz-Wechselstrom angesteuert werden, wenn dies erwünscht ist, da in diesem Fall die maximale Umschaltfrequenz der Festkörperrelais 62 von der Netzfrequenz bestimmt wird. Wenn die Widerstands-Heizelemente 64 mit einer 24 Volt Gleichspannungsquelle angesteuert werden, wie dies bei der gezeigten Ausführungsform der Fall ist, können die Arbeitszyklus-Schritte kürzer gemacht werden, falls dies erwünscht ist.
Nachdem der Ausgangs-Arbeitszyklus des Heizstroms im Block 220 auf den neuen Stand gebracht wurde, geht der Mikroprozessor weiter zum Entscheidungsblock 222 und bestimmt, ob alle 14 Temperaturkreise bearbeitet wurden. Wenn dies nicht der Fall ist, geht der Mikroprozessor weiter zum Block 224, erhöht einen Software-Zähler um einen Schritt, dessen Wert der Nummer des derzeitigen Temperaturkreises entspricht, und kehrt zum Block 214 zurück. Daraufhin schaltet der Mikroprozessor die Multiplexer 74-80 auf den nächsten Kanal um und wiederholt die Temperaturmessung, die PID-Berechnung sowie die Erneuerungs-Vorgänge für den nächsten RTD-Fühler 82-2 und das Widerstands-Heizelement 64-2.
Die aus den Blöcken 214 bis 224 bestehende Programmschleife wird wiederholt, bis alle 14 Kreise bearbeitet wurden, wobei an dieser Stelle die Feststellung im Entscheidungsblock 222 ein positives Ergebnis liefert. An dieser Stelle geht der Mikroprozessor weiter zum Block 226 und bearbeitet irgendwelche Übertemperatur- oder Untertemperatur-Alarme, die in irgendeinem der Temperaturkreise aufgetreten sein können. Wenn ein Alarm aufgetreten ist, wird vom Systemrechner 26 und der LCD-Anzeige 40 von Fig. 1 ein Ausgang angezeigt. Im Block 228 erneuert der Mikroprozessor die Temperaturwerte, die von der LCD-Anzeige 40 angezeigt werden, um die allerneuesten Messwerte wiederzugeben. Wenn bei einer bestimmten Anwendung der Mehrkreis-Temperaturregelstufe weniger als alle 14 zur Verfügung stehenden Temperaturkreise verwendet werden, werden die Funktionen, die in den Blöcken 214-224, 226 und 228 ausgeführt werden, nur für jene Kreise ausgeführt, die tatsächlich verwendet werden. Die Anzahl der Arbeitskreise (bis maximal 14) kann in der Firmware, die im EPROM 56 von Fig. 3 gespeichert ist, eingestellt oder vom Benutzer über das Tastenfeld 53 ausgewählt werden. Wenn die LCD-Anzeige 40 von Fig. 2 nicht groß genug ist, um die momentanen Temperaturen von allen Arbeitskreisen anzuzeigen, kann der Mikroprozessor 52 so programmiert werden, dass abwechselnd verschiedene Gruppen von Temperaturablesungen angezeigt werden, wobei dies im Takt oder auf Tastendruck erfolgt.
Das Programm von Fig. 8 entscheidet durch eine Festlegung im Entscheidungsblock 230, ob irgendeine der Tasten 42-48 des Tastenfelds 53 gedrückt wurde. Wenn dies der Fall ist, geht der Mikroprozessor weiter zum Entscheidungsblock 232 und bearbeitet den entsprechenden Befehl des Benutzers. Der Benutzerbefehl kann beispielsweise ein Einstellparameter-Eingang oder ein Befehl sein, einen Untertemperatur- oder einen Übertemperatur-Alarm zu löschen, der aufgetreten ist. Wenn im Entscheidungsblock 230 nicht erkannt wird, dass eine Taste gedrückt wurde, kehrt der Mikroprozessor zum Entscheidungsblock 202 zurück und wartet darauf, dass das nächste Intervall von einer Sekunde vergeht. Mit Hilfe der 1-Sekunden Zeitgliedfunktion, die der Entscheidungsblock 202 besitzt, wird die Intervallzeit der gesamten Mehrkreis-Temperaturregelstufe als Ganzes auf eine Sekunde eingestellt (d. h. das Intervall zwischen aufeinander folgenden Ablesungen eines vorgegebenen RTD-Fühlers). In der Praxis wird jene Zeit gewöhnlich kleiner als eine Sekunde sein, die notwendig ist, um alle 14 Kreise zu bearbeiten, wobei der Mikroprozessor in diesem Fall einfach untätig bleibt (abgesehen von der Verarbeitung von Unterbrechungen), bis der Rest des Intervalls von einer Sekunde abgelaufen ist.
Wie oben erwähnt wurde, handelt es sich beim A/D-Umsetzer 92 von Fig. 4 und 7 vorzugsweise um einen Sigma-Delta (Ladungsabgleich) Analog/Digital-Umsetzer. Obwohl diese Art eines A/D- Umsetzers durch eine hohe Auflösung, durch einen kleinen Nichtlinearitätsfehler und ein sehr gutes Ausfiltern der Netzfrequenzstörungen gekennzeichnet ist, ist die Ansprechzeit des Umsetzers durch die relativ lange Einstellzeit (etwa 50 msek) des internen digitalen Filters relativ lang. Wenn der Mikroprozessor 52 während dieses Intervalls untätig sein muss, wird die Summenverzögerungszeit unerwünscht lang, wenn die Anzahl von Temperaturkreisen erhöht wird. Dies erfordert, dass entweder die Anzahl von Temperaturkreisen begrenzt wird, oder dass die Gesamtintervallzeit verlängert wird. Um dies zu vermeiden, wird bevorzugt, die Unterbrechungsmöglichkeit des Mikroprozessors 52 so zu verwenden, dass der Mikroprozessor andere Funktionen ausführen kann, während sich das digitale Filter des A/D-Umsetzers 92 einstellt. Im Zusammenhang mit Fig. 8 geht der Mikroprozessor vom Schritt, in dem der Ausgangs-Arbeitszyklus in Block 220 erneuert wird, direkt zu den Schritten für die Alarmverarbeitung, für die Temperaturanzeige und für die Verarbeitung von Benutzerbefehlen der Blöcke 226-232. Inzwischen verarbeitet der A/D-Umsetzer 92 von Fig. 7 die analoge Spannung des nächsten Temperaturkreises, wenn diese zwischen den Eingangsleitungen AIN1+ und AIN1- anliegt, und erzeugt ein Ausgangssignal auf der DRDY-(Datenbereitstellungs)-Leitung, wenn ein digitaler Ausgangswert bereit steht, um auf der SDA- TA-Ausgangsleitung des Umsetzers ausgetaktet zu werden. Die DRDY-Leitung des A/D-Umsetzers 92 ist mit dem Unterbrechungseingang INT1 des Mikroprozessors 52 von Fig. 5 verbunden, so dass der Mikroprozessor 52 immer dann unterbrochen wird, wenn das DRDY-Signal auftritt. Während der Unterbrechung exekutiert der Mikroprozessor 52 ein Unterbrechungsprogramm, das im EPROM 56 gespeichert ist, während dem jene Funktionen ausgeführt werden, die in den Blöcken 214-220 von Fig. 8 dargestellt sind. Nachdem jeder Kreis bearbeitet wurde (d. h., nachdem jeder RTD-Fühler ausgelesen und der Arbeitszyklus des entsprechenden Widerstands-Heizelements angepasst wurde), erhöht der Mikroprozessor einen Kreiszähler um einen Schritt und führt das Unterbrechungsprogramm aus. Das Unterbrechungsprogramm enthält getrennte Teile, die das Umschalten der Multiplexer, die PID-Berechnung sowie die Steuerung des Ausgangs-Arbeitszyklus für jeden Temperaturkreis regeln, wobei der Kreiszähler entsprechende Eintrittspunkte für den Mikroprozessor in das Unterbrechungsprogramm festlegt, wenn jeder der aufeinander folgenden Temperaturkreise verarbeitet wird. Dadurch, dass die verschiedenen Temperaturkreise während der Unterbrechungen des Mikroprozessors bearbeitet werden, werden die Verzögerungen, die dem A/D-Umsetzer 92 zuzuschreiben sind, minimiert und die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht. Die Nullpunkts- und Vollausschlags-Eichvorgänge, die in den Blöcken 206 und 210 von Fig. 8 dargestellt und im Zusammenhang mit Fig. 9 und 10 noch ausführlich beschrieben werden, werden ebenfalls vorzugsweise während der Unterbrechungen des Mikroprozessors ausgeführt, wobei die Benutzerbefehle ebenfalls auf diese Weise verarbeitet werden können.
Um die Verarbeitungsgeschwindigkeit noch weiter zu erhöhen, ist der Mikroprozessor vorzugsweise so programmiert, dass er den A/D-Umsetzer 92 veranlasst, mit dem Ablesen des analogen Temperaturwerts vom nächsten RTD-Fühler unmittelbar nach dem Eintritt in das Unterbrechungsprogramm zu beginnen. Dies erfolgt dadurch, dass die Multiplexer 74-80 unmittelbar dann auf den nächsten Kanal umgeschaltet werden, wenn die Unterbrechung beginnt, und dass das digitale Filter im A/D-Umsetzer 92 zurückgesetzt wird (indem die SYNC-Leitung des A/D-Umsetzers 92 auf einen niedrigen Logikpegel gebracht wird), um zu diesem Zeitpunkt mit der Umsetzung der nächsten RTD-Fühlerspannung zu beginnen. Der A/D-Umsetzer 92 arbeitet so, dass der vorherige digitale Temperaturwert im Ausgangsregister verriegelt bleibt, bis der neue Wert etabliert ist, wobei dies dem Mikroprozessor 52 ausreichend Zeit nach dem Umschalten der Multiplexer 74- 80 und dem Rücksetzen des digitalen Filters des A/D-Umsetzers gewährt, um den vorherigen Wert dadurch auszulesen, dass der SCLK-Eingang des A/D-Umsetzers 92 getaktet und serielle Daten vom SDATA-Ausgang empfangen werden. Wenn daher beispielsweise der Mikroprozessor 52 in das Unterbrechungsprogramm eintritt, um jenen Temperaturkreis zu bearbeiten, der dem RTD-Fühler 82- 1 zugeordnet ist, besteht die erste Arbeit, die der Mikroprozessor ausführt, darin, die Multiplexer 74-80 auf den nächsten Kanal umzuschalten, um vom RTD-Fühler 82-2 einen Eingang zu erhalten, und das digitale Filter des A/D-Umsetzers 92 zurück zu setzen, um mit der A/D-Umsetzung des analogen Temperaturwerts vom RTD-Fühler 82-2 zu beginnen. Während die analoge Spannung vom RTD-Fühler 82-2 umgesetzt wird, liest der Mikroprozessor jenen digitalen Temperaturwert am Ausgang des A/D- Umsetzers 92 aus, der dem vorherigen RTD-Fühler 82-1 entspricht. Wenn der Mikroprozessor 52 und der A/D-Umsetzer 92 so in Betrieb gesetzt werden, und wenn die Unterbrechung des Mikroprozessors dazu verwendet wird, um Temperaturmessungen und Eichungen durchzuführen, wie dies oben beschrieben wurde, können Verzögerungen, die von der Einstellzeit des A/D-Umsetzers 92 stammen, minimiert werden.
Fig. 9 und 10 zeigen detaillierte Flussdiagramme, in denen der Nullpunkts- und der Vollausschlags-Eichvorgang in den Blöcken 206 und 210 von Fig. 8 ausgeführt werden. Zuerst soll auf Fig. 9 Bezug genommen werden. Der Mikroprozessor 52 beginnt mit dem Nullpunkts-Eichvorgang im Block 234 damit, dass die vier Multiplexer 74-80 von Fig. 4 und 7 auf den Masse-Bezugseingang (Kanal 15) umgeschaltet werden. Nach einer Verzögerung von 1 msek im Block 236 sendet der Mikroprozessor einen Nullpunkts- Eichbefehl an den A/D-Umsetzer 92. Daraufhin setzt der Mikroprozessor 52 das digitale A/D-Filter im Block 240 zurück und prüft wiederholt im Entscheidungsblock 242, um festzustellen, ob die DRDY-Ausgangsleitung auf einen niedrigen Logikpegel zurück gekehrt ist, um das Vorhandensein von Daten am SCLK-Ausgang anzuzeigen. Wenn dies einmal eintritt, ist der Eichvorgang beendet. Der Vollausschlag-Eichvorgang von Fig. 10 wird im Wesentlichen auf die gleiche Art ausgeführt, wobei die in den Blöcken 244-252 von Fig. 10 dargestellten Vorgänge im Wesentlichen jenen Vorgängen äquivalent sind, die in den Blöcken 234-242 von Fig. 9 dargestellt sind. Im Block 244 werden die Multiplexer 74-80 jedoch auf den Kanal 16 umgeschaltet und die Eingänge mit dem Präzisions-Eichwiderstand 12 verbunden, statt dass auf den Kanal 15 umgeschaltet wird, wie dies oben beschrieben wurde. Auf ähnliche Weise handelt es sich bei dem im Block 248 zum A/D-Umsetzer 92 ausgesandten Befehl um einen Befehl zur Vollausschlags-Eichung statt um einen Befehl zur Eichung des Nullpunkts, wie dies oben beschrieben wurde.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, sind verschiedene Abänderungen und Abarten für Fachleute ersichtlich. Beispielsweise muss die Mehrkreis-Temperaturregelstufe nicht eine konstante Einstelltemperatur für jedes Gestell oder jeden Kreis aufrecht erhalten, sondern sie kann statt dessen so programmiert werden, dass sie die Temperatur in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Plan ändert, beispielsweise nach einem "Anstieg/Sättigungs-Temperaturprofil". Weiters ist ersichtlich, dass die Grundlagen der vorliegenden Erfindung auf Temperatur- Mess- und/oder -Regelsysteme, die nicht in automatisierten Blutkulturen-Systemen verwendet werden, sowie auf andere Systeme angewandt werden können, in denen Parameter gemessen und/ oder geregelt werden, bei denen es sich um keine Temperaturen handelt. Diese sowie andere Abänderungen und Abarten sollen innerhalb der Erfindung liegen, wie sie in den beiliegenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem, das enthält:

- eine erste Eingangsleitung, die so aufgebaut ist, um mit einem Fühler (82) verbunden zu werden, um einen Parameter abzutasten, der gemessen werden soll, und ein Ausgangssignal zu liefern, das diesen Parameter kennzeichnet;

- eine zweite Eingangsleitung, die so aufgebaut ist, um mit einer ersten Eicheinrichtung (112) verbunden zu werden, um einen ersten Eichwert des Fühler-Ausgangssignals einzurichten;

wobei der Fühler (82) und die Eicheinrichtung (112) iderstandselemente (82, 112) sind, die jeweils einen positiven Anschluss und einen negativen Anschluss besitzen; und

- eine Steuereinrichtung (72, 52), die mit der ersten und der zweiten Eingangsleitung verbunden ist, um einen Ausgangswert des Parameters während eines jeden von einer Vielzahl von aufeinander folgenden Arbeitsintervallen zu erzeugen, wobei die Steuereinrichtung (72, 52) in Betrieb steht, um einen Messvorgang unter Verwendung des Fühler- Ausgangssignals während eines jeden der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle sowie einen ersten Eichvorgang unter Verwendung des ersten Eichwerts während zumindest einiger der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle auszuführen; wobei

die Steuereinrichtung (72, 52) aufweist:

-- eine Messstufe (88-92), die zwei Eingänge besitzt;

-- eine erste Stromquelle (84);

-- einen ersten Eingangs-Multiplexer (74), der mit der Stromquelle (84) verbunden ist, um einen ersten Strom an jedes der Widerstandselemente (82, 112) über seinen entsprechenden positiven Anschluss zu legen; und

-- einen ersten und einen zweiten Ausgangs-Multiplexer (76, 78), womit jeweils ein erster Eingang der Messstufe (88-92) an den positiven Anschluss der Widerstandselemente (82, 112) gelegt wird und ein zweiter Eingang der Messstufe (88-92) an den negativen Anschluss der Widerstandselemente (82, 112) gelegt wird;

wobei die Steuereinrichtung (72, 52) so aufgebaut ist, um die ersten und die zweiten Ausgangs-Multiplexer (76, 78) an den positiven bzw. den negativen Anschluss entweder des Fühlers (82) oder der ersten Eicheinrichtung (112) umzuschalten, um entweder das Ausgangssignal oder den ersten Eichwert für die Messstufe (88-92) zu liefern;

wobei das Messsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinrichtung (72, 52) weiters eine zweite Stromquelle (86) sowie einen zweiten Eingangs-Multiplexer (80) aufweist, der mit der zweiten Stromquelle (86) verbunden ist, um über den entsprechenden negativen Anschluss einen zweiten Strom an jedes der Widerstandselemente (82, 112) zu legen;

wobei die Widerstandselemente (82, 112) mit einem Masseanschluss (104) versehen sind, der so aufgebaut ist, um den ersten und den zweiten Strom gegen Masse abzuleiten;

wobei die Steuereinrichtung (72, 52) so aufgebaut ist, um gleichzeitig die ersten und die zweiten Eingangs-Multiplexer (74, 80) umzuschalten, um den ersten und den zweiten Strom an den positiven bzw. den negativen Anschluss entweder des Fühlers (82) oder der ersten Eicheinrichtung (112) zu legen, damit entweder der Fühler (82) oder die erste Eicheinrichtung (112) entweder das Ausgangssignal oder den ersten Eichwert erzeugt.

2. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Ausgangssignal und der erste Eichwert zwei analoge Ausgangssignale erhalten, und wobei die Messstufe (88-92) einen Analog/Digital-Umsetzer (92) enthält.

3. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 2 wobei der Fühler (82) einen Temperaturfühler (82) enthält, und wobei der zu messende Parameter die Temperatur enthält.

4. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 2, wobei die Messstufe (88-92) weiters einen Verstärker (90) enthält, der zwischen dem Analog/Digital-Umsetzer (92) sowie dem ersten und dem zweiten Ausgangs-Multiplexer (76, 78) liegt.

5. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung weiters einen Mikroprozessor (52) enthält, der mit dem ersten und dem zweiten Eingangs- Multiplexer (74, 80) und dem ersten und dem zweiten Ausgangs-Multiplexer (76, 78) sowie dem Analog/Digital- Umsetzer (92) verbunden ist, um deren Arbeitsweise zu steuern.

6. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 1, wobei das System weiters einen Masse-Bezugspunkt (110) als zweite Eicheinrichtung enthält, die einen zweiten Eichwert einrichtet, wobei der zweite Eichwert von der Steuereinrichtung (72, 52) dadurch eingerichtet wird, dass:

der erste und der zweite Eingangs-Multiplexer (74, 80) gleichzeitig umgeschaltet werden, um den ersten und den zweiten Strom an die zweite Eicheinrichtung (110) zu legen, damit die zweite Eicheinrichtung (110) den zweiten Eichwert erzeugt; und

der erste und der zweite Ausgangs-Multiplexer (76, 78) auf die zweite Eicheinrichtung (110) umgeschaltet werden, um den zweiten Eichwert der Messstufe (88-92) zu liefern;

wobei die Messtufe (88-92) in Betrieb steht, um einen zweiten Eichvorgang unter Verwendung des zweiten Eichwerts während zumindest einiger der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle auszuführen.

7. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 6, wobei der erste und der zweite Eichwert einen Nullpunkts-Wert und einen Vollausschlags-Wert enthalten.

8. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (72, 52) so aufgebaut ist, um den ersten und zweiten Eichvorgang während unterschiedlicher, aufeinander folgender Arbeitsintervalle auszuführen.

9. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung (72, 52) so aufgebaut ist, um zumindest den ersten oder den zweiten Eichvorgang während eines jeden der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle auszuführen.

10. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 1, wobei das System weiters eine Vielzahl von zusätzlichen Widerstandselementen (82-2) enthält, wobei die zusätzlichen Widerstandselemente aus einer Vielzahl von zusätzlichen Fühlern bestehen, um den Parameter, der gemessen werden soll, abzutasten und eine Vielzahl von zusätzlichen Ausgangssignalen zu erzeugen, die für jeden der zusätzlichen Fühler kennzeichnend sind;

wobei die Steuereinrichtung (72, 52) so aufgebaut ist, um eine Vielzahl von zusätzlichen Ausgangswerten des Parameters während eines jeden der Vielzahl von aufeinander folgenden Intervallen zu liefern, indem zusätzlich:

gleichzeitig der erste und der zweite Eingangs-Multiplexer (74, 80) umgeschaltet wird, um den ersten und den zweiten Strom an jeden der zusätzlichen Fühler (82-2) zu legen, damit die zusätzlichen Fühler die zusätzlichen Ausgangssignale erzeugen; und

der erste und der zweite Ausgangs-Multiplexer (76, 78) an die zusätzlichen Fühler (82-2) umgeschaltet wird, um die zusätzlichen Ausgangssignale an die Messstufe (88-92) zu legen;

wobei die Messstufe (88-92) in Betrieb steht, um eine Vielzahl von zusätzlichen Messvorgängen unter Verwendung der zusätzlichen Ausgangssignale während eines jeden der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle auszuführen, um die zusätzlichen Ausgangswerte zu erzeugen.

11. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 10, wobei das Messsystem Bestandteil eines Mehrkreis- Reglers (50, 72) ist, der des weiteren eine Vielzahl an Ausgängen umfasst, die mit der Steuereinrichtung (72, 52) gekoppelt sind und so ausgeführt sind, um mit einer entsprechenden Vielzahl an Ausgangsstufen (64), die entsprechenden Fühlern (82) zugeordnet sind, verbunden zu werden, wobei die Steuereinrichtung (72, 52) zur Regelung einer jeden Ausgangsstufe (64) gemäß dem Ausgangswert des entsprechenden Fühlers (82) geeignet ist, um einen gewünschten und festgelegten Wert des Parameters aufrechtzuerhalten.

12. Fortlaufend sich selbst eichendes Messsystem gemäß Anspruch 11, wobei die Fühler (82) Temperaturfühler enthalten, der zu messende Parameter die Temperatur enthält und die Ausgangsstufen Temperaturregelelemente (64) enthalten.

13. Verfahren zum Betreiben eines fortlaufend sich selbst eichenden Messsystems, das einen Fühler (82), eine erste Eicheinrichtung (112) sowie eine Steuereinrichtung (72, 52) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (72, 52) eine erste Stromquelle (84), eine zweite Stromquelle (86), einen ersten Eingangs-Multiplexer (74), einen zweiten Eingangs- Multiplexer (80), einen ersten Ausgangs-Multiplexer (75??), einen zweiten Ausgangs-Multiplexer (78) sowie eine Messstufe (88-92) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte enthält:

- Einrichten einer Vielzahl von aufeinander folgenden Arbeitsintervallen des Messsystems;

- Veranlassen, dass das Messsystem einen Messvorgang unter Verwendung eines Ausgangssignals ausführt, das einen Parameter kennzeichnet, der gemessen werden soll, um einen Ausgangswert dieses Parameters dadurch zu erzeugen, dass:

gleichzeitig der erste und der zweite Eingangs-Multiplexer (74, 80) umgeschaltet wird, um die erste und die zweite Stromquelle (84, 86) an den Fühler (82) zu legen, damit der Fühler das Ausgangssignal erzeugt, und

der erste und der zweite Ausgangs-Multiplexer (75??, 78) an den Fühler (82) umgeschaltet wird, um das Ausgangssignal an die Messstufe (88-92) zu legen;

wobei die Messstufe (88-92) in Betrieb steht, um den Messvorgang unter Verwendung des Ausgangssignals während eines jeden der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle auszuführen, um den Ausgangswert zu erzeugen; und

- das Messsystem unter Verwendung eines ersten Eichwerts geeicht wird, der von der ersten Eicheinrichtung (112) dadurch eingerichtet wird, dass:

die Steuereinrichtung (72, 52) den ersten und den zweiten Eingangs-Multiplexer (74, 80) gleichzeitig umschaltet, um die erste und die zweite Stromquelle (84, 86) an die erste Eicheinrichtung (112) zu legen damit die erste Eicheinrichtung den ersten Eichwert erzeugt, und

der erste und der zweite Ausgangs-Multiplexer (76, 78) an die erste Eicheinrichtung (112) umgeschaltet wird, um den ersten Eichwert an die Messstufe (88-92) zu legen,

wobei die Messstufe (82-92) in Betrieb steht, um unter Verwendung des ersten Eichwerts während zumindest einiger der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle einen ersten Eichvorgang auszuführen.

14. Verfahren zum Betreiben eines Messsystems gemäß Anspruch 13, wobei das Messsystem als zweite Eicheinrichtung (110) weiters einen Masse-Bezugspunkt enthält, wobei das Verfahren weiters folgende Schritte enthält:

Eichen des Messsystems unter Verwendung eines zweiten Eichwerts, der von der zweiten Eicheinrichtung (110) dadurch eingerichtet wird, dass:

die Steuereinrichtung (72, 52) gleichzeitig den ersten und den zweiten Eingangs-Multiplexer (74, 80) umschaltet, um die erste und die zweite Stromquelle (84, 86) an die zweite Eicheinrichtung (110) zu legen, damit die zweite Eicheinrichtung den zweiten Eichwert erzeugt, und

den ersten und den zweiten Ausgangs-Multiplexer (76, 78) auf die zweite Eicheinrichtung (110) umschaltet, um den zweiten Eichwert an die Messstufe (88-92) zu legen,

wobei die Messstufe (88-92) in Betrieb steht, um unter Verwendung des zweiten Eichwerts während zumindest einiger der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle einen zweiten Eichvorgang auszuführen.

15. Verfahren zum Betreiben eines Messsystems gemäß Anspruch 14, wobei der erste und der zweite Eichwert einen Nullpunkts-Wert und einen Vollausschlags-Wert enthalten.

16. Verfahren zum Betreiben eines Messsystems gemäß Anspruch 15, wobei der erste und der zweite Eichwert dazu verwendet werden, um das Messsystem während verschiedener Intervalle der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle zu eichen.

17. Verfahren zum Betreiben eines Messsystems gemäß Anspruch 16, wobei zumindest der erste oder der zweite Eichwert dazu verwendet wird, um das Messsystem während eines jeden der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle zu eichen.

18. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Messsystem weiters eine Vielzahl von zusätzlichen Fühlern (82-2) enthält, wobei das Verfahren weiters folgenden Schritt enthält:

Veranlassen, dass das Messsystem eine Vielzahl von Messvorgängen unter Verwendung einer Vielzahl von Ausgangssignalen ausführt, die einen Parameter kennzeichnen, der gemessen werden soll, um eine Vielzahl von Ausgangswerten des Parameters dadurch zu erzeugen, dass:

gleichzeitig der erste und der zweite Eingangs-Multiplexer (74, 80) umgeschaltet wird, um die erste und die zweite Stromquelle (84, 86) an die zusätzlichen Fühler (82-2) zu legen, damit die zusätzlichen Fühler die zusätzlichen Ausgangssignale erzeugen, und

der erste und der zweite Ausgangs-Multiplexer (76, 78) an die zusätzlichen Fühler (82-2) umgeschaltet wird, um die zusätzlichen Ausgangssignale an die Messstufe (88-92) zu legen,

wobei die Messstufe (88-92) in Betrieb steht, um die Vielzahl von Messvorgängen unter Verwendung der Vielzahl von zusätzlichen Ausgangssignalen auszuführen, um eine entsprechende Vielzahl von Ausgangswerten des Parameters während eines jeden der aufeinander folgenden Arbeitsintervalle zu erzeugen.

19. Verfahren zum Betreiben eines Messsystems gemäß Anspruch 18, wobei das Verfahren weiters einen Schritt enthält, um jeden der Ausgangswerte des Parameters dazu zu verwenden, um eine entsprechende Ausgangsstufe (64) zu regeln, um einen gewünschten Einstellwert des Parameters aufrecht zu erhalten.

20. Verfahren zum Betreiben eines Messsystems gemäß Anspruch 19, wobei der Parameter eine Temperatur enthält und die Ausgangsstufen Temperaturregelelemente (64) enthalten.