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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Überwachungsvorrichtung zum
Ermitteln eines Endpunktmesswerts eines Umweltparameters, wie z.
B. Temperatur, Feuchtigkeit, Druck und Ähnliches.
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Überwachungsvorrichtungen,
wie z. B. Thermometer, werden verwendet, um die Endpunkttemperatur eines
Gases, der Oberfläche
eines Körpers
oder des Inneren eines Körpers
zu ermitteln, in dem sich die Temperatur im Wandel befindet. Die
Ermittlung eines Endpunkts durch Personen war häufig eine unsichere Angelegenheit,
da die korrekte Ermittlung eines Endpunkts von der Geduld des Bedieners
abhängt.
Zudem ist die Ermittlung von Parameterendpunkten durch Personen
von der Wahrnehmung eines Zeitablaufs und von der menschlichen Beurteilung
hinsichtlich einer Änderung
der Messwerte in dieser Zeitspanne abhängig. Es versteht sich von
selbst, dass präzise
Ermittlungen häufig
recht ungenau sind.
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Einfache Überwachungsgeräte stellen
dem Nutzer eine analoge, oft visuelle Darstellung eines Parameters,
wie z. B. Temperatur oder Feuchtigkeit, bereit. Derartige Instrumente
sind im Allgemeinen schwer abzulesen und daher hinsichtlich der
Endpunktermittlung von begrenztem Nutzen.
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Digitale
Instrumente, wie z. B. ein digitales Überwachungsgerät, bieten
genauere Messwerte, haben aber ebenfalls das Problem, dass das menschliche
Urteil von der Ermittlung des Parameterendpunkts abhängt. In
der Vergangenheit wurden digitale Überwachungsgeräte entworfen,
die die Änderungsgeschwindigkeit
eines Parameters, wie z. B. der Temperatur, messen und diese Informationen
zum Ermitteln eines vorausberechneten Endpunkts extrapolieren. Der
vorausberechneten Endpunkt ist jedoch häufig nicht der tatsächliche
Endpunkt und kann irreführend
sein. Derartige Fehlinformationen können zu Fehlentscheidungen
und zu Verlusten bei Fertigung, Transport, Lagerung und auf anderen
industriellen Gebieten führen.
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Eine Überwachungsvorrichtung,
die einen Endpunktmesswert eines Umweltparameters präzise und einheitlich
ermittelt, wäre
ein beträchtlicher
Fortschritt auf den Gebieten der Herstellung, Forschung und Wissenschaft.
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Die
DE-A-29 12 498 beschreibt ein elektronisches Thermometer mit einer
analogen Temperatursonde, deren Ausgabe mit einem Analog-Digital-Wandler
verbunden ist. Der Analog-Digital-Wandler gibt für vorher festgelegte Temperaturunterschiede
Impulse aus. Überschreitet
die Zeitspanne zwischen zwei Impulsen ein vorgegebenes Zeitfenster,
wird die Endpunkttemperatur angezeigt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird im Folgenden eine neuartige und nützliche Überwachungsvorrichtung zum
Ermitteln eines Endpunktmesswerts eines Umweltparameters bereitgestellt.
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Die Überwachungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung setzt zur quantitativen Messung einer Mehrzahl von Werten
des Umweltparameters über
eine bestimmte Zeitspanne eine Sonde oder einen Sensor ein. Die
Sonde kann von einer Art sein, die Temperatur, Feuchtigkeit, Druck,
Gaskonzentration und Ähnliches
misst. Zusätzlich
umfasst die Sonde Messwandlungsmittel zum Umwandeln der gemessenen
Werte des Umweltparameters in elektrische Signale. Die Sonde kann
ein Gehäuse
zur Aufnahme dieses Messwandlungsmittels aufweisen. Die Sonde kann
unterschiedliche Verfahren zur Erfassung des Umweltparameters verwenden
und kann auch mit verschiedenen Reaktionszeiten arbeiten. In jedem
Fall ist die Überwachungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung in der Lage, Sonden von großer Vielfalt aufzunehmen. Entsprechend
kann die Sonde von einer Art sein, die die Temperatur eines Gases,
wie z. B. von Luft, die Temperatur der Oberfläche eines Körpers oder durch das Eindringen
der Sonde die Temperatur im Inneren eines Körpers misst.
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In
der vorliegenden Erfindung kann ein Sensorgehäuse ein Speicherelement aufnehmen,
um während des
Betriebs der Sonde gemäß der vorliegenden
Erfindung Informationen bereitzustellen, die im Folgenden ausführlicher
erläutert
werden. Ein Speichermittel, das im Sondengehäuse angeordnet werden kann,
ist auch Teil der vorliegenden Erfindung, um ein gewähltes Akzeptanzkriterium
als die Differenz zwischen einem Umweltparameteranfangswert und
einem Umweltparameterfolgewert zu speichern. Diese Werte werden
natürlich von
dem Sensor oder der Sonde gemessen. Ein Zeitmessmittel ermittelt
ein Zeitintervall für
diese Messungen, wobei der Speicher in Verbindung mit einem Endpunktauswahlmittel
arbeitet, das während
dieses Zeitintervalls das gewählte
Akzeptanzkriterium mit dem Steigungsmaß eines tatsächlichen
Umweltparameterwerts vergleicht, das von der Sonde innerhalb des
bestimmten Zeitintervalls gemessen wird. Das Steigungsmaß kann zum
Beispiel dir Form einer Temperaturänderung innerhalb des Zeitintervalls
annehmen. Liegt das Steigungsmaß innerhalb
des Akzeptanzkriteriums und ist das Zeitintervall länger oder
gleich lang wie ein gespeichertes Zeitfenster, wird durch ein Anzeigemittel
ein Anzeigensignal erzeugt, um Hinweise vorzulegen und die tatsächlich gemessenen
Umweltparameter darzustellen. Die vorliegende Erfindung kann einen
programmierten Mikrocomputer enthalten, um die Ausführung dieser
Funktionen zu unterstützen.
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Zusätzlich kann
die vorliegende Erfindung ein Rückstellmittel
aufweisen, das bewirkt, dass das Zeitmessmittel ein neues Zeitintervall
einleitet. Auf diese Weise regt das gemessene Steigungsmaß nur dann
das Anzeigemittel an, wenn das gemessene Steigungsmaß in das
im Voraus ausgewählte
Akzeptanzkriterium passt. Der so ermittelte Endpunktwert kann eine
Endpunkttemperatur, eine Endpunktfeuchtigkeit, ein Endpunktdruck
und Ähnliches
sein.
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Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ferner einen Analog-Digital-Wandler einsetzen, um
vom Sondensensor und dem Messwandlungsmittel empfangene elektrische
Signale in digitale Signale umzuwandeln. Zudem können die charakteristischen
Daten im Sondenspeicher vom Analog-Digital-Wandler direkt durch den Mikroprozessor
gelesen werden. Ein derartiges Zusammenwirken erlaubt der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung den Betrieb unter bekannten Kriterien.
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Ferner
kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zusätzlich
die Bereitstellung eines Datenübertragungskanals
umfassen, um das Herunterladen von Daten im Mikrocomputer auf ein
gewünschtes Medium
zu ermöglichen.
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Es
ist wohl ersichtlich, dass eine neuartige und nützliche Vorrichtung zum Ermitteln
eines Endpunktmesswertes beschrieben wurde. Eine Aufgabe der vor liegenden
Erfindung ist daher, eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Endpunktmesswertes
bereitzustellen, die zur einheitlichen, genauen Messung von Endpunkten führt und
die auf der menschlichen Wahrnehmung beruhenden Fehler bei der Ermittlung
präziser
Messungen vermeidet.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Überwachungsvorrichtung
bereitzustellen, die automatisch einen bestimmten Sensor abfragt
und innerhalb der Möglichkeiten
der bestimmten Sonde arbeitet.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung
zum Ermitteln eines Endpunktmesswertes bereitzustellen, die nur
dann eine Endpunkttemperatur anzeigt, wenn das Steigungsmaß des Parameters über die
Zeit in ein im Voraus festgelegtes Steigungsmaß des Parameters über die
Zeit fällt.
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Noch
eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Überwachungsvorrichtung
zum Ermitteln eines Endpunktmesswertes bereitzustellen, die zu geringen
Kosten hergestellt werden kann, aber auf einem hohen Leistungsniveau
arbeitet.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Überwachungsvorrichtung
zum Ermitteln eines Endpunktmesswertes bereitzustellen, deren Maße kompakt
sind.
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Die
Erfindung besitzt, insbesondere hinsichtlich bestimmter Merkmale
und Eigenschaften derselben, andere Aufgaben und Vorteile, die aus
der weiteren Beschreibung ersichtlich sind.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Draufsicht der Temperaturüberwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die die Sensorsondenteile des Moduls umfasst.
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2 ist
eine schematische Ansicht, die den Sondenspeicher und den Sensorteil
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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3 ist
ein schematisches Diagramm, das die elektrische Funktion der vorliegenden
Erfindung funktional darstellt.
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4 und 5 sind
schematische Schaltpläne,
die die Schaltkreise der vorliegenden Erfindung darstellen.
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6 ist
eine Kurve, die die Betriebsergebnisse bei der Einholung eines Endpunktmesswertes
für die Temperatur
darstellt.
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7 ist
ein Verlaufsdiagramm einer Parameterendpunktermittlung unter Verwendung
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird auf die folgende ausführliche Beschreibung ihrer
bevorzugten Ausführungsformen
Bezug genommen, die auf die oben beschriebenen Zeichnungen zu beziehen
ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Einige
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden sich aus der folgenden
ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen entwickeln, die
in Verbindung mit den oben beschriebenen Zeichnungen zu betrachten
sind.
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Die
Erfindung als Ganzes ist in den Zeichnungen durch das Bezugszeichen 10 dargestellt.
Die Vorrichtung 10 ist zum Ermitteln eines Endpunktmesswertes
eines Umweltparameters, wie z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Druck
und Gaskonzentration und Ähnliches,
vorgesehen. In der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten
Ausführungsform
ist Vorrichtung 10 als Temperaturüberwachungsvorrichtung dargestellt
und umfasst als ein Element eine Sonde 12 mit einer Sensorspitze 14,
die in einen Griff oder ein Gehäuse 16 passt. Sonde 12 ist
elektrisch durch Anschluss 20, der Leitungen 22 von
Sonde 12 verbindet, an ein Modulteil 18 angeschlossen.
Sensorspitze 14 kann ein Metallglied sein und von einer
Art, die Lufttemperatur, Oberflächentemperatur
oder durch Eindringen Sensorspitze 14 in den zu messenden
Körper
die Innentemperatur einer Anzahl von Körpern misst. Modul 18 umfasst
eine Anzeigeoberfläche
mit einem Bildschirm 26 und einer Tastatur 28 mit
einer Mehrzahl von Steuerungstasten, die dem Nutzer erlauben, Vorrichtung 10 zu
bedienen und zu programmieren. Bildschirm 26 ist in der
Lage, die Temperatur angebende Hinweise anzuzeigen.
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Wenn
wir uns 2 zuwenden, ist zu sehen, dass
Sensorteil 30 von Sonde 12 dargestellt ist. Sensor 30 ist
ein Vierleiter-Platin-Widerstandsthermometer. Widerstandsthermometer 23 besitzt
einen Temperaturkoeffizient von 0,00385 und ist von einer Art, die
unter dieser Bezeichnung von der Hereaus Holding GmbH hergestellt
wird. Vier Anschlüsse,
(+) E, (+) S, (–)
S und (–)
E dienen als Ausgabe von Sensor 30. Im Allgemeinen liefert
Sensor 30 ein analoges Signal an Signalkanal 32,
der das analoge Signal in ein digitales Signal umwandelt. Das digitale
Signal wird zur Verarbeitung an Mikrocomputer U-10 weitergeleitet.
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Sensorspitze 14 umfasst
auch Speichereinheit 34, die aus einem EEPROM, d. h. einem
Lese-Schreib-Speicher, besteht. Die Speichereinheit 34 ist
physisch innerhalb von Griffgehäuse 16 von
Sonde 12 angeordnet. Der Computer U-10 ist dazu konstruiert,
Sensormodul 14 abzufragen. Das Sensormodul antwortet mit
einer Liste von Informationen, die es Computer U-10 erlauben, geeignete
Parameter auszuwählen, um
das Signalverarbeitungsmodul von Vorrichtung 10 für sowohl
Signalart als auch Amplitude und andere passende Schaltkreiskonstrukte
zu konfigurieren. Computer U-10 wählt auch die geeigneten Maßstabsfaktoren, Maßangaben
und Kriterien zur Bereitstellung des korrekten und endgültigen Ergebnisses.
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Nunmehr
Bezug nehmend auf 3 befindet sich Mikrocomputer
U-10 normalerweise im Ruhemodus, wobei sich alle Module in Abschaltkonfiguration
befinden. Tastatursteuerungstasten 28 stellen im Wesentlichen
einen Matrix Switch dar, der zur Eingabe von Daten und zur Steuerung
des Zustands verwendet wird. Datenspeicher 36 (U-13-19)
ist eine Lese/Schreib-Anordnung, die Daten ohne die Anwendung von
Energie speichern kann. Speicher 36 ist in Abschnitte unterteilt,
einen für
die Anzeige von Nachrichten auf Bildschirm 26 verwendeten
Bildschirmerzeugungsbereich und einen Datenspeicherabschnitt zur
Speicherung von Messwerten und Zeitangaben. Anzeige 26 ist
ein in Modul 18 angeordnetes zweizeiliges LCD mit zwölf Zeichen. Echtzeit-Zeitgeber 38 (U-12)
ist eine in sich abgeschlossene programmierbare Zeitmess-/Kalender-/Speichereinheit
zur Steuerung von Zeitnahme und Alarm in Verbindung mit dem Mikrocomputer
U-10. Energieverwaltungsmodul 40 verfügt über eine Reihe von Bauteilen,
die selektiv Energie von der Hauptbatterie B-1 an aktive Module verteilt.
Der serielle Port RS-323C 42 ist ein serienmäßig käuflich erhältlicher
Artikel und dient als Nachrichtenübertragungskanal für das Herunterladen
von Daten zum Computer und/oder Drucker. Der serielle Port 42 erscheint
an Modul 18, 1.
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Im
Wesentlichen sind mehrere Module mit der Signalerfassung und der
Konfiguration der Datenumwandlungseinheit unter der Steuerung von
Mikrocomputer U-10 beschäftigt.
Sensorspeicher 34 dient als Speichereinheit, die die für die Identifikation
von Sensor 14 notwendigen Parameter enthält und die
Kalibrierungsinformationen, die Mikrocomputer U-10 die Verarbeitung
der Sensordaten ermöglichen.
Sensorelement 30 dient auch als Messwandlungsmittel 44 zur
Umwandlung der gemessenen Werte des Umweltparameters, wie z. B.
Temperatur, in ein elektrisches Signal. Das analoge Signal ist durch
analoge Schaltmatrix 48, die durch Seriell-Parallel-Wandler 50 (U-6)
konfiguriert ist, mit einem Differentialverstärker 46 verbunden.
Das Verfahrenssignal wird schließlich vom Analog-Digital-Wandler 52 (U-11)
in einen digitalen Wert umgewandelt.
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Im
Allgemeinen bewirkt Vorrichtung 10 die Erfassung eines
bidirektionalen Steigungsmesswerts, im vorliegenden Fall zum Ermitteln
einer Endpunkttemperatur. Anders ausgedrückt sind die Steigungsmaßmesswerte
in Vorrichtung 10 absolute Zahlen. Insbesondere führt Mikrocomputer
U-10 eine Reihe von Unterprogrammen aus, die den mit Sonde 12 verbundenen
Sensor 30 abfragen. Die zurückgesendeten Daten liefern spezifische
Parameter an Mikrocomputer U-10, der die Informationen in Speichermittel 54 speichert.
Diese Informationen werden in Verzeichnissen im Programm „Messen" gespeichert. Die
oben beschriebene Abfrage tritt jedes Mal auf, wenn eine Signalumwandlung
zwischen Sensor 30 und Analog-Digital-Wandler 52 durchgeführt wird.
Die Eigenschaften von Verstärker 46 werden
gelesen, indem ein Muster in analogen Schalter 48 eingegeben
und dieses mit ähnlichen,
in Datenspeicher 36 gespeicherten Informationen verglichen
wird. Diese Informationen werden in diesem bei der Herstellung von
Vorrichtung 10 angelegt. Es muss ein Akzeptanzkriterium
erfüllt
werden, bevor eine weitere Verarbeitung stattfinden kann. Ist das
Kriterium erfüllt,
wird der analoge Schalter 48 so konfiguriert, dass er den
Sensor 30 mit Verstärker 46 verbindet.
Die Daten werden durch Mikrocomputer U-10 von Analog-Digital-Wandler 52 gelesen
und zur weiteren Verarbeitung in Ver zeichnissen gespeichert. Dieses
gesamte Verfahren wird für
jede vom System erfasste Datenmenge wiederholt.
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Die
Tätigkeit „Messen" beginnt mit dem
Löschen
eines Verzeichnisses der abgelaufenen Zeit von Echtzeit-Zeitmesser 58 und
der Durchführung
einer Sensordatenabtastung zur Erzielung eines Anfangswertpunkts,
d. h. einer von Sensor 30 gemessenen Anfangstemperatur.
Weitere Abtastungen werden im Abstand von einer halben Sekunde durchgeführt. Jede
Abtastung wird vom Anfangswert abgezogen und die Größe der Differenz
wird mit einem von Sensorspeicher 34 (einem Teil von Speichermittel 54)
als ein Akzeptanzkriterium abgelesenen Wert verglichen. Ist die
Größe der Datenänderung
größer als
das zugelassene Kriterium, wird das Verzeichnis der abgelaufenen
Zeit gelöscht.
Ein neuer Anfangsdatenpunkt wird gespeichert und die Abfolge wird
fortgesetzt. Ist die Größe des Temperaturunterschieds
kleiner als das Kriterium oder gleich groß, kann das Zeitverzeichnis
von Endpunktauswahlmittel 56 mit der Akkumulation fortfahren.
Am Ende eines von Zeitmessmittel 58 im Sensorspeicher 34 festgelegten
Zeitfensters wird die Endtemperatur in Anzeige 26 festgehalten.
Gleichzeitig wird die aktuelle Zeit in Instrumentendatenspeicher 36 gespeichert.
Vorrichtung 10 kehrt dann in den Ruhezustand zurück, bis
das „Messen" durch den Tastaturschalter 28 eingeschaltet
wird. Wird eine andere Sensorart verwendet, um einen Umweltparameter,
wie z. B. Temperatur, zu messen, wird diese Veränderung von Mikrocomputer U-10
erkannt und für
das Ermitteln eines Endpunkts für
die Betriebsart „Messen" verwendet. Insbesondere
wird der oben beschriebene Zyklus abgebrochen und das Instrument
in den Ruhezustand zurückversetzt.
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Wenn
wir uns 4 und 5 zuwenden,
ist zu sehen, dass Sensor 30 die Ausgaben (+) E, (+) S, (–) S und
(–) E
umfasst. Die Verbindung besteht aus einer Halbbrücken-Widerstandskette, die
aus den Widerständen
R-22, R-24, R-37, R-39
und R-40 besteht. Bei der Herstellung von Vorrichtung 10 werden
die Widerstände
R-24 und R-37 mit einem kalibrierten Vierleiter-Widerstandsmessgerät gemessen
und die Ergebnisse in ein Anwendungsprogramm eingegeben, dass beide
Koeffizienten berechnet, die anschließend als Konstanten für den Selbstabgleich
des Signalkanals 32 im Instrumentenspeicher gespeichert
werden. Die Widerstandswerte werden bei jedem Messzyklus auf kleinste
Verhältnisände rungen
kontrolliert, so dass eine Nullpunktverschiebung des Instruments über die
Zeit oder aufgrund von Beschädigungen
durch unsachgemäße Bedienung
erkannt und dem Bediener angezeigt werden kann. Jeder Widerstand
und jede Kette sowie die vier Leitungen des Widerstandsthermometers 30 sind
durch R-23 und R-36
mit dem Signalkanal 32 verbunden. Die Verbindung durch
Signalkanal 32 wird durch die analogen Schalter U-7A-D
und U-8A-D erreicht. Die analogen Schalter werden durch einen Seriell-Parallel-Wandler 46 (U-6), 4,
initialisiert, der auch mit Mikrocomputer U-10 verbunden ist. Es
ist zu beachten, dass die Reihe von angepassten Halbbrücken-Präzisionswiderständen eine
präzise
Stromquelle überflüssig macht.
Die Signalverarbeitung des Messwandlers verwendet explizit durch
den Sensor 30 gemessenen Strom durch Ablesen der Widerstände R-24
und R-37. Die Messwerte dieser Widerstände ermöglichen es auch, die Verschiebung
und Steigerung des gesamten Signalkanals 32 bei der Herstellung
des Instruments 10 festzulegen. Es ist auch darauf hinzuweisen,
dass eine Nullpunktverschiebung oder ein Umschalten von Bauteilen
in hohem Maße
von dieser Struktur toleriert werden kann. Zum Beispiel wird Anzeige 26 der
Vorrichtung 10 dem Bediener auf der Grundlage eines vorab
festgelegten Werts das Datum/die Zeit anzeigen, zu dem/der ein Messwert
außerhalb
vom Toleranzbereich im Speicher 36 auftritt.
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Eine
Kalibrierung von Sensor 30 kann entweder vor oder nach
dem Anschluss von Signalkanal 32 erfolgen. Koeffizienten,
die sich auf den genauen Wert des Sensors an vier Punkten innerhalb
des geforderten Genauigkeitsbereichs beziehen, werden für Berechnungen
hin zum weiteren Fortgang zum tatsächlichen Wert wieder aufgerufen.
Dieser Zwischenwert wird als Index in eine Tabelle von zweihundertsechsundfünfzig einen Bereich
von zwei Grad umfassenden Temperaturen eingegeben. Der wieder aufgerufene
Tabellenwert wird mit dem vorher berechneten Wert kombiniert, um
so die endgültige
Anzeige zu gewinnen und/oder die Temperatur zu speichern. Zusätzliche
Messwertparameter, die für
bidirektionalen Steigungsmessungen und die Endpunktermittlungsfunktion
des Instruments verwendet werden, werden ebenfalls wieder aufgerufen
und gespeichert. Daher muss der Bediener nicht länger auf Erfahrung und Ausbildung
beruhende Schätzungen
der Endpunkttemperatur machen. Der Bediener muss nur warten, bis
eine Temperatur angezeigt wird.
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Signalkanal 32,
insbesondere Schalter U-7 und U-8, verwenden allgemein verfügbare Spannung
für die
Verbindung der Sonde 12 mit dem Signalkanal 32.
Der Signalkanal verwendet ein Differential (signal high) (signal
low) über
R-23 und R-36. Das maximiert den Störabstand. Kondensatoren C-7,
C-8, C-9, C-10 und C-11 filtern hochfrequente Rauschanteile. Das
von U-5 und den angegliederten Bauteilen gebildete Netz stellt eine
zusätzliche
Verschiebung um annähernd
75 Millivolt bereit, um den auf den Analog-Digital-Wandler 52 (U-11)
angewandten Signalbereich zu zentrieren. Verstärker U-9A und U-9B bilden einen
Differentialverstärker mit
einer festen Steigerung von 45 Volt Ein-/Ausgang. Es ist auch zu
bemerken, dass der analogen Schaltermatrix 48 weitere Schalter
hinzugefügt
werden können,
um einen digitalen Steigerungssteuerblock zu bilden, um die Vorrichtung
an eine große
Vielfalt an Sensorarten und Empfindlichkeiten anzupassen. Die Widerstandskette
bei der Ausgabe von U-9, d. h. R-30, R-33 und R-35, umfasst auch
die einzige veränderliche
Widerstandanordnung im System, R26. R26 passt das anfängliche
Gleichgewicht von U-9A und U-9B an, um den verwendbaren Signalbereich
zu maximieren. Nach der anfänglichen
Anpassung wird jede Veränderung
oder Verschiebung dieses Bauteils durch die Selbstabgleichberechnung
des Messzyklus ausgeglichen, die Teil des Messzyklus ist.
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U-11
ist Analog-Digital-Wandler 52 mit Zwölfbit-Auflösung (ein Teil in 4096). Analog-Digital-Wandler 52 ist
seriell konfiguriert und wird vom Mikrocomputer U-10 gelesen. Die
Strom- und Referenzspannung für
den Signalkanal 48 verwendet einen gesonderten Regler,
U-3, der Teil des Energieverwaltungsmoduls 40 ist. U-3 wird
von MOSFET-Schaltern Q-8 und Q-9 ein- und ausgeschaltet, die vom
Mikrocomputer U-10 durch das digitale Signal APOW gesteuert werden.
Energieverwaltungsmodul 40 ist eine Fünf-Volt-Einheit mit niedriger Ausfallrate.
Diese Art von Regler isoliert den digitalen Bereich des Systems
von Rauschen und Belastung. Es kann auch eine Steckbrücke eingesetzt
werden, um in der vorliegenden Erfindung die digitale Platte mit
der analogen Platte zu verbinden.
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Die
Energie für
das System der Vorrichtung 10 wird von vier AA-Batterien, B-1, Modul 40,
geliefert. MOSFET Q-2 verhindert die Polaritätsumkehrung von B-1. U-1 mit
seinen Bauteilen D-1, D-2 und C-2 dient als kapaziti ver Schaltzustands-Spannungsverstärker, der
eine Spannung (VH1) erzeugt, die circa 1,7 Mal über der von Batterie B-1 gelieferten
Spannung liegt. Energieverwaltungsmodul 40 ist sehr effektiv,
da der Strombedarf des Systems im Extremfall unter fünf Milliampere
liegt. U-2 ist ein 5-Volt-Regulator. Q-3 und Q-6 schalten 5 Volt Leistung
auf das LCD des Bildschirms 26. Im Mikrocomputer U-10 wird diese Ausgabe
als Signalleitung POW gekennzeichnet. Q-4 und Q-7, gesteuert von
UPOW, liefern Energie (VSU) an den seriellen (RS-232) Nachrichtenübermittlungskanal.
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Die
Zeitnahmefunktion des Systems in der Vorrichtung 10 wird
in Verbindung mit Mikrocomputer U-10 vom Echtzeit-Zeitmesser 38 (U-12)
ausgeführt.
U-12 hat die Bauteile
X-1, R-28, R-29, R-32 und B-2 und ist eine vollkommen unabhängige Einheit.
Batterie B-2 ist eine Lithiumbatterie und X-1 ist ein Kristalloszillator. U-12
umfasst auch einen nicht vergänglichen
Datenspeicher. Die Nachrichtenübertragung
mit Mikrocomputer U-10 erfolgt über
eine I/O-Leitungsverbindung.
Echtzeitdaten und Systemvariabeln werden über diese Verbindung gelesen
und geschrieben. Das Wechseln der Batterie B-1 beeinflusst Status
und Funktion von U-12 nicht.
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Der
Datenspeicher in Speichermodul 36 umfasst die Speichereinheiten
U-13 bis U-19. Jede dieser Einheiten bildet eine serielle Lese/Schreib-Vorrichtung mit einem
16K Bit EEPROM. Insbesondere Speichereinheit U-13 enthält festgelegte
Anzeigenschirme für
Anzeige 28 und einen Nachrichten- oder Datenspeicher für Mess-
und Protokollfunktionen der Vorrichtung 10.
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Wenn
wir uns 6 und 7 zuwenden,
ist zu sehen, dass der Betrieb der Vorrichtung 10 Steigungsverhältnisermittlung
verwendet. Delta S über
Delta T stellt zum Beispiel ein solches Steigungsverhältnis dar.
Wie in 6 dargestellt zeigen Kurven 60 und 62,
dass das von der Vorrichtung 10 ermittelte Steigungsverhältnis von
Temperatur und Zeit ein absoluter Wert ist und daher in die Plus-
oder Minusrichtung gehen kann. Die Mehrzahl von Fensterkriterien 64 zeigt
Messwertpunkte auf der Kurve 62 an, die nicht in das vorher festgelegte
Steigungsverhältniskriterium
passen. Wurde zum Beispiel eine Temperaturänderung von 0,3 Grad über einen
Zeitraum von drei Sekunden als Endpunkt festgelegt, müsste man
zum eingekreisten Punkt 66 gehen, um den Endpunkt zu finden.
Zu diesem Zeitpunkt würde
durch die auf 2-5 dargestellten
Schal tungen die Temperatur am Endpunkt 66 auf Anzeige 28 angezeigt.
Endpunkt 68 stellt eine Endtemperatur auf Kurve 60 dar,
die eine steigende Temperatur anzeigt.
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Die
folgende Darstellung ist ein Verzeichnis der in den Schaltkreisen
in
5 und
6 enthaltenden Bauteile: VERZEICHNIS
DER BAUTEILE
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7 stellt
den logischen Prozess der Endpunktermittlung dar.
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Obwohl
in der vorangegangenen Beschreibung die Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung mit dem Zweck der vollständigen Offenbarung der Erfindung
sehr ausführlich
erläutert
wurden, ist für
Fachleute ersichtlich, dass in diesen Einzelheiten zahlreiche Änderungen
vorgenommen werden können,
ohne den Schutzbereich der Erfindung gemäß den Ansprüchen zu verlassen.
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Übersetzung
der Zeichnungen
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2
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- Microcomputer - Mikrocomputer
- Data - Daten
- Signal Channel - Signalkanal
- A/D Conv. - Analog-Digital-Wandler
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3
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- One-way serial bus - Serieller Einfachbus
- Two-way serial bus - Serieller Zweifachbus
- Parallel Bus - Paralleler Bus
- Analog Signals - Analoge Signale
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4
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- Signal Channel - Signalkanal
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5
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- Signal high - Signal hoch
- Signal low - Signal tief
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6
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- Temperature - Temperatur
- Time - Zeit
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7
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- Begin Measure Mode - Start der Betriebsart „Messen"
- Start Pressed - „Start" gedrückt
- Min slope - Mindeststeigungsabstand
- Time window - Zeitfenster
- Diff temp criteria (DC) - Temperaturdifferenzkriterium
- Read probe 30 - Sonde 30 ablesen
- Window criteria - Fensterkriterium
- Reset - Rückstellen
- Initiate time - Zeit einleiten
- Initiate Temp - Temperatur einleiten
- Latch end point temp. - Endpunkttemperatur festhalten
- Read temp - Temperatur ablesen
- End - Ende
- No - Nein
- Yes - Ja
- Rm = Größe der Temperaturänderung
- Wc = Fensterzeitkriterium
- RT = Verzeichnis der akkumulierten Zeit
