EP1174841A1 - Power saving circuit for a measuring device - Google Patents

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EP1174841A1
EP1174841A1 EP01116633A EP01116633A EP1174841A1 EP 1174841 A1 EP1174841 A1 EP 1174841A1 EP 01116633 A EP01116633 A EP 01116633A EP 01116633 A EP01116633 A EP 01116633A EP 1174841 A1 EP1174841 A1 EP 1174841A1
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EP
European Patent Office
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current
measuring device
microprocessor
power
measuring
Prior art date
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EP01116633A
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German (de)
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EP1174841B1 (en
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Winfried Rauer
Karl Griessbaum
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Vega Grieshaber KG
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Vega Grieshaber KG
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Publication date
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Application filed by Vega Grieshaber KG filed Critical Vega Grieshaber KG
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00—Electric signal transmission systems
    • G08C19/02—Electric signal transmission systems in which the signal transmitted is magnitude of current or voltage

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for measuring an industrial process variable at a predetermined maximum power consumption by the measuring device. More specifically concerns the invention a measuring device for connection to a current loop, in particular a 4 - 20 mA current loop, or to a digital communication.
  • Means for measuring a process variable are used to measure a process variable to be recorded and the measured values passed on for subsequent processing.
  • UP ps
  • the measured values can be passed on via a current loop or via a digital communication. In both cases, it is advantageous if the measuring device has its takes the required power from the two lines through which the measured value is passed on becomes.
  • the current in the current loop set so that its size reflects the size of the process variable. It has a standard is now in use that uses currents between 4 mA and 20 mA, where a current of 4 mA through the current loop is the maximum (or minimum) measurement value and a current of 20 mA the minimum (or maximum) measured value of the process variable represents.
  • This measurement technique proves to be largely insensitive to interference and is widely used experienced in industrial application.
  • a measuring device that is supplied by means of a current loop has only a limited one Performance available. This power depends on the supply voltage and the (according to the currently set current). Conventional measuring devices are dimensioned so that they have the minimum available power get along, d. H. only the power available at minimum current and voltage need. If more power is available, this additional power is combined in one Current level converted into power loss and not in the measuring device for improvement used for the measurement.
  • Measuring devices that are controlled via digital communication often have one constant power consumption as this is necessary for data transmission.
  • the Available power depends on the applied terminal voltage.
  • measuring devices are designed so that the measuring circuit maintains a constant Has power consumption that corresponds to the power with a minimum supply voltage. additionally Offered power with a larger supply voltage will also be dissipated here implemented.
  • an improvement proposal is known in which an intelligent sensor is equipped with a sensor circuit.
  • the sensor is used for a Measurement frequency operated, which corresponds to a power consumption that is greater than that at minimum current and minimum voltage available through the current loop. If this leads to a deficit (i.e. the power consumed exceeds the permissible one available power), then the sensor circuit detects this deficit and causes that the execution of the measurement program is suspended until the deficit no longer exists.
  • the object of the invention is to provide a measuring device of the type mentioned at the outset is able to meet their power requirements without the risk of incorrect displays of the measured value adapt the available performance.
  • the total output would be the one to be displayed Measured value, consumed by the corresponding frequent function of the sensor.
  • Power remains, so there is no performance deficit and therefore no malfunction of the sensor can arise.
  • the excess power is dissipated in the measuring device (Heat) implemented.
  • Heat the measuring device
  • the sum of both services taken must be just as large that the total current absorbed by the sensor corresponds to a defined value. This For the sensor, the value is to be output within a current loop (4 - 20 mA) by the current one Measured value specified.
  • the value of the constant recorded corresponds Stroms the general requirements in connection with the used Communication protocol.
  • the desired one Adaptation of the power consumed to carry out the measurement task enables the available service without exceeding it by the fact that the current surplus of power that would have to be converted into power loss becomes.
  • the control unit of the sensor is in able to take appropriate measures regarding the type and frequency of implementation of the Measuring cycles the power consumption of the measuring device to the predetermined maximum available Approximate performance so that the surplus is minimized without a specific one to fall below the predetermined limit for the surplus. (The excess on this is ideal Limit at least approximately zero.)
  • the current surplus can be determined either by measuring the surplus directly Electricity or excess power. But it is also indirect Way possible by measuring current or consumed power for implementation the measurement task and measurement of available performance or knowledge of Available current to determine the current surplus by forming a difference. If you choose the way of indirect surplus determination, you can make a significant simplification achieve with a slight disadvantage that individual measurements of the current or. Performance determination is waived and this through appropriate estimates and compliance larger reserves to be replaced.
  • the invention is suitable for any measuring devices for process variables, if these Measuring devices externally a power consumption, usually a varying maximum power consumption is specified. For example, this is the default of Power consumption when using a current loop, because here (with the measured value to be displayed varies) only the maximum amount of power that may be used, corresponds to the current that is used to display the correct measured value in the supply lines can flow.
  • the invention is particularly suitable for sensors such as level sensors.
  • sensors such as level sensors.
  • the invention is described below with reference to two embodiments, which are on the one hand a radar level sensor and on the other hand an ultrasonic level sensor is.
  • Such sensors are regularly used today through current loops or digital communications and are therefore those to be overcome according to the invention Exposed to difficulties.
  • a preferred implementation of the invention uses a current stage that is generally parallel to the other components of the measuring device.
  • the current stage serves to consume the power (“power dissipation") that is left over from the total (given by the measured value display function) the power required deducts the measuring device in measuring mode. This one not used As already stated, the excess power is a measure of the reserve in the system for an increase in the measurement performance is still available without it being in the state of the Technology (EP 0 687 375) specified deficit comes.
  • Such a current stage offers various options for measuring the excess power, as will be described below with reference to exemplary embodiments becomes.
  • the current excess power can be measured directly. It can alternatively also be predicted.
  • Known data from the measuring device for example, the relatively large power consumption of individual components become.
  • connection of the measuring device to a digital communication, or an associated one Current loop enables completely analog measures to achieve the same advantages.
  • a measuring device always consists of one generic part, which corresponds to Figures 1, 2 or 7, and a connection to the supply according to Figures 3 to 6 or 8 to 13.
  • a first exemplary embodiment of a measuring arrangement according to the invention is a Radar level sensor.
  • the sensor measures the level in a container.
  • the measured Value is either via a current loop with z. B. 4 - 20 mA or via a digital Communication, e.g. B. a fieldbus.
  • FIG. 1 shows part of such a radar sensor 101.
  • the generic one is shown Part that is independent of how the measured value is passed on.
  • a power supply unit 102 which has supply lines, is used to supply energy to the sensor 101 14 and 15 is connected to a current stage.
  • the sensor is controlled by a microcontroller 106, whose program is in one Program memory 107 is located. It uses an EEPROM 109 and a for its data RAM 108.
  • the microcontroller controls the RF front end 103, which generates radar signals sends the antenna 114 and processes the received signals. These signals are from Receiver 104 processed and digitized by means of an A / D converter 105 to the Microcontroller forwarded.
  • the microcontroller determines from the digital signals a reading. After a possible conversion, he gives this via a control line 16 further to the current stage cf. below, which depending on this sets a current, or to the digital interface, which transmits the measured value via digital communication.
  • the control lines 16 and 17 are used as a connection to the digital interface used.
  • the microcontroller has the option of the HF front end, the receiver or other circuit parts via stand-by signals to put them into an idle state with reduced power consumption, or this entirely switch off as described below.
  • the sensor may be used for measuring lines 18-20 and an A / D converter 110, which is connected to is connected to the microcontroller 106.
  • the microcontroller has a reduced mode Current consumption. Capacitors 111, 112, and 113 reduce the current fluctuations, that arise when the components are switched on and off.
  • Figure 2 shows a second exemplary embodiment of a similarly constructed ultrasonic sensor.
  • a power supply unit 202 which has supply lines, is used to supply energy to the sensor 201 14 and 15 is connected to a current stage.
  • the sensor is controlled by a microcontroller 206, the program of which is in one Program memory 207 is located. It uses an EEPROM 209 and a for its data RAM 208.
  • the microcontroller controls the ultrasonic transmitter 203, the control signals for the sound transducer 214 supplies.
  • the sound transducer 214 thereby generates sound waves that are emitted and reflected by a reflective medium.
  • the received signals converts the sound transducer into electrical signals that are fed to the receiver 204.
  • FIG. 3 A first preferred implementation of the solution according to the invention for the exemplary embodiments according to Figures 1 and 2 is shown in Figure 3. It is used to measure the excess power, which are available for the optimization of the measuring device operation stands, by means of a current stage 302.
  • Current stage 302 is connected at 11 and 12 to a 4-20 mA current loop.
  • the current stage 302 is connected in parallel to the rest of the circuit of the measuring device.
  • the Current stage monitors the total current via the voltage drop across a resistor R301 and keeps it constant.
  • the current through the current stage is regulated so that the total current remains constant through the resistor R301 and that through the control line 16 corresponds to the specified value.
  • the current that flows into the terminals of the measuring device is divided into a proportion that flows into the supply line 14, and a portion that flows into the current stage 302.
  • the Current through the supply line 14 is used by the measuring device for working, the current through the current stage is not used to supply the measuring device, it is a measure of the current performance surplus.
  • the microcontroller measures this excess, shown in FIG. 3 as a voltage measurement across a resistor R302, and adjusts the power consumption of the sensor so that it is always sufficient, if the smallest possible excess is available. If the surplus decreases, parts of the Measuring device z. B. the transmission and reception area, or the entire Signal generation and processing area put into a power-saving idle state. It is possible, with a corresponding reduction in the surplus, for a temporary suspension the operation as described in the prior art EP 0 687 375.
  • Fluctuations can e.g. B. a brief increase in power consumption or a fluctuation in the supply voltage.
  • Figure 4 shows alternative ways to build the current stage 402. It is here in series with the supply lines 14, 15. It is a Z-diode 403 alternatively one electronic circuit that has a variable current consumption depending on the voltage downstream. The electronic circuit is usually preferred.
  • the total current of the complete measuring device is also over a Resistor R401 felt and regulated accordingly.
  • the stream divides after the Current level to a part that is used to supply the measuring device.
  • the determination of the excess power becomes more accurate if one also considers the voltage on the supply line + 14 with the measuring line 18.
  • FIG. 13 shows an improved circuit compared to FIG. 4.
  • a current level 1302 is connected in series with the supply lines. Your is a circuit 1303 downstream, which consumes excess power. To do this, she feels the tension on the Supply line + 14 and with the help of a line 1304 the voltage before the current stage.
  • the circuit 1303 consumes just enough current that the voltage drop across the Current stage 1302 is as small as possible to reduce power loss, but large enough remains so that the current stage can keep the current constant, even if the Supply voltages or the current consumption of the sensor occur.
  • a measure of that Excess power therefore results from the current through the circuit 1303, the z. B. is measured via the voltage drop at R1302 using the measuring line 20.
  • the determination of the excess power becomes more accurate if one also considers the voltage on the supply line + 14 with the measuring line 18.
  • FIG. 5 shows a current stage 502 comparable to that in FIG. 3.
  • R502 determines the current requirement of the measuring device. From the difference between the known current flowing in the current loop and the current requirement of the measuring device a measure of the excess can be derived from R502.
  • the excess Performance more precisely through an additional measurement on the supply line + 14 available voltage can be determined by means of measuring line 19.
  • FIG. 6 shows a current stage 602, similar to FIG. 4.
  • the excess is not measured directly, but rather the input power at the terminals of the measuring device and the power consumption that the measuring device needed for supply, determined.
  • the input power results from the known Current flowing in the current loop and the input voltage measured via measuring line 19.
  • the power consumption that the measuring device requires for supply is calculated from the current through R602 and the voltage measured via measuring line 18 Supply + 14 determined. The difference between the two services is a measure of the currently pending Excess performance.
  • the power consumption of the measuring device 101, 102 is often essentially determined by one or more large consumers. You get information about the power consumption of these components, one can make a statement about the power consumption of the Make measuring device by z. B. for the unknown power consumption of others Components assumes a worst case value. In addition, the available Performance determines how B. shown in Figures 3 to 6 and from it the excess power certainly. Based on the surplus performance, the Microcontroller whether parts of the measuring device are put into said idle state need to control the power consumption of the measuring device.
  • Figure 7 shows as another preferred embodiment of the invention a radar sensor, which with the help of a Measurement line 715 receives a statement about the power consumption of the receiver 704. If the sensor is powered by a current loop or digital communication is irrelevant. In the case of an ultrasonic sensor or a sensor with a cable guided The same procedure can be carried out using radar. The important thing here is just one or more Identify main consumers whose current power requirements are determined.
  • FIGS. 10 and 11 show further simplifications preferred according to the invention.
  • the current currently required is included as a voltage drop across resistor R1002 Measured with the help of the measuring line 18 or via R1102 with the help of the measuring line 20.
  • the Microcontroller can regulate this current by controlling the idle states so that it always stays below the currently available current.
  • the current level 1202 keeps the current constant at times when there is no communication.
  • the digital interface 1203 receives digital signals via the control line 16 from Microcontroller data, which it transmits in modulated form to the current stage, which the Current changed accordingly.
  • the type of modulation depends on the specifications of the used digital communication.
  • Data is received by the signals the supply line + 14 or at the current stage 1202 from the digital interface 1203 recognized and demodulated via the control line 17 to the microcontroller become.
  • the measurement of the excess is implemented, as already shown in FIG. 3, by measuring the voltage drop via R1202 with the measuring line 18 or additionally the voltage on the supply line + 14 with the measuring line 19. The same are the other previously described methods on measuring devices with digital communication applicable.

Abstract

An energy saving circuit has current stage control unit (302) that controls the power consumption of the sensor connected to a power circuit (11,12) using a control line (16) so that it is equal to and does not exceed a threshold value.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Messung einer industriellen Prozessvariablen bei vorgegebener maximaler Leistungsaufnahme durch die Messeinrichtung. Spezieller betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zum Anschluss an eine Stromschleife, insbesondere eine 4 - 20 mA-Stromschleife, oder an eine digitale Kommunikation.The invention relates to a measuring device for measuring an industrial process variable at a predetermined maximum power consumption by the measuring device. More specifically concerns the invention a measuring device for connection to a current loop, in particular a 4 - 20 mA current loop, or to a digital communication.

Einrichtungen zur Messung einer Prozessvariablen werden verwendet, um eine Prozessvariable zu erfassen und die gemessenen Werte zur anschließenden Verarbeitung weiterzugeben. UP:ps Means for measuring a process variable are used to measure a process variable to be recorded and the measured values passed on for subsequent processing. UP: ps

Die Weitergabe der gemessenen Werte kann über ein Stromschleife geschehen oder über eine digitale Kommunikation. In beiden Fällen ist es von Vorteil, wenn die Messeinrichtung ihre benötigte Leistung aus den beiden Leitungen entnimmt, über die der Messwert weitergegeben wird.The measured values can be passed on via a current loop or via a digital communication. In both cases, it is advantageous if the measuring device has its takes the required power from the two lines through which the measured value is passed on becomes.

Bei der Weitergabe der Messwerte über eine Stromschleife wird der Strom in der Stromschleife so eingestellt, dass seine Größe die Größe der Prozessvariablen widerspiegelt. Es hat sich heutzutage ein Standard durchgesetzt, der Ströme zwischen 4 mA und 20 mA verwendet, wobei ein Strom von 4 mA durch die Stromschleife den maximalen (oder minimalen) Messwert und ein Strom von 20 mA den minimalen (oder maximalen) Messwert der Prozessvariablen repräsentiert.When the measured values are passed on via a current loop, the current in the current loop set so that its size reflects the size of the process variable. It has a standard is now in use that uses currents between 4 mA and 20 mA, where a current of 4 mA through the current loop is the maximum (or minimum) measurement value and a current of 20 mA the minimum (or maximum) measured value of the process variable represents.

Diese Messtechnik erweist sich als weitgehend stör-unempfindlich und hat große Verbreitung in industrieller Anwendung erfahren.This measurement technique proves to be largely insensitive to interference and is widely used experienced in industrial application.

Einer Messeinrichtung, die mittels einer Stromschleife versorgt wird, steht nur eine begrenzte Leistung zur Verfügung. Diese Leistung hängt von der Versorgungsspannung und dem (gemäß dem auszugebenden Messwert) aktuell eingestellten Strom ab. Herkömmliche Messeinrichtungen sind so dimensioniert, dass sie mit der minimal zur Verfügung stehenden Leistung auskommen, d. h. nur die bei minimalem Strom und minimaler Spannung anstehende Leistung benötigen. Steht mehr Leistung zur Verfügung, wird diese zusätzliche Leistung in einer Stromstufe in Verlustleistung umgesetzt und nicht in der Messeinrichtung zur Verbesserung der Messung verwendet.A measuring device that is supplied by means of a current loop has only a limited one Performance available. This power depends on the supply voltage and the (according to the currently set current). Conventional measuring devices are dimensioned so that they have the minimum available power get along, d. H. only the power available at minimum current and voltage need. If more power is available, this additional power is combined in one Current level converted into power loss and not in the measuring device for improvement used for the measurement.

Messeinrichtungen, die über eine digitale Kommunikation angesteuert werden, haben oft eine konstante Stromaufnahme, da dies für die Datenübertragung notwendig ist. Hier ist die zur Verfügung stehende Leistung abhängig von der angelegten Klemmenspannung. Herkömmliche Messeinrichtungen sind auch hier so ausgelegt, dass die Messschaltung eine konstante Leistungsaufnahme hat, die der Leistung bei minimaler Versorgungsspannung entspricht. Zusätzlich angebotene Leistung bei größerer Versorgungsspannung wird auch hier in Verlustleistung umgesetzt. Measuring devices that are controlled via digital communication often have one constant power consumption as this is necessary for data transmission. Here is the Available power depends on the applied terminal voltage. conventional Here too, measuring devices are designed so that the measuring circuit maintains a constant Has power consumption that corresponds to the power with a minimum supply voltage. additionally Offered power with a larger supply voltage will also be dissipated here implemented.

Stand der TechnikState of the art

Aus EP 0 687 375 ist ein Verbesserungsvorschlag bekannt, bei dem ein intelligenter Messwertgeber mit einer Fühlerschaltung ausgestattet wird. Der Messwertgeber wird bei einer Messfrequenz betrieben, die einer Leistungsaufnahme entspricht, die größer ist als die bei minimalem Strom und minimaler Spannung über die Stromschleife verfügbare Leistung. Kommt es dadurch zu einem Defizit (d. h. die verbrauchte Leistung übersteigt die zulässige verfügbare Leistung), dann ermittelt die Fühlerschaltung dieses Defizit und veranlasst, dass die Ausführung des Messprogramms ausgesetzt wird, bis das Defizit nicht mehr besteht.From EP 0 687 375 an improvement proposal is known in which an intelligent sensor is equipped with a sensor circuit. The sensor is used for a Measurement frequency operated, which corresponds to a power consumption that is greater than that at minimum current and minimum voltage available through the current loop. If this leads to a deficit (i.e. the power consumed exceeds the permissible one available power), then the sensor circuit detects this deficit and causes that the execution of the measurement program is suspended until the deficit no longer exists.

Dies führt jedoch, neben anderen Problemen, zu wiederholter Ausgabe falscher Messwerte, was nicht akzeptabel ist.However, among other things, this leads to repeated output of incorrect measured values, which is not acceptable.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist, eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die ohne die Gefahr von Fehlanzeigen des Messwertes in der Lage ist, ihren Leistungsbedarf an die zur Verfügung stehende Leistung anzupassen.The object of the invention is to provide a measuring device of the type mentioned at the outset is able to meet their power requirements without the risk of incorrect displays of the measured value adapt the available performance.

Dabei soll möglichst genau so viel der insgesamt aufgenommenen Leistung zur Erfüllung der Messaufgabe verbraucht werden, dass zum einen Geschwindigkeit und Qualität der Messung optimiert werden. Theoretisch würde also die gesamte Leistung, die dem jeweils anzuzeigenden Messwert entspricht, durch die entsprechend häufige Funktion des Messwertgebers verbraucht. In der Praxis wird aber schon sicherheitshalber immer noch eine gewisse Differenz zwischen zur Verfügung stehender Leistung und zur Erfüllung der Messaufgabe verbrauchter Leistung übrig bleiben, damit kein Leistungsdefizit und damit keine Fehlfunktion des Sensors entstehen kann. Der Überschuss an Leistung wird in der Messeinrichtung in Verlustleistung (Wärme) umgesetzt. Die Summe beider aufgenommener Leistungen muss genau so groß sein, dass der insgesamt vom Sensor aufgenommene Strom einem definierten Wert entspricht. Dieser Wert ist beim Sensor innerhalb einer Stromschleife (4 - 20 mA) durch den aktuell auszugebenden Messwert vorgegeben.As much as possible of the total power consumed should be used to fulfill the Measurement task are consumed, on the one hand, speed and quality of the measurement be optimized. Theoretically, the total output would be the one to be displayed Measured value, consumed by the corresponding frequent function of the sensor. In practice, however, there is still a certain difference for safety reasons between available power and used to fulfill the measurement task Power remains, so there is no performance deficit and therefore no malfunction of the sensor can arise. The excess power is dissipated in the measuring device (Heat) implemented. The sum of both services taken must be just as large that the total current absorbed by the sensor corresponds to a defined value. This For the sensor, the value is to be output within a current loop (4 - 20 mA) by the current one Measured value specified.

Beim digital kommunizierenden Sensor entspricht beispielsweise der Wert des konstant aufgenommenen Stroms den allgemeinen Vorgaben im Zusammenhang mit dem benutzten Kommunikationsprotokoll.In the digitally communicating sensor, for example, the value of the constant recorded corresponds Stroms the general requirements in connection with the used Communication protocol.

Zur Lösung der Aufgabe dienen erfindungsgemäß die in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalskombinationen.According to the invention, those defined in the independent claims are used to achieve the object Combinations of features.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.Advantageous configurations are defined in the dependent claims.

Grundsätzlich wird in den am meisten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die gewünschte Anpassung der zur Durchführung der Messaufgabe aufgenommenen Leistung an die zur Verfügung stehende Leistung ohne deren Überschreitung dadurch ermöglicht, dass der aktuelle Überschuss an Leistung, der in Verlustleistung umgesetzt werden müsste, bestimmt wird. Nach Ermittlung dieses aktuellen Überschusses ist die Kontrolleinheit des Sensors in der Lage, durch geeignete Maßnahmen bezüglich Art und Häufigkeit der Durchführung der Messzyklen die Leistungsaufnahme der Messeinrichtung an die vorgegebene maximal verfügbare Leistung so anzunähern, dass der Überschuss minimiert wird, ohne eine bestimmte vorgegebene Grenze für den Überschuss zu unterschreiten. (Ideal ist der Überschuss an dieser Grenze also wenigstens annähernd gleich Null.)Basically, in the most preferred embodiments of the invention, the desired one Adaptation of the power consumed to carry out the measurement task enables the available service without exceeding it by the fact that the current surplus of power that would have to be converted into power loss becomes. After determining this current excess, the control unit of the sensor is in able to take appropriate measures regarding the type and frequency of implementation of the Measuring cycles the power consumption of the measuring device to the predetermined maximum available Approximate performance so that the surplus is minimized without a specific one to fall below the predetermined limit for the surplus. (The excess on this is ideal Limit at least approximately zero.)

Die Bestimmung des aktuellen Überschusses kann entweder durch direkte Messung des überschüssigen Stroms oder der überschüssigen Leistung erfolgen. Es ist aber auch auf indirektem Weg möglich, durch Messung von Strom oder aufgenommener Leistung zur Durchführung der Messaufgabe und Messung von zur Verfügung stehender Leistung bzw. Kenntnis von zur Verfügung stehendem Strom über Differenzbildung den aktuellen Überschuss zu ermitteln. Wählt man den Weg der indirekten Überschussbestimmung, kann man eine wesentliche Vereinfachung bei geringem Nachteil dadurch erreichen, dass auf einzelne Messungen zur Strom-bzw. Leistungsermittlung verzichtet wird und diese durch geeignete Schätzungen sowie Einhaltung größerer Reserven ersetzt werden.The current surplus can be determined either by measuring the surplus directly Electricity or excess power. But it is also indirect Way possible by measuring current or consumed power for implementation the measurement task and measurement of available performance or knowledge of Available current to determine the current surplus by forming a difference. If you choose the way of indirect surplus determination, you can make a significant simplification achieve with a slight disadvantage that individual measurements of the current or. Performance determination is waived and this through appropriate estimates and compliance larger reserves to be replaced.

Außerdem ist es oft möglich, sich bei der Ermittlung von zur Durchführung der Messaufgabe aufgenommener Leistung auf die Leistungsaufnahme der Schaltungsteile zu beschränken, die bekanntermaßen am meisten ins Gewicht fallen.In addition, it is often possible to find out when to perform the measurement task to limit the power consumed to the power consumption of the circuit parts which known to be the most significant.

Die Erfindung eignet sich für beliebige Messeinrichtungen für Prozessvariable, sofern diesen Messeinrichtungen extern eine Leistungsaufnahme, meist eine variierende maximale Leistungsaufnahme vorgegeben ist. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Vorgabe der Leistungsaufnahme bei Versorgung mittels einer Stromschleife, weil hier jeweils (mit dem anzuzeigenden Messwert variierend) nur soviel Leistung maximal verbraucht werden darf, wie dem Strom entspricht, der zur Anzeige des richtigen Messwertes in den Versorgungsleitungen fließen kann.The invention is suitable for any measuring devices for process variables, if these Measuring devices externally a power consumption, usually a varying maximum power consumption is specified. For example, this is the default of Power consumption when using a current loop, because here (with the measured value to be displayed varies) only the maximum amount of power that may be used, corresponds to the current that is used to display the correct measured value in the supply lines can flow.

Es ist natürlich denkbar, dass sich die Begrenzung der Leistung, die die Messeinrichtung verbrauchen darf, aus anderen Gesichtspunkten ergibt, beispielsweise bei der Verbindung mit einer digitalen Kommunikation oder aus ganz anderen Gründen.It is of course conceivable that the limitation of the power that the measuring device consume may result from other points of view, for example when connecting with digital communication or for completely different reasons.

Speziell eignet sich die Erfindung besonders für Sensoren wie beispielsweise Füllstands-Sensoren. Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsformen beschrieben, bei denen es sich einerseits um einen Radar-Füllstandssensor, andererseits um einen Ultraschall-Füllstandssensor handelt. Solche Sensoren werden heute regelmäßig über Stromschleifen oder digitale Kommunikationen betrieben und sind daher den erfindungsgemäß zu überwindenden Schwierigkeiten ausgesetzt.The invention is particularly suitable for sensors such as level sensors. The invention is described below with reference to two embodiments, which are on the one hand a radar level sensor and on the other hand an ultrasonic level sensor is. Such sensors are regularly used today through current loops or digital communications and are therefore those to be overcome according to the invention Exposed to difficulties.

Eine bevorzugte Realisierung der Erfindung verwendet eine Stromstufe, die generell parallel zu den übrigen Komponenten der Messeinrichtung eingeschaltet wird. Die Stromstufe dient dazu, die Leistung zu verbrauchen ("Verlustleistung"), die übrig bleibt, wenn man von der insgesamt (durch die Messwert-Anzeigefunktion) vorgegebenen Leistung den Leistungsbedarf der Messeinrichtung im Messbetrieb in Abzug bringt. Dieser nicht verbrauchte Leistungs-Überschuss ist, wie schon angegeben, ein Maß für die Reserve, die im System für eine Steigerung der Messleistung noch zur Verfügung steht, ohne dass es zu dem im Stand der Technik (EP 0 687 375) angegebenen Defizit kommt.A preferred implementation of the invention uses a current stage that is generally parallel to the other components of the measuring device. The current stage serves to consume the power ("power dissipation") that is left over from the total (given by the measured value display function) the power required deducts the measuring device in measuring mode. This one not used As already stated, the excess power is a measure of the reserve in the system for an increase in the measurement performance is still available without it being in the state of the Technology (EP 0 687 375) specified deficit comes.

Eine solche Stromstufe bietet verschiedene Möglichkeiten zur Messung des Leistungsüberschusses, wie im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen noch beschrieben werden wird.Such a current stage offers various options for measuring the excess power, as will be described below with reference to exemplary embodiments becomes.

Hierzu kann der momentane Leistungs-Überschuss direkt gemessen werden. Er kann alternativ dazu auch vorausgeschätzt werden. Dazu können bekannte Daten der Messeinrichtung, beispielsweise der relativ große Leistungsverbrauch einzelner Komponenten, herangezogen werden.For this purpose, the current excess power can be measured directly. It can alternatively also be predicted. Known data from the measuring device, for example, the relatively large power consumption of individual components become.

Es ist auch nicht immer nötig, eine dauernde Messung oder Berechnung des sich stets ändernden Leistungsbedarfes vorzunehmen. Eine einfachere Lösung besteht darin, den insgesamt zur Verfügung stehenden Bereich, also beispielsweise 4 - 20 mA, in Unterbereiche aufzuteilen, denen jeweils eine bestimmte Häufigkeit der Messung pro Zeiteinheit zugewiesen wird. So lässt sich sehr einfach erreichen, dass in dem Unterbereich, der der höchsten vorgegebenen Leistungsabnahme entspricht, relativ häufig gemessen wird, während in den Unterbereichen, die geringeren verfügbaren Leistungen entsprechen, grundsätzlich entsprechend weniger häufig gemessen wird.It is also not always necessary to continuously measure or calculate the constantly changing To perform power requirements. A simpler solution is to use the total To divide the available area, e.g. 4 - 20 mA, into sub-areas, which are assigned a specific frequency of measurement per unit of time. So is very easy to achieve in the sub-area that has the highest default Performance decrease corresponds, is measured relatively often, while in the sub-areas, the lower available services correspond, in principle correspondingly less frequently is measured.

Es muss dann nur noch überwacht werden, in welchem dieser Unterbereiche das System gerade arbeitet, was beispielsweise bei Anschluss einer 4 - 20 mA Stromschleife davon abhängt, welcher Messwert ausgegeben werden muss und welchem Strom dies dann entspricht, um dann die Betriebsweise entsprechend zu wählen.It then only has to be monitored in which of these sub-areas the system is currently works, which depends on connecting a 4 - 20 mA current loop, which measured value must be output and which current this then corresponds to then choose the mode of operation accordingly.

Der Anschluss der Messeinrichtung an eine digitale Kommunikation, oder eine damit verbundene Stromschleife, ermöglicht völlig analoge Maßnahmen zur Erreichung der gleichen Vorteile. The connection of the measuring device to a digital communication, or an associated one Current loop, enables completely analog measures to achieve the same advantages.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung am Beispiel erfindungsgemäßer Messeinrichtungen beschrieben. Eine Messeinrichtung besteht dabei immer aus einem gattungsgemäßen Teil, der den Figuren 1, 2 oder 7 entspricht, sowie einer Anbindung an die Versorgung entsprechend den Figuren 3 bis 6 oder 8 bis 13.Preferred embodiments of the invention are described below using the example of the invention Measuring devices described. A measuring device always consists of one generic part, which corresponds to Figures 1, 2 or 7, and a connection to the supply according to Figures 3 to 6 or 8 to 13.

Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDescription of preferred embodiments

Eine erste beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messanordnung ist ein Radar-Füllstandssensor. Der Sensor misst den Füllstand in einem Behälter. Der gemessene Wert wird entweder über eine Stromschleife mit z. B. 4 - 20 mA oder über eine digitale Kommunikation, z. B. einen Feldbus, weitergegeben.A first exemplary embodiment of a measuring arrangement according to the invention is a Radar level sensor. The sensor measures the level in a container. The measured Value is either via a current loop with z. B. 4 - 20 mA or via a digital Communication, e.g. B. a fieldbus.

Figur 1 zeigt einen Teil eines solchen Radar-Sensors 101. Dargestellt ist der gattungsgemäße Teil, der unabhängig davon ist, wie der gemessene Wert weitergegeben ist.FIG. 1 shows part of such a radar sensor 101. The generic one is shown Part that is independent of how the measured value is passed on.

Zur Energieversorgung des Sensors 101 dient ein Netzteil 102, das mit Versorgungsleitungen 14 und 15 mit einer Stromstufe verbunden ist.A power supply unit 102, which has supply lines, is used to supply energy to the sensor 101 14 and 15 is connected to a current stage.

Gesteuert wird der Sensor von einem Mikrocontroller 106, dessen Programm sich in einem Programmspeicher 107 befindet. Er verwendet für seine Daten ein EEPROM 109 und ein RAM 108. Der Mikrocontroller steuert das HF-Frontend 103, das Radar-Signale erzeugt, an die Antenne 114 schickt und die empfangenen Signale aufbereitet. Diese Signale werden vom Empfänger 104 aufbereitet und mittels eines A/D-Wandlers 105 digitalisiert an den Mikrocontroller weitergeleitet. Aus den digitalen Signalen bestimmt der Mikrocontroller einen Messwert. Diesen gibt er nach einer eventuellen Umwandlung über eine Steuerleitung 16 weiter an die Stromstufe vgl. weiter unten, die davon abhängig einen Strom einstellt, oder an die digitale Schnittstelle, die den Messwert über eine digitale Kommunikation weitergibt. Die Steuerleitungen 16 und 17 werden dabei als Verbindung zur digitalen Schnittstelle benutzt. Zur Reduktion der aufgenommenen Leistung hat der Mikrocontroller die Möglichkeit, das HF-Frontend, den Empfänger oder andere Schaltungsteile über Stand-by-Signale in einen Ruhezustand mit verminderter Leistungsaufnahme zu versetzen, bzw. diese ganz auszuschalten, wie weiter unten beschrieben. Zur Messung der aktuellen Leistungsaufnahme des Sensors dienen gegebenenfalls Messleitungen 18 - 20 und ein A/D-Wandler 110, der mit dem Mikrocontroller 106 verbunden ist. Der Mikrocontroller hat einen Modus mit verminderter Stromaufnahme. Kondensatoren 111, 112, und 113 mindern die Stromschwankungen, die beim Ein- und Ausschalten der Komponenten entstehen.The sensor is controlled by a microcontroller 106, whose program is in one Program memory 107 is located. It uses an EEPROM 109 and a for its data RAM 108. The microcontroller controls the RF front end 103, which generates radar signals sends the antenna 114 and processes the received signals. These signals are from Receiver 104 processed and digitized by means of an A / D converter 105 to the Microcontroller forwarded. The microcontroller determines from the digital signals a reading. After a possible conversion, he gives this via a control line 16 further to the current stage cf. below, which depending on this sets a current, or to the digital interface, which transmits the measured value via digital communication. The control lines 16 and 17 are used as a connection to the digital interface used. To reduce the power consumed, the microcontroller has the option of the HF front end, the receiver or other circuit parts via stand-by signals to put them into an idle state with reduced power consumption, or this entirely switch off as described below. For measuring the current power consumption The sensor may be used for measuring lines 18-20 and an A / D converter 110, which is connected to is connected to the microcontroller 106. The microcontroller has a reduced mode Current consumption. Capacitors 111, 112, and 113 reduce the current fluctuations, that arise when the components are switched on and off.

Durch Ändern der Dauer und Häufigkeit, mit der der Mikrocontroller die einzelnen Komponenten in den Ruhezustand versetzt, kann er den Leistungsbedarf des Sensors beeinflussen.By changing the duration and frequency with which the microcontroller changes the individual components put in the idle state, it can influence the power requirement of the sensor.

Figur 2 zeigt als zweite beispielhafte Ausführungsform einen ähnlich aufgebauten Ultraschall-Sensor.Figure 2 shows a second exemplary embodiment of a similarly constructed ultrasonic sensor.

Zur Energieversorgung des Sensors 201 dient ein Netzteil 202, das mit Versorgungsleitungen 14 und 15 mit einer Stromstufe verbunden ist.A power supply unit 202, which has supply lines, is used to supply energy to the sensor 201 14 and 15 is connected to a current stage.

Gesteuert wird der Sensor von einem Mikrocontroller 206, dessen Programm sich in einem Programmspeicher 207 befindet. Er verwendet für seine Daten ein EEPROM 209 und ein RAM 208.The sensor is controlled by a microcontroller 206, the program of which is in one Program memory 207 is located. It uses an EEPROM 209 and a for its data RAM 208.

Der Mikrocontroller steuert den Ultraschallsender 203, der Ansteuersignale für den Schallwandler 214 liefert. Der Schallwandler 214 erzeugt dadurch Schallwellen, die ausgesendet und von einem reflektierenden Medium zurückgeworfen werden. Die empfangenen Signale wandelt der Schallwandler in elektrische Signale, die dem Empfänger 204 zugeführt werden. Dieser verstärkt und filtert das Signal, bevor es mittels A/D-Wandler 205 vom Mikrocontroller 206 erfasst wird. Der Mikrocontroller 206 bestimmt daraus einen Messwert, den er nach einer eventuellen Umwandlung über die Steuerleitung 16 an die Stromstufe, die davon abhängig einen Strom einstellt, oder an die digitale Schnittstelle weitergibt, die diesen über eine digitale Kommunikation weiterleitet. The microcontroller controls the ultrasonic transmitter 203, the control signals for the sound transducer 214 supplies. The sound transducer 214 thereby generates sound waves that are emitted and reflected by a reflective medium. The received signals converts the sound transducer into electrical signals that are fed to the receiver 204. This amplifies and filters the signal before it is sent from the microcontroller by means of A / D converter 205 206 is detected. From this, the microcontroller 206 determines a measured value, which it after a possible conversion via the control line 16 to the current stage, which thereof depending on a current, or passes it on to the digital interface that transmits it forwards digital communication.

Eine erste bevorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung für die Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 1 und 2 ist in Figur 3 dargestellt. Sie dient zur Messung des Leistungsüberschusses, der für die Optimierung des Messeinrichtungsbetriebs jeweils zur Verfügung steht, mittels einer Stromstufe 302.A first preferred implementation of the solution according to the invention for the exemplary embodiments according to Figures 1 and 2 is shown in Figure 3. It is used to measure the excess power, which are available for the optimization of the measuring device operation stands, by means of a current stage 302.

Die Stromstufe 302 ist bei 11 und 12 mit einer Stromschleife 4 - 20 mA verbunden.Current stage 302 is connected at 11 and 12 to a 4-20 mA current loop.

Die Stromstufe 302 ist parallel zur restlichen Schaltung der Messeinrichtung geschaltet. Die Stromstufe überwacht den Summenstrom über den Spannungsabfall an einem Widerstand R301 und hält ihn konstant. Der Strom durch die Stromstufe wird so geregelt, dass der Summenstrom durch den Widerstand R301 konstant bleibt und dem durch die Steuerleitung 16 vorgegebenen Wert entspricht.The current stage 302 is connected in parallel to the rest of the circuit of the measuring device. The Current stage monitors the total current via the voltage drop across a resistor R301 and keeps it constant. The current through the current stage is regulated so that the total current remains constant through the resistor R301 and that through the control line 16 corresponds to the specified value.

Der Strom, der in die Klemmen der Messeinrichtung fließt, teilt sich auf in einen Anteil, der in die Versorgungsleitung 14 fließt, und einen Anteil, der in die Stromstufe 302 fließt. Der Strom durch die Versorgungsleitung 14 wird von der Messeinrichtung zum Arbeiten verwendet, der Strom durch die Stromstufe wird nicht für die Versorgung der Messeinrichtung genutzt, er ist ein Maß für den aktuellen Leistungs-Überschuss. Der Mikrocontroller misst diesen Überschuss, in Figur 3 dargestellt als Spannungsmessung über einen Widerstand R302, und stellt den Stromverbrauch des Sensors so ein, dass immer ein ausreichender, wenn auch möglichst kleiner Überschuss vorhanden ist. Verringert sich der Überschuss, werden Teile der Messeinrichtung z. B. der Sende- und Empfangsbereich, oder auch der gesamte Signalerzeugungs- und Verarbeitungsbereich in einen stromsparenden Ruhezustand versetzt. Es ist möglich, bei entsprechender Verringerung des Überschusses eine zeitweise Aussetzung des Betriebes zu realisieren, wie im Stand der Technik EP 0 687 375 beschrieben.The current that flows into the terminals of the measuring device is divided into a proportion that flows into the supply line 14, and a portion that flows into the current stage 302. The Current through the supply line 14 is used by the measuring device for working, the current through the current stage is not used to supply the measuring device, it is a measure of the current performance surplus. The microcontroller measures this excess, shown in FIG. 3 as a voltage measurement across a resistor R302, and adjusts the power consumption of the sensor so that it is always sufficient, if the smallest possible excess is available. If the surplus decreases, parts of the Measuring device z. B. the transmission and reception area, or the entire Signal generation and processing area put into a power-saving idle state. It is possible, with a corresponding reduction in the surplus, for a temporary suspension the operation as described in the prior art EP 0 687 375.

Dadurch, dass man immer einen kleinen Überschuss fließen lässt, hat die Stromstufe die Möglichkeit, kurzzeitige Schwankungen in der Leistungsbilanz auszugleichen, ohne dass es zu einem Defizit kommt. Schwankungen können z. B. eine kurzzeitig erhöhte Leistungsaufnahme oder eine Schwankung der Versorgungsspannung sein. By always allowing a small excess to flow, the current level has that Possibility to compensate for short-term fluctuations in the current account without it comes to a deficit. Fluctuations can e.g. B. a brief increase in power consumption or a fluctuation in the supply voltage.

Eine exaktere Messung des Leistungsüberschusses ergibt sich, wenn man zusätzlich die Spannung an der Versorgungsleitung + 14 mit Hilfe der Messleitung 19 misst. Man erhält dann durch Multiplikation von Strom und Spannung direkt die überschüssige Leistung.A more precise measurement of the excess power results if you also add the voltage on the supply line + 14 using the measuring line 19. You then get by multiplying current and voltage directly the excess power.

Figur 4 zeigt alternative Möglichkeiten, die Stromstufe 402 aufzubauen. Sie befindet sich hier in Reihe zu den Versorgungsleitungen 14, 15. Ihr ist eine Z-Diode 403 alternativ eine elektronische Schaltung, die eine variable Stromaufnahme abhängig von der Spannung besitzt nachgeschaltet. Die elektronische Schaltung ist üblicherweise zu bevorzugen. Wie oben, gemäß Figur 3, wird auch hier der Summenstrom der kompletten Messeinrichtung über einen Widerstand R401 gefühlt und dementsprechend geregelt. Der Strom teilt sich nach der Stromstufe auf in einen Teil, der zur Versorgung der Messeinrichtung verwendet wird Versorgungsleitung + 14 und einen überschüssigen Teil, der von der Z-Diode aufgenommen wird. Die Messung des Überschusses geschieht über den Spannungsabfall über einem Widerstand R402, da der Strom durch R402 ein Maß für den aktuellen Leistungs-Überschuss ist.Figure 4 shows alternative ways to build the current stage 402. It is here in series with the supply lines 14, 15. It is a Z-diode 403 alternatively one electronic circuit that has a variable current consumption depending on the voltage downstream. The electronic circuit is usually preferred. As above, According to Figure 3, the total current of the complete measuring device is also over a Resistor R401 felt and regulated accordingly. The stream divides after the Current level to a part that is used to supply the measuring device. Supply line + 14 and an excess part taken up by the Zener diode becomes. The excess is measured via the voltage drop across a resistor R402, since the current through R402 is a measure of the current power surplus.

Die Bestimmung des Leistungsüberschusses wird genauer, wenn man zusätzlich die Spannung an der Versorgungsleitung + 14 mit der Messleitung 18 misst.The determination of the excess power becomes more accurate if one also considers the voltage on the supply line + 14 with the measuring line 18.

In Figur 13 ist eine gegenüber Figur 4 verbesserte Schaltung dargestellt. Eine Stromstufe 1302 ist in Reihe zu den Versorgungsleitungen geschaltet. Ihr ist eine Schaltung 1303 nachgeschaltet, die überschüssige Leistung aufnimmt. Dazu fühlt sie die Spannung an der Versorgungsleitung + 14 und mit Hilfe eine Leitung 1304 die Spannung vor der Stromstufe. Die Schaltung 1303 nimmt dabei genau so viel Strom auf, dass der Spannungsabfall über der Stromstufe 1302 zur Verringerung von Verlustleistung möglichst klein wird, aber groß genug bleibt, so dass die Stromstufe den Strom konstant halten kann, auch wenn Schwankungen der Versorgungsspannungen oder der Stromaufnahme des Sensors auftreten. Ein Maß für die überschüssige Leistung ergibt sich daher aus dem Strom durch die Schaltung 1303, der z. B. über den Spannungsabfall an R1302 mit Hilfe der Messleitung 20 gemessen wird.FIG. 13 shows an improved circuit compared to FIG. 4. A current level 1302 is connected in series with the supply lines. Your is a circuit 1303 downstream, which consumes excess power. To do this, she feels the tension on the Supply line + 14 and with the help of a line 1304 the voltage before the current stage. The circuit 1303 consumes just enough current that the voltage drop across the Current stage 1302 is as small as possible to reduce power loss, but large enough remains so that the current stage can keep the current constant, even if the Supply voltages or the current consumption of the sensor occur. A measure of that Excess power therefore results from the current through the circuit 1303, the z. B. is measured via the voltage drop at R1302 using the measuring line 20.

Die Bestimmung des Leistungsüberschusses wird genauer, wenn man zusätzlich die Spannung an der Versorgungsleitung + 14 mit der Messleitung 18 misst. The determination of the excess power becomes more accurate if one also considers the voltage on the supply line + 14 with the measuring line 18.

In Figur 5 ist eine Stromstufe 502 vergleichbar zu der in Figur 3 gezeigt. Im Unterschied dazu wird hier der momentane Leistungs-Überschuss nicht direkt gemessen. Über einen Widerstand R502 wird der Strombedarf der Messeinrichtung ermittelt. Aus der Differenz zwischen dem bekannten Strom, der in der Stromschleife fließt, und dem Strombedarf der Messeinrichtung durch R502 lässt sich ein Maß für den Überschuss ableiten. Auch hier kann die überschüssige Leistung genauer durch eine zusätzliche Messung der an der Versorgungsleitung + 14 zur Verfügung stehenden Spannung mittels Messleitung 19 ermittelt werden.FIG. 5 shows a current stage 502 comparable to that in FIG. 3. In contrast to the current excess power is not measured directly here. About a resistance R502 determines the current requirement of the measuring device. From the difference between the known current flowing in the current loop and the current requirement of the measuring device a measure of the excess can be derived from R502. Here too, the excess Performance more precisely through an additional measurement on the supply line + 14 available voltage can be determined by means of measuring line 19.

Figur 6 stellt eine Stromstufe 602 dar, ähnlich Figur 4. Im Unterschied zur Messeinrichtung nach Figur 4 wird hier jedoch nicht direkt der Überschuss gemessen, sondern die Eingangsleistung an den Klemmen der Messeinrichtung und die Leistungsaufnahme, die die Messeinrichtung zur Versorgung benötigt, bestimmt. Die Eingangsleistung ergibt sich aus dem bekannten Strom, der in der Stromschleife fließt, und der über Messleitung 19 gemessenen Eingangsspannung. Die Leistungsaufnahme, die die Messeinrichtung zur Versorgung benötigt, wird aus dem Strom durch R602 und der über Messleitung 18 gemessenen Spannung der Versorgung + 14 bestimmt. Die Differenz beider Leistungen ist ein Maß für den aktuell anstehenden Überschuss an Leistung.FIG. 6 shows a current stage 602, similar to FIG. 4. In contrast to the measuring device according to FIG. 4, however, the excess is not measured directly, but rather the input power at the terminals of the measuring device and the power consumption that the measuring device needed for supply, determined. The input power results from the known Current flowing in the current loop and the input voltage measured via measuring line 19. The power consumption that the measuring device requires for supply is calculated from the current through R602 and the voltage measured via measuring line 18 Supply + 14 determined. The difference between the two services is a measure of the currently pending Excess performance.

Häufig ist der Leistungsverbrauch der Messeinrichtung 101, 102 im wesentlichen bestimmt durch ein oder mehrere große Verbraucher. Erhält man eine Information über den Leistungsverbrauch dieser Komponenten, kann man eine Aussage über den Leistungsverbrauch der Messeinrichtung machen, indem man z. B. für den unbekannten Leistungsverbrauch der anderen Komponenten einen Worst-Case-Wert annimmt . Zusätzlich wird die zur Verfügung stehende Leistung bestimmt, wie z. B. in den Figuren 3 bis 6 dargestellt und daraus der Leistungs-Überschuss bestimmt. Anhand des Leistungsüberschusses bestimmt der Mikrocontroller, ob Teile der Messeinrichtung in den besagten Ruhezustand versetzt werden müssen, um den Leistungsverbrauch der Messeinrichtung zu steuern. Figur 7 zeigt hierfür als weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung einen Radar-Sensor, der mit Hilfe einer Messleitung 715 eine Aussage über die Leistungsaufnahme des Empfängers 704 erhält. Ob der Sensor hierbei mittels einer Stromschleife oder einer digitalen Kommunikation versorgt wird, ist unerheblich. Bei einem Ultraschallsensor oder einem Sensor mit am Seil geführtem Radar ist das gleiche Vorgehen durchführbar. Wichtig ist hierbei nur, einen oder mehrere Hauptverbraucher auszumachen, deren aktueller Leistungsbedarf bestimmt wird.The power consumption of the measuring device 101, 102 is often essentially determined by one or more large consumers. You get information about the power consumption of these components, one can make a statement about the power consumption of the Make measuring device by z. B. for the unknown power consumption of others Components assumes a worst case value. In addition, the available Performance determines how B. shown in Figures 3 to 6 and from it the excess power certainly. Based on the surplus performance, the Microcontroller whether parts of the measuring device are put into said idle state need to control the power consumption of the measuring device. Figure 7 shows as another preferred embodiment of the invention a radar sensor, which with the help of a Measurement line 715 receives a statement about the power consumption of the receiver 704. If the sensor is powered by a current loop or digital communication is irrelevant. In the case of an ultrasonic sensor or a sensor with a cable guided The same procedure can be carried out using radar. The important thing here is just one or more Identify main consumers whose current power requirements are determined.

Es ist möglich, die oben beschriebenen Einrichtungen zu vereinfachen. Solche Ausführungsformen der Erfindung werden nun anhand Figuren 8 und 9 erläutert.It is possible to simplify the facilities described above. Such embodiments The invention will now be explained with reference to Figures 8 and 9.

Für eine grobe Aussage, wie viel Überschuss momentan vorhanden ist, kann es ausreichen, nur die zur Verfügung stehende Leistung zu ermitteln. Diese lässt sich z. B. aus Eingangsstrom und Eingangsspannung bestimmen. Der Eingangsstrom ist bekannt, da er vom Mikrocontroller über die Steuerleitung 16 der Stromstufe vorgegeben wird, die Eingangsspannung wird, wie in den Figuren 8 und 9 gezeigt, mittels einer Messleitung 18 gemessen. Abhängig von der ermittelten zur Verfügung stehenden Leistung können nun die Ruhezustände der einzelnen Komponenten dazu verwendet werden, die aufgenommene Leistung des Sensors der zur Verfügung stehenden Leistung so anzupassen, dass immer ein gewisser Leistungs-Überschuss bestehen bleibt.For a rough statement of how much excess is currently available, it may be sufficient only to determine the available power. This can be done e.g. B. from input current and determine the input voltage. The input current is known because it comes from the microcontroller the input voltage is specified via the control line 16 of the current stage is, as shown in FIGS. 8 and 9, measured by means of a measuring line 18. Dependent The rest states of the individual can now be determined from the available power Components are used to measure the power consumed by the sensor available power so that there is always a certain power surplus remains.

Eine hierauf aufbauende Vereinfachung besteht darin, die Eingangsspannung nicht zu messen, die Messleitung 18 in den Figuren 8 und 9 ist dann nicht notwendig. Anhand des eingestellten Stromes, der nicht gemessen werden muss, da er vom Mikrocontroller über die Steuerleitung 16 der Stromstufe vorgegeben wird, kann man eine Aussage über die zur Verfügung stehende Leistung treffen. Bei maximalem Strom, z. B. 20 mA, steht selbst bei minimaler Spannung relativ viel Leistung zur Verfügung, erst bei relativ kleinen Strömen, z. B. nahe 4 mA, kann wenig Leistung zur Verfügung stehen. Es reicht daher aus, die Steuerung der Ruhezustände nur abhängig vom eingestellten Strom auszurichten und die Dauer und Häufigkeit, mit der die Ruhezustände aktiviert werden, so einzustellen, dass auch bei minimaler Eingangsspannung und maximalem Leistungsverbrauch der einzelnen Komponenten die zur Verfügung stehende Leistung nicht überschritten wird.A simplification based on this is not to measure the input voltage, the measuring line 18 in FIGS. 8 and 9 is then not necessary. Based on the set Current that does not have to be measured, since it is from the microcontroller via the control line 16 the current level is given, you can make a statement about the available Meet performance. At maximum current, e.g. B. 20 mA, is even at minimal voltage relatively much power available, only with relatively small currents, e.g. B. close to 4 mA little power is available. It is therefore sufficient to control the idle states only depending on the set current and the duration and frequency with which the Idle states are activated, set so that even with minimal input voltage and maximum power consumption of the individual components Performance is not exceeded.

Weitere erfindungsgemäß bevorzugte Vereinfachungen zeigen die Figuren 10 und 11. Hier wird nur der momentan benötigte Strom als Spannungsabfall über den Widerstand R1002 mit Hilfe der Messleitung 18 bzw. über R1102 mit Hilfe der Messleitung 20 gemessen. Der Mikrocontroller kann diesen Strom durch Steuerung der Ruhezustände so regeln, dass er immer unter dem aktuell zur Verfügung stehenden Strom bleibt.FIGS. 10 and 11 show further simplifications preferred according to the invention. Here only the current currently required is included as a voltage drop across resistor R1002 Measured with the help of the measuring line 18 or via R1102 with the help of the measuring line 20. The Microcontroller can regulate this current by controlling the idle states so that it always stays below the currently available current.

Ausgehend von Figur 7 ist es möglich als weitere Vereinfachung nur den Leistungsbedarf eines oder mehrerer Hauptverbraucher zu bestimmen und davon abhängig die Ruhezustände der Komponenten zu steuern, ohne die zur Verfügung stehende Leistung zu bestimmen.Starting from FIG. 7, it is possible to further simplify only the power requirement to determine one or more main consumers and, depending on this, the idle states control of the components without determining the available power.

Bei Messeinrichtungen mit Anschluss an eine digitale Kommunikation, z. B. einem Feldbus, stellen sich ähnliche Ansprüche an die Messeinrichtung. Der Strom, den die Messeinrichtung dem digitalen Bus entnehmen darf, muss konstant sein, er ist üblicherweise fest eingestellt. Auch hier gibt es die Notwendigkeit, die Leistungsaufnahme der Messeinrichtung dem Leistungsangebot anzupassen. Die Art und Weise, wie dies zu realisieren ist, entspricht den bisherigen Ausführungen. Es ist lediglich zu beachten, dass der Strom durch die Stromstufe nicht vom Messwert abhängt, sondern üblicherweise fest eingestellt ist.For measuring devices with a connection to digital communication, e.g. B. a fieldbus, make similar demands on the measuring device. The current that the measuring device from the digital bus must be constant, it is usually fixed. Here, too, there is a need to measure the power consumption of the measuring device adapt. The way in which this is to be implemented corresponds to the previous ones Versions. It should only be noted that the current through the current stage is not depends on the measured value, but is usually fixed.

Beispielhaft ist in Figur 12 ein Teil einer solchen Messeinrichtung dargestellt. Die Stromstufe 1202 hält den Strom in Zeiten, wenn keine Kommunikation stattfindet, konstant. Zum Senden digitaler Signale erhält die digitale Schnittstelle 1203 über die Steuerleitung 16 vom Mikrocontroller Daten, die sie in modulierter Form an die Stromstufe weitergibt, welche den Strom entsprechend verändert. Die Art der Modulation hängt von den Spezifikationen der verwendeten digitalen Kommunikation ab. Daten werden empfangen, indem die Signale an der Versorgungsleitung + 14 oder an der Stromstufe 1202 von der digitalen Schnittstelle 1203 erkannt und demoduliert über die Steuerleitung 17 an den Mikrocontroller weitergeleitet werden. Die Messung des Überschusses wird, wie in Figur 3 bereits dargelegt, realisiert, indem der Spannungsabfall über R1202 mit der Messleitung 18 gemessen wird oder zusätzlich die Spannung an der Versorgungsleitung + 14 mit der Messleitung 19. Genauso sind die anderen bisher beschriebenen Verfahren auf Messeinrichtungen mit digitaler Kommunikation anwendbar.Part of such a measuring device is shown as an example in FIG. The current level 1202 keeps the current constant at times when there is no communication. To send The digital interface 1203 receives digital signals via the control line 16 from Microcontroller data, which it transmits in modulated form to the current stage, which the Current changed accordingly. The type of modulation depends on the specifications of the used digital communication. Data is received by the signals the supply line + 14 or at the current stage 1202 from the digital interface 1203 recognized and demodulated via the control line 17 to the microcontroller become. The measurement of the excess is implemented, as already shown in FIG. 3, by measuring the voltage drop via R1202 with the measuring line 18 or additionally the voltage on the supply line + 14 with the measuring line 19. The same are the other previously described methods on measuring devices with digital communication applicable.

Claims (11)

Messeinrichtung zur Messung einer Prozessvariablen bei vorgegebener maximaler Leistungsaufnahme durch die Messeinrichtung, insbesondere zum Anschluss an eine Stromschleife, wie etwa eine 4 - 20 mA Stromschleife, oder an eine digitale Kommunikation, mit Einrichtungen zur Regelung des Messbetriebs der Messeinrichtung in Anpassung an die vorgegebene Leistungsaufnahme, bei welcher die Regelungseinrichtungen (302, 402, 502, 602, 802, 902, 1002, 1102, 1202, 1302; 403, 603, 903, 1103, 1203, 1303; 106, 206, 706) die Leistungsaufnahme durch den Messbetrieb der Messeinrichtung (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001, 1101, 1201, 1301) so regeln, dass diese Leistungsaufnahme der vorgegebenen Leistungsaufnahme angenähert wird, ohne dass die vorgegebene Leistungsaufnahme überschritten wird.Measuring device for measuring a process variable at a predetermined maximum Power consumption by the measuring device, in particular for connection to a Current loop, such as a 4-20 mA current loop, or to digital communication, with devices for regulating the measuring operation of the measuring device in adaptation to the predetermined power consumption at which the control devices (302, 402, 502, 602, 802, 902, 1002, 1102, 1202, 1302; 403, 603, 903, 1103, 1203, 1303; 106, 206, 706) Power consumption through the measuring operation of the measuring device (101, 201, 301, 401, 501, 601, 701, 801, 901, 1001, 1101, 1201, 1301) so that this power consumption of the predetermined power consumption is approximated without the predetermined power consumption is exceeded. Messeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die vorgegebene Leistungsaufnahme durch einen vorgegebenen Strom und/oder eine vorgegebene Versorgungsspannung bestimmt ist.Measuring device according to claim 1, wherein the predetermined power consumption determined by a predetermined current and / or a predetermined supply voltage is. Messeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Regelungseinrichtung den Leistungsbedarf für den Messbetrieb der Messeinrichtung abhängig vom vorgegebenen Strom, von der Versorgungsspannung oder der aus beiden bestimmten Leistung einstellt.Measuring device according to claim 1, wherein the control device the power requirement for measuring operation of the measuring device depending on the specified current, from the supply voltage or the power determined from both. Messeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Regelungseinrichtung den Leistungsbedarf für den Messbetrieb der kompletten Messeinrichtung bzw. wenigstens eines Hauptverbrauchers (704) der Messeinrichtung (701) misst oder vorausschätzt und den Messbetrieb in Anspruch auf das Ergebnis regelt.Measuring device according to claim 1, wherein the control device the power requirement for measuring operation of the complete measuring device or at least one Main consumer (704) of the measuring device (701) measures or predicts and the measuring operation claims to the result. Messeinrichtung nach Ansprüchen 1 - 4, bei der die Regelungseinrichtung den Leistungs-Überschuss misst oder vorausschätzt, um den die vorgegebene Leistungsaufnahme der Messeinrichtung die Leistungsaufnahme für den Messbetrieb übersteigt, und den Messbetrieb so regelt, dass der Leistungs-Überschuss minimiert wird. Measuring device according to claims 1-4, wherein the control device Excess power measures or estimates by which the specified power consumption the measuring device exceeds the power consumption for the measuring operation, and the measuring operation regulates so that the excess power is minimized. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, zum Anschluss an eine Stromschleife (11, 12) mit einem Mikroprozessor (106, 206, 706), einem Programmspeicher (107, 207, 707), der ein Programm zur Ausführung durch den Mikroprozessor speichert, einem oder mehreren EEPROM- und/oder RAM-Bausteinen (108, 208, 708; 109, 209, 709), Schaltungselementen (103, 104; 203, 204; 703, 704), die einen Betriebsmodus und einen stromsparenden Ruhezustand besitzen, und einer vom Mikroprozessor gesteuerten Stromstufe (302, 402, 502, 602, 802, 902, 1002, 1102, 1302), die die Größe eines in der Stromschleife fließenden Stromes derart regelt, dass sie auf vorgegebene Weise mit der Größe des Messwertes der Prozessvariablen korreliert, indem sie eine die Größe des Messwertes übertreffende Überschussleistung in der Stromstufe in Verlustleistung umsetzt, wobei abhängig vom eingestellten Strom durch die Stromschleife und/oder abhängig von der Versorgungsspannung die Ausführung des Messprogramms vom Mikroprozessor unterbrochen wird.Measuring device according to one of claims 1-5, for connection to a Current loop (11, 12) with a microprocessor (106, 206, 706), a program memory (107, 207, 707) that stores a program for execution by the microprocessor, one or several EEPROM and / or RAM modules (108, 208, 708; 109, 209, 709), Circuit elements (103, 104; 203, 204; 703, 704) which have an operating mode and a have energy-saving idle state, and a current stage controlled by the microprocessor (302, 402, 502, 602, 802, 902, 1002, 1102, 1302) which is the size of one in the current loop flowing current in such a way that it adjusts in a predetermined manner with the size of the measured value correlates the process variables by exceeding the size of the measured value Excess power in the current stage is converted into power loss, depending on the set Current through the current loop and / or depending on the supply voltage Execution of the measuring program is interrupted by the microprocessor. Messeinrichtung nach Anspruch 6, bei der abhängig vom eingestellten Strom durch die Stromschleife und/oder von der Versorgungsspannung die Anzahl der Messzyklen pro Zeitintervall vom Mikroprozessor eingestellt wird.Measuring device according to claim 6, in which depending on the set current through the current loop and / or from the supply voltage the number of measuring cycles is set by the microprocessor per time interval. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, zum Anschluss an eine Stromschleife (11, 12) mit einem Mikroprozessor (106, 206, 706), einem Programmspeicher (107, 207, 707), der ein Programm zur Ausführung durch den Mikroprozessor speichert, einem oder mehreren EEPROM- und/oder RAM-Bausteinen (108, 208, 708; 109, 209, 709), Schaltungselementen (103, 104; 203, 204; 703, 704), die einen Betriebsmodus und einen stromsparenden Ruhezustand besitzen, und einer vom Mikroprozessor gesteuerten Stromstufe (302, 402, 502, 1302), die die Größe eines in der Stromschleife fließenden Stromes derart regelt, dass sie auf bestimmte vorgegebene Weise mit der Größe des Messwertes der Prozessvariablen korreliert, indem sie eine die Größe des Messwertes übertreffende Überschussleistung in der Stromstufe in Verlustleistung umsetzt, wobei die in der Stromstufe (302, 402, 502, 1302) in Verlustleistung umgesetzte Überschussleistung gemessen wird und, falls diese Überschussleistung über einem bestimmten vorgegebenen Wert liegt, die Anzahl der Messzyklen pro Zeitintervall vom Mikroprozessor erhöht wird, und, falls die Überschussleistung unter einem bestimmten vorgegebenen Wert liegt, die Anzahl der Messzyklen pro Zeitintervall vom Mikroprozessor erniedrigt wird.Measuring device according to one of claims 1-5, for connection to a Current loop (11, 12) with a microprocessor (106, 206, 706), a program memory (107, 207, 707) that stores a program for execution by the microprocessor, one or several EEPROM and / or RAM modules (108, 208, 708; 109, 209, 709), Circuit elements (103, 104; 203, 204; 703, 704) which have an operating mode and a have energy-saving idle state, and a current stage controlled by the microprocessor (302, 402, 502, 1302), which is the size of a current flowing in the current loop regulates that it is in a certain predetermined way with the size of the measured value of the process variable correlates by having an excess power that exceeds the size of the measured value is converted into power loss in the current stage, the current stage (302, 402, 502, 1302) excess power converted into power loss is measured and, if this Excess power is above a certain predetermined value, the number of measuring cycles per time interval is increased by the microprocessor, and if the excess power is below a certain predetermined value, the number of measuring cycles per time interval is degraded by the microprocessor. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, zum Anschluss an eine digitale Kommunikation (8, 9) mit einem Mikroprozessor (106, 206, 706), einem Programmspeicher (107, 207, 707), der ein Programm zur Ausführung durch den Mikroprozessor speichert, einem oder mehreren EEPROM- und/oder RAM-Bausteinen (108, 208, 708; 109, 209, 709), Schaltungselementen (103, 104; 203, 204; 703, 704), die einen Betriebsmodus und einen stromsparenden Ruhezustand besitzen, und einer vom Mikroprozessor gesteuerten Stromstufe (1202), wobei abhängig von der Versorgungsspannung die Ausführung des Messprogramms vom Mikroprozessor unterbrochen wird.Measuring device according to one of claims 1-5, for connection to a digital Communication (8, 9) with a microprocessor (106, 206, 706), a program memory (107, 207, 707) that stores a program for execution by the microprocessor, one or more EEPROM and / or RAM modules (108, 208, 708; 109, 209, 709), Circuit elements (103, 104; 203, 204; 703, 704) which have an operating mode and a have energy-saving idle state, and a current stage controlled by the microprocessor (1202), the execution of the measurement program depending on the supply voltage is interrupted by the microprocessor. Messeinrichtung nach Anspruch 9, bei der abhängig von der Versorgungsspannung die Anzahl der Messzyklen pro Zeitintervall vom Mikroprozessor eingestellt wird.Measuring device according to claim 9, in which depending on the supply voltage the number of measuring cycles per time interval is set by the microprocessor. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, zum Anschluss an eine digitale Kommunikation (8, 9), mit einem Mikroprozessor (106, 206, 706), einem Programmspeicher (107, 207, 707), der ein Programm zur Ausführung durch den Mikroprozessor speichert, einem oder mehreren EEPROM- und/oder RAM-Bausteinen (108, 208, 708; 109, 209, 709), Schaltungselementen (103, 104; 203, 204; 703, 704), die einen Betriebsmodus und einen stromsparenden Ruhezustand besitzen, und einer vom Mikroprozessor gesteuerten Stromstufe (1202), die eine Überschussleistung in der Stromstufe in Verlustleistung umsetzt, wobei die in der Stromstufe (1202) in Verlustleistung umgesetzte Überschussleistung gemessen wird und, falls diese Überschussleistung über einem bestimmten vorgegebenen Wert liegt, die Anzahl der Messzyklen pro Zeitintervall vom Mikroprozessor erhöht wird, und, falls die Überschussleistung unter einem bestimmten vorgegebenen Wert liegt, die Anzahl der Messzyklen pro Zeitintervall vom Mikroprozessor erniedrigt wird.Measuring device according to one of claims 1-5, for connection to a digital Communication (8, 9), with a microprocessor (106, 206, 706), a program memory (107, 207, 707) that stores a program for execution by the microprocessor, one or more EEPROM and / or RAM modules (108, 208, 708; 109, 209, 709), Circuit elements (103, 104; 203, 204; 703, 704) which have an operating mode and a have energy-saving idle state, and a current stage controlled by the microprocessor (1202), which converts excess power in the current stage into power loss, the in the excess power converted into power loss is measured in the current stage (1202) and, if this excess power is above a certain predetermined value, the number the measuring cycles per time interval is increased by the microprocessor, and, if the excess power is below a certain predetermined value, the number of measuring cycles per Time interval is decreased by the microprocessor.
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