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Dokumentenidentifikation DE102006001704A1 26.07.2007
Titel Zweileiter-Gerät, insbesondere Messumformer in Zweileitertechnik
Anmelder Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG, 14163 Berlin, DE
Erfinder Wohlrab, Heinz, Dipl.-Ing., 14167 Berlin, DE
Vertreter Patentanwälte Rau, Schneck & Hübner, 90402 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 13.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006001704
Offenlegungstag 26.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.07.2007
IPC-Hauptklasse G01D 5/14(2006.01)A, F, I, 20060113, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G08C 23/04(2006.01)A, L, I, 20060113, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Zweileiter-Gerät, insbesondere Messumformer in Zweileitertechnik, speist einen Life-Zero-Speisemessstromkreis (7, 8), der in einem Messmodus einen ein Messsignal repräsentierenden Life-Zero-Signalstrom (IS) mit definiertem Minimal- und Maximalwert, insbesondere von 4 mA und 20mA, führt. Das Zweileiter-Gerät (1) ist zur Speisung eines Sonderbetriebszustands mit hohem Leistungsbedarf in einen Versorgungsmodus versetztbar, in dem der Life-Zero-Speisemessstromkreis (7, 8) einen Versorgungsstrom mit einem Wert über dem Maximalwert des Life-Zero-Signalstromes, insbesondere von über 21 mA, führt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Zweileiter-Gerät und insbesondere einen Messumformer in Zweileitertechnik mit einem Life-Zero-Speisemessstromkreis, der in einem Messmodus einen ein Messsignal repräsentierenden Life-Zero-Signalstrom mit definiertem Minimal- und Maximalwert führt. Einer üblichen Norm entsprechen in diesem Zusammenhang Speisemessstromkreise mit einem Strombereich von 4 mA bis 20 mA. Bei diesen Geräten wird die Hilfsenergie für die internen Komponenten des Gerätes, wie insbesondere den Verstärker des Messumformers, aus dem Signalstrom ausgekoppelt, sodass eine getrennte Energieversorgung, wie bei der Vierleitertechnik, nicht erforderlich ist.

Die dieser Erfindung zugrundeliegende Problematik wird im Folgenden beispielhaft anhand eines Zweileiter-Gerätes erörtert, das den Norm-Signalstrom von 4...20 mA generiert. Bei einem Betrieb des Gerätes am unteren Minimalwert, also bei 4 mA, steht bei einem Spannungsabfall dieser Geräte von typischer Weise 14V eine Leistung von nur gut 50 mW zur Verfügung. Dieser Wert ist außerordentlich gering und erlaubt insbesondere keine Speisung von Betriebszuständen des Gerätes mit hohem Leistungsbedarf. Als Beispiel hierfür kann eine schnelle Datenübertragung zwischen dem Zweileiter-Gerät und einem externen Gerät per Funk oder Licht z. B. für Wartungszwecke (Firmwareaustausch, Fernparametrierung oder dergleichen) genannt werden. Eine schnelle Datenübertragung ist zur Verkürzung der Datenübertragungszeiten und damit zur Erhöhung der Verfügbarkeit des Zweileiter-Gerätes wünschenswert. Andere Sonderbetriebszustände mit hohem Leistungsbedarf können beispielsweise aufwendige Gerätetestroutinen oder Sensortestverfahren sein.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zweileiter-Gerät so auszubilden, dass es zur Speisung von Sonderbetriebszuständen mit hohem Leistungsbedarf geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, wonach das Gerät in einen Versorgungsmodus versetztbar ist, in dem der Life-Zero-Speisemessstromkreis einen Versorgungsstrom mit einem Wert über dem maximalen Wert des Life-Zero-Signalstromes führt. Für den Anwendungsfall der 4...20 mA-Norm-Messumformer bedeutet dies beispielsweise einen Versorgungsstrom von über 21 mA. Aus dieser Stromerhöhung resultiert eine wesentlich größere zur Verfügung stehende Leistung von über 300 mW, die geräteseitig dazu benutzt werden kann, die Verarbeitungsleistung zu erhöhen und beispielsweise eine schnelle, drahtlose oder drahtgebundene Datenübertragung über eine entsprechende Schnittstelle zu realisieren. Ein weiterer besonderer Betriebszustand kann beispielsweise ein Testzustand mit hohem Leistungsbedarf sein, in dem das Zweileiter-Gerät selbst und/oder ein das Messsignal generierenden Messsensor einer automatischen Analyse unterziehbar ist. Es können also in diesem Testzustand die angesprochenen aufwendigen Gerätetestroutinen oder Sensortestverfahren durchgeführt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen, weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der erfindungsgemäßen Zweileiter-Geräte ergeben sich im Übrigen aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert wird. Diese

1 zeigt ein Blockdiagramm eines auf Zweileitertechnik beruhenden Messsystems mit einem zu überwachenden Prozess, einem Zweileiter-Messumformer und einer Messwarte.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, dient ein Zweileiter-Messumformer 1 zur Verarbeitung eines Spannungssignals UM, das von zwei mit dem Messumformer 1 über Signalleitungen 2, 3 in Verbindung stehenden Messelektroden, nämlich einer Glaselektrode 4 und einer Referenzelektrode 5 herrührt. Mit diesen Elektroden 4, 5 wird beispielsweise der pH-Wert oder Sauerstoffgehalt einer Prozessflüssigkeit 6 gemessen.

Der Messumformer 1 wandelt das Spannungssignal UM in einen Life-Zero-Signalstrom IS mit einem Minimalwert von 4 mA und einem Maximalwert von 20 mA um. Dieser Strom IS läuft über Signalleitungen 7, 8 zu einer Messwarte 9, in der der Signalstrom IS in einen entsprechenden pH-Wert umgewandelt und beispielsweise zur Anzeige gebracht wird.

Aufgrund des Life-Zero-Signalstrom IS benötigt der Messumformer 1 keine gesonderte Spannungsversorgung. Vielmehr werden die internen Komponenten, wie beispielsweise der das Spannungssignal UM aufnehmende Verstärker 10 und die zentrale, mikroprozessorgestützte Steuerung 11 über den Signalstrom IS mitversorgt. Dies ist in der beigefügten Zeichnung durch die strichliert dargestellten Versorgungsleitungen 12, 13 angedeutet.

Der Messumformer 1 ist ferner mit einer drahtlosen, Infrarot-gestützten IrDA-Schnittstelle 14 ausgerüstet, über die der Messumformer 1 mit einem externen Gerät, wie einem PDA-Handgerät 15 Daten austauschen kann. Die Datenraten wirkt sich dabei auf den Leistungsbedarf der Schnittstelle 14 aus, für eine schnelle Datenübertragung ist ein hoher Leistungsbedarf von beispielsweise mehr als 200 mW festzustellen. Ein derartiger Leistungsbedarf wird von der Messschaltung, insbesondere wenn diese einen niedrigen Signalstrom IS führt, nicht gedeckt.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den Zweileiter-Messumformer 1 aus dem normalen Messmodus in einen Versorgungsmodus zu versetzen, bei dem der Life-Zero-Speisemessstromkreis 7, 8 einen Versorgungsstrom von über 21 mA führt. Dieser Versorgungsmodus kann durch einen am Messumformer 1 vorgesehenen Taster 16 extern manuell eingegeben werden. Alternativ dazu kann auch über die bereits erwähnte IrDA-Schnittstelle 14 mittels einer langsamen und damit leistungsarmen Datenübertragung eine Aktivierung des Versorgungsmodus drahtlos von außen initiiert werden, wozu von dem PDA-Handgerät 15 ein entsprechendes Steuersignal zugeführt wird. Durch die Aktivierung des Versorgungsmodus wird die Messung unterbrochen, der Signalstrom IS auf über 21 mA angehoben, womit bei einem typischen Spannungsabfall von 14 V eine Leistung von mehr als 300 mW zur Verfügung steht. Mit diesem Leistungsangebot kann eine schnelle Datenübertragung zwischen Messumformer 1 und PDA-Handgerät 15 über die IrDA-Schnittstelle erfolgen. Nach Abschluss des Datenaustausches kann wiederum über ein entsprechendes Steuersignal der Messumformer 1 wieder aus dem Versorgungsmodus in den Messmodus zurückversetzt werden, sodass die Messwarte 9 über die Signalleitungen 7, 8 wiederum ein den tatsächlichen pH-Wert der Prozessflüssigkeit 6 repräsentierendes Stromsignal IS erhält.

Als weiterer Sonderbetriebszustand kann ein Testzustand vorgesehen sein, der ebenfalls einen hohen Leistungsbedarf beispielsweise zur Durchführung von Gerätetestroutinen oder Sensortestverfahren hat. Dieser Testzustand kann beispielsweise Zeitintervall-gesteuert oder nach Auftreten eines Fehlers bei der Messung des Signalpotentials UM aktiviert werden.

Im Zusammenhang mit einem Signalstrom von über 21 mA ist darauf hinzuweisen, dass ein 22 mA-Signal auf dem Gebiet der Zweileiter-Messumformer grundsätzlich bekannt ist. Es wird laut dem internationalen Standard NAMUR NE 43 zur Signalisierung verwendet, dass aktuell kein regulärer Messwert von dem mit dem Messwertumformer 1 gekoppelten Messsensor – hier den Elektroden 4, 5 – empfangen wird. Neben diesem Zustand „Ausfall" kann gemäß NAMUR NE 43 auch bei Wartungsarbeiten (NAMUR „Funktionskontrolle") am Gerät der Signalstrom IS auf die 22 mA angehoben werden. Eine gezielte Aktivierung dieses 22 mA-Signals zur Versorgung von Komponenten des Messwertumformers 1 bei hohem Leistungsbedarf ist dem vorstehenden Standard nicht zu entnehmen.


Anspruch[de]
Zweileiter-Gerät, insbesondere Messumformer in Zweileitertechnik, mit

– einem Life-Zero-Speisemessstromkreis (7, 8), der in einem Messmodus einen ein Messsignal repräsentierenden Life-Zero-Signalstrom (IS) mit definiertem Minimal- und Maximalwert, insbesondere von 4 mA und 20 mA, führt

dadurch gekennzeichnet, dass

– das Zweileiter-Gerät (1) zur Speisung eines Sonderbetriebszustandes mit hohem Leistungsbedarf in einen Versorgungsmodus versetzbar ist, in dem der Life-Zero-Speisemessstromkreis (7, 8) einen Versorgungsstrom mit einem Wert über dem Maximalwert des Life-Zero-Signalstromes, insbesondere von über 21 mA, führt.
Zweileiter-Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal zur Aktivierung des Versorgungsmodus von extern eingebbar ist. Zweileiter-Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal über eine manuelle Eingabeeinheit (16) am Zweileiter-Gerät (1) eingebbar ist. Zweileiter-Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal drahtlos von außen eingebbar ist. Zweileiter-Gerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweileiter-Gerät (1) über eine interne Steuerung (11) in den Versorgungsmodus versetzbar ist. Zweileiter-Gerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schnittstelle (14) zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenübertragung, wobei der Sonderbetriebszustand eine Datenübertragung mit hohem Leistungsbedarf ist. Zweileiter-Gerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sonderbetriebszustand ein Testzustand mit hohem Leistungsbedarf ist, in dem das Zweileiter-Gerät (1) selbst und/oder ein das Messsignal generierender Messsensor (4, 5) einer automatischen Analyse unterziehbar sind. Zweileiter-Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Testzustand vom Zweileiter-Gerät (1) selbsttätig, insbesondere zeitintervallgesteuert oder nach Auftritt eines Fehlers im Messstromkreis (2, 3, 7, 8), aktivierbar ist.






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