WO2011157832A2 - Messumformer mit zwei übertragungskanälen - Google Patents

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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2219/00—Thermometers with dedicated analog to digital converters

Definitions

  • the invention relates to a transmitter, in particular a transmitter having two transmission channels.
  • Transmitters are used in a wide range of applications. Your task is to provide an input signal from a measuring signal generator in a desired output signal
  • these transducers are purely analog or purely digital.
  • the input measurement signal is converted by an analog-to-digital converter, under
  • a linearization is typically carried out here so that non-linearities of the measuring signal generator as well as the analog-to-digital conversion in the output signal are essentially no longer visible.
  • This linearization can be done both on well-known physical properties as well as on measured
  • Parameters of the measuring signal transmitter and / or the digital transmitter are based.
  • the invention proposes a measuring transducer which has a first transmission channel which is an analogue
  • Measurement input signal processed in an analogous manner and provides as conditioned measurement signal
  • the transmitter has a second transmission channel, which processes the analog measurement input signal and provides it as an influencing signal, wherein the conditioned measurement signal and the
  • Influence signal combined as a measurement output signal is provided.
  • the second transmission channel prepares the analog measurement input signal in a digital manner.
  • the first transmission channel has a modulator and a
  • the first transmission channel to a transformer.
  • the second transmission channel to an analog-to-digital converter and a digital-to-analog converter.
  • the second transmission channel to an analog-to-digital converter and a digital-to-analog converter.
  • Transmission channel has an opto-coupler.
  • the second transmission channel has an arithmetic processing unit.
  • the influencing signal contributes to the measuring output signal less than half, preferably +/- 10 ... 5%.
  • the second transmission channel has a feedback of the
  • Measuring output signal for comparing the measuring input signal with the measuring output signal.
  • the feedback is executed switched off.
  • Measurement input signal a temperature measurement input signal.
  • a measuring system has a temperature sensor and a
  • FIG. 1 shows a
  • FIG. 1 shows a transmitter according to the invention. This has a first transmission channel 100 and a second transmission channel 200.
  • the first transmission channel 100 prepares an analog measuring input signal I of a measuring signal generator of an analogous manner and makes it available as a conditioned measuring signal.
  • the second transmission channel 200 also prepares the analog measurement input signal I, it presents as
  • Measurement output signal 0 provided.
  • the second transmission channel 200 prepares the analog measurement input signal I of the measurement signal generator in a digital manner.
  • Transmission channel can be used for signal processing
  • Modulator 100 and a demodulator 200 may be provided. Its task within the first transmission channel 100 is to transform a measuring input signal I of a measuring signal generator into a desired output signal. In this case, by suitably selecting the modulator 100 as well as the demodulator, the desired input ranges of the measurement input signal I and the desired output ranges can be set.
  • Transmitter 110 have. By means of the transformer 110, both ratios can be translated and thus the desired input ranges of the measuring input signal I and the desired output ranges can be set further as well as a suitable embodiment, a galvanic isolation of the measurement input signal of subsequent
  • the second transmission channel 200 comprises an analog-to-digital converter 210 and a digital-to-analog converter 230. Its task within the first transmission channel 200 is to transform a measurement input signal I of a measurement signal generator into a desired output signal. In this case, it can be achieved by suitably selecting or programming the analog-to-digital converter 210 and / or the digital-to-analog converter 230 that the desired
  • the second transmission channel 200 may still have an opto-coupler, whereby a galvanic separation of the measuring input signal of subsequent
  • Processing levels can be achieved.
  • both the analog-to-digital converter 210 and the digital-to-analog converter 230 may have an arithmetic processing unit. With this arithmetic
  • Arithmetic unit may e.g. a range conversion as well as a linearization are performed.
  • the output signal of the first transmission channel 100 and the output signal of the second transmission channel 200 which is referred to as an influencing signal, become a
  • the degree with which the signals each flow into the combined measurement output signal 0 can be configured differently. Due to the design of the first transmission channel 100 as an analog transmission channel and the second
  • Transmission channel 200 as a digital transmission channel, the respective advantage of both types of processing can be used.
  • the analog transmission channel allows fast response time while over the digital
  • Measuring signal encoder and the transmitter can be made in total.
  • the proportion of the second transmission channel is low, that is, the
  • Influence signal contributes to the measurement output less than half, preferably +/- 10 ... 5%, at.
  • the transmitter may include an output stage 300 for amplifying the combined signal obtained by the combining unit 140.
  • the second transmission channel 200 may be a feedback 410 of the actual measurement output signal 0 for comparing the measurement input signal I with the actual one
  • Measuring output 0 have.
  • Output signal 0 is not correlated in the desired mass to the measurement input signal I, it can be controlled by means of a switching connection 420, a switching stage 400 in the output branch of the transmitter, so that the
  • Output signal is set in a safe state.
  • This state can be predetermined, for example, by SIL.
  • the switching stage 400 may, for example, be configured as a transistor, wherein the switching connection 420 controls the gate or the base or the like.
  • the feedback 410 and the switching line 420 can be switched off.
  • the output stage 300 by means of
  • a comparison that the actual output signal O is not correlated in the desired mass to the measurement input signal I, can be carried out both analog and digital.
  • the measurement input signal I is already digital behind the analog-to-digital converter 210 so that a comparison can now be made at a suitable location. This comparison can
  • arithmetic arithmetic unit to form a functional unit. It is also conceivable that the analog-to-digital converter 210 and the digital-to-analog converter 230 form a functional unit. Furthermore, the switching stage 400 and the output stage 300 may form a functional unit. As already described, transmitter in
  • Measurement input signal a temperature measurement input signal. Therefore, there is further provided both a measuring system with a temperature sensor, e.g. to provide a Pt100 sensor and a transmitter according to the invention. In such a measuring system can by parametrization on
  • Single calibration can be performed in the test field, so that the entire system can be used for safety applications.
  • Analog-to-digital converter 210 Analog-to-digital converter 210
  • Analog-to-digital converter 230 Analog-to-digital converter 230

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Abstract

Die Erfindung schlägt einen Messumformer vor, aufweisend einen ersten Übertragungskanal (100), der ein analoges Messeingangssignal (I) in einer analogen Weise aufbereitet und als aufbereitetes Messsignal zur Verfügung stellt. Weiterhin weist der Messumformer einen zweiten Übertragungskanal (200) auf, der das analoge Messeingangssignal (I) aufbereitet und als Beeinflussungssignal zur Verfügung stellt, wobei das aufbereitete Messsignal und das Beeinflussungssignal kombiniert als Messausgangssignal (O) zur Verfügung gestellt wird. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist ein Messsystem einen Temperatursensor und einen erfindungsgemäßen Messumformer auf.

Description

Messumformer mit zwei Übertragungskanälen
Die Erfindung betrifft einen Messumformer, insbesondere einen Messumformer, der zwei Übertragungskanäle aufweist.
Messumformer werden in verschiedensten Einsatzbereiche verwendet. Ihre Aufgabe ist es eine Eingangssignal eines Mess-Signalgebers in ein gewünschtes Ausgangssignal
umzuformen. Dies ist immer dann erforderlich wenn das bereitgestellte Messsignal inkompatibel mit nachfolgenden Verarbeitungseinheiten ist.
Prinzipiell sind diese Messumformer rein analog oder rein digital aufgebaut.
Bei einem digitalen Aufbau wird das Eingangsmesssignal durch einen Analog-Digital-Wandler gewandelt, unter
Umständen durch einen Microcontroller nachbearbeitet, und anschließend durch einen Digital-Analog-Wandler in ein Analogsignal zurückgewandelt.
Mittels einer Nachbearbeitung wird hierbei typischerweise eine Linearisierung vorgenommen, so dass Nichtlinearitäten des Mess-Signalgebers als auch der Analog-Digital-Wandlung im Ausgangssignal im Wesentlichen nicht mehr sichtbar sind. Diese Linearisierung kann sowohl auf allgemein bekannten physikalischen Eigenschaften als auch auf gemessenen
Parametern des Mess-Signalgebers und/oder des digitalen Messumformers beruhen.
Nachteilig an diesen digitalen Messumformern ist, dass sie relativ träge reagieren, so dass Antwortzeiten auf einen eingangsseitigen Sprung bis in den oberen 100 ms Bereich festzustellen sind. Bei einem analogen Aufbau sind die Antwortzeiten auf einen eingangsseitigen Sprung im Allgemeinen deutlich geringer, jedoch gestaltet sich bei einem analogen Aufbau die
Realisierung einer Linearisierung erheblich schwieriger und erheblich kostenintensiver.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung einen Messumformer zur Verfügung zu stellen, der einen oder mehrere Nachteile aus dem Stand der Technik in erfinderischer Weise löst.
Die Erfindung schlägt hierzu einen Messumformer vor, der einen ersten Übertragungskanal, der ein analoges
Messeingangssignal in einer analogen Weise aufbereitet und als aufbereitetes Messsignal zur Verfügung stellt,
aufweist. Weiterhin weist der Messumformer einen zweiten Übertragungskanal auf, der das analoge Messeingangssignal aufbereitet und als Beeinflussungssignal zur Verfügung stellt, wobei das aufbereitete Messsignal und das
Beeinflussungssignal kombiniert als Messausgangssignal zur Verfügung gestellt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung bereitet der zweite Übertragungskanal das analoge Messeingangssignal in einer digitalen Weise auf.
In noch einer weiteren Ausformung der Erfindung weist der erste Übertragungskanal einen Modulator und einen
Demodulator auf. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der erste Übertragungskanal einen Übertrager auf.
Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Übertragungskanal einen Analog-Digital-Wandler und einen Digital-Analog-Wandler auf. In einer Weiterbildung der Erfindung weist der zweite
Übertragungskanal einen Opto-Koppler aufweist.
In noch einer weiteren Ausformung der Erfindung weist der zweite Übertragungskanal eine arithmetische Recheneinheit aufweist .
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung trägt das Beeinflussungssignal zum Messausgangssignal weniger als zur Hälfte, bevorzugt +/- 10 ... 5 %, bei.
Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Übertragungskanal eine Rückkoppelung des
Messausgangssignals zum Vergleich des Messeingangssignals mit dem Messausgangssignal auf.
Gemäß einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückkoppelung abschaltbar ausgeführt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das analoge
Messeingangssignal ein Temperaturmesseingangssignal .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist ein Messsystem einen Temperatursensor und einen
erfindungsgemäßen Messumformer auf.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Verweis auf die Figur 1 eingehender erläutert werden. Figur 1 zeigt eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Messumformers .
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Messumformer. Dieser weist einen ersten Übertragungskanal 100 und einen zweiten Übertragungskanal 200 auf. Der erste Übertragungskanal 100 bereitet ein analoges Messeingangssignal I eines Mess-Signalgebers einer analogen Weise auf und stellt es als aufbereitetes Messsignal zur Verfügung.
Der zweite Übertragungskanal 200 bereitet ebenfalls das analoge Messeingangssignal I auf stellt es als
Beeinflussungssignal zur Verfügung.
Sowohl das aufbereitete Messsignal und als auch das
Beeinflussungssignal werden kombiniert als
Messausgangssignal 0 zur Verfügung gestellt. Im Unterschied zum ersten Übertragungskanal 100 bei dem ein analoges Messeingangssignal I eines Mess-Signalgebers in einer analogen Weise aufbereitet wird, bereitet der zweite Übertragungskanal 200 das analoge Messeingangssignal I des Mess-Signalgebers in einer digitalen Weise auf.
Im analogen Zweig des Messumformers, d.h. im ersten
Übertragungskanal, kann zur Signalverarbeitung ein
Modulator 100 und einen Demodulator 200 vorgesehen sein. Ihre Aufgabe innerhalb des ersten Übertragungskanal 100 ist es, ein Messeingangssignal I eines Mess-Signalgebers in ein gewünschtes Ausgangssignal umzuformen. Hierbei kann durch geeignet Wahl des Modulators 100 als auch des Demodulators die gewünschten Eingangsbereiche des Messeingangssignal I und die gewünschten Ausgangsbereiche eingestellt werden.
Weiterhin kann der erste Übertragungskanal 100 einen
Übertrager 110 aufweisen. Mit Hilfe des Übertragers 110 können sowohl Verhältnisse übersetzt werden und so die gewünschten Eingangsbereiche des Messeingangssignal I und die gewünschten Ausgangsbereiche weiter eingestellt werden als auch bei geeigneter Ausgestaltung eine galvanische Trennung des Messeingangssignal von nachfolgenden
Verarbeitungsstufen erreicht werden. Der zweite Übertragungskanal 200 weist einen Analog- Digital-Wandler 210 und einen Digital-Analog-Wandler 230 auf. Ihre Aufgabe innerhalb des ersten Übertragungskanal 200 ist es, ein Messeingangssignal I eines Mess- Signalgebers in ein gewünschtes Ausgangssignal umzuformen. Hierbei kann durch geeignet Wahl oder Programmierung des Analog-Digital-Wandler 210 und/oder des Digital-Analog- Wandler 230 erreicht werden, dass die gewünschten
Eingangsbereiche des Messeingangssignal I und die
gewünschten Ausgangsbereiche passend eingestellt werden.
Weiterhin kann der zweite Übertragungskanal 200 noch einen Opto-Koppler aufweisen, wodurch eine galvanische Trennung des Messeingangssignals von nachfolgenden
Verarbeitungsstufen erreicht werden kann.
Weiterhin kann sowohl der Analog-Digital-Wandler 210 als auch der Digital-Analog-Wandler 230 eine arithmetische Recheneinheit aufweisen. Mit dieser arithmetischen
Recheneinheit kann z.B. eine Bereichsumsetzung als auch eine Linearisierung durchgeführt werden.
Das Ausgangssignal des ersten Übertragungskanals 100 und das als Beeinflussungssignal bezeichnete Ausgangssignal des zweiten Übertragungskanals 200 werden einer
Kombinationseinheit 140 zugeführt.
Hierbei kann der Grad mit dem die Signale jeweils in das kombinierte Messausgangssignal 0 einfließen unterschiedlich ausgestaltet sein. Durch die Ausgestaltung des ersten Übertragungskanals 100 als analoger Übertragungskanal und des zweiten
Übertragungskanals 200 als digitaler Übertragungskanal kann der jeweilige Vorteil beider Verarbeitungsarten genutzt werden. Hier ermöglicht der analoge Übertragungskanal eine schnelle Antwortzeit während über den digitalen
Übertragungskanal eine Linearisierung als auch eine
Parametrisierung von Bauteiltoleranzen sowohl eines
Messsignal-Gebers als auch des Messumformers insgesamt vorgenommen werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anteil des zweiten Übertragungskanals gering, d.h., das
Beeinflussungssignal trägt zum Messausgangssignal weniger als zur Hälfte, bevorzugt +/- 10 ... 5 %, bei.
Wenn erforderlich kann der Messumformer eine Ausgangsstufe 300 zur Verstärkung des durch die Kombinationseinheit 140 erhaltenen kombinierten Signals aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der zweite Übertragungskanal 200 eine Rückkoppelung 410 des tatsächlichen Messausgangssignals 0 zum Vergleich des Messeingangssignal I mit dem tatsächlichen
Messausgangssignal 0 aufweisen.
Zeigt ein Vergleich an, dass das tatsächliche
Ausgangssignal 0 nicht in dem gewünschten Masse zu dem Messeingangssignal I korreliert, so kann mittels einer Schaltverbindung 420 eine Schaltstufe 400 im Ausgangszweig des Messumformers gesteuert werden, so dass das
Ausgangssignal in einen sicheren Zustand versetzt wird. Dieser Zustand kann beispielsweise durch SIL vorgegeben sein . Die Schaltstufe 400 kann beispielsweise als Transistor ausgestaltet sein, wobei die Schaltverbindung 420 das Gate oder die Basis oder dergleichen steuert. Die Rückkoppelung 410 als auch die Schaltleitung 420 kann abschaltbar ausgeführt.
Optional kann auch die Ausgangsstufe 300 mittels der
Rückkoppelung geschaltet werden.
Ein Vergleich, dass das tatsächliche Ausgangssignal O nicht in dem gewünschten Masse zu dem Messeingangssignal I korreliert, kann dabei sowohl analog als auch digital durchgeführt werden.
Wird der Vergleich digital ausgeführt, so wird das
tatsächliche Ausgangssignal 0 vor seiner Verarbeitung einer Analog-digital-Wandlung unterzogen. Das Messeingangssignal I liegt bereits hinter dem Analog-Digital-Wandler 210 digital vor, so dass nun an geeigneter Stelle ein Vergleich vorgenommen werden kann. Dieser Vergleich kann
beispielsweise in einer arithmetischen Recheneinheit 230 oder aber einer arithmetischen Recheneinheit 210
durchgeführt werden.
Obwohl die einzelnen Komponenten als getrennte Einheiten beschrieben wurden, ist es dem Fachmann offenbar, dass diese Beschreibung lediglich zur Verdeutlichung der
Funktion dient und keinerlei Festlegung auf eine bestimmte technische Realisierung darstellt. So ist es ohne weiteres denkbar, dass Analog-Digital-Wandler 210 und eine
arithmetischen Recheneinheit eine funktionale Einheit bilden. Ebenso ist es denkbar, dass auch der Analog- Digital-Wandler 210 als auch der Digital-Analog-Wandler 230 eine funktionale Einheit bilden. Weiterhin kann auch die Schaltstufe 400 und die Ausgangsstufe 300 eine funktionale Einheit bilden. Wie bereits beschrieben könne Messumformer in
verschiedensten Einsatzbereiche verwendet werden. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung wenn das analoge
Messeingangssignal ein Temperaturmesseingangssignal . Daher ist weiterhin vorgesehen sowohl auch ein Messsystem mit einem Temperatursensor, z.B. ein PtlOO-Sensot und einen erfindungsgemäßen Messumformer bereitzustellen. Bei einem solchen Messsystem kann durch Parametrisierung ein
Einzelabgleich im Prüffeld durchgeführt werden, so dass das Gesamtsystem für sicherheitstechnische Anwendungen benutzt werden kann.
Bezugs zeichenliste
Erster Übertragungskanal 100
Modulator 110
Übertrager 120
Demodulator 130
Kombinationseinheit 140
Zweiter Übertragungskanal 200
Analog-Digital-Wandler 210
Trenneinheit 220
Analog-Digital-Wandler 230
Ausgangsstufe 300
Schaltstufe 400
Rückkopplung 410
Schalt erbindung 420

Claims

Patentansprüche
1. Messumformer aufweisend
einen ersten Übertragungskanal (100), der ein analoges Messeingangssignal (I) in einer analogen Weise aufbereitet und als aufbereitetes Messsignal zur Verfügung stellt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Messumformer weiterhin einen zweiten
Übertragungskanal (200) aufweist, der das analoge
Messeingangssignal (I) aufbereitet und als
Beeinflussungssignal zur Verfügung stellt, wobei
das aufbereitete Messsignal und das
Beeinflussungssignal kombiniert als Messausgangssignal (O) zur Verfügung gestellt wird.
2. Messumformer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungskanal (200) das analoge
Messeingangssignal in einer digitalen Weise aufbereitet.
3. Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Übertragungskanal (100) einen Modulator (130) und einen Demodulator (110) aufweist .
4. Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Übertragungskanal (100) einen Übertrager (120) aufweist.
5. Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungskanal
(200) einen Analog-Digital-Wandler (210) und einen Digital- Analog-Wandler (230) aufweist.
6. Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungskanal (200) einen Opto-Koppler (220) aufweist.
7. Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungskanal (220) eine arithmetische Recheneinheit (210, 230) aufweist.
8. Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beeinflussungssignal zum
Messausgangssignal weniger als zur Hälfte, bevorzugt +/- 10 ... 5 % , beiträgt .
9. Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungskanal
(200) eine Rückkoppelung des Messausgangssignal (0) zum Vergleich des Messeingangssignal (I) mit dem
Messausgangssignal (0) aufweist.
10. Messumformer gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkoppelung abschaltbar ausgeführt ist.
11. Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Messeingangssignal ein Temperaturmesseingangssignal ist.
12. Messsystem aufweisend einen Temperatursensor und einen Messumformer gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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