[0001] 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.
[0002] 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 14 V 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.
[0003] Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zweileiter-Gerät so
auszubilden, dass es zur Speisung von Sonderbetriebszuständen mit hohem Leistungsbedarf
geeignet ist.
[0004] 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.
[0005] 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
- Fig. 1
- zeigt ein Blockdiagramm eines auf Zweileitertechnik beruhenden Messsystems mit einem
zu überwachenden Prozess, einem Zweileiter-Messumformer und einer Messwarte.
[0006] Wie aus der Zeichnung hervorgeht, dient ein Zweileiter-Messumformer 1 zur Verarbeitung
eines Spannungssignals U
M, 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.
[0007] Der Messumformer 1 wandelt das Spannungssignal U
M in einen Life-Zero-Signalstrom I
S mit einem Minimalwert von 4 mA und einem Maximalwert von 20 mA um. Dieser Strom I
S läuft über Signalleitungen 7, 8 zu einer Messwarte 9, in der der Signalstrom I
S in einen entsprechenden pH-Wert umgewandelt und beispielsweise zur Anzeige gebracht
wird.
[0008] Aufgrund des Life-Zero-Signalstrom I
S benötigt der Messumformer 1 keine gesonderte Spannungsversorgung. Vielmehr werden
die internen Komponenten, wie beispielsweise der das Spannungssignal U
M aufnehmende Verstärker 10 und die zentrale, mikroprozessorgestützte Steuerung 11
über den Signalstrom I
S mitversorgt. Dies ist in der beigefügten Zeichnung durch die strichliert dargestellten
Versorgungsleitungen 12, 13 angedeutet.
[0009] 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 I
S führt, nicht gedeckt.
[0010] 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 I
S 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 I
S erhält.
[0011] 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.
[0012] 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 I
S 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.
1. 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.
2. Zweileiter-Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal zur Aktivierung des Versorgungsmodus von extern eingebbar ist.
3. Zweileiter-Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal über eine manuelle Eingabeeinheit (16) am Zweileiter-Gerät (1) eingebbar
ist.
4. Zweileiter-Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal drahtlos von außen eingebbar ist.
5. Zweileiter-Gerät nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweileiter-Gerät (1) über eine interne Steuerung (11) in den Versorgungsmodus
versetzbar ist.
6. 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.
7. 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.
8. 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.