DE102006001704A1

DE102006001704A1 - Two-wire device, especially two-wire transmitter

Info

Publication number: DE102006001704A1
Application number: DE200610001704
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Wohlrab
Original assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Current assignee: Knick Elektronische Messgeraete GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-07-26
Also published as: EP1808837A2; EP1808837A3

Abstract

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 (I¶S¶) 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.A two-wire device, in particular a transmitter using two-wire technology, feeds a life zero supply measuring circuit (7, 8) which, in a measuring mode, in particular a life zero signal current (I¶S¶) representing a measuring signal with a defined minimum and maximum value of 4 mA and 20mA. The two-wire device (1) can be put into a supply mode in order to supply a special operating state with high power requirements, in which the life zero supply measuring circuit (7, 8) has a supply current with a value above the maximum value of the life zero signal current, in particular of over 21 mA.

Description

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.The The invention relates to a two-wire device and more particularly to a transmitter in two-wire technology with a life-zero supply measuring circuit, the in a measurement mode, a life zero signal current representing a measurement signal with defined minimum and maximum values. A common standard in In this context, power supply circuits with a current range from 4 mA to 20 mA. In these devices, the auxiliary power for the internal Components of the device, especially the amplifier of the transmitter, decoupled from the signal stream, so that a separate power supply, as in the four-wire technology, not is required.

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.The This problem underlying this invention will be described below exemplified by a two-wire device, the standard signal current of 4 ... 20 mA generated. When operating the device at the lower minimum value, So at 4 mA, with a voltage drop of these devices is more typical Way 14V a power of just over 50 mW available. This Value is extremely low and in particular does not allow feeding of operating states of the equipment with high power requirement. As an example, a fast data transfer between the two-wire device and an external device by radio or light z. For example Maintenance purposes (firmware replacement, remote configuration or the like) to be named. A fast data transfer is to shorten the data transfer times and thus to increase the Availability of the two-wire device desirable. Other special operating conditions can with high power requirements For example, complex device test routines or sensor testing method.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Zweileiter-Gerät so auszubilden, dass es zur Speisung von Sonderbetriebszuständen mit hohem Leistungsbedarf geeignet ist.From that Based on the invention, the object is to form a two-wire device so that it feeds special operating states with high power requirements suitable is.

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.These The object is specified by the characterizing part of claim 1 Characteristics solved, after which the device can be placed in a supply mode, in which the life zero supply measuring circuit a supply current with a value above the maximum value of Live-zero signal current leads. For the Application of the 4 ... 20 mA standard transmitter means this, for example a supply current of over 21mA. From this power increase results in a much larger disposal standing power of over 300 mW, the device side can be used to increase processing power and For example, a fast, wireless or wired data transmission over a to realize the appropriate interface. Another special Operating state, for example, a test state with high power requirements be in which the two-wire device itself and / or a measurement sensor generating a measuring signal automatic analysis is available. So it can be in this test condition the mentioned elaborate device test routines or sensor test procedures carried out become.

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. Diesepreferred Embodiments, provide further features, details and advantages of the two-wire devices according to the invention By the way the dependent claims and the following description, in which an embodiment with the attached Drawing closer explained becomes. These

1 zeigt ein Blockdiagramm eines auf Zweileitertechnik beruhenden Messsystems mit einem zu überwachenden Prozess, einem Zweileiter-Messumformer und einer Messwarte. 1 shows a block diagram of a two-wire based measurement system with a process to be monitored, a two-wire transmitter and a control room.

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.As can be seen from the drawing, a two-wire transmitter is used 1 for processing a voltage signal U _M , that of two with the transmitter 1 via signal lines 2 . 3 associated measuring electrodes, namely a glass electrode 4 and a reference electrode 5 arises. With these electrodes 4 . 5 For example, the pH or oxygen content of a process fluid 6 measured.

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.The transmitter 1 converts the voltage signal U _M into a life-zero signal current I _S with a minimum value of 4 mA and a maximum value of 20 mA. This current I _S runs over signal lines 7 . 8th to a control room 9 in which the signal current I _{S is converted} into a corresponding pH value and displayed, for example.

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.Due to the life-zero signal current I _S , the transmitter is required 1 no separate power supply. Rather, the internal components, such as the voltage signal U _M receiving amplifier 10 and the central, microprocessor-based controller 11 also supplied via the signal current I _S. This is in the accompanying drawing by the supply lines shown in dashed lines 12 . 13 indicated.

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.The transmitter 1 is also equipped with a wireless, infrared-based IrDA interface 14 equipped, over which the transmitter 1 with an external device, such as a PDA handset 15 Can exchange data. The data rates affect the power requirements of the interface 14 For a fast data transmission, a high power requirement of, for example, more than 200 mW is to be determined. Such a power requirement is determined by the measuring circuit, especially if this one low signal current I _S leads, not covered.

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.According to the invention is now provided, the two-wire transmitter 1 from the normal metering mode into a supply mode in which the life zero feedthrough circuit 7 . 8th results in a supply current of over 21 mA. This supply mode can be controlled by a transmitter 1 provided buttons 16 manually entered manually. Alternatively, you can also use the already mentioned IrDA interface 14 activation of the supply mode can be initiated wirelessly from the outside by means of a slow and therefore low-power data transmission, for example by the PDA hand-held device 15 a corresponding control signal is supplied. Activation of the supply mode stops the measurement and raises the signal current I _S to over 21mA, providing a power output of more than 300mW at a typical 14V voltage drop. With this service offering can provide fast data transfer between transducers 1 and PDA handset 15 via the IrDA interface. Once the data exchange has been completed, the transmitter can again be activated via a corresponding control signal 1 back from the supply mode to the measuring mode, so that the control room 9 over the signal lines 7 . 8th in turn, the actual pH of the process fluid 6 representing current signal I _S receives.

Als weiterer Sonderbetriebszustand kann ein Testzustand vorgesehen sein, der ebenfalls einen hohen Leistungsbedarf beispielsweise zur Durchführung von Gerätetestroutinen oder Sensortestverfahren hat. Dieser Testzu stand kann beispielsweise Zeitintervall-gesteuert oder nach Auftreten eines Fehlers bei der Messung des Signalpotentials U_M aktiviert werden.As a further special operating state, a test state can be provided which likewise has a high power requirement, for example for performing device test routines or sensor test methods. This test state could, for example, be time-interval-controlled or activated after the occurrence of an error in the measurement of the signal potential U _M.

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.In the context of a signal current of over 21 mA, it should be noted that a 22 mA signal in the field of two-wire transmitters is basically known. It is used according to the international standard NAMUR NE 43 for signaling that currently no regular measurement of that with the transducer 1 coupled measuring sensor - here the electrodes 4 . 5 - Will be received. In addition to this "failure" condition, the signal current I _{S can also be increased} to 22 mA on the device in accordance with NAMUR NE 43 during maintenance work (NAMUR "function check"). A targeted activation of this 22 mA signal to supply components of the transducer 1 at high power consumption is not apparent from the above standard.

Claims

Two-wire device, in particular two-wire transmitter, with - a life-zero supply measuring circuit ( 7 . 8th ), which in a measuring mode, a life-zero signal current (I _S ) representing a measuring signal with defined minimum and maximum value, in particular of 4 mA and 20 mA, characterized in that - the two-wire device ( 1 ) is put into a supply mode for supplying a special operating state with high power requirement, in which the life zero supply measuring circuit ( 7 . 8th ) supplies a supply current having a value above the maximum value of the life zero signal current, in particular of more than 21 mA.

Two wire device according to claim 1, characterized in that the control signal for Activation of the supply mode can be entered externally.

Two-wire device according to claim 2, characterized in that the control signal via a manual input unit ( 16 ) on the two-wire device ( 1 ) can be entered.

Two wire device according to claim 2 or 3, characterized in that the control signal wireless from the outside is entered.

Two-wire device according to one of the preceding claims, characterized in that the two-wire device ( 1 ) via an internal control ( 11 ) is put into the supply mode.

Two-wire device according to one of the preceding claims, characterized by an interface ( 14 ) for wireless or wired data transmission, the special operating state being a data transmission with a high power requirement.

Two-wire device according to one of the preceding claims, characterized in that the special operating state is a test state with high power requirement, in which the two-wire device ( 1 ) itself and / or a measuring sensor generating the measuring signal ( 4 . 5 ) are subject to automatic analysis.

Two-wire device according to claim 7, characterized in that the test condition of the two-wire device ( 1 ) automatically, in particular time-interval-controlled or after the occurrence of a fault in the measuring circuit ( 2 . 3 . 7 . 8th ), is activatable.