DE102007047309A1

DE102007047309A1 - Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße

Info

Publication number: DE102007047309A1
Application number: DE200710047309
Authority: DE
Inventors: Roland Dieterle; Wolfgang Trunzer
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-09
Also published as: WO2009047194A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, mit mindestens einer Elektronikeinheit (1), welche zumindest zeitweise über mindestens einen Strom-/Spannungseingang (2) mit elektrischer Energie versorgt ist, wobei für das Betreiben der Elektronikeinheit (1) ein minimaler Spannungswert für eine am Strom-/Spannungseingang (2) anliegende Spannung vorgegeben ist, wobei mindestens ein Spannungsregler (5) vorgesehen ist, welcher mindestens mit einer Feedbackspannung beaufschlagt wird und welcher in dem Fall, dass die Feedbackspannung einen dem Spannungsregler (5) vorgegebenen Spannungsgrenzwert unterschreitet, welcher abhängig von dem für das Betreiben der Elektronikeinheit (1) vorgegebenen minimalen Spannungswert ist, einen Shut-Down mindestens eines Teiles der Elektronikeinheit (1) durchgeführt und/oder welcher in diesem Fall das Starten mindestens eines Teiles der Elektronikeinheit (1) verhindert, wobei mindestens eine Schaltung (6) vorgesehen ist, welche die Größe der Feedbackspannung beeinflusst, und wobei die Größe der Feedbackspannung in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit (1) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um Füllstand, Druck, Dichte, Viskosität, Durchfluss oder pH-Wert eines Mediums. Das Medium ist dabei beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Schüttgut. Die Prozessgröße wird dabei beispielsweise in einem Behälter oder in einem Rohrsystem gemessen.
In der Prozessmesstechnik sind sog. Zwei-Leiter-Messgeräte bekannt, bei welchen die Signalisierung des Messwertes und die Energieversorgung des Messgerätes über die gleiche Schnittstelle erfolgt. Das Messsignal wird dabei zumindest über die Stromstärke kodiert. Bekannt sind hier 4 bis 20 mA-Signale. Fehlerzustände des Messgerätes werden beispielsweise dadurch angezeigt, dass der Strom einen Wert außerhalb des Signalisierungsintervalls von 4 bis 20 mA aufweist. Vorzugsweise liegt der Stromwert unterhalb des unteren Grenzwerts, also beispielsweise bei 3,6 mA.
Eine solche Verknüpfung zwischen der Signalisierung des Messwertes bzw. von Fehlerzuständen und der Energieversorgung bringt es mit sich, dass auch beim Vorliegen des geringsten Stromwerts ein Betreiben des Messgerätes bzw. speziell dessen Elektronik möglich sein muss. Da die geringste Stromstärke durch Reglementierung vorgegeben ist, wird somit für das Messgerät ein minimaler Spannungswert definiert, bei dessen Überschreiten das Messgerät erst vollständig arbeiten kann. Dieser minimale Spannungswert bezieht sich dabei üblicherweise auf die maximale Leistungsanforderung, die für das Messgerät vorliegen kann, d. h. bei vollständiger Verwendung der für das Messgerät vorgesehenen stromverbrauchenden Peripherie und bei der Anwendung unter allen Bedingungen, welche sich auf den Energieverbrauch beziehen.
Umgekehrt ist es für den Anwender bzw. für den Anwendungsfall ggf. vorteilhaft, wenn bereits eine geringere Spannung ausreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messgerät mit einer Elektronikeinheit vorzuschlagen, welches es erlaubt, die für die Elektronikeinheit erforderliche minimale Spannung anwendungsabhängig herabzusetzen.
Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, mit mindestens einer Elektronikeinheit, welche zumindest zeitweise über mindestens einen Strom-/Spannungseingang mit elektrischer Energie versorgt ist, wobei für das Betreiben der Elektronikeinheit ein minimaler Spannungswert für eine am Strom-/Spannungseingang anliegende Spannung vorgegeben ist, wobei mindestens ein Spannungsregler vorgesehen ist, welcher mindestens mit einer Feedbackspannung beaufschlagt wird, und welcher in dem Fall, dass die Feedbackspannung einen dem Spannungsregler vorgegebenen Spannungsgrenzwert unterschreitet, welcher abhängig von dem für das Betreiben der Elektronikeinheit vorgegebenen minimalen Spannungswert ist, einen Shut-Down mindestens eines Teiles der Elektronikeinheit durchführt und/oder welcher in diesem Fall das Starten mindestens eines Teiles der Elektronikeinheit verhindert, wobei mindestens eine Schaltung vorgesehen ist, welche die Größe der Feedbackspannung beeinflusst, und wobei die Größe der Feedbackspannung in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit einstellbar ist. In der erfindungsgemäßen Elektronikeinheit befindet sich somit ein Spannungsregler, welcher überwacht, ob zumindest ein Teil der Elektronikeinheit mit der erforderlichen Spannung versorgt wird. Dafür vergleicht der Spannungsregler eine Feedbackspannung mit einem Spannungswert, welcher mit der für die Elektronikeinheit als minimal vorgegebenen Spannungswert in Beziehung steht. Unterschreitet die Feedbackspannung diesen Wert, so führt der Spannungsregler einen Shut-Down aus bzw. verhindert, dass wenigstens ein Teil der Elektronikeinheit gestartet wird. Diese Feedbackspannung wird erfindungsgemäß entsprechend dem Energiebedarf der Elektronikeinheit eingestellt, d. h. in Abhängigkeit davon, welche Spannungen erforderlich sind, erfährt der Spannungsregler eine andere Feedbackspannung und führt somit beispielsweise den Shut-Down bei einer anderen an der Elektronikeinheit anliegenden Spannung durch als bei der Spannung, für die der Spannungsregler einen Vergleichswert hat. Es wird somit der Spannungsregler mit einer solche Feedbackspannung beaufschlagt, dass beispielsweise bei wenigern Verbrauchern der Betrieb der Elektronikeinheit auch bei einer geringeren an der Elektronikeinheit anliegenden Spannung stattfindet.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektronikeinheit derartig ausgestaltet ist, dass über den Strom-/Spannungseingang sowohl die Energieversorgung der Elektronikeinheit als auch die Ausgabe eines Messsignals für die Prozessgröße erfolgt. Bei dem Messgerät bzw. der Elektronikeinheit handelt es sich somit um ein sog. Zwei-Leiter-Gerät.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens eine Steuereinheit vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit die Feedbackspannung einstellt. Benötigt die Elektronikeinheit somit beispielsweise weniger Energie als dem minimalen Spannungswert zugeordnet ist, so kann die Feedbackspannung erhöht werden, so dass der Spannungsregler vom Anliegen einer höheren Spannung ausgeht und daher bereits den Betrieb zumindest eines Teiles der Elektronikeinheit mit einer niederen effektiven Spannung zulässt bzw. keinen Shut-Down ausführt. Wird somit erkannt, dass eine niedrigere Spannung für das Betreiben der Elektronikeinheit ausreicht, so wird der Spannungsregler derartig eingestellt, dass er auch erst bei einer niedrigeren Spannung den Shut-Down durchführt bzw. bereits bei einer niedrigeren Spannung das Betreiben der Elektronikeinheit zulässt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit in dem Fall, dass der Leistungsbedarf der Elektronikeinheit unterhalb des Wertes liegt, welcher mit dem vorgegebenen minimalen Spannungswert verbunden ist, die Feedbackspannung erhöht. Mit anderen Worten: Dem Spannungsregler wird erfindungsgemäß eine Feedbackspannung zugeleitet, welche oberhalb der Feedbackspannung liegt, welche eigentlich mit der an der Elektronikeinheit anliegenden Spannung assoziiert wäre. Somit bewirkt ein Vergleich der Feedbackspannung mit dem Wert, bei dessen Unterschreiten der Spannungsregler einen Shut-Down ausführt bzw. bei dessen Überschreiten zumindest der mit dem Spannungsregler verbundene Teil der Elektronikeinheit arbeiten darf, nicht, dass der Spannungsregler eingreift, d. h. er reagiert erst bei einer deutlich niedrigeren Spannung als eigentlich unter Betrachtung aller Peripheriegeräte und bei voller Anwendungsbreite für die Elektronikeinheit gedacht war.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein Spannungsteiler vorgesehen ist, wobei von dem Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers die Feedbackspannung abhängt, und wobei das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit einstellbar ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers einstellt.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein Verbraucher vorgesehen ist, und dass der Verbraucher derartig ausgestaltet ist, dass der Verbraucher sich entweder in einem aktiven oder in einem inaktiven Zustand befindet, wobei der aktive Zustand darin besteht, dass der Verbraucher durch die Elektronikeinheit mit elektrischer Energie versorgt ist. Bei den Verbrauchern handelt es sich beispielsweise um eine LED-Anzeige, um ein externes Display oder auch um die eigentliche Sensoreinheit zur Messung bzw. Überwachung der Prozessgröße.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit abfragt, ob der mindestens eine Verbraucher im aktivierten oder im inaktivierten Zustand ist.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit in Abhängigkeit davon, ob der mindestens eine Verbraucher im aktivierten oder im inaktivierten Zustand ist und/oder in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen, unter denen zumindest ein Teil der Elektronikeinheit arbeitet, die Feedbackspannung einstellt. Ist zumindest ein Verbraucher inaktiv, d. h. verbraucht er keine Leistung, so lässt sich die erforderliche Spannung herabsetzen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass sich mindestens eine Arbeitsbedingung auf die Temperatur bezieht, welche in zumindest einem Teil der Elektronikeinheit herrscht.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass mindestens ein Temperatursensor vorgesehen ist, dass die Steuereinheit mit dem Temperatursensor verbunden ist, und dass die Steuereinheit ausgehend von dem Messwert des Temperatursensors die Feedbackspannung einstellt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit in dem Fall, dass der mindestens eine Verbraucher im inaktivierten Zustand ist, die Feedbackspannung erhöht.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der Steuereinheit um einen Mikrocontroller handelt.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers über einen Verstellwiderstand einstellt, welcher mit einem Port des Mikrocontrollers verbunden ist.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der mindestens eine Verbraucher über einen Verstellwiderstand verfügt, welcher in Abhängigkeit davon, ob der mindestens eine Verbraucher im aktivierten oder im inaktivierten Zustand ist, die Feedbackspannung einstellt. In dieser Ausgestaltung übernimmt der Verbraucher selbsttätig die Einstellung der Feedbackspannung und stellt somit selbstständig die Spannung ein, bei welcher die Elektronikeinheit betreibbar ist. Diese Ausgestaltung bezieht sich insbesondere auch steckbare Verbraucher wie z. B. externe Displays, welche an die Elektronikeinheit angesteckt bzw. von dieser abgezogen werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Verstellwiderstand derartig ausgestaltet ist, dass der Verstellwiderstand in dem Fall, dass der mindestens eine Verbraucher im aktivierten Zustand ist, die Feedbackspannung herabsetzt.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Steuereinheit im Wesentlichen direkt mit dem Strom-/Spannungseingang verbunden ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Steuereinheit derartig ausgestaltet ist, dass für das Betreiben der Steuereinheit eine Spannung benötigt ist, welche unterhalb des vorgegebenen minimalen Spannungswertes liegt.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1: Blockschaltbild der Elektronikeinheit eines erfindungsgemäßen Messgerätes in einer ersten Variante,
2: eine Erweiterung der ersten Variante der 1,
3: eine zweite Variante der Elektronikeinheit,
4: eine dritte Variante, und
5: eine Erweiterung der dritten Variante der 4.
1 zeigt eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Messgerätes. Insbesondere handelt es sich um ein sog. 2-Leiter-Messgerät, bei welchem die Energieversorgung des Messgerätes und die Signalisierung der Messsignale über die gleichen zwei Leitungen vorgenommen wird. Die Messsignale werden meist als 4 bis 20 mA-Signale übertragen, so dass je nach Messwert dem Messgerät unterschiedliche Leistungen zur Verfügung stehen. Weiterhin treten meist auch Verluste durch Maßnahmen auf, welche dem Explosionsschutz dienen. Gleichzeitig besteht jedoch auch auf der Anwenderseite der Wunsch, möglichst geringe Spannungen bereitstellen zu müssen. Die Elektronikeinheit 1 des Messgerätes wird über eine – hier nicht dargestellte – externe Energieversorgung gespeist.
Im Stand der Technik ist bei 2-Leitergeräten eine minimale Stromaufnahme unterhalb 3,6 mA für das Gerät gefordert. Ein solcher Strom erlaubt es, dass das Gerät in einen Alarmzustand gehen und diesen Zustand durch einen Fehlerstrom (<= 3,6 mA) anzeigen kann. Für die Möglichkeit eines Batteriebetriebs, zum Beispiel auch bei Wireless-Anwendungen, werden möglichst kleine minimale Klemmenspannungen gefordert, z. B. 10 V. Damit ergibt sich eine maximale Leistungsaufnahme des Geräts von 36 mW, wobei oft für Maßnahmen im Rahmen des Explosionsschutzes von dieser Leistung schon ein Gutteil verbraucht wird. Die minimale Leistung ist dabei das Produkt aus dem minimalen Stromverbrauch des Messgerätes bzw. speziell der Elektronikeinheit und der am Eingang der Elektronikeinheit zur Verfügung stehenden Klemmspannung.
Dargestellt sind in der 1 nur die für die Erklärung der Erfindung wesentlichen Bestandteile, d. h. es wird nur die Elektronikeinheit 1 dargestellt. Als Beispiele für Verbraucher 2 sind hier beispielsweise ein Display, eine LED-Anzeige oder die der eigentlichen Messung dienende Sensoreinheit zu nennen.
Mit Energie bzw. elektrischem Strom wird die Elektronikeinheit 1 über den Strom-/Spannungseingang 3 von einer – hier nicht dargestellten – externen Energiequelle versorgt. An diesem Eingang 3 fällt eine Klemmspannung Uklemme ab. Für die Elektronikeinheit 1 ist üblicherweise ein minimaler Spannungswert vorgesehen, bei dessen Erreichen bzw. Überschreiten die Elektronikeinheit 1 bzw. damit das Messgerät erst seine Arbeit aufnimmt. Der minimale Spannungswert für die Klemmspannung Uklemme ist dabei für die maximale Verbrauchssituation ausgelegt, d. h. beispielsweise für die Anwendung im gesamten für das Messgerät zugelassenen Temperaturbereich und bei voller Funktionalität, d. h. für den Fall, dass alle Peripheriegeräte betrieben werden.
Die Erfindung baut dabei darauf, dass in dem Fall, dass die stromverbrauchende Peripherie, d. h. dass die Verbraucher 2 nicht aktiv bzw. abgeschaltet sind, der Stromverbrauch sinkt und dass somit bei gleich bleibender Leistungsaufnahme die erforderliche minimale Klemmspannung herabgesetzt werden kann.
Der am Strom-/Spannungseingang 3 anliegende Strom wird über einen Messwiderstand 9 – hier auch gekennzeichnet durch R4 – gemessen. Hinter dem Strom-/Spannungseingang 3 ist ein Spannungsregler 5 vorgesehen. Ein solcher Spannungsregler 5 oder genauer eine Spannungsstabilisierungsschaltungen steift die Versorgungsspannungen für das Gerät zur Verfügung und ist hier insbesondere mit einem Shut-Down-Mechanismus versehen. Der Spannungsregler 5 bewirkt, dass die Elektronikeinheit 1 beim Unterschreiten eines vorgegebenen Spannungswertes, welcher an seinem In-Eingang anliegt, einen Shut-Down erfährt, so dass die Vorrichtung 1 bei einem solchen Fall des Energiemangels in einen wohldefinierten Zustand überführt wird. Der Shut-Down-Mechanismus ist dabei beispielsweise über einen Spannungsteiler 6 an einem Feedbackeingang des Spannungsreglers 5 realisiert. Der Spannungsteiler 6 besteht hierbei aus zwei Feedbackwiderständen R1 und R2. Der Spannungsregler 5 wird somit an einem Eingang mit der Feedbackspannung beaufschlagt, welche mit einem Spannungswert verglichen wird, der mit dem für die Elektronikeinheit 1 vorgegebenen minimalen Spannungswert verbunden ist. Wird dieser Spannungswert unterschritten, so ist dies damit assoziiert, dass die am Strom-/Spannungseingang 3 anliegenden Spannung unterhalb des minimalen Spannungswerts für die Elektronikeinheit 1 liegt und dass somit entweder der Teil der Elektronikeinheit 1, welcher mit dem Spannungsregler 5 verbunden ist, noch nicht arbeiten kann bzw. dass dieser Teil heruntergefahren wird, d. h. dass sein Shut-Down ausgelöst wird. Erfindungsgemäß wird diese Feedbackspannung passend eingestellt.
Der Ausgang („Out") des Spannungsreglers 5 ist mit der Steuereinheit 4 verbunden, bei welcher es sich hier beispielsweise um einen Mikroprozessor 12 handelt. Die Steuereinheit 4 weist Kontakte zu den hier dargestellten Verbrauchern 2 – als Beispiel Display, LED-Anzeige oder Sensoreinheit – auf. Weiterhin empfängt die Steuereinheit 4 auch das Messsignal eines Temperatursensors 7, welcher beispielsweise die Temperatur des Prozesses überwacht, von dem wenigstens eine Prozess- oder Messgröße durch die Sensoreinheit gemessen bzw. überwacht wird. In der hier gezeigten Variante misst der Temperatursensor 7 die Temperatur der Elektronikeinheit 1 der Vorrichtung.
Die Steuereinheit 4 ist in der hier dargestellten Variante derartig ausgestaltet, dass der Spannungswert, bei welchem die Steuereinheit 4 ihre Funktion aufnehmen kann, unterhalb des für die gesamte Elektronikeinheit 1 vorgegebenen minimalen Spannungswertes liegt. D. h. die Steuereinheit 4 wird aktiv, bevor das ganze Messgerät 1 in den aktiven Zustand übergeht. Dabei startet er in einer Initialisierungsphase, in welcher noch keine größeren Stromverbraucher wie Display, LED Anzeige oder Messanordnung bestromt werden. In der Initialisierungsphase überprüft bzw. testet die Steuereinheit 4, welche Verbraucher 2 angeschlossen sind bzw. welche Verbraucher 2 aktiviert sind bzw. ob die Temperatur der Elektronikeinheit 1 in einem moderaten oder in einem kritischen Bereich liegt.
Die beiden Verbraucher 2 sind hier über Schalter 10 zu- bzw. abschaltbar. Dabei ist es auch möglich, dass die Verbraucher 2, z. B. externe Anzeigeeinheiten zugesteckt oder abgezogen werden. Stellt die Steuereinheit 4 innerhalb einer Initialisierungszeit fest, dass es Verbraucher 2 gibt, welche nicht angeschlossen bzw. nicht aktiviert sind, so wird davon ausgehend der minimale Spannungswert, welcher für die Elektronikeinheit 1 erforderlich ist, herabgesetzt. Dies ist deshalb möglich, da der minimale Spannungswert für die Anwendung aller Verbraucher 2 ausgelegt ist. Dabei ist die an dem Strom-/Spannungseingang 3 anliegende Spannung möglicherweise bereits über den für die Elektronikeinheit 1 spezifizierten minimalen Spannungswert angestiegen.
Die Herabsetzung der minimalen Spannung geschieht hier dadurch, dass die Steuereinheit 4 einen Port, an welchem hier ein elektrischer Widerstand als Verstimmungswiderstand 8 angeschlossen ist, derartig steuert, dass über diesen Widerstand 8 das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers 6 derartig verstimmt wird, dass der Spannungsregler 5 eine Spannung sieht, welche nicht mit der an dem Strom-/Spannungseingang 3 anliegenden Spannungswert übereinstimmt. Der Spannungsteiler 6 ist dabei mit Masse verbunden und das Signal für den Shut-Down-Mechanismus wird hier zwischen den beiden Widerständen R1 und R2 abgegriffen. Ebenfalls an diesem Abgreifpunkt ist der Verstimmungswiderstand 8 angebracht. Die Steuereinheit 4 erzeugt somit eine solche Verstimmung, dass der Spannungsregler 5 erst bei einer Spannung, welche unterhalb des für die Elektronikeinheit 1 spezifizierten minimalen Spannungswerts liegt, einen Shut-Down der Vorrichtung 1 hervorruft. Der Verstimmungswiderstand 8 an dem einen Port des Mikrocontrollers 12 wird entweder an Lowpegel, Highpegel oder auf IRIS (Tri-State, d. h. der Port ist ausgeschaltet) geschaltet. Der Verstimmungswiderstand 8 wird dabei je nach Strombedarf der Elektronikeinheit 1 durch die Ansteuerung des Ports der Steuereinheit 4 zu- oder weggeschaltet.
Dabei sind vier Konstellationen vorstellbar:

1. Die Stromverbraucher sind vorhanden bzw. aktiviert. Die anliegende Klemmenspannung liegt oberhalb des minimalen Spannungswerts. In diesem Fall beginnt die Elektronikeinheit 1 zu arbeiten.
2. Die Stromverbraucher sind vorhanden bzw. aktiviert. Die anliegende Klemmenspannung liegt unterhalb des minimalen Spannungswerts. In diesem Fall schaltet sich die Elektronikeinheit 1 über den Shut-Down-Mechanismus selbst ab.
3. Die Stromverbraucher sind nicht vorhanden bzw. nicht aktiviert. Daher setzt die Steuereinheit 4 die Spannung herab, bei welcher der Spannungsregler 5 den Shut-Down-Mechanismus ausführt. Hat gleichzeitig die anliegende Klemmenspannung den minimalen Spannungswert überschritten, so beginnt die Elektronikeinheit 1 zu arbeiten.
4. Die Stromverbraucher sind nicht vorhanden bzw. nicht aktiviert. Daher setzt die Steuereinheit 4 die Spannung herab, bei welcher der Spannungsregler 5 den Shut-Down-Mechanismus ausführt. Hat gleichzeitig die anliegende Klemmenspannung den minimalen Spannungswert nicht, aber einen reduzierten Spannungswert überschritten, so beginnt die Elektronikeinheit 1 zu arbeiten.

Die Steuereinheit 4 bekommt zudem über den Temperatursensor 7 Informationen über die in der Elektronikeinheit 1 herrschende Temperatur. Liegt die Temperatur innerhalb eines für die Elektronikeinheit 1 spezifischen Temperaturbereichs, welcher weniger Energie benötigt, so kann davon ausgehend ebenfalls die erforderliche Spannung durch die Steuereinheit 4 reduziert werden.
Die Steuerung der erforderlichen Spannung baut somit darauf, dass die minimale Stromaufnahme immer für die maximale Verbrauchssituation ausgelegt ist, d. h. über den gesamten Temperaturbereich und bei voller Funktionalität (Display, LED-Anzeige etc.). Werden Verbraucher 2 abgeschaltet oder wie beispielsweise im Falle eines externen Displays einfach abgezogen, so ist es möglich, diese Statusinformation einem Mikrocontroller 12 oder Mikroprozessor als Steuereinheit 4 im Messgerät bzw. in der Elektronikeinheit 1 zur Verfügung zu stellen. Das gleiche gilt für die momentane Umgebungstemperatur. Mit den Informationen wird dann in der Steuereinheit 4 der aktuelle, von der Anwendung der Verbraucher abhängige Stromverbrauch abgeschätzt. Von dieser Abschätzung ausgehend wird dann der Spannungsteiler 6 derartig beeinflusst, dass der Spannungsregler 5 sich auf eine andere, insbesondere niedrigere Spannung als den ursprünglich für die Elektronikeinheit 1 definierten Spannungswert einlässt. Somit kann von der externen Energieversorgung die bereitgestellte Klemmspannung reduziert werden und das Messgerät arbeitet weiterhin. Somit ist eine verbraucherabhängige minimale Klemmenspannung realisierbar, welche aktiv von einer Steuereinheit bzw. speziell einem Mikrocontroller gesteuert wird.
Beim Herunterfahren der anliegenden Klemmenspannung durch die externe Energieversorgung entscheidet der vom Status der Verbraucher bzw. von der herrschenden Temperatur abhängig eingestellte Schwellwert darüber, bei welcher Klemmenspannung der Spannungsregler 5 den Shut-Down ausführt und somit die Elektronikeinheit 1 und das Messgerät wieder abschaltet.
Die 2 zeigt zwei Erweiterungen der Ausgestaltung der 1, wobei in der gestrichelten Version vorgesehen ist, dass die Steuereinheit 4 direkt mit dem Strom-/Spannungseingang 3 verbunden ist. Dies erlaubt es insbesondere, dass die Steuereinheit 4 bereits bei einem niederen Wert der am Strom-/Spannungseingang 3 anliegenden Spannung zu arbeiten beginnt. Weiterhin wird auch die Feedbackspannung, welche dem Spannungsregler 5 für den Shut-Down-Mechanismus zugeführt wird, über einen Analog/Digitalwandler 11 direkt der Steuereinheit 4 bzw. dem Mikroprozessor oder Mikrocontroller 12 zugeführt. Dadurch kann der oben diskutierte zweite Fall nicht eintreten und das sich selbst Abschalten der Elektronikeinheit 1 wird verhindert. Liegt die Spannung unterhalb des minimalen Spannungswerts, so verbleibt die Steuereinheit 4 in der Initialisierungsphase. Erst wenn die Klemmenspannung die obere Schwelle übersteigt, werden die Stromverbraucher 2 eingeschaltet und die Feedbackspannung abhängig von den angeschalteten Verbrauchern 2 eingestellt. Die anderen Fälle verhalten sich wie beschrieben.
In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung dargestellt, bei welcher die Steuereinheit 4 und die hier dargestellten zwei Stromverbraucher 2 mit unterschiedlichen Versorgungsspannungen über jeweils einzelne Spannungsregler 5 versorgt sind. Dies erlaubt es relativ einfach, dass die Steuereinheit 4 bereits bei einem niederen Spannungswert zu arbeiten beginnt und dann anschließend erst den Spannungsbedarf in Abhängigkeit von dem Vorhanden- bzw. Aktiviertsein der Verbraucher 2 regelt.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der die Steuereinheit 4 direkt durch die Verbraucher 2 realisiert ist. Die Verbraucher 2 weisen dafür jeweils einen elektrischen Widerstand auf, welcher durch die mechanische Verbindung der Verbraucher 2 mit der Elektronikeinheit 1, z. B. hier durch die Schalter 10 oder durch das direkte Anstecken bzw. durch die Aktivierung der Verbraucher 2 in den Spannungsteiler 6 eingebracht werden. Durch die zusätzlichen Widerstände der Verbraucher 2 ändert sich auch die Feedbackspannung am Spannungsregler 5. Somit ergibt sich durch jeden Verbraucher 2 zwei Schwellenwerte für die an dem Eingang 3 erforderliche Klemmspannung. Der Mikroprozessor 12 dient somit nur für die üblichen Aufgaben innerhalb des Messgerätes.
Die 5 zeigte eine weitere Ausführung der Variante der 4. Hier ist in jedem Verbraucher 2 ein Verstimmwiderstand 8 vorgesehen, welcher die Schwellenspannung abhängig von seinem jeweiligen maximalen Stromverbrauch verändert.

1: Elektronikeinheit
2: Verbraucher
3: Strom-/Spannungseingang
4: Steuereinheit
5: Spannungsregler
6: Spannungsteiler
7: Temperatursensor
8: Verstimmungswiderstand
9: Strommesswiderstand
10: Schalter
11: Analog/Digitalwandler
12: Mikrocontroller
13: Port des Mikrocontrollers

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, mit mindestens einer Elektronikeinheit (1), welche zumindest zeitweise über mindestens einen Strom-/Spannungseingang (2) mit elektrischer Energie versorgt ist, wobei für das Betreiben der Elektronikeinheit (1) ein minimaler Spannungswert für eine am Strom-/Spannungseingang (2) anliegende Spannung vorgegeben ist, wobei mindestens ein Spannungsregler (5) vorgesehen ist, welcher mindestens mit einer Feedbackspannung beaufschlagt wird, und welcher in dem Fall, dass die Feedbackspannung einen dem Spannungsregler (5) vorgegebenen Spannungsgrenzwert unterschreitet, welcher abhängig von dem für das Betreiben der Elektronikeinheit (1) vorgegebenen minimalen Spannungswert ist, einen Shut-Down mindestens eines Teiles der Elektronikeinheit (1) durchführt und/oder welcher in diesem Fall das Starten mindestens eines Teiles der Elektronikeinheit (1) verhindert, wobei mindestens eine Schaltung (6) vorgesehen ist, welche die Größe der Feedbackspannung beeinflusst, und wobei die Größe der Feedbackspannung in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit (1) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (1) derartig ausgestaltet ist, dass über den Strom-/Spannungseingang (2) sowohl die Energieversorgung der Elektronikeinheit (1) als auch die Ausgabe eines Messsignals für die Prozessgröße erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuereinheit (4) vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit (1) die Feedbackspannung einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (4) in dem Fall, dass der Leistungsbedarf der Elektronikeinheit (1) unterhalb des Wertes liegt, welcher mit dem vorgegebenen minimalen Spannungswert verbunden ist, die Feedbackspannung erhöht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannungsteiler (6) vorgesehen ist, wobei von dem Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers (6) die Feedbackspannung abhängt, und wobei das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers (6) in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit (1) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) in Abhängigkeit vom Energiebedarf der Elektronikeinheit (1) das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers (6) einstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbraucher (2) vorgesehen ist, und dass der Verbraucher (2) derartig ausgestaltet ist, dass der Verbraucher (2) sich entweder in einem aktiven oder in einem inaktiven Zustand befindet, wobei der aktive Zustand darin besteht, dass der Verbraucher (2) durch die Elektronikeinheit (1) mit elektrischer Energie versorgt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) derartig ausgestaltet ist, dass die Steuereinheit (4) abfragt, ob der mindestens eine Verbraucher (2) im aktivierten oder im inaktivierten Zustand ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) in Abhängigkeit davon, ob der mindestens eine Verbraucher (2) im aktivierten oder im inaktivierten Zustand ist und/oder in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen, unter denen zumindest ein Teil der Elektronikeinheit (1) arbeitet, die Feedbackspannung einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine Arbeitsbedingung auf die Temperatur bezieht, welche in zumindest einem Teil der Elektronikeinheit (1) herrscht.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Temperatursensor (7) vorgesehen ist, dass die Steuereinheit (4) mit dem Temperatursensor (7) verbunden ist, und dass die Steuereinheit (4) ausgehend von dem Messwert des Temperatursensors (7) die Feedbackspannung einstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) in dem Fall, dass der mindestens eine Verbraucher (2) im inaktivierten Zustand ist, die Feedbackspannung erhöht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Steuereinheit (4) um einen Mikrocontroller (12) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers (6) über einen Verstellwiderstand (8) einstellt, welcher mit einem Port (13) des Mikrocontrollers (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verbraucher (2) über einen Verstellwiderstand (8) verfügt, welcher in Abhängigkeit davon, ob der mindestens eine Verbraucher (2) im aktivierten oder im inaktivierten Zustand ist, die Feedbackspannung einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellwiderstand (8) derartig ausgestaltet ist, dass der Verstellwiderstand (8) in dem Fall, dass der mindestens eine Verbraucher (2) im aktivierten Zustand ist, die Feedbackspannung herabsetzt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) im Wesentlichen direkt mit dem Strom-/Spannungseingang (3) verbunden ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) derartig ausgestaltet ist, dass für das Betreiben der Steuereinheit (4) eine Spannung benötigt ist, welche unterhalb des vorgegebenen minimalen Spannungswertes liegt.