WO2009033845A1 - Apparatus for determining and/or monitoring a process variable - Google Patents
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- WO2009033845A1 WO2009033845A1 PCT/EP2008/058970 EP2008058970W WO2009033845A1 WO 2009033845 A1 WO2009033845 A1 WO 2009033845A1 EP 2008058970 W EP2008058970 W EP 2008058970W WO 2009033845 A1 WO2009033845 A1 WO 2009033845A1
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- G01K7/20—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
- G01K7/203—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit in an oscillator circuit
Definitions
- the invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable.
- the process variable is, for example, moisture, temperature or flow of a medium, which is for example a liquid, a bulk material or a gas.
- the invention relates to a method for determining and / or monitoring a frequency of a clock unit.
- a variant is to perform the corresponding elements redundant and make occasional comparisons between the elements. However, this is costly and not easy to implement in terms of space requirements in the meter or sensor.
- the invention has for its object to provide a cost-effective solution to the problem of unsafe components or elements.
- the invention solves the problem on the one hand by a device for determining and / or monitoring a process variable and on the other by a method for determining and / or monitoring a frequency of a clock unit.
- the invention solves the problem by a device for determining and / or monitoring at least one process variable, with at least a first measuring branch, which at least one electronic Reference element and / or an electronic measuring element having at least one second measuring branch, which has at least one electronic reference element and / or an electronic measuring element, and wherein at least one electronic element of the first measuring branch and at least one electronic element of the second measuring branch are interconnected such that there is a reference unit with at least one known parameter.
- the device thus has at least two measuring branches which measure and / or monitor different or the same measuring or process variables.
- the measuring branches have electronic components or elements which possibly serve for referencing within the respective measuring branch or the actual measurement.
- At least two electronic elements of the two measuring branches are interconnected, so that there is a new reference unit with a new characteristic.
- the reference elements are interconnected or, for example, the measuring elements, the latter combination then also having to take account of the respective measured quantities.
- the characteristic of the measuring branches cross-reference unit then also refers, for example, the corresponding electronic properties.
- the device is thus provided with at least one first measuring branch, which has at least one electronic reference element and with at least one second measuring branch, which has at least one electronic reference element, and wherein the reference element of the first measuring branch and the reference element of the second measuring branch are interconnected such that provides a reference unit with at least one known characteristic.
- the device has thus, at least two measuring branches, which each have at least one reference element. With the two measuring branches, for example, the determination and / or monitoring of two process variables is possible or, for example, a measured variable can be measured redundantly.
- the parameter of the switched reference unit preferably results from the characteristics of the individual reference elements. These are, for example, the parameters of components or units which describe their specific electrical properties.
- the reference unit is designed in such a way that its parameter makes it possible to measure at least a part of the measuring device or a unit or a component of the measuring device. If, for example, a frequency or a clock rate is to be measured, then the parameter is, for example, a time constant.
- the two measuring branches serve to determine and / or
- At least two different process variables for example temperature, humidity, flow, level, pH, pressure, gas, etc.
- at least one process variable is redundantly and / or additionally diversely measured by the two measuring branches, i. the measurements are identical or done in different ways.
- the device according to the invention refers to any number, i. at least two measuring branches, so that any number of process or measured variables measured, or even redundant and / or diverse can be measured.
- An embodiment of the device according to the invention includes that at least one clock unit is provided, which generates at least one frequency, and that the reference unit has at least one time constant.
- the characteristic of the reference unit in this embodiment was therefore in particular a time constant.
- This reference unit is characterized by a time constant.
- the time constant is, for example, at least partially dependent on the dimensioning of the two reference elements.
- the clock unit can then be checked by, for example, comparing the time constant determined by the reference unit via the clock unit with the suitably deposited value.
- the time constant relates, for example, to an electronic behavior such as the charging or discharging behavior of the reference unit.
- Time measurements are often realized via pulse counts.
- the frequency f 0 provides the clock unit, so for example an oscillator.
- the accuracy of the time measurement depends essentially on the errors of the oscillator frequency f 0 .
- An embodiment of the device according to the invention provides that it is the clock unit to a microprocessor or a microcontroller or a resonant circuit.
- An embodiment of the device according to the invention includes that the first measuring branch is used to measure a capacitive measuring transducer.
- the capacitive measuring sensor is realized, for example, as a measuring capacitor whose capacitance depends on the process variable or on a change in the process variable, it is possible to deduce the process variable from the capacitance.
- the measurements of the humidity or the level of a medium in a container are known. In both cases, the dielectric changes - in one case by the penetration of moisture, in the other case by the increase of the medium as a dielectric between two "capacitor plates" - and thus the capacity.
- the first measuring branch comprises at least one RC element.
- the capacitance can be determined, for example, with a known value of the electrical resistance, since the charging constant is equal to the product of the electrical resistance and the capacitance.
- An embodiment of the device according to the invention includes that the second measuring branch is used to measure a measuring resistor.
- a measuring resistor For example, resistance thermometers are known in which the electrical resistance is dependent on the temperature, so that the Measurement of the resistance value in a known dependence allows the determination or monitoring of the temperature.
- the second measuring branch comprises at least one RC element.
- the resistance of the temperature-dependent resistor can be determined via the charging curve of an RC element, insofar as, for example, a capacitor is specified as a known reference value.
- An embodiment of the device according to the invention includes that the reference element of the first measuring branch is an electrical resistance, and that the reference element of the second measuring branch is an electrical capacitance.
- the above embodiments for the measuring branches are thus summarized.
- the measuring device is a measuring device for determining and / or monitoring two variables or, in particular, temperature and humidity.
- both measuring branches monitor at least one identical process or measured variable.
- An embodiment of the device according to the invention provides that the first measuring branch serves to measure the moisture, and that the second measuring branch is used to measure the temperature.
- This refinement thus belongs to those in which the reference elements of the two measuring branches serve for the measurement of different process variables and in which the reference unit allows the measurement of a parameter which in turn is different therefrom.
- An embodiment of the device according to the invention includes that the reference unit comprises at least one RC element.
- the two reference elements allow the circuit of a complete RC element.
- An embodiment of the device according to the invention provides that the clock unit at least the evaluation of the charging process and / or the discharging process of the first measuring branch and / or the second measuring branch is used.
- a processor-internal RC oscillator as a clock unit is thus according to the invention a compensation of the temperature response of the clock unit by forming a reference time constant Rref * Cref performed as a reference unit.
- Cx defines a size-dependent capacity, here for example for the measurement of moisture, and Rx a size-dependent, e.g. temperature-dependent resistance.
- the value f (T) corresponds to the counting frequency at the unknown temperature T. With f o t o as a reference count for N 0 at the time t 0 , which is known and largely constant.
- the accuracy of the drift compensation depends on the
- a values of 50 ppm / K are acceptable for both Cref and Rref.
- the invention solves the problem with a method for
- a frequency of a clock unit wherein the clock unit is connected to at least one first measuring branch and a second measuring branch, each measuring branch having at least one reference element and / or at least one measuring element, wherein at least one element from the first measuring branch and at least one Element of the second measurement branch are interconnected such that there is a reference unit, which is characterized by at least one known time constant, wherein using the clock unit, a time constant of the reference unit is determined, and wherein the known time constant and the determined time constant are compared.
- the method thus consists in that at least two electronic elements or components of two different measuring branches are connected to one another in such a way that a new reference unit results which has a size, via which the clock unit is then measured.
- a new reference unit encompassing the measuring branches is generated by means of a combination of electronic components of these at least two measuring branches.
- the method is part of a method for determining and / or monitoring at least one process variable, wherein the process variable is, for example, temperature, humidity, flow and / or the determination of a gas.
- the frequency or clock rate of the clock unit is thereby used to increase or guarantee the accuracy of the measured values or to monitor the clock unit itself.
- each measuring branch has at least one reference element, that at least the two reference elements of the two measuring branches are interconnected such that there is a reference unit, which is characterized by at least one known time constant.
- a reference unit which has a time constant, which is predetermined and known by the properties of the reference elements. If this time constant is measured with the clock unit and a deviation from the previously known value results, then a deviation of the frequency of the clock unit from the frequency should be seen, over which the clock unit should actually have and with what value the evaluations and calculations are made ,
- Fig. 1 a schematic representation of a measuring device
- FIG. 2 shows a circuit of a sensor according to the invention.
- Fig. 1 shows the basic structure of a sensor which serves both the measurement of moisture, as well as the measurement of the temperature.
- two separate measuring branches 1, 2 are provided.
- both measuring branches 1, 2 also use, for example, the same clock unit 5, so that both measuring branches 1, 2 can share the same elements otherwise.
- both measuring branches are an RC element whose time constant is evaluated for the charging process or the discharging process.
- the two measuring branches 1, 2 differ in that in the first measuring branch 1 the measuring capacitance 11 Cx is dependent on the humidity and that in the second measuring branch 2, the resistance value of the measuring resistor 12 Rx is dependent on the temperature.
- a process variable can it may also be, for example, the detection or measurement of a gas.
- the two measuring branches 1, 2 are controlled here by a microprocessor as a clock unit 5, which charges the two RC elements and, for example, evaluates the charging time. From the measured time, the time constant of the respective RC element, and thus the knowledge of the respective reference element, of the unknown variable of the temperature-dependent resistance or of the moisture-dependent capacity results.
- the clock frequency of the microprocessor 5 may change due to aging or, for example, by the action of temperature or other process properties, whereby the measurement of the process variables or the evaluation of the measurement signals is uncertain or inaccurate.
- the timing refers to the timing of the clock unit.
- FIG. 2 shows how the two reference elements 3, 4 are connected to one another in such a way that a new reference unit 6 results.
- the three switches 7 are provided. This results in a new RC element as a reference unit 6, the time constant resulting from the resistance of the reference resistor 3 and the capacitance of the reference capacitor 4.
- the reference unit 6 thus results advantageously from the already existing components, so that there is a further measurement and thus a higher degree of accuracy without additional costs (except for the switch 7).
- the reference unit 6 is appropriately controlled here.
- the reference elements 3, 4 are preferably precision components. Another advantage is that for the Measurement of the two process variables temperature and humidity and for the monitoring of the clock unit 5 always the same measuring principle is applied.
- the invention thus allows, for example, that clock units in general or especially microprocessors can be replaced or replaced more easily, since the clocking of the invention can be measured very accurately.
- at least two clock units are provided. In the event that the frequency or clock rate of one of the two clock units falls below a certain value, it is switched to the other clock unit, so that it is active for the further measurements.
- an alarm or error signal is generated and transferred, for example, to a higher-level unit.
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Abstract
The invention relates to an apparatus for determining and/or monitoring at least one process variable, having at least one first measurement path (1) which has at least one electronic reference element (3) and/or an electronic measurement element (11), having at least one second measurement path (2) which has at least one electronic reference element (4) and/or an electronic measuring element (12), and wherein at least one electronic element (3, 11) in the first measurement path (1) and at least one electronic element (4, 12) in the second measurement path (2) can be interconnected such that a reference unit (6) with at least one known characteristic is obtained. The invention also relates to a method for determining and/or monitoring a frequency of a clock unit.
Description
Beschreibung description
Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer ProzessgrößeDevice for determining and / or monitoring a process variable
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um Feuchtigkeit, Temperatur oder Durchfluss eines Mediums, welches beispielsweise eine Flüssigkeit, ein Schüttgut oder ein Gas ist. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Frequenz einer Takteinheit.The invention relates to a device for determining and / or monitoring at least one process variable. The process variable is, for example, moisture, temperature or flow of a medium, which is for example a liquid, a bulk material or a gas. Furthermore, the invention relates to a method for determining and / or monitoring a frequency of a clock unit.
[0002] Im Stand der Technik ist eine Reihe von Messgeräten oder Sensoren bekannt, welche der Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen dienen. Meist werden hierfür Messgrößen erzeugt, welche von der Prozessgröße bzw. von einer Änderung der Prozessgröße abhängig sind. Einige dieser Messgeräte verfügen für die Auswertung der Messgröße zumindest über ein Referenzelement, das bekannte Charakteristika aufweist. Weiterhin ist es für die Messung gelegentlich erforderlich, dass eine Takteinheit eine Frequenz vorgibt. Probleme bestehen jedoch üblicherweise darin, dass ggf. das Referenzelement oder die Takteinheit mit der Zeit oder durch Auswirkungen von Prozessparametern eine Drift aufweist.In the prior art, a number of measuring devices or sensors is known, which serve the determination and / or monitoring of process variables. In most cases, measured quantities are generated that depend on the process variable or a change in the process variable. Some of these measuring devices have at least one reference element for the evaluation of the measured variable, which has known characteristics. Furthermore, it is sometimes necessary for the measurement that a clock unit specifies a frequency. However, problems usually exist in that, if necessary, the reference element or the clock unit drifts over time or as a result of process parameters.
[0003] Eine Variante besteht darin, die entsprechenden Elemente redundant auszuführen und gelegentliche Vergleiche zwischen den Elementen vorzunehmen. Dies ist jedoch kostenintensiv und auch in Bezug auf den Platzbedarf im Messgerät bzw. Sensor nicht einfach umzusetzen.A variant is to perform the corresponding elements redundant and make occasional comparisons between the elements. However, this is costly and not easy to implement in terms of space requirements in the meter or sensor.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Lösung der Problematik von unsicheren Bauteilen oder -elementen anzugeben.The invention has for its object to provide a cost-effective solution to the problem of unsafe components or elements.
[0005] Die Erfindung löst die Aufgabe zum einen durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße und zum anderen durch ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Frequenz einer Takteinheit.The invention solves the problem on the one hand by a device for determining and / or monitoring a process variable and on the other by a method for determining and / or monitoring a frequency of a clock unit.
[0006] Die Erfindung löst die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, mit mindestens einem ersten Messzweig, welcher mindestens ein elektronisches
Referenzelement und/oder ein elektronisches Messelement aufweist, mit mindestens einem zweiten Messzweig, welcher mindestens ein elektronisches Referenzelement und/oder ein elektronisches Messelement aufweist, und wobei mindestens ein elektronisches Element des ersten Messzweiges und mindestens ein elektronisches Element des zweiten Messzweiges derartig zusammenschaltbar sind, dass sich eine Referenzeinheit mit mindestens einer bekannten Kenngröße ergibt. Die Vorrichtung weist somit zumindest zwei Messzweige auf, welche unterschiedliche oder gleiche Mess- bzw. Prozessgrößen messen und/oder überwachen. Die Messzweige verfügen dafür über elektronische Bauteile bzw. -elemente, welche ggf. einer Referenzierung innerhalb des jeweiligen Messzweiges bzw. der eigentlichen Messung dienen. Gemäß der Erfindung werden mindestens zwei elektronische Elemente aus den beiden Messzweigen zusammengeschaltet, so dass sich eine neue Referenzeinheit mit einer neuen Kenngröße ergibt. Dabei werden beispielsweise die Referenzelemente verschaltet oder beispielsweise die Messelemente, wobei letztere Kombination dann auch auf die jeweiligen Messgrößen Rücksicht nehmen muss. Für die Verschaltung der Elemente sind entsprechende Schalter und Verbindungen vorzusehen. Die Kenngröße der die Messzweige übergreifenden Referenzeinheit bezieht sich dann beispielsweise auch die die entsprechenden elektronischen Eigenschaften. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Referenzelement des ersten Messzweiges und das Referenzelement des zweiten Messzweiges derartig zusammenschaltbar sind, dass sich eine Referenzeinheit mit mindestens einer bekannten Kenngröße ergibt. Die Vorrichtung ist damit versehen mit mindestens einem ersten Messzweig, welcher mindestens ein elektronisches Referenzelement aufweist und mit mindestens einem zweiten Messzweig, welcher mindestens ein elektronisches Referenzelement aufweist, und wobei das Referenzelement des ersten Messzweiges und das Referenzelement des zweiten Messzweiges derartig zusammenschaltbar sind, dass sich eine Referenzeinheit mit mindestens einer bekannten Kenngröße ergibt. Die Vorrichtung weist
somit zumindest zwei Messzweige auf, welche jeweils über mindestens ein Referenzelement verfügen. Mit den zwei Messzweigen ist beispielsweise die Bestimmung und/oder Überwachung von zwei Prozessgrößen möglich oder es lässt sich beispielsweise eine Messgröße redundant messen. Die Kenngröße der geschalteten Referenzeinheit ergibt sich dabei vorzugsweise aus den Kenngrößen der einzelnen Referenzelemente. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Kenngrößen von Bauteilen bzw. Einheiten, welche deren speziellen elektrischen Eigenschaften beschreiben. Insbesondere ist die Referenzeinheit derartig ausgestaltet, dass ihre Kenngröße es erlaubt, zumindest einen Teil der Messvorrichtung bzw. eine Einheit oder ein Bauteil der Messvorrichtung auszumessen. Soll beispielsweise eine Frequenz oder eine Taktrate ausgemessen werden, so ist die Kenngröße beispielsweise eine Zeitkonstante.The invention solves the problem by a device for determining and / or monitoring at least one process variable, with at least a first measuring branch, which at least one electronic Reference element and / or an electronic measuring element having at least one second measuring branch, which has at least one electronic reference element and / or an electronic measuring element, and wherein at least one electronic element of the first measuring branch and at least one electronic element of the second measuring branch are interconnected such that there is a reference unit with at least one known parameter. The device thus has at least two measuring branches which measure and / or monitor different or the same measuring or process variables. The measuring branches have electronic components or elements which possibly serve for referencing within the respective measuring branch or the actual measurement. According to the invention, at least two electronic elements of the two measuring branches are interconnected, so that there is a new reference unit with a new characteristic. In this case, for example, the reference elements are interconnected or, for example, the measuring elements, the latter combination then also having to take account of the respective measured quantities. For the interconnection of the elements corresponding switches and connections are provided. The characteristic of the measuring branches cross-reference unit then also refers, for example, the corresponding electronic properties. An embodiment provides that the reference element of the first measuring branch and the reference element of the second measuring branch are interconnected such that a reference unit results with at least one known parameter. The device is thus provided with at least one first measuring branch, which has at least one electronic reference element and with at least one second measuring branch, which has at least one electronic reference element, and wherein the reference element of the first measuring branch and the reference element of the second measuring branch are interconnected such that provides a reference unit with at least one known characteristic. The device has Thus, at least two measuring branches, which each have at least one reference element. With the two measuring branches, for example, the determination and / or monitoring of two process variables is possible or, for example, a measured variable can be measured redundantly. The parameter of the switched reference unit preferably results from the characteristics of the individual reference elements. These are, for example, the parameters of components or units which describe their specific electrical properties. In particular, the reference unit is designed in such a way that its parameter makes it possible to measure at least a part of the measuring device or a unit or a component of the measuring device. If, for example, a frequency or a clock rate is to be measured, then the parameter is, for example, a time constant.
[0008] Die beiden Messzweige dienen dabei der Bestimmung und/oderThe two measuring branches serve to determine and / or
Überwachung von zumindest zwei unterschiedlichen Prozess- bzw. Messgrößen (z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, Durchfluss, Füllstand, pH-Wert, Druck, Gas etc.). In einer anderen Ausgestaltung wird durch die zwei Messzweige zumindest eine Prozessgröße redundant und/oder überdies diversitär gemessen, d.h. die Messungen sind identisch oder geschehen auf unterschiedliche Weise. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf beliebig viele, d.h. zumindest zwei Messzweige, so dass eine beliebige Anzahl an Prozess- oder Messgrößen gemessen, bzw. sogar redundant und/oder diversitär gemessen werden kann.Monitoring at least two different process variables (for example temperature, humidity, flow, level, pH, pressure, gas, etc.). In another embodiment, at least one process variable is redundantly and / or additionally diversely measured by the two measuring branches, i. the measurements are identical or done in different ways. The device according to the invention refers to any number, i. at least two measuring branches, so that any number of process or measured variables measured, or even redundant and / or diverse can be measured.
[0009] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass mindestens eine Takteinheit vorgesehen ist, welche zumindest eine Frequenz erzeugt, und dass die Referenzeinheit mindestens eine Zeitkonstante aufweist. Bei der Kenngröße der Referenzeinheit handelte es sich in dieser Ausgestaltung somit insbesondere um eine Zeitkonstante.An embodiment of the device according to the invention includes that at least one clock unit is provided, which generates at least one frequency, and that the reference unit has at least one time constant. The characteristic of the reference unit in this embodiment was therefore in particular a time constant.
[0010] Für die Kontrolle der Takteinheit werden nun diese zumindest zweiFor the control of the clock unit now these are at least two
Referenzelemente derartig verschaltet, dass sich eine Referenzeinheit
ergibt. Diese Referenzeinheit ist gekennzeichnet durch eine Zeitkonstante. Die Zeitkonstante ist dabei beispielsweise zumindest teilweise abhängig von der Dimensionierung der beiden Referenzelemente. Somit ist ausgehend von den bekannten Eigenschaften der beiden Referenzelemente auch die Zeitkonstante der neu gestalteten Referenzeinheit bekannt. Vermittels dieser Referenzeinheit lässt sich sodann die Takteinheit überprüfen, indem beispielsweise die von der Referenzeinheit über die Takteinheit ermittelte Zeitkonstante mit dem passend hinterlegten Wert verglichen wird. Die Zeitkonstante bezieht sich dabei beispielsweise auf ein elektronisches Verhalten wie z.B. das Auflade- oder Entladeverhalten der Referenzeinheit.Reference elements connected in such a way that a reference unit results. This reference unit is characterized by a time constant. The time constant is, for example, at least partially dependent on the dimensioning of the two reference elements. Thus, starting from the known properties of the two reference elements, the time constant of the newly designed reference unit is known. By means of this reference unit, the clock unit can then be checked by, for example, comparing the time constant determined by the reference unit via the clock unit with the suitably deposited value. The time constant relates, for example, to an electronic behavior such as the charging or discharging behavior of the reference unit.
[0011] Zeitmessungen werden häufig über Impulszählungen realisiert. Mithilfe einer bekannten Zählfrequenz f0 werden über Timeranordnungen die Ereignisse innerhalb der Zeit t oder des Zeitfensters t2-t-ι inkrementiert auf N(t) und beispielsweise für die Weiterverarbeitung in digitaler Form bereitgestellt: N(t) = ft) *tTime measurements are often realized via pulse counts. With the aid of a known counting frequency f 0 , the events within the time t or the time window t 2 -t- 1 are incremented to N (t) via timer arrangements and provided in digital form for further processing, for example: N (t) = f t) * t
[0012] Die Frequenz f0 liefert die Takteinheit, also beispielsweise ein Oszillator. Die Genauigkeit der Zeitmessung hängt wesentlich von den Fehlern der Oszillatorfrequenz f0 ab. Insbesondere sei nachfolgend ihr Temperaturgang betrachtet. Ausgehend davon, dass z.B. der lineare Temperaturgang durch: f{τ) = fo *[l±a*(T -Tl))] gegeben ist, wobei (T- To) einen determinierten Temperaturbereich darstellt, so ergibt sich: Af(τ)= fo *a*(T- Ttl) = f(τ )-fo The frequency f 0 provides the clock unit, so for example an oscillator. The accuracy of the time measurement depends essentially on the errors of the oscillator frequency f 0 . In particular, her Temperaturgang is considered below. Assuming, for example, that the linear temperature response is given by: f {τ) = f o * [l ± a * (T -T l) )], where (T - To) represents a deterministic temperature range, we have: Af (τ) = f o * a * (T-T tl ) = f (τ) -f o
[0013] Die maximale Frequenzabweichung bezogen auf den Temperaturbereich ist wie folgt gegeben: A/_(r) = /, *«* (/_ - Tu) = f(TmjJ-f(,The maximum frequency deviation with respect to the temperature range is given as follows: A / _ (r) = /, * «* (/ _ - T u ) = f (T mj Jf ( ,
[0014] Für den Temperaturkoeffizienten α der Oszillatorfrequenz ergibt sich hieraus:
For the temperature coefficient α of the oscillator frequency results from this:
[0015] Der Messfehler aufgrund des Temperaturgangs des Oszillators beträgtThe measurement error due to the temperature response of the oscillator is
SOmit: — AA ;( —J) = a * [ /T - T0 \ ) * / ± * 1\ 0n0n = prozent *ual i erF T-eh I / ierThus: - AA (J) = a * [/ T - T 0 \) * / * ± 1 \ 0 n 0 n = Percent * ual i ERF T -eh I / ier
[0016] mit AN(T) = fn *t*a * (T-Tn) und N(/, ) < JV(0 < ^(/2 ) . [0017]
ΔΛ^X = N{t2 ) - NH1 ) bzw. AN^ = /, Hh ~ O[0016] with AN (T) = f n * t * a * (TT n) and N (/,) <JV (0 <^ (/ 2). [0017] ΔΛ ^ X = N {t 2 ) - NH 1 ) or AN ^ = /, Hh ~ O
[0018] Nicht selten liegen auszuwertende Zeitfenster im Bereich: ~ - < tx < Not infrequently are time windows to be evaluated in the range: ~ - < t x <
" ~ t2 ~ "~ t 2 ~
[0019] Mit praktischen Werten wie T -T0 = 6OK und α = 5 *10 4 A' ' ergeben sich relative Fehler im Wert von 5% bis 15% des Messbereiches beim Messbereichsendwert.Practical values such as T -T 0 = 6OK and α = 5 * 10 4 A "give relative errors in the value of 5% to 15% of the measuring range at the measuring range end value.
[0020] Ausgehend von der zu erreichenden Genauigkeit lassen sich dann wiederum die für die Referenzeinheit zu verschaltenden Bauteile spezifizieren.Starting from the accuracy to be achieved then in turn specify the components to be interconnected for the reference unit.
[0021] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass es sich bei der Takteinheit um einen Mikroprozessor oder um einen MikroController oder um einen Schwingkreis handelt.An embodiment of the device according to the invention provides that it is the clock unit to a microprocessor or a microcontroller or a resonant circuit.
[0022] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass der erste Messzweig der Ausmessung eines kapazitiven Messwertgebers dient. Ist der kapazitive Messwertgeber beispielsweise realisiert als ein Messkondensator, dessen Kapazität von der Prozessgröße bzw. von einer Änderung der Prozessgröße abhängig ist, so lässt sich aus der Kapazität auf die Prozessgröße rückschließen. Bekannt sind beispielsweise die Messungen der Feuchtigkeit oder des Füllstandes eines Mediums in einem Behälter. In beiden Fällen ändert sich das Dielektrikum - im einen Fall durch das Eindringen von Feuchtigkeit, im anderen Fall durch das Ansteigen des Mediums als Dielektrikum zwischen zwei „Kondensatorplatten" - und damit die Kapazität.An embodiment of the device according to the invention includes that the first measuring branch is used to measure a capacitive measuring transducer. If the capacitive measuring sensor is realized, for example, as a measuring capacitor whose capacitance depends on the process variable or on a change in the process variable, it is possible to deduce the process variable from the capacitance. For example, the measurements of the humidity or the level of a medium in a container are known. In both cases, the dielectric changes - in one case by the penetration of moisture, in the other case by the increase of the medium as a dielectric between two "capacitor plates" - and thus the capacity.
[0023] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der erste Messzweig mindestens ein RC-Glied umfasst. Durch die Ausmessung der Ladezeit des RC-Gliedes lässt sich beispielsweise bei bekanntem Wert des elektrischen Widerstands die Kapazität ermitteln, da die Ladekonstante gleich dem Produkt aus dem elektrischen Widerstand und der Kapazität ist.An embodiment of the device according to the invention provides that the first measuring branch comprises at least one RC element. By measuring the charging time of the RC element, the capacitance can be determined, for example, with a known value of the electrical resistance, since the charging constant is equal to the product of the electrical resistance and the capacitance.
[0024] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass der zweite Messzweig der Ausmessung eines Messwiderstandes dient. Bekannt sind beispielsweise Widerstandsthermometer, bei denen der elektrische Widerstand abhängig von der Temperatur ist, so dass die
Messung des Widerstandswerts bei einer bekannten Abhängigkeit die Ermittlung bzw. Überwachung der Temperatur erlaubt.An embodiment of the device according to the invention includes that the second measuring branch is used to measure a measuring resistor. For example, resistance thermometers are known in which the electrical resistance is dependent on the temperature, so that the Measurement of the resistance value in a known dependence allows the determination or monitoring of the temperature.
[0025] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der zweite Messzweig mindestens ein RC-Glied umfasst. Auch der Widerstand des temperaturabhängigen Widerstands lässt sich über die Ladekurve eines RC-Gliedes ermitteln, insofern beispielsweise ein Kondensator als bekannte Referenzgröße vorgegeben ist.An embodiment of the device according to the invention provides that the second measuring branch comprises at least one RC element. The resistance of the temperature-dependent resistor can be determined via the charging curve of an RC element, insofar as, for example, a capacitor is specified as a known reference value.
[0026] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass es sich bei dem Referenzelement des ersten Messzweiges um einen elektrischen Widerstand handelt, und dass es sich bei dem Referenzelement des zweiten Messzweiges um eine elektrische Kapazität handelt. In dieser Ausgestaltung werden somit die obigen Ausgestaltungen für die Messzweige zusammengefasst.An embodiment of the device according to the invention includes that the reference element of the first measuring branch is an electrical resistance, and that the reference element of the second measuring branch is an electrical capacitance. In this embodiment, the above embodiments for the measuring branches are thus summarized.
[0027] In der folgenden Ausgestaltung ist insbesondere vorgesehen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Messgerät um ein Messgerät zur Bestimmung und/oder Überwachung von zwei Größen bzw. insbesondere von Temperatur und Feuchtigkeit handelt. In alternativen Ausgestaltungen überwachen beide Messzweige zumindest eine identische Prozess- oder Messgröße.In the following embodiment, it is provided in particular that the measuring device according to the invention is a measuring device for determining and / or monitoring two variables or, in particular, temperature and humidity. In alternative embodiments, both measuring branches monitor at least one identical process or measured variable.
[0028] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der erste Messzweig der Messung der Feuchtigkeit dient, und dass der zweite Messzweig der Messung der Temperatur dient. Diese Ausgestaltung gehört somit zu jenen, in welchen die Referenzelemente der beiden Messzweige zur Messung von unterschiedlichen Prozessgrößen dienen und in welchen die Referenzeinheit die Messung eines wiederum davon unterschiedlichen Parameters erlaubt.An embodiment of the device according to the invention provides that the first measuring branch serves to measure the moisture, and that the second measuring branch is used to measure the temperature. This refinement thus belongs to those in which the reference elements of the two measuring branches serve for the measurement of different process variables and in which the reference unit allows the measurement of a parameter which in turn is different therefrom.
[0029] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die Referenzeinheit mindestens ein RC-Glied umfasst. In dieser Ausgestaltung wird somit konkret angegeben, dass die beiden Referenzelemente die Schaltung eines vollständigen RC-Glieds erlauben.An embodiment of the device according to the invention includes that the reference unit comprises at least one RC element. In this embodiment, it is thus specified concretely that the two reference elements allow the circuit of a complete RC element.
[0030] Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Takteinheit mindestens der Auswertung des Aufladevorganges und/oder des Entladevorganges des ersten Messzweiges und/oder des
zweiten Messzweiges dient.An embodiment of the device according to the invention provides that the clock unit at least the evaluation of the charging process and / or the discharging process of the first measuring branch and / or the second measuring branch is used.
[0031] Im speziellen Fall der Auswertung von zwei RC-Gliedern - bestehend aus Cref und Rx für die Messung des temperaturabhängigen Widerstands bzw. aus Cx und Rref für die Überwachung des feuchtigkeitsabhängigen Kapazitätswertes - über beispielsweise einen prozessorinternen RC-Oszillator als Takteinheit wird somit erfindungsgemäß eine Kompensation des Temperaturganges der Takteinheit durch Bilden einer Referenzzeitkonstante Rref * Cref als Referenzeinheit durchgeführt.In the specific case of the evaluation of two RC elements - consisting of Cref and Rx for the measurement of the temperature-dependent resistance or from Cx and Rref for the monitoring of the moisture-dependent capacitance value - over, for example, a processor-internal RC oscillator as a clock unit is thus according to the invention a compensation of the temperature response of the clock unit by forming a reference time constant Rref * Cref performed as a reference unit.
[0032] Ein großer Vorteil ist, dass die Temperatur T des Oszillators alsA great advantage is that the temperature T of the oscillator than
Takteinheit, sowie die Charakteristik seines Temperaturganges nicht bekannt sein müssen.Clock unit, and the characteristic of its temperature response must not be known.
[0033] Cx definiert eine größenabhängige Kapazität, hier beispielsweise für die Messung der Feuchtigkeit, und Rx einen größenabhängigen, z.B. temperaturabhängigen Widerstand.Cx defines a size-dependent capacity, here for example for the measurement of moisture, and Rx a size-dependent, e.g. temperature-dependent resistance.
[0034] Zur Messwertkompensation des Temperaturfehlers der Takteinheit, welcher AN(T) = fo *t*a * (T-Tn) bzw. AN(T) = f(τ)*t0 - /J0 entspricht, wird vom jeweils aktuellen Zählerstand für die entsprechende Messung von Rx bzw. Cx jeweils der Fehler subtrahiert. Der Wert f(T) entspricht der Zählfrequenz bei der unbekannten Temperatur T. Mit foto als Referenzzählwert für N0 beim Zeitpunkt t0, welcher bekannt und weitestgehend konstant ist.For measured value compensation of the temperature error of the clock unit, which AN (T) = f o * t * a * (TT n ) or AN (T) = f (τ) * t 0 - / J 0 corresponds, is from each current counter reading for the corresponding measurement of Rx or Cx the error is subtracted in each case. The value f (T) corresponds to the counting frequency at the unknown temperature T. With f o t o as a reference count for N 0 at the time t 0 , which is known and largely constant.
[0035] Die Genauigkeit der Driftkompensation hängt ab von derThe accuracy of the drift compensation depends on the
Messunsicherheit, mit welcher das Referenz-RC-Glied, also die Referenzeinheit durch den Messalgorithmus ausgewertet werden kann, sowie von seinem Temperaturgang. Ausgehend davon, dass ein genaueres Auswerten des Referenz RC-Gliedes durch den Messalgorithmus im Vergleich zur Auswertung der Mess-RC-Glieder nicht notwendig ist, wird nur der Temperaturkoeffizient der Referenzgröße t0 betrachtet. Dieser ergibt sich zu:Measurement uncertainty with which the reference RC element, so the reference unit can be evaluated by the measuring algorithm, as well as its temperature response. Assuming that a more precise evaluation of the reference RC element by the measuring algorithm in comparison to the evaluation of the measuring RC elements is not necessary, only the temperature coefficient of the reference variable t 0 is considered. This results to:
[0036] ^ __ [ar: ,0 + k )]+ k ,tti ,{Tm _ τ ) [ Ar :, 0 + k)] + k , tti , {Tm _ τ)
[0037] Dabei besteht zwischen den beiden a-Werten des Referenzkondensators bzw. des Referenzwiderstands der Zusammenhang: ar = k *aR
[0038] Vertretbar sind beispielsweise a-Werte von 50 ppm/ K sowohl für Cref als auch für Rref. Somit kann o.g. Einfluss vom Temperaturkoeffizienten der Takteinheit von a = 5 *10 "4AT1 auf ca. a = 1*10^ AT1 reduziert werden. Dies sogar im ungünstigsten Fall, wenn beide a-Werte gleiches Vorzeichen haben.In this case, the relationship between the two a values of the reference capacitor and the reference resistance is the following: a r = k * a R For example, a values of 50 ppm / K are acceptable for both Cref and Rref. Thus, the above influence of the temperature coefficient of the clock unit can be reduced from a = 5 * 10 "4 AT 1 to about a = 1 * 10 ^ AT 1. Even in the worst case, if both a values have the same sign.
[0039] Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe mit einem Verfahren zurFurthermore, the invention solves the problem with a method for
Bestimmung und/oder Überwachung einer Frequenz einer Takteinheit, wobei die Takteinheit mit mindestens einem ersten Messzweig und einem zweiten Messzweig verbunden ist, wobei jeder Messzweig mindestens ein Referenzelement und/oder mindestens ein Messelement aufweist, wobei mindestens ein Element aus dem ersten Messzweig und mindestens ein Element aus dem zweiten Messzweig derartig zusammengeschaltet werden, dass sich eine Referenzeinheit ergibt, welche durch mindestens eine bekannte Zeitkonstante gekennzeichnet ist, wobei unter Verwendung der Takteinheit eine Zeitkonstante der Referenzeinheit ermittelt wird, und wobei die bekannte Zeitkonstante und die ermittelte Zeitkonstante miteinander verglichen werden. Das Verfahren besteht somit darin, dass zumindest zwei elektronische Elemente oder Bauteile aus zwei unterschiedlichen Messzweigen derartig miteinander verbunden werden, dass sich eine neue Referenzeinheit ergibt, die eine Kengröße aufweist, über welche sodann die Takteinheit ausgemessen wird. Besteht somit beispielsweise eine Messeinheit aus zumindest zwei Messzweigen, so wird über eine Kombination von elektronischen Komponenten von diesen mindestens zwei Messzweigen eine neue, die Messzweige übergreifende Referenzeinheit erzeugt.Determining and / or monitoring a frequency of a clock unit, wherein the clock unit is connected to at least one first measuring branch and a second measuring branch, each measuring branch having at least one reference element and / or at least one measuring element, wherein at least one element from the first measuring branch and at least one Element of the second measurement branch are interconnected such that there is a reference unit, which is characterized by at least one known time constant, wherein using the clock unit, a time constant of the reference unit is determined, and wherein the known time constant and the determined time constant are compared. The method thus consists in that at least two electronic elements or components of two different measuring branches are connected to one another in such a way that a new reference unit results which has a size, via which the clock unit is then measured. Thus, for example, if a measuring unit consists of at least two measuring branches, a new reference unit encompassing the measuring branches is generated by means of a combination of electronic components of these at least two measuring branches.
[0040] Insbesondere ist das Verfahren Teil eines Verfahrens zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, wobei es sich bei der Prozessgröße beispielsweise um Temperatur, Feuchte, Durchfluss und/oder die Bestimmung eines Gases handelt. Die Frequenz bzw. Taktrate der Takteinheit wird dabei zur Erhöhung bzw. Garantierung der Genauigkeit der Messwerte bzw. zur Überwachung der Takteinheit selbst eingesetzt.In particular, the method is part of a method for determining and / or monitoring at least one process variable, wherein the process variable is, for example, temperature, humidity, flow and / or the determination of a gas. The frequency or clock rate of the clock unit is thereby used to increase or guarantee the accuracy of the measured values or to monitor the clock unit itself.
[0041] Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass jeder Messzweig
mindestens ein Referenzelement aufweist, dass mindestens die zwei Referenzelemente der beiden Messzweige derartig zusammengeschaltet werden, dass sich eine Referenzeinheit ergibt, welche durch mindestens eine bekannte Zeitkonstante gekennzeichnet ist. Durch das Zusammenschalten der Referenzelemente ergibt sich somit eine Referenzeinheit, welche eine Zeitkonstante aufweist, die durch die Eigenschaften der Referenzelemente vorgegeben und bekannt ist. Wird mit der Takteinheit diese Zeitkonstante ausgemessen und ergibt sich eine Abweichung zu dem vorbekannten Wert, so ist darin eine Abweichung der Frequenz der Takteinheit von der Frequenz zu sehen, über welche die Takteinheit eigentlich verfügen sollte und mit welchem Wert auch die Auswertungen und Berechnungen vorgenommen werden.An embodiment of the method provides that each measuring branch has at least one reference element, that at least the two reference elements of the two measuring branches are interconnected such that there is a reference unit, which is characterized by at least one known time constant. By interconnecting the reference elements thus results in a reference unit, which has a time constant, which is predetermined and known by the properties of the reference elements. If this time constant is measured with the clock unit and a deviation from the previously known value results, then a deviation of the frequency of the clock unit from the frequency should be seen, over which the clock unit should actually have and with what value the evaluations and calculations are made ,
[0042] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings. It shows:
[0043] Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung, undFig. 1: a schematic representation of a measuring device, and
[0044] Fig. 2: eine Schaltung eines erfindungsgemäßen Sensors.2 shows a circuit of a sensor according to the invention.
[0045] Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Sensors, welcher sowohl der Messung der Feuchtigkeit, als auch der Messung der Temperatur dient. Hierfür sind zwei getrennte Messzweige 1 , 2 vorgesehen. Beide Messzweige 1 ,2 nutzen jedoch beispielsweise auch die gleiche Takteinheit 5, so dass beide Messzweige 1 , 2 auch sonst gleiche Elemente gemeinsam nutzen können. Bei beiden Messzweigen handelt es sich hier jeweils beispielsweise um ein RC-Glied, dessen Zeitkonstante für den Aufladevorgang bzw. den Entladevorgang ausgewertet wird.Fig. 1 shows the basic structure of a sensor which serves both the measurement of moisture, as well as the measurement of the temperature. For this purpose, two separate measuring branches 1, 2 are provided. However, both measuring branches 1, 2 also use, for example, the same clock unit 5, so that both measuring branches 1, 2 can share the same elements otherwise. In each case, for example, both measuring branches are an RC element whose time constant is evaluated for the charging process or the discharging process.
[0046] Die beiden Messzweige 1 , 2 unterscheiden sich darin, dass in dem ersten Messzweig 1 die Messkapazität 11 Cx abhängig von der Feuchtigkeit ist und dass im zweiten Messzweig 2 der Widerstandswert des Messwiderstands 12 Rx abhängig von der Temperatur ist. In beiden Messzweigen 1 , 2 ist jedoch ein entsprechend bekanntes Referenzelement - im ersten Messzweig 1 der Widerstand 3 Rref und im zweiten Messzweig 2 der Kondensator 4 Cref - vorgesehen, dessen Kennwerte entsprechend in dem Messgerät / Sensor oder in einer passenden Auswerteeinheit hinterlegt sind. Bei einer Prozessgröße kann
es sich beispielsweise auch um die Detektion bzw. Messung eines Gases handeln.The two measuring branches 1, 2 differ in that in the first measuring branch 1 the measuring capacitance 11 Cx is dependent on the humidity and that in the second measuring branch 2, the resistance value of the measuring resistor 12 Rx is dependent on the temperature. In both measuring branches 1, 2, however, a correspondingly known reference element-in the first measuring branch 1 the resistor 3 Rref and in the second measuring branch 2 the capacitor 4 Cref-is provided whose characteristic values are correspondingly stored in the measuring device / sensor or in a suitable evaluation unit. For a process variable can it may also be, for example, the detection or measurement of a gas.
[0047] Die beiden Messzweige 1 , 2 werden hier durch einen Mikroprozessor als Takteinheit 5 angesteuert, welcher die beiden RC-Glieder auflädt und beispielsweise die Aufladungszeit auswertet. Aus der gemessenen Zeit ergibt sich dann die Zeitkonstante des jeweiligen RC-Glieds und damit über das Wissen bzgl. des jeweiligen Referenzelements die unbekannte Größe des temperaturabhängigen Widerstands bzw. der feuchtigkeitsabhängigen Kapazität.The two measuring branches 1, 2 are controlled here by a microprocessor as a clock unit 5, which charges the two RC elements and, for example, evaluates the charging time. From the measured time, the time constant of the respective RC element, and thus the knowledge of the respective reference element, of the unknown variable of the temperature-dependent resistance or of the moisture-dependent capacity results.
[0048] Erforderlich ist somit, dass bekannt ist, welche Kenngrößen die beiden Referenzelemente 3, 4 aufweisen. Weiterhin muss bekannt sein, welche Taktfrequenz der Mikroprozessor 5 verwendet. Letzteres, um die Zeit genau bestimmen zu können.It is thus necessary to know which parameters the two reference elements 3, 4 have. Furthermore, it must be known which clock frequency the microprocessor 5 uses. The latter, to be able to determine the time exactly.
[0049] Die Taktfrequenz des Mikroprozessors 5 kann sich durch Alterung oder beispielsweise über das Einwirken von Temperatur oder sonstigen Prozesseigenschaften ändern, wodurch die Messung der Prozessgrößen bzw. die Auswertung der Messsignale unsicher bzw. ungenau wird. Wie oben gezeigt, bezieht sich die Zeitmessung auf die Taktung bzw. die Frequenz der Takteinheit.The clock frequency of the microprocessor 5 may change due to aging or, for example, by the action of temperature or other process properties, whereby the measurement of the process variables or the evaluation of the measurement signals is uncertain or inaccurate. As shown above, the timing refers to the timing of the clock unit.
[0050] In der Fig. 2 ist dargestellt, wie die beiden Referenzelemente 3, 4 derartig miteinander verbunden werden, dass sich eine neue Referenzeinheit 6 ergibt.FIG. 2 shows how the two reference elements 3, 4 are connected to one another in such a way that a new reference unit 6 results.
[0051] Hierfür sind die drei Schalter 7 vorgesehen. Dadurch ergibt sich ein neues RC-Glied als Referenzeinheit 6, dessen Zeitkonstante sich aus dem Widerstandswert des Referenzwiderstands 3 und der Kapazität des Referenzkondensators 4 ergibt.For this purpose, the three switches 7 are provided. This results in a new RC element as a reference unit 6, the time constant resulting from the resistance of the reference resistor 3 and the capacitance of the reference capacitor 4.
[0052] Die Referenzeinheit 6 ergibt sich somit vorteilhafterweise aus den bereits vorhandenen Bauteilen, so dass sich eine weitere Messung und somit ein höheres Maß an Genauigkeit ohne zusätzliche Kosten (bis auf die Schalter 7) ergibt. Für die Überprüfung der Taktfrequenz des Mikroprozessors 5 wird hier die Referenzeinheit 6 passend angesteuert. Bei den Referenzelementen 3, 4 handelt es sich vorzugsweise um Präzisionsbauteile. Ein Vorteil besteht überdies darin, dass für die
Messung der beiden Prozessgrößen Temperatur und Feuchtigkeit und für die Überwachung der Takteinheit 5 stets das gleiche Messprinzip angewendet wird.The reference unit 6 thus results advantageously from the already existing components, so that there is a further measurement and thus a higher degree of accuracy without additional costs (except for the switch 7). For checking the clock frequency of the microprocessor 5, the reference unit 6 is appropriately controlled here. The reference elements 3, 4 are preferably precision components. Another advantage is that for the Measurement of the two process variables temperature and humidity and for the monitoring of the clock unit 5 always the same measuring principle is applied.
[0053] Weicht der für die Zeitkonstante der Referenzeinheit 6 gemessene Wert von dem hinterlegten Wert, welcher sich aus der Dimensionierung der beteiligten Referenzelemente 3, 4 ergibt, ab, und kann davon ausgegangen werden, dass die Referenzelemente 3, 4 sich nicht verändert haben, so lässt sich daraus schlussfolgern, dass die Taktrate bzw. die Frequenz der Takteinheit 5 nicht mehr mit dem entsprechend dafür hinterlegten Wert übereinstimmt. Diese Abweichung bzw. der neu ermittelte Wert kann dann wiederum für die genauere Auswertung der Zeitkonstanten der beiden Messzweige 1 , 2 verwendet werden.If the value measured for the time constant of the reference unit 6 deviates from the stored value, which results from the dimensioning of the participating reference elements 3, 4, and it can be assumed that the reference elements 3, 4 have not changed, it can thus be concluded that the clock rate or the frequency of the clock unit 5 no longer coincides with the corresponding stored value. This deviation or the newly determined value can then in turn be used for the more accurate evaluation of the time constants of the two measuring branches 1, 2.
[0054] Die Erfindung erlaubt es somit beispielsweise, dass Takteinheiten generell oder speziell Mikroprozessoren leichter ausgetauscht oder ersetzt werden können, da durch die Erfindung ihre Taktung sehr genau auszumessen ist. In einer Ausgestaltung sind zumindest zwei Takteinheiten vorgesehen. In dem Fall, dass die Frequenz bzw. Taktrate einer der beiden Takteinheiten unterhalb eines bestimmten Wertes sinkt, wird auf die andere Takteinheit umgeschaltet, so dass diese für die weiteren Messungen aktiv ist. In einer weiteren Ausgestaltung wird in dem Fall, dass eine Abweichung der ermittelten Taktrate außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt, ein Alarm- bzw. Fehlersignal erzeugt und beispielsweise an eine übergeordnete Einheit übergeben.The invention thus allows, for example, that clock units in general or especially microprocessors can be replaced or replaced more easily, since the clocking of the invention can be measured very accurately. In one embodiment, at least two clock units are provided. In the event that the frequency or clock rate of one of the two clock units falls below a certain value, it is switched to the other clock unit, so that it is active for the further measurements. In a further embodiment, in the event that a deviation of the determined clock rate is outside a predetermined tolerance range, an alarm or error signal is generated and transferred, for example, to a higher-level unit.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Tabelle 1Table 1
Messwiderstand
measuring resistor
Claims
1. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, mit mindestens einem ersten Messzweig (1), welcher mindestens ein elektronisches Referenzelement (3) und/oder ein elektronisches Messelement1. Device for determining and / or monitoring at least one process variable, with at least one first measuring branch (1), which at least one electronic reference element (3) and / or an electronic measuring element
(11) aufweist, mit mindestens einem zweiten Messzweig (2), welcher mindestens ein elektronisches Referenzelement (4) und/oder ein elektronisches Messelement(11), with at least one second measuring branch (2), which at least one electronic reference element (4) and / or an electronic measuring element
(12) aufweist, und wobei mindestens ein elektronisches Element (3, 11) des ersten Messzweiges (1) und mindestens ein elektronisches Element (4, 12) des zweiten Messzweiges (2) derartig zusammenschaltbar sind, dass sich eine Referenzeinheit (6) mit mindestens einer bekannten Kenngröße ergibt.(12), and wherein at least one electronic element (3, 11) of the first measuring branch (1) and at least one electronic element (4, 12) of the second measuring branch (2) are interconnectable such that a reference unit (6) gives at least one known characteristic.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzelement (3) des ersten Messzweiges (1) und das Referenzelement (4) des zweiten Messzweiges (2) derartig zusammenschaltbar sind, dass sich eine Referenzeinheit (6) mit mindestens einer bekannten Kenngröße ergibt.2. Device according to claim 1, characterized in that the reference element (3) of the first measuring branch (1) and the reference element (4) of the second measuring branch (2) are interconnected such that a reference unit (6) having at least one known characteristic results.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Takteinheit (5) vorgesehen ist, welche zumindest eine3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one clock unit (5) is provided, which at least one
Frequenz erzeugt, und dass die Referenzeinheit (6) mindestens eine Zeitkonstante aufweist.Frequency generated, and that the reference unit (6) has at least one time constant.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Takteinheit (5) um einen Mikroprozessor oder um einen MikroController oder um einen Schwingkreis handelt.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that it is the clock unit (5) is a microprocessor or a microcontroller or a resonant circuit.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messzweig (1) der Ausmessung eines kapazitiven Messwertgebers (11) dient.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first measuring branch (1) of the measurement of a capacitive Transmitter (11) is used.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messzweig (1) mindestens ein RC-Glied umfasst.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first measuring branch (1) comprises at least one RC element.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messzweig (2) der Ausmessung eines Messwiderstandes (12) dient.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the second measuring branch (2) of the measurement of a measuring resistor (12) is used.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messzweig (2) mindestens ein RC-Glied umfasst.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the second measuring branch (2) comprises at least one RC element.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Referenzelement (3) des ersten Messzweiges (1) um einen elektrischen Widerstand handelt, und dass es sich bei dem Referenzelement (4) des zweiten Messzweiges (2) um eine elektrische Kapazität handelt.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is the reference element (3) of the first measuring branch (1) is an electrical resistance, and that it is in the reference element (4) of the second measuring branch (2 ) is an electrical capacity.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messzweig (1) der Messung der Feuchtigkeit dient, und dass der zweite Messzweig (2) der Messung der Temperatur dient.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the first measuring branch (1) is used to measure the moisture, and that the second measuring branch (2) is used to measure the temperature.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzeinheit (6) mindestens ein RC-Glied umfasst.11. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the reference unit (6) comprises at least one RC element.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Takteinheit (5) mindestens der Auswertung des Aufladevorganges und/oder des Entladevorganges des ersten Messzweiges (1) und/oder des zweiten Messzweiges (2) dient.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the clock unit (5) at least the evaluation of the charging process and / or the discharging process of the first measuring branch (1) and / or the second measuring branch (2) is used.
13. Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Frequenz einer Takteinheit (5), wobei die Takteinheit (5) mit mindestens einem ersten Messzweig (1) und einem zweiten Messzweig (2) verbunden ist, wobei jeder Messzweig (1 , 2) mindestens ein Referenzelement (3, 4) und/oder mindestens ein Messelement (11 , 12) aufweist, wobei mindestens ein Element (3, 11) aus dem ersten Messzweig (1) und mindestens ein Element (4, 12) aus dem zweiten Messzweig (2) derartig zusammengeschaltet werden, dass sich eine Referenzeinheit (5) ergibt, welche durch mindestens eine bekannte Zeitkonstante gekennzeichnet ist, wobei unter Verwendung der Takteinheit (5) eine Zeitkonstante der Referenzeinheit (5) ermittelt wird, und wobei die bekannte Zeitkonstante und die ermittelte Zeitkonstante miteinander verglichen werden. 13. Method for determining and / or monitoring a frequency of a clock unit (5), wherein the clock unit (5) is connected to at least one first measuring branch (1) and one second measuring branch (2), each measuring branch (1, 2) having at least one reference element (3, 4) and / or at least one measuring element (11, 12 ), wherein at least one element (3, 11) of the first measuring branch (1) and at least one element (4, 12) of the second measuring branch (2) are interconnected in such a way that a reference unit (5) results, which at least one known time constant is characterized, wherein using the clock unit (5), a time constant of the reference unit (5) is determined, and wherein the known time constant and the determined time constant are compared with each other.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei jeder Messzweig (1 , 2) mindestens ein Referenzelement (3, 4) aufweist, wobei mindestens die zwei Referenzelemente (3, 4) der beiden Messzweige (1 , 2) derartig zusammengeschaltet werden, dass sich eine Referenzeinheit (5) ergibt, welche durch mindestens eine bekannte Zeitkonstante gekennzeichnet ist. 14. The method of claim 13, wherein each measuring branch (1, 2) at least one reference element (3, 4), wherein at least the two reference elements (3, 4) of the two measuring branches (1, 2) are interconnected such that a Reference unit (5) results, which is characterized by at least one known time constant.
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