(57)【要約】本発明はプロセス技術用の測定装置に関わり、異なる測定モジュール（２、３）を接続するための中央ユニット（１）を備え、該中央ユニット（１）は前記測定モジュール（２、３）が接続可能な中央電源（４）を備える。前記測定モジュール（２、３）には、モジュール電源（２´、３´）が備えられ、該モジュール電源は、該測定モジュールによって要求される一つ以上の供給電圧（V_2,V_３）を中央電源（４）から生成する。このために、モジュール電源は、変圧器、整流器、またはスイッチング電源を備える。
2005522706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる測定モジュール（２，３）の接続用の中央ユニット（１）を備え、該中央ユニットは前記測定モジュール（２，３）が接続可能な中央電源（４）を含む、プロセス技術用の測定装置であって、
前記測定モジュール（２，３）は、前記測定モジュールによって要求される一つ以上の供給電圧（Ｖ＿２，Ｖ＿３）を前記中央電源（４）から生成するモジュール電源（２´，３´）を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記中央電源（４）は、交流電圧を供給可能であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記中央電源（４）は、直流電圧を供給可能であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
前記モジュール電源（２´，３´）は、変圧器を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測定装置。
【請求項５】
前記モジュール電源（２´，３´）は、スイッチング電源を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の測定装置。
【請求項６】
前記中央電源（４）は、第１の誘導装置（５）を含み、前記モジュール電源（２´）は第２の誘導装置（６）を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の測定装置。
【請求項７】
前記中央電源（４）によって供給される電圧は、情報信号によって変調可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の測定装置。
【請求項８】
前記測定装置は、測定、かつ／または、洗浄、かつ／または、較正、の設備に用いられ、特に、ｐＨ値、かつ／または、酸化還元電位、かつ／または、その他のパラメータを測定するためのプロセスオートメーション分野にも用いられる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の測定装置。
【請求項９】
前記測定モジュール（２）にフィードバックユニット（７）が備えられ、該フィードバックユニットは、前記測定モジュール（２）に印加された供給電圧（Ｖ＿４）から、前記中央電源（４）のレギュレータに供給可能なフィードバック信号（７ａ）を生成し、前記供給電圧（Ｖ＿４）に影響を与えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１０】
異なる測定モジュール（２，３）の接続用の中央ユニットを備えるプロセス技術用の測定装置の動作方法であって、
前記中央ユニットは前記測定モジュール（２，３）が接続可能な中央電源（４）を含み、
モジュール電源（２´，３´）が設けられ、
前記測定モジュールによって要求される一つ以上の供給電圧（Ｖ＿２，Ｖ＿３）が、前記モジュール電源（２´，３´）によって前記中央電源（４）から生成される、
ことを特徴とする動作方法。
【請求項１１】
前記中央電源（４）によって供給される電圧は、情報信号によって変調されることを特徴とする請求項１０記載の動作方法。
【請求項１２】
動作中に前記供給電圧（Ｖ＿２，Ｖ＿３）が変化されることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定モジュールが接続可能な中央電源を備える中央ユニットであって、異なる測定モジュールの接続用の該中央ユニットを備えるプロセス技術用の測定装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、異なる測定モジュールの接続用の中央ユニットを備える、プロセス技術用の測定装置の動作方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の測定装置は、様々な電圧を供給可能な、技術的に非常に複雑な電源を備えている。
中央ユニットに加えて、該中央ユニットに接続可能な測定モジュールもそのような前記電源から電力を供給されなければならない。これらの測定モジュールは、アプリケーションの目的にもよるが、しばしば特別な供給電圧を要求する様々なセンサの種類を備えている。
【０００４】
更に、測定モジュール毎の電力消費が全く異なっている場合があり、そのため、従来のやり方では、中央ユニット用の電源を設けて、全ての動作ポイントにおいて良い効率を有するようにすることは、不可能である。
【発明の開示】
【０００５】
それゆえ、本発明の目的は、プロセス技術用の中央電源を備える測定ユニットを改良し、またその動作方法を提供することにある。これにより、従来技術の前述の不利益を防ぎながら測定モジュールは広い範囲で使用可能となり、また中央電源の回路の複雑さが減少し、測定ユニットのフレキシビリティが増すことになる。
【０００６】
上述の目的は、上述したタイプの測定装置において、、要求される１以上の電圧を中央電源から生成するモジュール電源を測定モジュール内に備える、本発明によって達成される。
【０００７】
モジュール電源を備えたことによる最も大きな利点は、中央電源を比較的簡単に設計することができるということである。特に、該測定装置に接続し、電気で動作する可能性のある全ての測定モジュールに適した供給電圧を供給する必要がない、ということである。
【０００８】
これにより、測定装置のコストは縮小され、中央電源の構造が複雑でないため誤動作の影響も低減される。
更に、中央電源の設計において、要求される供給電圧を考慮することなしに、測定モジュールに電源を供給することも可能である。
【０００９】
本発明の測定装置は、特に、ｐＨ値かつ／または酸化還元電位かつ／または他のプロセスパラメータを測定するために、プロセスオートメーションの分野に応用されるだけでなく、測定、かつ／または、洗浄、かつ／または較正、の装置にも応用される。
【００１０】
本発明の特に有利な実施形態によれば、中央電源が交流電圧を供給し、この交流電源から、上記の接続された測定モジュールが、それぞれのモジュール電源を用いて、上記の要求された供給電圧を生成することが可能である。
【００１１】
モジュール電源のとても簡単な例は、変圧器と、必要ならば、モジュール電源中に整流回路とを備える。これにより直流電圧と交流電圧が測定モジュールにおいて生成されうる。
【００１２】
前記整流回路は、例えば、必要ならば変圧器と同様に、従来のブリッジ整流器やフィルタネットワークを備えてもよい。実際の構成として、モジュール電源は分離ヒューズを備えているため、測定モジュールにおけるエラー状態が中央電源全体を混乱させることがない。
【００１３】
測定モジュールにおいて要求される電圧は、変圧器を選択する、または変圧器の変圧比を変化させることで、設定することができる。これによって、原理的には、中央電源の電圧に比べて、より大きな電圧と同様により小さな二次側電圧を生成することも可能である。
【００１４】
変圧比の値が１であってもよい。これは、単に、中央電源と、測定モジュールすなわちモジュール電源との間のガルバニ電気分離（galvanic separation）を意味する。
更に、モジュール電源において変圧器を備えず、整流回路だけを備えることも可能である。この場合、中央電源から測定モジュールがガルバニ電気分離（galvanic separation）をすることはない。
【００１５】
中央電源によって供給される供給電圧は、直接一般電力配電網から得られている電圧で、その周波数は例えば、５０Ｈｚになる。
とても有利なことは、等しい供給電力で、現存の変圧器がより小サイズのものを使用できるように、より高い周波数の供給電圧も使用可能である、ということである。
【００１６】
本発明の測定装置の更に有利な実施形態では、中央電源が直流電圧を供給してもよいということである。これは、測定モジュールが、例えば５ボルトの共通電圧を必要とするマイクロプロセッサや他の集積化された電子部品を備えている場合に、特に実用的なことである。
【００１７】
本発明の更なる実施形態によれば、モジュール電源はスイッチング電源を備える。一般的にスイッチング電源は高効率であるため、スイッチング電源は、特に、電力消費の高いアプリケーションに電力を供給するのに特に適している。
【００１８】
更に、スイッチング電源の入力電圧範囲は非常に広い。これにより、中央電源において、モジュール電源にスイッチング電源を備える測定モジュールの動作を保証する供給電圧を生成するために、回路を技術的に複雑にする必要がない。
【００１９】
高感度センサを備える測定モジュールにおいて、干渉放射を少なくするために、スイッチング電源用のシールドを備えるように構成してもよい。必要であれば、スイッチング電源の動作周波数は測定信号の限界周波数以上に設定してもよいし、測定信号用のフィルタネットワークを備えるようにしてもよい。
【００２０】
爆発防止のために、本発明の他の実施形態によれば、中央電源が第１の誘導装置を備え、モジュール電源が第２の誘導装置を備えるように構成してもよい。この実施例においては、誘導原理によって電気的エネルギー転送が起こるので、測定モジュールを中央電源に接続するために、電気的な接触は必要ない。接触が妨げられることで、スパーク形成の危険が阻止される。
【００２１】
この実施例では、適当な筐体接続部を用いて、第１と第２の誘導装置の間に小さな分離をもたらすのが、特に良い。これは、中央ユニットと測定モジュールに、適当に干渉可能なハウジング部分を用いることによって、達成されうる。
【００２２】
本発明の一実施例によれば、別の通信線を備えることなしに、中央ユニットと測定モジュール間のデータ通信を可能にするために、中央電源によって供給される電圧は、情報信号によって変調させられてもよく、このようにすることも非常に有利である。そのようなシステムを設計する場合、情報信号のバンド幅は変圧器の変圧機能を考慮して選択される。
【００２３】
本発明の更に有利な実施形態によれば、測定モジュールにおいてフィードバックユニットを備えることを特徴とする。フィードバックユニットは、測定モジュールに印加される供給電圧からのフィードバック信号を生成し、該信号は、中央電源のレギュレータに伝達され、供給電圧に影響を与える。
【００２４】
より簡単に、前記フィードバックユニットが、フィードバック信号を生成するために、例えば、分圧器または他の回路を備えるように構成してもよい。このように構成することで、中央ユニットによって生成される供給電圧が測定モジュールによって要求される電圧と合致する場合に、フィードバック信号はレギュレータの参照電圧に合致する。
【００２５】
この実施例において、異なる供給電圧要求のある様々な測定モジュールは、それぞれの供給電圧をレギュレータの参照電圧に変圧するために、異なる特性の分圧器を備えるように構成してもよい。
【００２６】
参照電圧からのフィードバック信号の偏差がコントロール差を生じる場合、供給電圧は該コントロール差を使用して再調整することが可能である。
更に、本発明の目的は、異なる測定モジュールを接続する中央ユニットを備える、プロセス技術用の測定装置の動作方法を提供することによっても達成される。該装置における中央ユニットは中央電源を備え、該中央電源に測定モジュールが接続可能で、該測定モジュールにはモジュール電源が備えられ、測定モジュールによって要求された１つ以上の供給電圧が中央電源からモジュール電源によって生成される。
【００２７】
これに関して、中央電源によって供給される電圧が情報信号によって変調されうることはこの発明の有利な点である。
本発明の動作方法の一実施例によれば、供給電圧が動作中に変更されるところに特徴がある。これは、例えば、測定モジュールが、そのモジュール電源内にある第２の変圧器を中央電源に接続する場合、またはスイッチング電源の制御ファクタが変化した場合に起こりうる。
【００２８】
第２の変圧器は、例えば、時々だけ使用される大きな電力出力を備える変圧器であってもよい。動作中に第２の変圧器のスイッチを切ることは、中央電源の負担をできるだけ小さくするのに役立つ。
【００２９】
一般に、測定モジュールの機能は、測定値を登録することに限定されない。測定モジュールは、計算ユニット、出力ユニット、またはデータ処理装置、または測定装置を強化することのできる装置を備えて成る。
【００３０】
本発明の更なる特徴、適用の可能性、および長所は、図面に図示して説明された本発明の実施例の記述から明らかになるだろう。これに関して、すべての記述または図示された特徴は、それ一つのみであってもまたは任意の組み合わせであっても、それらの提示された請求項や実施例での記載とは無関係に、もちろん、明細書や図面における具体的な記載とも無関係に、本発明の主題を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の詳細を以下に図面を参照して説明する。
図１に示された、本発明の測定装置の一実施形態においては、測定モジュール２，３だけでなく中央ユニット１も示されている。
【００３２】
中央ユニット１は、中央電源４を備え、該中央電源は、測定モジュール２，３に電力を供給する。
中央電源４は、例えば、電力変圧器でできており、必要であれば、自己回復する過負荷防止装置または、溶解型ヒューズで保護され、５０Ｈｚの周波数で交流電圧を供給する。
【００３３】
測定モジュール２は、モジュール電源２´を備え、測定モジュール３はモジュール電源３´を備える。モジュール電源２´，３´は、中央電源４に接続し、中央電源４から供給される交流電圧を測定モジュール２，３が要求する供給電圧Ｖ＿２，Ｖ＿３に変換する。
【００３４】
このために、モジュール電源２´は中央電源４に直接接続する変圧器を含む。変圧器は、一対二の変圧比である。すなわち、変圧器の二次側における供給電圧Ｖ＿２は、変圧器の一次側の中央電源４から供給される交流電圧より２倍高い。
【００３５】
異なる変圧比の変圧器を選択することによって、供給電圧のレベルを調整することが可能である。測定モジュール２すなわちモジュール電源２´と中央電源４のガルバニ電気分離（galvanic separation）が要求される場合に、変圧比１の変圧器が用いられる。
【００３６】
原理上は、測定装置は測定だけでなく、プロセス制御かつ／または調整に適しているので、測定モジュールは、作動装置も備える。
この作動装置の例として、図１における測定モジュール２は、不図示の加熱エレメントを備える。加熱エレメントは、モジュール電源２´の供給電圧Ｖ＿２によって直接電力供給される。
【００３７】
また、測定モジュール２に配置されるマイクロプロセッサは、５ボルトの安定化直流電圧を供給電圧として要求する。そして、それは、整流器と追加部品によって供給電圧Ｖ＿２から得られる。特に、電圧変換器すなわち電圧調整器を用いることは、直流電圧を安定化させるのに都合がよい。また、その代わりに、中央電源４がしばしば要求される安定化直流電圧を集積回路に供給するようにしてもよい。
【００３８】
測定モジュール３は、測定モジュール２の供給電圧Ｖ＿２とは異なる供給電圧Ｖ＿３を要求する。それゆえ、モジュール電源３´は、異なる変圧比の変圧器を備える。しかしながら、一次側で、この変圧器はモジュール電源２´の変圧器と平列に接続するので、両方の変圧器の一次側には等しい交流電圧が供給される。
【００３９】
更に、モジュール電圧３´は、特別な場合に、不図示の補助変圧器を備えるように構成してもよい。該補助変圧器は、測定モジュール３によって制御され、中央電源４に接続する。このように補助変圧器は、必要な時だけ動作し、これによって、測定モジュール３における不必要な電力損失を防ぐことができる。
【００４０】
変圧器を用いる代わりに、モジュール電源２´，３´においてスイッチング電源を用いることもできる。該スイッチング電源の広い入力電圧範囲のおかげで、中央電源４から供給される電圧の制約を最小限にすることができる。測定モジュール２，３でスイッチング電源を用いる利点は、高効率で、サイズが小さいということである。過剰干渉放射を防ぐために、モジュール電源２´，３´を適当にシールドするのがよい。
【００４１】
測定装置のモジュラー構成に従って、測定モジュール２，３に加えて、更なる測定モジュールを中央ユニット１に接続することが可能である。本発明によれば測定モジュールの要求電圧は、モジュール電源によって供給されるため、追加された測定モジュールの要求する供給電圧は、測定装置の組み立て、製造中には考慮される必要はない。
【００４２】
測定装置の設計中に、中央電源に関して、中央電源４から供給される最大電力のみ考慮される必要がある。
図２に示した本発明の実施形態は、中央ユニット１と測定モジュール２を備える。中央ユニット１の中央電源４は、第２の誘導装置６と相互作用する、第１の誘導装置５を備える。第２の誘導装置６は、測定モジュール２のモジュール電源２´の一部である。
【００４３】
誘導装置５，６の間に十分に小さな分離があれば、中央電源４と、モジュール電源２´すなわち測定モジュール２との間の電力転送は可能である。
原理的には、例えば電気接点を分離する場合に生じ得るようなスパークが、ここでは起こる可能性がないので、本発明のこの電力転送により、爆発の危険のある環境での測定装置の動作を可能にする。
【００４４】
中央ユニット１、測定モジュール２のハウジングは、それぞれ、法によって要求される保護クラスのタイプに従って、ガス漏れしないように封入されており、望ましくは、誘導装置５，６の領域には、誘導装置５，６が互いに特に接近して配置できるように、干渉可能なハウジング部分を備える。
【００４５】
爆発の危険がある環境で利用するのに適している、更なるとても有利な実施形態では、中央ユニット１かつ／または測定モジュール２の回路は、いわゆる「Ｅｘ−ｉ」回路として、本質的に安全であるように構成されている。この場合、ガス漏れしないハウジングは不要である。
【００４６】
また、中央電源４によって供給される電圧を情報信号で変調することはとても有利なことである。これにより、中央ユニット１と測定モジュール２，３の間のデータ通信が、情報信号を転送するための別の線を備えることを必要とせずに実行可能である。データ通信に用いられるプロトコルによっては、物理的手段を他に設けることなしに、中央ユニット１と測定モジュール２，３との間に双方向通信を成立することさえも可能である。
【００４７】
図３に示す本発明の実施例は、測定モジュール２の中にフィードバックユニット７を備えることを特徴とする。フィードバックユニット７は、測定モジュール２に印加される供給電圧Ｖ＿４から、フィードバック信号７ａを生成する。そして、該信号は、中央電源４中のレギュレータ（不図示）に供給され、供給電圧Ｖ＿４に影響するか、または中央電源４のレギュレータにおいてその生成に影響する。
【００４８】
このために、フィードバックユニット７は、フィードバック信号７ａを生成する分圧器（不図示）を備える。中央電源４のレギュレータは、参照電圧源（不図示）を備える。そしてその参照信号は、フィードバック信号７ａと比較される。このために、分圧器は、中央電源４によって供給される供給電圧Ｖ＿４が測定モジュール２によって要求される電圧と一致したときに、フィードバック信号７ａがレギュレータの参照信号に一致するように構成される。
【００４９】
中央電源４のレギュレータによって供給される供給電圧Ｖ＿４が、測定モジュール２が要求する供給電圧から外れる、すなわち、参照電圧とフィードバック信号７ａの差が０でない場合、生成される供給電圧Ｖ＿４を調整するように制御される。
【００５０】
供給電圧の要求によって、分圧器は、異なる測定モジュール２毎に異なって設計される。例えば、それぞれの場合において、供給電圧の要求によって、分圧器のたった一要素だけが測定モジュール２中のものと異なるようにする。
【００５１】
供給電圧Ｖ＿４からフィードバック信号７ａを生成する代わりとして、例えば、測定モジュール２へ流れ込む電流に基づくもの等、フィードバック信号を生成する他の手段も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の測定装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】本発明の測定装置の第２の実施例を示す図である。
【図３】本発明の測定装置の第３の実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2005522706.tif 000009
2005522706.tif 000010
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