Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Erzeugen einer Folge von Messwerten einer Messgröße anhand von Folgen mindestens zweier Hilfsmessgrößen. Die Messgröße kann insbesondere ein Differenzdruck sein, wobei die erste Hilfsmessgroße ein erster Druck und die zweite Hilfsmessgroße ein zweiter Druck ist, und wobei der Wert des Differenzdrucks durch Differenzbildung zwischen einem Messwerts des ersten Drucks und einem Messwert des zweiten Drucks ermittelt wird.

Eine derartige Messvorrichtung ist beispielsweise in der Deutschen Patentanmeldung 102008054913 offenbart. Für den Betrieb dieser Art Messvorrichtungen ist die Synchronisierung der Messwerterfassung der ersten Hilfsmessgroße und der zweiten Hilfsmessgroße von Bedeutung, da beispielsweise bei einer Durchflussmessung nach dem

Differenzdruckprinzip mit zwei Drucksensoren eine Schwankung des statischen Drucks bei nicht synchronisierter Messwerterfassung als Durchflussschwankung zu interpretieren wäre. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße

Messvorrichtung bereitzustellen, welche den zeitlichen Abstand zwischen der Erfassung der Hilfsmessgrößen minimiert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Messvorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 .

Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zum Erzeugen einer Folge von Messwerten einer Messgröße, welche eine Funktion einer ersten

Hilfsmessgroße und mindestens einer zweiten Hilfsmessgroße ist, umfasst einen ersten Messaufnehmer, zum Erfassen und zum Ausgeben einer Folge von Werten der ersten Hilfsmessgroße, mindestens einen zweiten Messaufnehmer, zum Erfassen und zum Ausgeben einer Folge von Werten der zweiten Hilfsmessgroße; eine Auswertungseinheit, zum Berechnen der Folge von Messwerten der Messgröße anhand der Folgen von Werten der ersten Hilfsmessgröße und mindestens der zweiten Hilfsmessgröße; wobei die Messvorrichtung weiterhin eine Steuereinheit aufweist zum Synchronisieren des Erfassens der Folgen der ersten Hilfsmessgröße und mindestens der zweiten Hilfsmessgröße, mittels einer ersten Folge von Steuersignalen, welche an den ersten

Messaufnehmer ausgegeben wird, und einer zweiten Folge von

Steuersignalen, welche an den zweiten Messaufnehmer ausgegeben wird, wobei mindestens die erste Folge von Steuersignalen unabhängig von der zweiten Folge von Steuersignalen veränderlich ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist eine erste Verarbeitungszeit von dem Erfassen eines aktuellen Werts der ersten Hilfsmessgröße bis zum Ausgeben eines ersten Referenzsignals definiert, und eine zweite

Verarbeitungszeit ist von dem Erfassen eines aktuellen Werts der zweiten Hilfsmessgröße bis zum Ausgeben eines zweiten Referenzsignals definiert, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, zumindest die jeweiligen Zeitpunkte der Ausgabe des ersten Referenzsignals und des zweiten Referenzsignals zu erfassen und unter Berücksichtigung der ersten und zweiten Verarbeitungszeiten oder einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Verarbeitungszeit das Steuersignal für zumindest einen Messaufnehmer zu variieren, um die Abweichungen zwischen dem Zeitpunkt des Erfassens des jeweils aktuellen Werts der ersten

Hilfsmessgröße und zumindest dem Zeitpunkt des Erfassens des jeweils aktuellen Werts der zweiten Hilfsmessgröße zu minimieren.

In einer Weiterbildung der Erfindung repräsentiert das erste

Referenzsignal einen aktuellen Wert der ersten Hilfsmessgröße oder eine erste Checksumme, wobei die erste Checksumme insbesondere nach dem aktuellen Wert der ersten Hilfsmessgröße auszugeben ist, und wobei das zweite Referenzsignal einen aktuellen Wert der zweiten

Hilfsmessgröße oder eine zweite Checksumme, repräsentiert, wobei die zweite Checksunnnne insbesondere nach dem aktuellen Wert der zweiten Hilfsmessgröße auszugeben ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst bzw. umfassen der erste und/oder der zweite Messwandler einen ersten und/oder zweiten ASIC, zum Steuern der Wandlung der erfassten Werte der ersten bzw. zweiten Hilfsmessgröße in einen auszugebenden digitalen Wert.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst bzw. umfassen der ASIC oder die ASICs zur Wandlung eines erfassten Werts und zur Ausgabe eines digitalisierten Werts der ersten und/oder zweiten Hilfsmessgröße einen Zustandsautomaten.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Folge von

Steuersignalen eine erste Folge von Taktsignalen, und/oder die zweite Folge von Steuersignalen umfasst eine zweite Folge von Taktsignalen umfasst.

In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die erste Verarbeitungszeit eine bestimmte erste Anzahl von Takten der ersten Folge von

Taktsignalen, und/oder die zweite Verarbeitungszeit beträgt eine bestimmte zweite Anzahl von Takten der zweiten Folge von Takten.

In einer Weiterbildung der Erfindung erfordert ein erster Zustandsautomat eine bestimmte erste Anzahl von Takten der ersten Folge von

Taktsignalen, und/oder ein zweiter Zustandsautomat erfordert eine bestimmte zweite Anzahl von Takten der zweiten Folge von Takten.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist der erste und/oder der zweite Messwandler einen SAR-, einen Flash- oder einen Delta-Sigma-Wandler auf zum Wandeln der erfassten Werte der jeweiligen Hilfsmessgröße in einen digitalen Wert, welcher von dem jeweiligen Messwandler auszugeben ist. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Hilfsmessgroße ein erster Druck, wobei der erste Messaufnehmer einen ersten Drucksensor umfasst, und die zweite Hilfsmessgroße ist ein zweiter Druck, wobei der zweite Messaufnehmer einen zweiten Drucksensor umfasst, und wobei die

Messgröße als Differenz zwischen dem ersten Druck und dem zweiten Druck ermittelt wird.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigt: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung; und ein Diagramm des Datenflusses bei der Initialisierung einer erfindungsgemäßen Messanordnung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfasst als einen ersten

Messaufnehmer ein erstes Druckmesswandlermodul 1 und als einen zweiten Messaufnehmer ein zweites Druckmesswandlermodul 2 sowie eine Auswertemodul 3. Das erste Druckmesswandlermodul 1 enthält einen ersten Drucksensor 1 1 , der mit einem ersten Mediendruck p1 beaufschlagbar ist, und der einen Wandler zum Ausgeben eines den ersten Mediendruck

repräsentierenden ersten Primärsignals aufweist, wobei der Wandler beispielsweise ein kapazitiver oder (piezo-) resistiver Wandler sein kann. Weiterhin enthält das Druckmesswandlermodul einen ersten

Temperatursensor, welcher eine Temperatur des ersten Drucksensors erfasst, und ein die Temperatur repräsentierendes Temperatursignal ausgibt. Das erste Druckmesswandlermodul enthält weiterhin eine erste Signalaufbereitungsschaltung mit einem ASIC 12, welche das

Primärsignal des ersten Drucksensors und ggf. das Temperatursignal zunächst analog aufbereitet und anschließend beide Signale digitalisiert. Die Digitalsignale des ersten Drucks und der ersten Temperatur werden über eine erste externe Kabelverbindung 14 an eine Übertragungseinheit 23 des zweiten Druckmesswandlermoduls 2 übertragen.

Die erste externe Kabelverbindung 14 kann beispielsweise die folgenden Leitungen aufweisen:

· eine Gleichspannungsversorgung V+ zur Speisung des ersten

Druckmesswandlermoduls,

• Masse,

• eine Taktsignalleitung, welche ein Taktsignal mit einer Taktfrequenz f1 von dem zweiten Sensormodul an das erste Sensormodul überträgt, und

• eine Datenleitung welche die Digitalsignale des ersten Drucks und der ersten Temperatur beispielsweise mit einer ersten

Überragungsrate überträgt. Sofern dies aufgrund von EMV-Anforderungen nötig ist, kann zur

Taktsignalleitung und zur Datenleitung jeweils noch eine Leitung vorgesehen sein die das entsprechende Signal mit umgekehrten

Vorzeichen überträgt. Von der Übertragungseinheit werden die Digitalsignale des ersten Drucks und der ersten Temperatur werden über eine erste interne Verbindung 25 an eine Abbildungseinheit (Mapping Unit) 24 im zweiten

Druckmesswandlermodul 2 übertragen.

Das zweite Druckmesswandlermodul 2 enthält neben der bereits erwähnten Übertragungseinheit 23 und der Abbildungseinheit 24 einen zweiten Drucksensor 21 , der mit einem zweiten Mediendruck p2 beaufschlagbar ist, und der einen Wandler 22 zum Ausgeben eines den ersten Mediendruck repräsentierenden zweiten Primärsignals aufweist, wobei der Wandler beispielsweise ein kapazitiver oder (piezo-) resistiver Wandler sein kann. Weiterhin enthält das Druckmesswandlernnodul einen zweiten Temperatursensor, welcher eine Temperatur des zweiten

Drucksensors 21 erfasst, und ein die Temperatur repräsentierendes zweites Temperatursignal ausgibt. Das zweite Druckmesswandlermodul enthält weiterhin eine zweite Signalaufbereitungsschaltung 22, welche das zweite Primärsignal des zweiten Drucksensors und ggf. das zweite Temperatursignal zunächst analog aufbereitet und anschließend beide Signale digitalisiert. Von der zweiten Signalaufbereitungsschaltung Die Digitalsignale des zweiten Drucks und der zweiten Temperatur werden über eine zweite interne Kabelverbindung 26 an die Abbildungseinheit 24 übertragen.

Bei den ersten und zweiten internen Kabelverbindungen 25, 26 kann aufgrund der Kurzen Übertragungsstrecke jedenfalls auf die

symmetrisierenden gegenphasigen Leitungen des Taktsignals und des Datensignals verzichtet werden. Hier sind neben der Energieversorgung jeweils nur eine Datenleitung mit der ersten Übertragungsrate und eine Taktleitung mit der Taktfrequenz f1 vorgesehen.

Die Abbildungseinheit 24 enthält einen nicht dargestellten Mikrokontroller oder ein FPGA welcher bzw. welches einerseits das Taktsignal zum ersten Druckmesswandlermodul 1 bereitstellt und andererseits die eingehenden Digitalsignale des ersten Drucks und der ersten Temperatur sowie des zweiten Drucks und der zweiten Temperatur erfasst und Signale, welche Informationen über den ersten Druck und den zweiten Druck sowie die erste und die zweite Temperatur enthalten, zur Übertragung an das Auswertemodul 3 ausgibt. Die Übertragung zum Auswertemodul erfolgt über eine zweite externe Kabelverbindung 28, welche beispielsweise die folgenden Leitungen umfasst:

• eine Gleichspannungsversorgung V+ zur Speisung des zweiten Druckmesswandlermoduls,

• Masse, • eine Taktsignalleitung, welche ein Taktsignal mit der Frequenz von f1 von dem Auswertemodul an das zweite Sensormodul überträgt, und

• eine Datenleitung welche die Signale von der Abbildungseinheit 24 mit der einfachen ersten Übertragungsrate oder mit der halbierten ersten Übertragungsrate an das Auswertemodul überträgt.

Das Auswertemodul 3 enthält die Hauptelektronik mit einem

Mikrokontroller zur Berechnung der Differenz zwischen dem ersten Mediendruck und dem zweiten Mediendruck sowie eine

Versorgungsschaltung zum Anschluss an eine Zweidrahtschleife, auf welche die errechnete Druckdifferenz als 4 ... 20 mA-Stromsignal ausgegeben wird. Weiterhin kann der Mikrokontroller vor der Differenzbildung die

empfangenen Druckmesswerte für den ersten Druck und den zweiten Druck in Abhängigkeit von den zugehörigen Temperaturmesswerten mit einem Kompensationsalgorithmus korrigieren. Die Versorgungsschaltung stellt die Versorgungsspannungen für die Hauptelektronik und für die angeschlossenen Module bereit. Weiterhin enthält die Hauptelektronik ein HART-Modem, um dem Stromsignal ggf. Digitalsignale aufzumodulieren, welche einen oder mehrere der folgenden Messwerte repräsentieren: den ersten Druck, den zweiten Druck, den Differenzdruck, die erste Temperatur und die zweite Temperatur.

Weiterhin können dem Auswertemodul über das HART-Modem

Steuerkommandos übertragen werden.

Wesentlich für die Erfindung ist die Synchronisierung der

Messwerterfassung des ersten Drucksensors und des zweiten

Drucksensors. Hierzu dient die Abbildungseinheit 24, welche die aufbereiteten Signale der beiden ASICS 12, 22 der

Druckmesswandlermodule 1 , 2 empfängt als Steuereinheit. Die zwischen dem ersten ASIC 12 und der Abbildungseinheit 24 angeordnete

Übertragungseinheit 23 führt allenfalls zu einer praktisch

vernachlässigbaren Verzögerung in der Datenübertragung vom ersten ASIC 12 zur Abbildungseinheit 24.

Der zeitliche Verlauf der zur Synchronisierung relevanten Signale wird nun anhand von Fig. 2 erläutert. Bei der Initialisierung der Messvorrichtung sendet die Steuereinheit 24 zunächst ein erstes Taktsignal mit

beispielsweise einigen zehn kHz als erste Folge von Steuersignalen an einen der beiden ASICS, beispielsweise den ersten ASIC 12. Nach einer nicht exakt definierten Toleranzzeit von etwa einigen zehn Millisekunden sendet der erste ASIC 12 seinen Initialisierungscode mit einer Länge von einigen 100 byte. Nach einer weiteren nicht exakt definierten Toleranzzeit beginnt der erste ASIC 12 mit der Übertragung von Messwerttelegrammen, die dann in einer regelmäßigen Folge ausgegeben werden, wobei die exakte Folgefrequenz der Messwerttelegramme eine Funktion des ersten Takts ist.

Nach Empfang des vollständigen Initialisierungscodes des ersten ASICs 12 beginnt die Steuereinheit 24 ein zweites Taktsignal als zweite Folge von Steuersignalen an den zweiten ASIC 22 zu senden, wobei das zweite Taktsignal zunächst beispielsweise etwa die gleiche Frequenz aufweist wie das erste Taktsignal. Ebenfalls nach einer nicht exakt definierten Toleranzzeit von etwa einigen zehn Millisekunden sendet der zweite ASIC 22 nun seinen Initialisierungscode mit einer Länge von einigen 100 byte. Nach einer weiteren nicht exakt definierten Toleranzzeit beginnt nun auch der zweite ASIC 22 mit der Übertragung von Messwerttelegrammen, die dann in einer regelmäßigen Folge ausgegeben werden, wobei hier die exakte Folgefrequenz der Messwerttelegramme eine Funktion des zweiten Takts ist.

Ohne eine weitere Synchronisierung der Messwerttelegramme würden die jeweils aktuellen Messwerte des ersten Drucksensors und des zweiten Drucksensors in einer zeitlich Undefinierten Beziehung zueinander stehen, wie anhand eines Vergleichs der Empfangszeiten ersten

Messwerttelegramme des zweiten Sensors in mit den

Messwerttelegrammen des ersten Sensors erkennbar ist. Durch Variation der Frequenz eines der Taktsignale, beispielsweise des zweiten

Taktsignals um beispielsweise bis zu +/- 1 % oder bis zu +/- 0,4%, kann kurzfristig eine Synchronisierung der Messwerttelegramme erreicht werden. Als Maß für die zeitlichen Abweichungen zwischen den

Messwerttelegrammen können jeweils die Anstiegsflanken der

Messwerttelegramme oder deren Enden miteinander verglichen werden. Ein Vergleich der Enden ist insoweit vorteilhaft, als ein

Messwerttelegramm gewöhnlich am Ende eine Checksumme enthält, was bewirkt, dass mit der Synchronisierung auf das Ende der Checksumme zugleich eine Synchronisierung auf die Validierung des jeweiligen

Messwerttelegramms erfolgt.

Die Synchronisierung der Messwerterfassung über die

Messwerttelegramme ist selbstverständlich nur dann gerechtfertigt, wenn die Messwerttelegramme in einer festen zeitlichen Beziehung zur

Messwerterfassung stehen, also wenn definierte Verarbeitungszeiten gegeben sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Aufbereitung der Messwerte über einen Zustandsautomaten in einer definierten Anzahl von Takten erfolgt.

Im vorliegenden Fall weisen der erste Druckmesswandler und der zweite Druckmesswandler identische Verarbeitungszeiten auf. Weshalb eine Synchronisierung der Messwerterfassung hier eine Synchronisierung der Messwerttelegramme erfordert. Bei ungleichen, aber dennoch definierten Verarbeitungszeiten ti, t ₂ , mit beispielsweise t ₂ > ti ist eine entsprechende Verzögerung t _ver z := t ₂ - ti vorzusehen, mit der die Messwerttelegramme der zweiten Hilfsmessgroße nach den Messwerttelegrammen der ersten Hilfsmessgroße zu empfangen sind.