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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Messen und Überwachen von Temperaturen, mit mehreren Messkanälen, die je einen Eingang zum Anschluss von Temperatursensoren und den Eingängen je nachgeschaltete Messverstärker und Analog-/Digitalwandler aufweisen, sowie mit einem Mikroprozessor, wobei eine Grenzwertüberwachung für in zumindest einem Kanal gemessene Temperaturwerte zur Abgabe von Grenzwert-Anzeigesignalen an Grenzwertausgangen eingerichtet Ist, und mit zumindest einer Anzeige für gemessene Temperaturen sowie mit einer Busschnittstelle.
Auf vielen Gebieten der Technik sollen Temperaturen lokal erfasst und zentral gemessen und überwacht werden Dafür soll ein Über- oder Unterschreiten vorgegebener Temperaturen zu Alarmanzeigen oder Notabschaltungen führen, bzw. sollen andere Massnahmen - z. B. Im Wege einer Regelung - erfolgen, welche wieder zu Solltemperaturen führen. Ein Beispiel für eine technische Anwendung ist beispielsweise die Überwachung eines Dreiphasenmotors, welcher eine Maschine antreibt. Mit Hilfe von in die Ständerwicklungen integrierten Temperatursensoren wird die tatsächliche Temperatur der Wicklungen überwacht und in den Lagern des Motors und/oder der Maschine sind gleichfalls Temperatursensoren zur Erfassung der Lagertemperaturen angeordnet. Weiter könnte auch ein-bzw. austretende Kühlluft auf ihre Temperatur überwacht werden.
Andere Anwendungsgebiete sind beispielsweise die Temperaturüberwachung an Transformatoren, Klimasysteme, etc.
Als Temperatursensoren werden temperaturabhängige Widerstände verwendet, beispielsweise sogenannte Pt 100"-Widerstände mit linearem Kennlinienverlauf und einem Nennwiderstand von 100 Ohm bei 0 C, PTC-Widerstände, das sind Kaltleiterwiderstände mit nichtlinearer Kennlinie, die bei einer bestimmten Temperatur einen sprunghaften Widerstandsanstieg zeigt, sowie NTC-Widerstände, d. h. Heissleiter mit negativem Temperaturkoeffizienten für spezielle Anwendungen.
Derzeit werden Einrichtungen zum Messen und Überwachen für jede bestimmte Anwendung "massgeschneidert", d. h. es wird der Anwendung entsprechend jeder Messkanal abgeglichen, wobei immer nur eine Type von Messsensoren für sämtliche Messkanäle berücksichtigt werden kann.
Da beispielsweise in Elektromotoren Widerstände einer bestimmten Type, z. B. PCT, von aussen unzuganglich, d. h. nicht austauschbar eingebaut sind, können nicht die Temperatursensoren dem Messgerät angepasst werden, sondern dieses muss die Art des Temperatursensors berücksichtigen. Werden in einer Anlage unterschiedliche Sensoren verwerden, d. h. z. B PTC-, NTC- und Pt 100-Widerstandssensoren gemischt, so benötigt man mehrere Messgeräte, welche auf eine Widerstandstype abgestimmt sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Mess- und Überwachungseinrichtung für Temperaturen zu schaffen, die mit einer Mehrzahl von Temperatursensoren und völlig unterschiedlicher Bauart und Charakteristik verwendbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung der gegenständlichen Art gelöst, bei welcher erfindungsgemäss jeder Messkanal zumindest hinsichtlich der Sensorcharakteristik und des Messwertabgleichs auf der digitalen Ebene ; frei parametrierbar ist, ein Datenspeicher für ermittelte Messwerte und festgelegte Maximalwerte der Messkanäle und ein Grenzwertspeicher für zumindest einen je Kanal vorgebbaren Grenzwert vorgesehen ist, eine Anzahl von Analogausgängen vor-gesehen ist, welche je einen Digital-lAnalogwandler und einen Messverstärker aufweisen, und zur wählbaren Zuordnung der Messkanäle zu den Analogausgangen eine Auswahimatrix vorgesehen ist
Dank der Erfindung können auf einfache Weise, unabhängig von der Art des zur Verfügung stehenden Temperatursensortypen Temperaturen an einer Mehrzahl von Stellen überwacht,
gemessen und für Regelprozesse, Visualisierung und Schutzfunktionen herangezogen werden.
Es ist vorteilhaft, wenn je Messkanal zumindest zwei Grenzwerte vorgebbar sind, wobei die Grenzwerte in einer Grenzwert-Auswahlmatrix zumindest zwei Relaisausgängen für GrenzwertAnzeigesignale frei zuordenbar sind, da auf diese Weise beispielsweise einem Abschaltvorgang eine Vorwarnung vorausgehen kann, bzw. ganz allgemein Steuerfunktionen und Vorwarn- oder Abschaltvorgänge durchgeführt werden können.
Zur Berücksichtung unterschiedlicher Abschalt und/oder Alarmsysteme empfiehlt sich, wenn jeder Relaisausgang ein Auswertereiais mit je zumindest einem Arbeits- und einem Ruhekontakt aufweist Dem Fachmann ist klar, dass statt dessen meist auch ein Wechselkontakt verwendbar ist.
Um bei Ausfall der Stromversorgung der Messeinrichtung ein ungewolltes Abschalten einer Maschine, Anlage od. dgl. zu vermeiden, ist es empfehlenswert, wenn von einer Ausgangsspan-
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nung einer für die Einrichtung vorgesehenen Stromversorgung ein Uberwachungsrelais gespeist Ist und bei Arbeitsstromsignalislerung der Grenzwertausgange der Kontaktausgang zumindest eines Auswerterelais über einen Arbeitskontakt des Überwachungsrelais geführt ist und, bei Ruhestrom- signalisierung der Grenzwertausgänge der Kontaktausgang zumindest eines Auswerterelais über einen Ruhekontakt des Überwachungsrelais geführt ist, wobei das zumindest eine Auswerterelais abfallverzögert und das Überwachungsrelais anzugverzögert ist.
Im Sinne einer hohen Flexibilität der Einrichtung und einer raschen Anpassung an unterschied- liche Leitungswiderstände und Temperatursensoren ist es zweckdienlich, falls der Mikroprozessor einen Messwertabgleich enthält, der nach Eingabe von Leitungswiderständen und Temperatursensortyp diese Werte auf digitaler Ebene berücksichtigt.
Eine hohe Flexibilität, z B zum Abgleich unterschiedlicher Leitungslangen, der Auswahl der Temperatursensortypen und der Festlegung der Grenzwerte und Funktionen lässt sich erreichen, wenn der Mikroprozessor eine Analogwert-Kalibrierung für die Analogausgänge auf digitaler Ebene aufweist.
Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im folgenden anhand beispielsweiser Ausführungsformen unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen 'Fig. 1 in einem Blockschaltbild vereinfacht den elektrischen Aufbau und die logische Struktur einer Einrichtung nach der Erfindung, . Flg. 2 in einem vereinfachten Schaltbild die Anwendung einer Einrichtung nach der Erfindung zur Überwachung und Messung von Temperaturen an einem eine Maschine treibenden
3-Phasen-Motor, dessen Energieversorgung mit einem Ruhestromauslöser schaltbar ist, und 'Fig. 3 ein Szenario wie Fig. 2, bei welchem jedoch die Energieversorgung des Motors mit einem Arbeitsstromauslöser schaltbar ist.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besitzt eine Einrichtung nach der Erfindung mehrere, hier beispielsweise neun Eingänge 31-32, 33-34,..., 55-56. An diese Eingänge sind Temperatursensoren Sol... S9 angeschlossen, wobei im vorliegenden Fall die Sensoren S1, S2, S3 sogenannte Pt100Widerstände nach DIN sind, die bereits weiter oben erwähnt wurden, die Sensoren S4, S5, S6 je aus der Senenschaltung von drei PTC-Widerständen bestehen, von welchen beispielsweise je ein PTC-Widerstand einer Wicklung eines 3-Phasenmotors zugeordnet ist, und die Sensoren S7, S8, S9 NTC-Widerstände sind.
Jedem Eingang ist ein Messverstärker MV1... MV9 nachgeschaltet, und die analogen Ausgangsspannungen dieser Messverstärker werden in Analog/Digitalwandlern in Digitalwerte umgesetzt, sodass eine digitale Datenverarbeitung unter Zuhilfenahme eines Mikroprozessors bzw.
Mikrocomputers PRO erfolgen kann. Die Anordnung einzelner Speicher bzw. deren Zuordnung zu den Mikroprozessoren PRO ist in Fig. 1 lediglich zur Erläuterung gedacht und kann bei Realisierungen der Erfindung anders getroffen sein,
Zur Berücksichtigung der Leitungswiderstände einerseits und der jeweiligen Sensorcharakteristik andererseits dient ein Messwertabgleich MWA des Mikroprozessors PRO Dazu werden vor der Inbetriebnahme der Einrichtung die entsprechenden Werte der Leitungswiderstände bzw. der Sensortyp mit seiner Charakteristik über ein Tastenfeld TAF eingegeben und bel den späteren Messungen automatisch berücksichtigt. Hier ist zu erwähnen, dass solche Eingaben über ein Tastenfeld in bekannter Weise unter Benutzung einer Menüführung erfolgen können, wobei die eingegebenen Werte auf einer Anzeige ANZ visualisiert werden.
Auch die Eingabe anderer noch zu nennender Parameter erfolgt über das Tastenfeld. Sämtliche vorgebbaren Werte konnen aber auch über eine Busschnittstelle BSS unter Verwendung eines geeigneten Protokolls PTK extern, z. B. von einem Personalcomputer ein-bzw. vorgegeben werden. Ebenso können sämtliche aktuellen Messwerte und gespeicherten Werte, z. B. vorgebbare Grenzwerte, über diese Schnittstelle in digitaler Form ausgegeben bzw. ausgelesen werden.
Ein Datenspeicher DAS dient zum einen als Zwischenspeicher, in dem die Daten jedes Messkanals als Ist-Werte IW1... IW9 abgelegt und zyklisch aktualisiert werden, und die jeweils höchsten (bzw. tiefsten) Maximalwerte MA1... MA9 mit einem Zeitstempel versehen werden und zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung stehen, In einem Grenzwertspeicher GWS sind für jeden Kanal Grenzwerte abgespeichert, die bei Inbetriebnahme der Einrichtung eingegeben werden. Der Grenzwertspeicher GWS ist als nicht-flüchtiger Speicher ausgebildet, und Im vorliegenden Fall sind je Messkanal zwei Grenzwerte G11 - G91 und G12... G92 vorgesehen, wobei der erste Grenzwert
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einer Vorwarnung zugeordnet ist, die beispielsweise zu einer entsprechenden Anzeige, z.
B. mit Blinken, führt, wogegen der zweite Grenzwert zur Auslösung, d. h. Abschaltung z. B. einer überwachten Maschine führt Eine Zuordnung der Grenzwerte erfolgt mit Hilfe einer Grenzwertzuordnung GWZ des Prozessors.
Der Prozessor PRO enthält eine Grenzwertüberwachung GWU, eine Grenzwertsignalisierung GWS und eine Grenzwertauswahimatrix GAW. In letzterer können die Grenzwerte im vorliegenden
Fall zwei Ausgängen für Grenzwert-Anzeigesignale frei zugeordnet werden. Dabei weist ein Grenzwert-Ausgang ein Auswerterelais R2 für den jeweils ersten Grenzwert, z. B. GH, und ein Grenzwert-Ausgang ein Auswerterelais R3 für den jeweils zweiten Grenzwert-Ausgang, z. B. G12, auf.
Das Relais R2 besitzt im vorliegenden Fall einen Arbeitskontakt 12-10 und einen Ruhekontakt
11-10, das Relais R3 zwei Arbeitskontakte 15-13,18-16 und zwei Ruhekontakte 14-13,17-16 Die Kontakte des Relais 2 dienen der Grenzwertmeldung des ersten Grenzwertes, und die Kontakte des Relais 3 einerseits der Meldung und andererseits der Auslösung, was weiter unten noch näher erläutert wird.
Ober eine gleichfalls frei programmierbare Auswahlmatrix AWM können die digitalen Messdaten der einzelnen Kanäle mehreren, im vorliegenden Fall drei Analogausgänge 21-22,23-24, 25-26 zugeordnet werden, wobei eine Digital-Analogwandlung in entsprechenden Wandlern DA1, DA2, DA3 und eine Verstärkung in Messverstärkern AV1, AV2, AV3 erfolgt. Das Ausgangssignal der Analogausgänge kann z. B. wahlweise auf 0 bis 20 mA oder auf 4 bis 40 mA eingestellt werden, wobei der Anfangs- und Endbereich auf den gesamten Messwert oder einen gedehnten Lupenbereich kalibrierbar ist. Hierzu dient z. B. auf digitaler Ebene eine Analogwelt-Kalibrierung AWK des Prozessors PRO. Die entsprechenden Massnahmen sind dem Fachmann auf dem Gebiet der Mess- und Regeltechnik bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden.
Mit Hilfe der Analogausgänge 21-22,23-24, 25-26 lassen sich die Messwerte ausgewählter kritischer Messkanäle für Regelzwecke in externen Reglern weiter verwenden. Beispielsweise kann bei einer übermässigen Erwärmung ein Kühlmittelfluss erhöht werden oder dergleichen. Natürlich können zur Fernanzeige auch externe Anzeigegeräte an die Analogausgänge angeschlossen werden.
Die Einrichtung nach der Erfindung besitzt auch eine integrierte Stromversorgung STV besitzen, die mittels beispielsweise eines Schaltnetzteils SNT aus einer Netzspannung an Eingangsklemmen 1-2 eine stabilisierte Betriebsgleichspannung Ug erzeugt. An dieser Spannung liegt ständig die Wicklung eines Überwachungsrelais R1, welches hier einen Ruhekontakt 5-6 sowie einen Arbeitskontakt 7-9 und einen Ruhekontakt 9-8 besitzt. Die Aufgabe und Funktion des Überwachungsreiais wird nachstehend anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.
Fig. 2 und 3 zeigen die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung in einer Mess- und Überwachungsan- wendung, wobei von der Einrichtung lediglich die Relais R1, R2 und R3 mit ihren Kontakten dargestellt sind. Dafür zeigt Fig. 2 einige Anzeigen für Messwerte und Betriebszustände.
Fig. 2 und 3 zeigen die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung in einer Mess- und Überwachungsan- wendung Im Ruhe- und Arbeitsstromprinzip, wobei von der Einrichtung lediglich die Relais R1, R2 und R3 mit ihren Kontakten dargestellt sind. In Fig. 2 ist zusätzlich ein Visualisierungsbeispiel eines thermischen Betriebszustandes ersichtlich. Anstelle von Leistungsschaltern werden speziell bel kleineren Antrieben häufig Schütze verwendet. Im gegenständlichen Funktionsablauf kann eine Spule RSP sowohl als Haltespule für einen Federspeicher wie auch als Schützspule betrachtet werden, da bei spannungsloser Spule in beiden Fällen ein Leistungsschaltglied LS öffnet.
Gemäss Fig. 2 wird ein Drehstrommotor MOT über das Leistungsschaltglied LS, einem Leistungsschalter oder Leistungsschütz, von einem Drehstromnetz gespeist. Das Leistungsschaltglied wird nach dem Einschalten durch einen Einschalter ESA von einem Ruhestromauslöser RSA bzw. von der Spule RSP im Einschaltzustand über die Kontakte 16-18 des Relais R3 und einem NotAus-Schalter NAS von der Phasenspannung gehalten. Falls die Spule RSP spannungslos wird, schaltet das Leistungsschaltglied LS z. B. über einen Federspeicher ab. Dies ist dann der Fall, wenn entweder der Schalter ESA wieder geöffnet wird, der Not-Aus-Schalter NAS betätigt wird, oder bei ordnungsgemäss arbeitender Stromversorgung STV der zweite Grenzwert eines ausgewählten Messkanals überschritten wird.
Bei Überschreiten des ersten Grenzwertes dieses Kanals erfolgt lediglich eine Meldung, d. h.
Warnung, über den Kontakt 10-11 des Relais R2 an eine geeignete Anzeige, Warnlampe oder
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dergleichen.
In der Praxis kann es geschehen, dass zwar sämtliche überwachte Temperaturen innerhalb vorgegebener Grenzen liegen, jedoch die Stromversorgung STV ausfällt, wenn auch nur kurzfristig.
Ein Ausfall der Stromversorgung führt natürlich zu einem Abfallen der beiden Relais R2, R3 und naturgemäss-über die Spule RSP - zu einem Öffnen des Hauptstrompfades. Da es in vielen Fällen, z. B. bei Produktionsstrassen, bei Abschalten des Motors zu einem teuren Stillstand und Produktionsausfall kommen kann, sollte eine nur vorübergehende Störung der Stromversorgung STV nicht zu einem solchem Abschalten führen.
Fig. 2 zeigt eine Lösung dieses Problems. Falls das Relais R1 bei Ausfall oder Abfall der Betnebsspannung Da abfällt, wird über de Arbeitskontakt 5-6 eine Störungsmeldung, z. B."Strom- ausfall", gegeben, und andererseits wird über dem Arbeitskontakt 9-8 der Kontaktweg 18-17 des Relais R3, der bei Stromausfall offen wäre, überbrückt. Dabei ist wesentlich, dass zumindest das Relais R3 abfallverzögert ist, d. h. die durch den Abfall des Relais R1 erfolgende Änderung der Kontaktkonfiguration erfolgen muss, bevor das Relais R3 abfällt. Zu bemerken ist noch, dass das Relais R1 zweckmässigerweise anzugsverzögert ist, so dass bei Wiederauftreten der Betriebsspannung zunächst das Relais R3 anzieht, so dass auch in diesem Fall ein ungewolltes Auslösen verhindert wird.
Natürlich kann auch das Relais R2 anzugsverzögert sein. Das hier angewendete Prinzip, dass das Relais R 1 bei Einschalten der Spannungsversorgung nach den Auswerterelais R2, R3 anzieht und bei Spannungsabfall vor diesen abfällt, kann sowohl im Ruhestromprinzip (Fig. 2) als auch im Arbeitsstromprinzip (Fig. 3) genutzt werden und auch eigenständig zur Aktivierung einer Notüberwachung herangezogen werden.
Bei dem gezeigten Anwendungsbeispiel treibt der Motor MOT eine Maschine MAS, z. B. eine Produktionsmaschine, und es werden die Temperaturen an drei Wicklungen des Motors sowie an drei Lagern überwacht bzw. gemessen. Dazu sind drei in Serie geschaltete PTC-Widerstände für eine Warnung hinsichtlich der Wicklungstemperatur an den vierten Eingang 41-42 gelegt und weitere drei in Serie geschaltete PTC-Widerstände für eine Auslösung bei Überschreiten von Temperaturgrenzwerten an den fünften Eingang 43-44 gelegt.
Die Temperatur eines Motorlagers wird mit einem Pt100-Widerstand gemessen, der an dem ersten Eingang 31-32 der Einrichtung liegt, und die Temperatur zweier Maschinenlager wird gleich- falls mittels Pt100-Widerständen gemessen, die an dem zweiten bzw. dritten Eingang liegen.
Da die den Eingängen bzw. Kanälen "drei" und "vier" zugeordneten PTC-Widerstände bei einer
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Widerstände der Widerstandswert sprunghaft an, z. B. von 200 Ohm auf 2000 Ohm, was eine klare Auswertung ermöglicht. Wie bereits erwähnt wurde, enthält der Prozessor PRO die entsprechenden Daten, z. B. die Temperaturen, bei welchen eine starke Widerstandsänderung auftritt, d. h. dem Knickpunkt im Rahmen des Messwertabgleichs.
In Fig. 2 ist schematisch auch dargestellt, wie die in Fig. 1 mit ANZ bezeichnete Anzeige konzipiert sein kann. Beispielsweise sind drei Temperaturanzeigefelder vorgesehen, die drei Eingängen wahlweise zugeordnet werden können. Hier wurden die Eingänge 1 bis 3 gewählt, und dementsprechend erfolgt in einem LED-Signalislerungsfeld eine Anzeige "T 1-3". Ein weiteres Anzeigefeld dient zur Ausgabe von zusätzlichen Informationen der angezeigten Werte und schaltet bei einem menügeführten Auslesen zwischen Grenzwert 1 und Grenzwert 2 um. In Fig. 2 zeigt dieses Feld "MAUX 3"an. Auch hier kann man am LED-Feld erkennen, welche Werte zur Anzeige ausgewählt wurden.
Die Anzeige ANZ enthält auch Sensortasten für die Eingabe von Befehlen im Rahmen einer Menüführung, was gleichfalls beispielsweise in Fig. 2 veranschaulicht ist.
Fig. 3 veranschaulicht die Beschaltung der Relais R1, R2 und R3 der Einrichtung bei Arbeitsstromauslösung, entspricht sonst jedoch Fig. 2. Für den Leistungsschalter LS ist hier ein Arbeitsstromauslöser ASA vorgesehen, der eine Spule ASP besitzt. Diese liegt über einen Ruhekontakt 16-17 des Relais R3 und einen Arbeitskontakt des Relais R1 an einer Phase des Drehstromnetzes oder sonst einer Spannung. Falls bei eingeschaltetem Leistungsschalter LS eine Grenzwertüberschreitung durch Abfall des Relais R3 signalisiert wird, erhält die Spule ASP Spannung, und der Leistungsschalter LS wird geöffnet.
Um ein Abschalten bei einem Ausfall der Spannungsversorgung STV zu verhindern, sind auch in diesem Fall die Relais 2, 3 - zumindest Relais 3 - abfallverzögert bezüglich des Relais R1, sodass bei Ausfall der Betriebsspannung Us vor einem Abfall
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des Relais R3 das Relais R1 abfallt und durch Öffnen der Versorgungsschleife der Spule ASP ein Öffnen des Leistungsschalters LS verhindert. Natürlich erfolgt eine entsprechende Störungsmeldung über die Kontakte 5-6 des Relais R1. Die Relais R3 bzw. auch R2 sind wiederum anzugsverzögert.
Wenngleich bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel nur zwei Grenzwerte zur Anwendung kommen, soll dies nicht ausschliessen, dass beispielsweise ein weiterer, dritter Grenzwert und ein weiteres Relais verwendet werden, um bestimmte Steuerfunktionen, z. B. Schaben von Lüftern, Kühimitteipumpen, etc. zu ermöglichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1 Einrichtung zum Messen und Überwachen von Temperaturen, mit mehreren Messkanälen, die je einen Eingang (31-32, 33-34,..., 55-56) zum Anschluss von Temperatursensoren (S1... S9) und den Eingängen je nachgeschaltete Messverstärker (MV1, MV9) und Ana- log-/Digitalwandler (AD1...
AD9) aufweisen, sowie mit einem Mikroprozessor (PRO), wo- bei eine GrenzwertOberwachung (GWU) für in zumindest einem Kanal gemessene Tempe- raturwerte zur Abgabe von Grenzwert-Anzeigesignalen an Grenzwertausgangen eingerich- tet ist, und mit zumindest einer Anzeige (ANZ) für gemessene Temperaturen sowie mit einer Busschnittstelle (BSS), dadurch gekennzeichnet, dass jeder Messkanal zumindest hinsichtlich der Sensorcharakteristik und des Messwertab- gleichs auf der digitalen Ebene frei parametrierbar ist, ein Datenspeicher (DAS) für ermittelte Messwerte und festgelegte Maximalwerte der
Messkanale und ein Grenzwertspeicher (GWS) für zumindest einen je Kanal vorgebbaren
Grenzwert (gel 1... G92) vorgesehen ist, eine Anzahl von Analogausgänge (21-22,23-24, 25-26) vorgesehen ist,
welche je einen Digital-/Analogwandler (DA1, DA2, DA3) und einen Messverstärker (AV1, AV2, AV3) aufweisen, und zur wählbaren Zuordnung der Messkanäle zu den Analogausgänge eine
Auswahlmatrix (AWM) vorgesehen ist.