用於確定被測變量的裝置、傳感器單元和發射器的製作方法

2023-08-05 22:29:11 1

本發明涉及用於確定至少一個被測變量的裝置。此外本發明涉及用於確定至少一個過程變量的傳感器單元。最後本發明涉及用於處理至少一個傳感器單元的初級信號的發射器。在此，所述被測變量例如可以是介質的ph值、溶解的氧或者氯的含量、物位、溫度、流量、質量流量、渾濁度、氧化還原電位或者電導率。所述介質在此例如是液體、散料、氣體或者混合物。

背景技術：

在現代過程自動化中普遍的是確定被測變量或者過程變量，其方式是測量設備生成依賴於被測變量的(一般而言電)初級信號。在ph值的電位計測量的情況下，例如通過兩個電極測量電動勢，所述兩個電極中的一個電極位於緩衝溶液中並且一個電極位於要測量的樣品中。由此作為初級信號產生的電壓允許確定ph值。在根據渦流原理測量流量的情況下，該初級信號例如包含由幹擾體所生成的渦流的頻率，由該頻率推斷出流量。

在此由一些測量設備本身將初級信號換算成被測變量的值並且輸出該值。替代地，由所謂的測量變換器(另一名稱是發射器)完全處理或者至少預處理初級信號並且以標準格式傳送給上級單元、例如控制室，以便在那裡被處理。

根據要監測的過程或者過程中的狀態，可能需要確定不同的被測變量。此外就淨化或者校準目的而言也可能需要更換測量裝置。如果例如在校準的時間內測量設備被另一個測量設備代替，則能夠減少被監測的過程的靜止狀態。此外在經濟學並且生態學的意義上存在以下努力：簡化並且統一儘可能多的設備，以便以所謂的積木原理結束(umbeidemsogenanntenbaukastenprinzipzuenden)。

技術實現要素：

因此本發明所基於的任務在於，給出用於確定被測變量的裝置以及傳感器單元和發射器，其允許儘可能簡單地適配於測量條件。

在根據本發明的用於確定至少一個被測變量的裝置的情況下解決了之前所引出的並且所指明的任務，首先並且基本上所述裝置的特徵在於，存在至少一個傳感器單元和至少一個發射器。在此，所述傳感器單元根據被測變量生成至少一個電初級信號。所述傳感器單元將所述初級信號通過模擬輸出接口傳送給發射器。最後，所述發射器處理所述初級信號。

本發明基於測量裝置由至少一個發射器和傳感器單元構成。因此可以優選地將對於確定被測變量來說所需的電子設備布置在發射器中。傳感器單元本身可以相對簡單地而且成本低地來設計。

所述傳感器單元在此尤其僅僅生成通過模擬輸出接口輸出的模擬初級信號。在最簡單的情況下至少涉及電觸點。

初級信號被發射器接收並且在那裡被處理。

在一種設計方案中，由發射器直接確定被測變量的值。在一種替代的設計方案中，初級信號例如被放大和/或被轉換成標準信號、例如4...20ma信號。

在一種設計方案中規定，可以將傳感器單元和發射器以可逆的方式相互連接。這允許更換傳感器單元。

在另一種設計方案中，擴展劃分為各個功能單元或模塊的思想，其方式是規定：將至少一個電子嵌件分配給傳感器單元。在此，所述電子嵌件具有至少一個模擬輸入接口，例如可以通過所述模擬輸入接口進行傳感器單元的模擬初級信號的接收。電子嵌件鑑於被測變量至少處理初級信號。最後，可以以可逆的方式將電子嵌件和發射器相互連接。

在該設計方案中設置了電子嵌件，該電子嵌件用於處理初級信號。該電子嵌件在此優選地專門根據傳感器單元或傳感器單元的或者被測變量的類型來設計。此外可以將電子嵌件靈活地與發射器連接。因此通過電子嵌件為發射器也產生用於分析初級信號的可能性。然而電子嵌件也能夠處理其它信號。如果傳感器單元例如是ph探針，那麼所屬的電子嵌件不僅可以分析依賴於ph值的作為初級信號的電壓，而且優選地分析溫度探針的溫度信號。

因此，通過更換電子嵌件或者將另一個電子嵌件與發射器連接，能夠簡單地實現傳感器單元的類型的改變或者另一個被測變量的檢測。

在此，在一種設計方案中，直接通過發射器的輸入/輸出接口輸出電子嵌件的信號。在一種替代的設計方案中，電子嵌件的信號由發射器處理或者轉換成可選擇的輸出格式(例如4...20ma、hart、fieldbusfoundation(現場總線基金會)等等)。

在一種設計方案中，發射器允許通過其電子嵌件連接大量傳感器單元。在另一種設計方案中，發射器具有多個用於輸出信號或者數據的接口。多個傳感器單元和多個接口於是允許大量用於輸出相應測量數據的群集(konstellationen)。

在該設計方案中，傳感器單元生成模擬初級信號，該模擬初級信號由所屬的電子嵌件進行處理。電子嵌件又與發射器連接，並且也將經過處理的初級信號傳送給該發射器。在一種設計方案中，電子嵌件被插入到發射器中並且因此也構成發射器的(可更換的)部分。

在此，在一種設計方案中，將傳感器單元和所屬的電子嵌件以可逆的方式相互連接。

總之，以模塊化方式設計裝置(作為測量裝置)，這允許更換傳感器單元、改變測量原理以及也減少成本和材料。

根據本發明的另一教導，通過用於確定至少一個被測變量的傳感器單元來解決所述任務。在此，所述傳感器單元具有模擬輸出接口。傳感器單元根據被測變量生成至少一個電初級信號，並且通過模擬輸出接口輸出初級信號作為模擬電信號。

在一種設計方案中，輸出接口也用作輸入接口。如果傳感器單元例如允許測量電導率，則傳感器單元通過上述接口接收例如正弦信號形式的電信號。該測量信號在此由電子嵌件遞交到傳感器單元上。

在一種設計方案中，由傳感器單元與其它測量組件共同起作用地生成傳感器單元的初級信號。這樣例如生成傳感器單元和參考單元之間的電壓作為初級信號。

對於一系列測量原理來說需要校準所使用的傳感器單元。此外，初級信號必要時也依賴於傳感器單元的特定的特徵參數。因此這些傳感器特定的數據是對於分析初級信號來說所需的，並且應該在發射器中或者在所分配的電子嵌件中是已知的。

在一種設計方案中規定，可以在可預先規定的環境條件下離線地校準傳感器單元。因此例如可以在實驗室中並且因此離線地、也就是說在過程之外校準傳感器單元。由此尤其可能的是，可以在可預先規定的並且優選地恆定的環境條件下進行校準。這提高使用壽命並且導致成本減少。因此可以在不同於傳感器單元的使用地點的地點處校準傳感器單元(必要時與電子嵌件相連接)。

在一種設計方案中，可以通過用戶輸入所需的數據。在另一種設計方案中，發射器或者電子嵌件包括相關的數據。在另一種設計方案中，發射器或者電子嵌件訪問相應的資料庫。

在一種替代的或者補充的設計方案中，傳感器單元具有至少一個數據載體。在此，可以將被分配給傳感器單元的數據存儲在數據載體中。數據載體本身被布置在傳感器單元的外殼處或者中。

在一種設計方案中，數據載體是光學元件、如條形碼或者qr碼，該條形碼或者qr碼至少包含關於傳感器單元的類型或者特殊傳感器單元的標識的數據。

在一種替代的設計方案中，所述數據載體是(射頻識別(radio-frequencyidentification)的)rfid標籤或者(近場通信(nearfieldcommunication)的)nfc標籤，例如也將傳感器單元的校準數據保存在所述rfid標籤和nfc標籤中。

在一種設計方案中，將用於識別傳感器單元的至少一個信息存放在數據載體中。

以下設計方案涉及傳感器單元的原理構造。

在此，在一種設計方案中規定，傳感器單元僅僅具有模擬輸出接口。

在另一種設計方案中，傳感器單元沒有如下(尤其是電子)元件，所述元件根據初級信號生成數位訊號。替代地或補充地，傳感器單元沒有根據初級信號確定被測變量的值的元件。

因此在上述兩種設計方案中，傳感器單元不能根據初級信號確定被測變量的值，或者不能將初級信號數位化以用於進一步的通信。

在另一種設計方案中，在傳感器單元中設置了模擬電子元件，這些電子元件放大初級信號或者引起在電流信號或電壓信號之間的變換，該變換因此生成純模擬的電信號。

在另一種設計方案中，傳感器單元沒有電子構件。因此傳感器單元基本上僅包括基於被測變量生成電初級信號的組件。在傳感器單元本身中的進一步的處理或者預處理是不可能的。

因此，在確定ph值的情況下，傳感器單元僅僅具有用於測量由介質所生成的電位的電極。

在其它設計方案中同樣存在其它初級測量元件。如果例如設置了依賴於溫度的電阻元件，那麼該元件用於實際的溫度測量並且在此意義上不應被理解為電子構件。

根據附加的教導，本發明涉及用於對來自至少一個傳感器單元的初級信號進行處理的發射器。所述發射器在此具有至少一個電子設備容納位置，可以將電子嵌件插入所述電子設備容納位置中。所述電子嵌件在此被分配給傳感器單元，並且用於處理傳感器單元的初級信號。在此，所述電子設備容納位置允許以可逆的方式插入電子嵌件。

至少一個電子設備容納位置允許：發射器通過可逆地插入電子嵌件針對相應的傳感器單元被適配，並且因此也適當地具有對於處理傳感器單元的初級信號來說所需的組件。

在一種設計方案中，發射器具有用於從傳感器單元的數據載體讀入數據的至少一個數據讀取單元。也可以根據數據載體的設計方案相應地實施數據讀取單元。如果所述數據載體是傳感器單元的一種標記、諸如條形碼或者qr碼，則可以設置相應的掃描器，或者需要在發射器中的相應的處理。如果所述數據載體替代地是rfid或者nfc標籤，則數據讀取單元允許讀出存儲於該標籤中的數據。

在一種替代的或者補充的設計方案中，也可以通過數據讀取單元將數據寫入傳感器單元的數據載體中。在此，在一種設計方案中，可以將例如日誌形式的校準數據寫入數據載體中。在一種設計方案中，發射器也可以在數據載體中插入其它數據。

在一種設計方案中規定，發射器具有至少一個無線電接口。在一種變型方案中，該無線電接口允許連接到資料庫或者到上級單元、如控制室。在另一種變型方案中，可以通過無線電接口與用戶的電子單元(例如平板電腦或者手持設備或者任意的移動通信單元)進行通信。

在另一種設計方案中，發射器操控繼電器。

在另一種設計方案中，發射器具有附加接口、例如usb接口。

在另一種設計方案中，發射器具有至少一個輸入/輸出接口，替代地設置了多個這樣的接口。在此，例如涉及現場總線接口，該現場總線接口例如以4...20ma/hart接口、rs485接口、fieldbusfoundation接口或者用於輸入或輸出數據或信號的其它接口為形式。

補充地或者替代地，將顯示和/或者操作單元設置為發射器的一部分。

上面所描述的裝置可以由所描述的傳感器單元或者所描述的發射器構成。因此關於裝置的說明也適用於傳感器單元和發射器，並且反之亦然。

附圖說明

詳細地，存在設計並且改進根據本發明的裝置、根據本發明的傳感器單元和根據本發明的發射器的大量可能性。為此一方面參考從屬於專利權利要求1、4和8的專利權利要求，另一方面參考結合附圖對實施例的以下描述。在附圖中，

圖1示出純示意性的測量裝置。

具體設計方案

在圖1中示意性地示出了用於確定被測變量的裝置1的一部分。生成初級信號的傳感器單元2用於實際的測量。具有與被測變量的預先已知的依賴性的初級信號被傳送給發射器3，並且由該發射器進行處理。所述處理例如涉及預處理，例如轉換成4...20ma信號，或者確定被測變量的測量值。

所述發射器3在此被設計為可變的，使得所述發射器也能夠將大量不同的測量信號轉換成很多不同的輸出信號。這在此(如所示的那樣)在過程中是可能的，但是也可以在實驗室中、也就是在可預先規定的環境條件下進行。

傳感器單元2總共具有兩個模擬輸出接口4，通過這些模擬輸出接口只輸出模擬信號。在所示的示例中討論傳輸電壓的兩根導線。傳感器單元2與電子嵌件5連接，該電子嵌件被分配給該傳感器單元或者利用相應傳感器單元2實現的測量原理。因此，只要不同的傳感器單元2分別利用相同的測量原理用於確定相同的被測變量，就可以將所述傳感器單元2與電子嵌件5連接。為了接收模擬初級信號，電子嵌件5具有模擬輸入接口6。

只要電子單元5包含允許根據初級信號確定被測變量的值的組件，該電子單元就是為傳感器單元2設置的。優選地也存放相應的分析算法。

如果根據測量方法需要校準傳感器單元2或者需要用於確定被測變量的傳感器單元2的特殊材料數據，則將這些數據存放在傳感器單元2攜帶的數據載體7中。

在一種變型方案中，僅僅存放傳感器單元2的標識符，由此必要時通過求助於在外部所存放的數據來提供用於確定被測變量所需的信息。

在所示的情況下，數據載體7被裝入在構成傳感器單元2的外殼8中。

為了利用發射器3也實現不同的被測變量的測量，這裡設置了兩個電子設備容納位置9。電子嵌件5位於一個電子設備容納位置中。另一個電子設備容納位置對於這裡被表示為物位測量設備的第二傳感器單元2』的第二電子嵌件5』還是空閒的。

在此可以基於數據載體7的數據自動地識別傳感器單元2，因為發射器3具有數據讀取單元10。如果所述數據載體7是條形碼，則數據讀取單元10是條形碼掃描器。如果與這裡一樣nfc標籤被設置為數據載體7，則數據讀取單元10相應地讀入數據。

為了也能夠訪問如下傳感器單元的數據，所述傳感器單元在其數據載體7中沒有隨身攜帶數據或者隨身攜帶少量數據，設置了無線電接口11，發射器3通過該無線電接口訪問外部資料庫12。

這裡與發射器3連接的傳感器單元2(或者更準確地通過該傳感器單元在電子設備容納位置中所插入的電子嵌件5)用於ph測量。為此設置了測量電極13和參考電極14。測量電極13位於利用玻璃膜15封閉的玻璃體中。在隔膜16的一側形成傳感單元2的外殼8的邊界。附加地還設置了溫度傳感器。同樣可以將電觸點安置在該溫度傳感器上，使得也能夠將溫度信號用於確定ph值。為了清楚起見，這在這裡沒有被示出。

這裡直接分別通過導線17將兩個電極13、14與電子嵌件5的模擬輸入接口6連接。模擬輸出接口4在此情況下因此僅僅是兩個電連接觸點。替代地，通過(沒有示出的)多極電纜將傳感器單元2和電子嵌件5相互連接。

電子嵌件5在使用校準數據的情況下根據分別出現的電位確定ph值的度量。

優選地將統一的格式用於電子嵌件5、5』的輸出信號，使得發射器3始終能夠相同地處理這些信號。

為了進一步的數據處理，發射器3具有自身的數據存儲器18，在該數據存儲器中附加地存放了不同傳感器單元2或電子嵌件5的數據。

第二電子嵌件5』在這裡具有存儲單元19，可以將關於多個不同傳感器單元2或第二傳感器單元2』的數據存放在該存儲單元中。

如果測量數據適當地被處理或者預處理，則發射器3通過其現場總線接口20和現場總線21將所述測量數據傳送給(這裡沒有示出的)控制室。

這裡由用戶22在使用平板電腦23的情況下進行對發射器3或者因此也對通過傳感器單元2、2』的測量的控制。