用於液體和/或氣體分析的測量設備的製作方法
2023-05-08 11:22:36 1
專利名稱：用於液體和/或氣體分析的測量設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在液體和/或氣體分析的環境中準備、輸出和傳遞傳感器信號的測量設備。該測量設備包括導電材料的機盒、在機盒壁中的載運傳感器信號的經屏蔽的傳感器信號線的至少一個電纜引入線、和傳感器信號線屏蔽裝置與機盒之間的導電連接。
該測量設備還涉及為發射機。為了連接到該測量設備提供了傳感器，例如pH傳感器或者溫度傳感器，例如伸入液體中的傳感器。為了將傳感器測得的原始數據作為測量數據發送到測量設備的計算單元，首先由測量設備的傳感器電路處理該原始數據。傳感器電路中的處理特別包括一個或者多個下文的處理步驟—原始數據的模擬處理，—模擬/數字轉換，和—數字處理。
然後在計算單元中執行傳感器信號的實際處理。計算單元是，例如微處理器，其中執行適當的用於測量數據處理的電腦程式。該計算單元可以在，例如相連接的監視器上顯示測量數據或者通過相連接的外部通信系統將測量數據傳遞到其他的控制和/或監視設備。
存儲在計算單元中的電腦程式包括大量的用於對接收到的測量數據進行處理的程序命令。這樣，例如，可以在計算單元中藉助於程序命令來轉換測量數據。同樣地，可以通過計算單元中的程序命令消除，例如依賴於傳感器的波動的測量數據；例如，可以平均該波動。總而言之，程序命令有助於實現下述功能，即如上文所提及的，測量數據可以被發送到監視器或者通過外部通信系統進行傳遞。
通過屏蔽了的傳感器信號線將傳感器寄存的原始數據傳遞到測量設備並且在該測量設備中處理該原始數據。傳感器信號線的屏蔽包括，例如導電材料的(特別是金屬)外部編織物，該編織物在軸的方向上繞實際的導線延展。
傳感器信號線上傳輸的傳感器信號對幹擾特別敏感。例如，在測量設備安裝到泵或者其他的重工業機械附近時，這些機械可能引起傳感器信號的幹擾。特別地，傳感器信號的敏感性是傳感器信號過小的結果，或者在皮可安培的範圍中，視情況而定，是傳感器信號線高阻的結果。
為了防止幹擾，並且為了最小化幹擾對傳感器信號的影響，在本領域中已知了不同的措施。例如，可以將傳感器信號線的屏蔽裝置接地(所謂的過程地(Prozesserde))。為達到該目的，已知通過塑料的電纜引入線將傳感器信號線引導至機盒的內部，並且在其中裸露出屏蔽裝置，使其與地線的末端相連接，並使地線的另一末端固定在機盒上。然而，地線具有缺陷，其在於，地線具有高的阻抗並且因此僅相對較差地引導走了傳感器導線上的幹擾。
總而言之，其結果是，傳感器信號由於作用在傳感器信號線上的幹擾而變差，此幹擾使液體或者氣體分析的結果變差。
本發明的目的在於提供並其進一步發展上文所述類型的用於液體和/或氣體分析的測量設備，以便於測量設備儘可能地對幹擾不敏感，由此改善測量設備的準確性和可靠性。
對於上文所述類型的測量設備。根據本發明，通過向多個或每個電纜引入線提供導電材料的區域，並且向其提供用於使該區域與傳感器信號線的屏蔽裝置電氣接觸和使該區域與機盒電氣接觸的裝置，並且通過使該區域用於實現傳感器信號線的屏蔽裝置同機盒之間的導電連接，實現了該目的。
本發明因此提供了測量設備，該測量設備具有傳感器信號線的屏蔽裝置到機盒的低電感耦合，該機盒處於地上(所謂的過程地)。通過低的電感耦合，可以特別有效地將傳感器導線上的幹擾通過機盒引導到過程地。以這種方式，可以使傳感器信號線上的幹擾最小化，這樣，依序導致了增加了的液體/氣體分析的測量結果的準確性。
一方面，通過使用電絕緣材料(例如塑料)製造電纜引入線主體，在該引入線中引入了多個導電材料(例如金屬)的接地區域，使傳感器信號線的屏蔽裝置經由該接地區域與機盒的導電連接，如此實現了本發明。因此接地區域是電纜引入線的集成部分。必須這樣選擇接地區域的數目和直徑，使得確保屏蔽裝置到機盒的低電感耦合。優選地，通過提供在電纜引入線中的適當的裝置來產生接地區域同屏蔽裝置的接觸。該裝置包括，例如導電材料的接地套，該接地套接觸接地區域，並且在電纜引入線插入到機盒壁上的開口之後，通過一起旋動電纜引入線，該接地套自動地獲得了同傳感器信號線的屏蔽裝置的安全且可靠的接觸。
在本發明的有利的進一步的發展方案中，多個或每個引入線的主體由導電材料(優選地為金屬)製成。因此，在此進一步的發展方案中，不存在多個分立的接地區域，但是作為替代，電纜引入線的整體作為一個大的接地區域。以這種方式，可以獲得屏蔽裝置到機盒的特別低的電感耦合，以及特別大的發射機對幹擾的不敏感性。主體由金屬製成的，並且可以用於本發明的架構中的電纜引入線由，例如，產品名稱「Skindicht SHVE」下的德國斯圖加特70565的LappKabelsysteme GmbH公司提供並銷售。
在本發明的實施例的優選形式中，其中測量設備具有計算單元，特別是微處理器，用於處理傳感器信號，並且該測量設備具有至少一個計算單元前面的傳感器電路用於傳感器信號的預處理，將多個或每個傳感器電路與剩餘的測量設備電流去耦。該電流去耦確保了在傳感器電路與剩餘的測量設備之間不存在涉及電勢的相互作用，該相互作用可能會導致測量結果變差。這樣，該特徵導致了測量設備的幹擾不敏感性和準確性的明顯改善。
同樣地，在該發射機的情況中，該發射機具有傳感器電路與剩餘測量設備的電流去耦，傳感器導線的屏蔽裝置通過電纜引入線有利地低電感地耦合到機盒，該電纜引入線具有導電接地區域。即使在不具有來自權利要求1主體的這一特徵的情況下，電流去耦也具有給出的優勢。因此，專利保護還擴展至此最後提及的測量設備，其中缺少權利要求1主體中的特徵，特別有利的是，在測量設備中提供光耦合器用以獲得多個或每個傳感器電路與剩餘的測量設備的電流去耦。光耦合器使得能夠通過相對成本有利的裝置實現安全且可靠的電流去耦。
根據本發明的實施例的另一優選形式，提供了至少一個電源電路用於為多個或每個傳感器電路提供能量，其中電源電路具有用於將測量設備同電源去耦的裝置。為了電流去耦，優選地使用了至少一個變壓器，特別是AD/DC變壓器。
有利地，測量設備具有至少兩個模擬輸出端，該模擬輸出端彼此電流去耦。同樣地，在該情況中，例如，可以使用光耦合器用於電流去耦。發射機可以通過模擬輸出端連接到其他設備，例如連接到可編程邏輯控制器(PLC)。模擬輸出端的電流去耦防止了測量設備同PLC的耦合。
總而言之，這意味著，在本發明的測量設備的情況中，為了降低測量設備對幹擾的易感性，提供了不同的措施。這些措施特別包括傳感器信號線的屏蔽裝置同測量設備的機盒的低的電感耦合，該機盒自身依序接地(過程地)，這些措施還包括發射機的不同電路部分的電流去耦，例如傳感器電路、用於傳感器電路的電源、以及模擬輸出端。
如附圖中所示，通過下文中對本發明的實施例的示例的描述，本發明的其他的特徵、使用潛力和優點將變得顯而易見。就此而言，所有的單獨地或者組合地描述或示出的特徵形成了本發明的主旨，而不依賴於它們在本專利的權利要求中的關係和它們的起源，也不依賴於附圖中對其描述和說明的形式。附圖如下示出
圖1是用於液體和/或氣體分析的本發明的測量設備的實施例的示例的框圖；並且圖2是用於本發明的測量設備中的電纜引入線的分解圖。
圖1示出了用參考數字1表示的整體的測量設備。測量設備1包括計算單元2，該計算單元2通過隔離電路3、4連接到一個或者多個傳感器電路15、16。優選地通過數字微處理器實現計算單元2。傳感器可以以未示出的方式連接到傳感器電路15、16。該傳感器可以是，例如pH傳感器或者溫度傳感器或者壓力傳感器等等。則相關的傳感器電路15、16適當地是pH傳感器電路或者溫度傳感器電路等等。通過內部總線系統5實現計算單元2和隔離電路3、4之間的連接，該內部總線系統涉及例如I2C總線和/或用於電源電壓的總線導體。
可行的是，只有一個傳感器電路15、16和因此所需的一個隔離電路3、4，以及一個傳感器連接到計算單元2。然而，同樣可行的是，任意數目的傳感器電路15、16，連同相應的隔離電路3、4和傳感器連接到計算單元2。在後者的情況中，在計算單元2中提供控制電路，優選地是多路器。該控制電路有助於控制計算單元2和隔離電路3、4之間的電氣連接，以便始終僅存在一個與計算單元2相連接的傳感器電路15、16。優選地，該傳感器電路15、16按次序一個接一個地連接到計算單元2。
除了其他的設備之外，至少一個用於連接附加設備的通信系統7、8連接到計算單元2，例如順序控制器或者存取設備。順序控制器可以包括，例如校準系統或者可編程邏輯控制器(PLC)。存取設備是，例如外部設備，該外部設備可以通過現場總線系統從外部訪問測量設備，並且可以改變測量設備的內部條件。在通信系統7、8的情況中，其可以是，例如根據所謂的HART協議的接口、串行接口(RS 485)7、所謂的Profibus 8、所謂的Foundation現場總線、或者某些其他的現場總線。
至少一個電源9也連接到測量設備1。其可以是交流電壓源AC或者直流電壓源DC。在本示例中，提供了交流電壓源9，在電源電路10中(通過變壓器)將交流電壓源9的電壓電流隔離地變壓為所需的用於對測量設備1中獨立的電路部分供電的直流電壓。將經變壓的電壓U1施加到，例如計算單元2，並且施加到模擬輸出端12，經變壓的電壓U2施加到另一個模擬輸出端12，而經變壓的電壓U3施加到一個傳感器電路3。
而且，用於操作人員的接口(圖1中未示出)可以連接到計算單元2。該接口可以是，例如鍵盤和/或監視器。附加設備13可以通過測量設備1的模擬輸出端12連接到計算單元2。這些附加設備13可以是，例如一個或多個附加的顯示器或者可編程邏輯控制器(PLC)。最後，例如，可以通過模擬信號輸入端19輸入用於測量設備1的設定值。
所描述的傳感器電路15、16、隔離電路3、4、外部通信系統7、8、電源電路10、接口和模擬輸出端12表示測量設備1的硬體元件，這些硬體元件連接到計算單元2或者至少耦合到計算單元2。對於這些硬體元件中的每一個，向計算單元2提供用於其用途的軟體模塊。
測量設備1包括接地(所謂的過程地)的金屬機盒14。傳感器通過屏蔽了的信號線20連接到傳感器電路15、16。通過電纜引入線17、18將傳感器信號線20引入機盒14的內部，該電纜引入線17、18配置在機盒14的壁上。
現將基於圖2更加詳細地描述電纜引入線17、18的結構。電纜引入線17、18包括下層部分30，該下層部分30通過螺絲35固定到上層部分31。在下層部分30和上層部分31之間是接地套32、密封錐面33、軋頭錐面34，在下層部分30固定到上層部分31時使這些部件固定在電纜引入線17、18的內部。電纜引入線17、18的主體，也就是下層部分30、接地套32、軋頭錐面34和上層部分31由導電材料製成，特別是金屬。密封錐面33由橡膠或者合成材料製成，例如氯丁橡膠。接地套32同電纜引入線17、18的主體導電連接。在下層部分30和上層部分31旋接在一起時，接地套32接觸傳感器信號線20的屏蔽裝置21。在電纜引入線17、18通過圓頂螺母(未示出)固定到機盒壁的開口中時，該圓頂螺母旋到螺絲36上，或者在下層部分30直接固定到金屬機盒壁中時，電纜引入線17、18的主體接觸機盒14。以這種方式，通過電纜引入線17、18的主體產生了傳感器信號線20的屏蔽裝置21到機盒14的低電感耦合。以這種方式，可以通過機盒14直接將傳感器信號線20上的幹擾導入到過程地。
額外提供的是，通過隔離電路3、4中的光耦合器40將傳感器電路15、16和剩餘的測量設備1電流去耦。除此以外，通過電源電路10中的AC/DC變壓器將用於向傳感器電路15提供電壓U3的電源電路和用於剩餘的測量設備1的電源去耦。通過DC/DC變換器將用於向傳感器電路16提供電壓的電源電路和用於剩餘的測量設備1的電源去耦，該DC/DC變換器是隔離電路4的一部分。最後，提供了下述特徵，即通過光耦合器41將測量設備1的模擬輸出端12同另一模擬輸出端電流去耦。
對於本發明決定性的是，傳感器信號線20的屏蔽裝置21到機盒14的低電感耦合，以及測量設備1的所有電路部分12、15、16、19的電流去耦。總而言之，這提供了用於液體/氣體分析的特別魯棒的測量設備1，提供了對幹擾不敏感的設備。以這種方式，獲得了測量設備的顯著改善的準確性和可靠性。
權利要求
1.用於在液體和/或氣體分析的環境中準備、輸出和傳遞傳感器信號的測量設備(1)，其中測量設備(1)包括導電材料的機盒(14)、在機盒(14)壁中的用於傳感器信號傳輸的經屏蔽的傳感器信號線(20)的至少一個電纜引入線(17、18)、和傳感器信號線(20)的屏蔽裝置(21)與機盒(14)之間的導電連接，其特徵在於，多個或每個電纜引入線(17、18)具有導電材料的區域，並且具有用於使該區域與傳感器信號線(20)的屏蔽裝置(21)以及與機盒(14)電氣接觸的裝置(32)，並且該區域用於產生傳感器信號線(20)的屏蔽裝置(21)同機盒(14)之間的導電連接。
2.權利要求1的測量設備(1)，其中多個或每個電纜引入線(17、18)的主體(30、31、32、34)由導電材料製成。
3.權利要求1或者2的測量設備(1)，其中測量設備(1)包括計算單元(2)，特別是微處理器，用於處理傳感器信號，並且該測量設備(1)包括至少一個配置在計算單元(2)和傳感器信號線(20)之間的傳感器電路(15、16)用於傳感器信號的預處理，其中，多個或每個傳感器電路(15、16)與剩餘的測量設備(1)電流去耦。
4.權利要求3的測量設備(1)，其中測量設備(1)具有光耦合器(40)，用以多個或每個傳感器電路(15、16)與剩餘的測量設備(1)的電流去耦。
5.權利要求1～4中的一個的測量設備(1)，其中提供了至少一個電源電路(10)用於為多個或每個傳感器電路(15)提供能量，其中電源電路(10)具有用於將測量設備(1)與電源(9)去耦的裝置。
6.權利要求5的測量設備(1)，其中將用於去耦的裝置構造為至少一個變壓器。
7.權利要求1～6中的一個的測量設備(1)，其中測量設備(1)具有至少兩個模擬輸出端(12)，其中模擬輸出端(12)彼此電流去耦。
全文摘要
本發明涉及一種測量設備(1)，該測量設備(1)用於在液體和/或氣體分析的環境中準備、輸出和傳遞傳感器信號。該測量設備(1)包括導電材料的機盒(14)、在機盒(14)壁中用於傳感器信號傳輸的經屏蔽的傳感器信號線(20)的至少一個電纜引入線(17、18)、和傳感器信號線(20)的屏蔽裝置(21)與機盒(14)之間的導電連接。為了儘可能地使測量設備(1)對幹擾不敏感並且由此改善測量設備(1)的準確性和可靠性，多個或每個電纜引入線(17、18)具有導電材料的區域，並且具有用於使該區域與傳感器信號線(20)的屏蔽裝置(21)電氣接觸且使該區域與機盒(14)電氣接觸的裝置(32)，並且該區域用於產生傳感器信號線(20)的屏蔽裝置(21)同機盒(14)之間的導電連接。優選地，電纜引入線(17、18)的主體由金屬製成。此外，還提供下述特徵，即，使用光耦合器(10、41)或者轉換器將測量設備的所有電路部分去耦。
文檔編號H02G15/04GK1672306SQ03808124
公開日2005年9月21日 申請日期2003年4月10日 優先權日2002年4月12日
發明者阿克塞爾·菲爾克特, 德特勒夫·威特默 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾分析儀表兩合公司