Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer modular aufgebauten
Messwandlerschaltung gemäß den Oberbegriff
des Anspruchs 1.The
The invention relates to a device with a modular design
Measuring transducer circuit according to the preamble
of claim 1.
In
der industriellen Messtechnik, insb. in der Automatisierungs- und
Prozesssteuerungstechnik, werden regelmäßig Vorrichtungen eingesetzt,
die im Prozessablauf mittels Sensoren Prozessvariablen messen oder
mittels Aktoren Regelgrößen steuern. Die
entsprechenden Vorrichtungen ermitteln beispielsweise den Druck,
den Durchfluss, den Füllstand,
die Dielektrizitätskonstante,
die Grenzschicht, die Temperatur oder eine andersartige physikalische und/oder
chemische Prozessgröße als eine
Prozessvariable in einem Prozessablauf. Von der Anmelderin werden
beispielsweise solche Vorrichtungen als Feldgeräte unter dem Namen Cerabar,
Deltabar, Deltapilot, Promass, Levelflex, Micropilot, Prosonic,
Soliphant, Liquiphant, Easytemp produziert und vertrieben, die vorwiegend
dazu bestimmt sind, zumindest eine der oben bezeichneten Prozessvariablen
eines Mediums in einem Behälter
zu bestimmen und/oder zu überwachen.In
industrial metrology, esp. in the automation and
Process control technology, devices are regularly used,
which measure process variables using sensors in the process sequence or
Controlling controlled variables by means of actuators. The
corresponding devices determine, for example, the pressure
the flow, the level,
the dielectric constant,
the boundary layer, the temperature or a different physical and / or
chemical process size as one
Process variable in a process flow. Be by the applicant
For example, such devices as field devices under the name Cerabar,
Deltabar, Deltapilot, Promass, Levelflex, Micropilot, Prosonic,
Soliphant, Liquiphant, Easytemp produced and distributed predominantly
intended to be at least one of the above-mentioned process variables
a medium in a container
to determine and / or monitor.
Eine
Gemeinsamkeit aller der oben erwähnten
Vorrichtungen bzw. Feldgeräte
ist, dass aus den durch die Sensoren ermittelten Prozessgrößen mittels
einer nachgeschalteten Elektronik ein Messwert ermittelt und ausgewertet
wird. Diese Elektronik ist meist auf die entsprechenden Messanforderungen und
zu messende Prozessgröße so angepasst,
dass für
jedes Sensorprinzip, für
jede zu messende Prozessgröße und für jede Messperformance
eine eigenständige
Elektronik entwickelt werden muss. Die sensornahe Signalverarbeitung
ist meist als ASIC (Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung)
ausgestaltet, die oft in großen
Stückzahlen
hergestellt wird. Eine andere Lösung
besteht z.B. darin, Feldgeräte
mit unterschiedlichen Messgenauigkeitsstandards, mit einer einheitlichen
Elektronik und mit einer maximalen Messperformance auszustatten
und die einzelnen Funktionalitäten
z.B. per Software zu aktivieren oder zu deaktivieren.A
Commonality of all of the above
Devices or field devices
is that from the process variables determined by the sensors
a measured value is determined and evaluated by a downstream electronics system
becomes. This electronics is mostly based on the appropriate measurement requirements and
adapted to be measured process size,
that for
every sensor principle, for
every process variable to be measured and for each measurement performance
an independent one
Electronics must be developed. The near-sensor signal processing
is mostly called ASIC (application specific integrated circuit)
designed, often in large
numbers
will be produced. Another solution
consists of e.g. in it, field devices
with different measurement accuracy standards, with a uniform
Electronics and equip with a maximum measurement performance
and the individual functionalities
e.g. via software to activate or deactivate.
Nachteilig
an diesen Elektroniken ist, dass sich die Kosten für die Elektronik
nicht proportional zu der geforderten Messperformance verhalten
und keine Modularität
gegeben ist.adversely
At these electronics is that the cost of the electronics
not proportional to the required measurement performance
and no modularity
given is.
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, deren
Messperformance und Funktionalität
sich entsprechend den Anforderungen einfach anpassen lässt und
die kostengünstig
umzusetzen ist.The
The object of the invention is to provide a device whose
Measurement performance and functionality
can be easily adapted to the requirements and
the cost-effective
is to implement.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit zumindest einem Sensor zum Erfassen wenigstens einer
chemischen und/oder physikalischen Prozessgröße und mit zumindest einer
modular aufgebauten Messwandlerschaltung, welcher zumindest eine
Sensoreinheit, die aus der vom Sensor erfassten Prozessgröße eine
elektrische Messgröße ermittelt
und den Sensor mit der notwendigen Energie versorgt, und zumindest
einer anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit zur Ermittlung
eines Messwerts aus der elektrische Messgröße, umfasst, wobei die Übertragung
eines konditioniertes Ausgangssignals zwischen der Sensoreinheit
und der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit vorgesehen
ist, wobei die anwendungsspezifische Signalverarbeitungseinheit austauschbar
ausgestaltet ist, und wobei in Abhängigkeit von einer vorgebbaren
Messgenauigkeit des Messwerte zumindest eine von mehreren unterschiedlichen
Arten von anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheiten einsetzbar
ist.These
The object is achieved by a
Device with at least one sensor for detecting at least one
chemical and / or physical process size and with at least one
Modular transducer circuit, which at least one
Sensor unit that uses the process variable detected by the sensor
electrical measured variable determined
and supplies the sensor with the necessary energy, and at least
an application-specific signal processing unit for detection
a measured value from the electrical measured quantity, wherein the transmission
a conditioned output signal between the sensor unit
and the application specific signal processing unit
is, wherein the application-specific signal processing unit interchangeable
is configured, and wherein in dependence on a predefinable
Measurement accuracy of the measured values at least one of several different ones
Types of application-specific signal processing units can be used
is.
Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Signalverarbeitungseinheit eine Regel-/Auswerteeinheit nachgeschaltet
ist, die zur Auswertung und Weiterverarbeitung des Messwerts, sowie
zur Steuerung und Regelung der Vorrichtung vorgesehen.at
a preferred embodiment of the device according to the invention
the signal processing unit is followed by a control / evaluation unit
is responsible for the evaluation and further processing of the measured value, as well
provided for the control and regulation of the device.
Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht vor, dass eine erste Art der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit
für Anwendungen
mit einer niedrigen Anforderung an die Messgenauigkeit vorgesehen
ist.A
advantageous embodiment
the device according to the invention
provides that a first type of application-specific signal processing unit
for applications
provided with a low requirement for measurement accuracy
is.
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht eine zweite Art der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit
für Anwendungen
mit einer mittleren Anforderung an die Messgenauigkeit vor.A
further advantageous embodiment of the device according to the invention
sees a second type of application specific signal processing unit
for applications
with a medium requirement for measurement accuracy.
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine dritte Art der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit
für Anwendungen
mit einer hohen Anforderung an die Messgenauigkeit vorgesehen.In
a further advantageous embodiment of the device according to the invention
is a third type of application specific signal processing unit
for applications
provided with a high demand on the measurement accuracy.
Bei
einer weiteren bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird davon ausgegangen, dass die erste Art der anwendungsspezifischen
Signalverarbeitungseinheit zumindest eine Tiefpass-Schaltung umfasst.at
a further preferred embodiment
the device according to the invention
It is assumed that the first type of application-specific
Signal processing unit comprises at least one low-pass circuit.
Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der
Vorrichtung nach der Erfindung sieht vor, dass die Tiefpass-Schaltung
einen zur elektrischen Messgröße proportionalen
Messwert als ein analoges Stromsignal oder eine analoges Spannungssignal
bereitstellt.A
Another preferred embodiment of
Device according to the invention provides that the low-pass circuit
a proportional to the electrical parameter
Measured value as an analog current signal or an analog voltage signal
provides.
Eine
ergänzende
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erlaubt, dass die zweite Art der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit
zumindest eine Zähler-Schaltung
umfasst.A supplementary embodiment of the device according to the invention allows the second type of application-specific signal processing processing unit comprises at least one counter circuit.
Bei
einer weiterführenden
bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst
die dritte Art der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit
zumindest eine Analog-Digital-Wandler-Schaltung.at
a continuing
preferred embodiment
the device according to the invention comprises
the third type of application-specific signal processing unit
at least one analog-to-digital converter circuit.
Weitere
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
berücksichtigen,
dass die Zähler-Schaltung
und/oder die Analog-Digital-Wandler-Schaltung einen zur elektrischen Messgröße proportionalen
Messwert als ein Digitalsignal bereitstellen.Further
preferred embodiment
the device according to the invention
consider,
that the counter circuit
and / or the analog-to-digital converter circuit proportional to the electrical measurement
Provide measured value as a digital signal.
In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist zumindest die erste Art, die zweite Art und/oder die dritte Art
der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit fest in der
Messwandlerschaltung integriert.In
another preferred embodiment
the device according to the invention
is at least the first kind, the second kind and / or the third kind
the application specific signal processing unit fixed in the
Integrated transducer circuit.
Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht dazu vor, dass in der Messwandlerschaltung zumindest ein Steckplatz
zum modularen Austauschen der unterschiedlichen Arten von der anwendungsspezifischen
Signalverarbeitungseinheit vorgesehen ist.A
Embodiment of the device according to the invention
provides for at least one slot in the transducer circuit
to modularly exchange the different types of the application specific ones
Signal processing unit is provided.
Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist ein Schaltelement an dem Steckplatz vorgesehen.at
a further embodiment
The invention provides a switching element is provided at the slot.
Eine
andere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Fall, dass eine Überprüfungseinheit
vorgesehen ist, die eine Plausibilitätsüberprüfung oder Validierung der von
der in den Steckplatz eingebrachten ersten Art, zweiten Art oder
dritten Art der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit
ermittelten Messwerte mit den durch die fest in der Messwandlerschaltung
integrierten ersten Art, zweiten Art oder dritten Art der anwendungsspezifischen
Signalverarbeitungseinheit ermittelten Messwerte ermöglicht.A
Another preferred embodiment of the
Invention busy
dealing with the case of having a verification unit
intended to provide a plausibility check or validation of the
the inserted in the slot first type, second type or
third type of application-specific signal processing unit
determined measured values with the fixed in the transducer circuit
integrated first type, second type or third type of application-specific
Signal processing unit determined measured values allows.
In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird vorgeschlagen, dass zumindest eine leitungsgebundene Verbindung zur Übermittlung
des einheitlich modulierten Ausgangssignals zwischen der Sensoreinheit
und der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit vorgesehen
ist.In
an advantageous embodiment
the device according to the invention
It is proposed that at least one wired connection for transmission
the uniformly modulated output signal between the sensor unit
and the application specific signal processing unit
is.
Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist darin zu sehen, dass zumindest ein Trennelement zur galvanischen
Trennung der leitungsgebundenen Verbindung vorgesehen ist.A
advantageous embodiment
the device according to the invention
is to be seen in that at least one separating element for galvanic
Separation of the wired connection is provided.
Eine
alternative vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht vor, dass eine drahtlose Verbindung zur Übermittlung der Energie, der
Daten und des einheitlich modulierten Ausgangssignals zwischen der
einheitliche Sensoreinheit und der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit
vorgesehen ist.A
alternative advantageous embodiment of the device according to the invention
provides that a wireless connection to transmit the energy, the
Data and the uniformly modulated output signal between the
uniform sensor unit and the application-specific signal processing unit
is provided.
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine gemeinsame Taktleitung oder eine Präambel im einheitlich modulierten
Ausgangssignal zur Synchronisation, z.B. der Taktfrequenz, der anwendungsspezifischen
Signalverarbeitungseinheit und der Sensoreinheit vorgesehen.In
a further preferred embodiment
the device according to the invention
is a common clock line or preamble in uniformly modulated
Output signal for synchronization, e.g. the clock frequency, the application-specific
Signal processing unit and the sensor unit provided.
Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist zumindest ein Lichtwellenleiter zur Übertragung der Energie, der
Daten und des einheitlich modulierten Ausgangssignals zwischen der
einheitlichen Sensoreinheit und der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit
vorgesehen.According to one
advantageous embodiment of the
Device according to the invention
is at least one optical fiber for transmitting the energy, the
Data and the uniformly modulated output signal between the
unitary sensor unit and the application-specific signal processing unit
intended.
Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht insbesondere vor,
dass Einstellungsparameter zur Versorgung der unterschiedlichen
Arten von Sensoren und/oder zur Auswertung der elektrischen Messgröße der unterschiedlichen
Arten von Sensoren in der Sensoreinheit abgelegt sind.A
preferred embodiment of the device provides in particular,
that adjustment parameters to supply the different
Types of sensors and / or for the evaluation of the electrical variable of the different
Types of sensors are stored in the sensor unit.
Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist in der Sensoreinheit eine Automationsroutine zur Einstellung
der ermittelten Art des angeschlossenen Sensors entsprechenden Einstellungsparameter
vorgesehen.at
a preferred embodiment of the device according to the invention
is an automation routine for adjustment in the sensor unit
the determined type of the connected sensor corresponding adjustment parameters
intended.
Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht eine Parametrierungseinheit vor, die Daten zumindest zur Einstellung
der Einstellungsparameter und/oder Daten zur Einstellung der Konditionierung
des einheitlich konditionierten Ausgangssignals an die Sensoreinheit übermittelt.at
a further preferred embodiment of the device according to the invention
provides a parameterization unit, the data at least for setting
the adjustment parameter and / or data for setting the conditioning
the uniformly conditioned output signal is transmitted to the sensor unit.
Bei
einer weiteren bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird davon ausgegangen, dass als einheitlich konditioniertes Ausgangssignal
ein pulsweitenmoduliertes Signal vorgesehen ist.at
a further preferred embodiment
the device according to the invention
It is assumed that as a uniform conditioned output signal
a pulse width modulated signal is provided.
Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Vorrichtung nach der Erfindung sehen vor, dass als einheitlich
konditioniertes Ausgangssignal ein frequenzmoduliertes Signal vorgesehen
ist.Further
preferred embodiments
The device according to the invention provide that as a unitary
conditioned output signal provided a frequency modulated signal
is.
Eine
ergänzende
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erlaubt, dass als einheitlich konditioniertes Ausgangssignal ein
pulsphasenmoduliertes Signal vorgesehen ist.A
supplementary
embodiment
the device according to the invention
allows that as a uniform conditioned output signal
Pulsphasenmoduliertes signal is provided.
Weitere
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
berücksichtigen,
dass die Sensoren als Heißleiter,
Kaltleiter, Halbleiter-Temperatursensor,
Thermoelement, Pyroelektrischer Temperatursensor, Curie-Effekt-Temperatursensor
und/oder faseroptische Temperatursensor zur Ermittlung einer Temperatur
als elektrische Messgröße der Prozessgröße ausgestaltet
sind.Further
preferred embodiment
the device according to the invention
consider,
that the sensors act as a thermistor,
PTC thermistor, semiconductor temperature sensor,
Thermocouple, pyroelectric temperature sensor, Curie effect temperature sensor
and / or fiber optic temperature sensor for determining a temperature
designed as an electrical parameter of the process variable
are.
In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind Sensoren, die nach einem kapazitiven, piezoresistiven, optischen
oder faseroptischen Wirkprinzip die Prozessgröße Druck in eine proportionale
elektrische Messgröße umwandeln,
zur Ermittlung eines Druckes als elektrische Messgröße der Prozessgröße vorgesehen.In
another preferred embodiment
the device according to the invention
are sensors that look for a capacitive, piezoresistive, optical
or fiber-optic mode of action, the process variable pressure into a proportional
convert electrical quantity,
provided for determining a pressure as an electrical parameter of the process variable.
Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht dazu vor, dass Sensoren, die nach einem kapazitivem, konduktivem,
piezoelektrischen Messprinzip oder Laufzeit-Messprinzip arbeiten,
zur Ermittlung eines Füllstand
oder eines Grenzstands in einem Behälter als elektrische Messgröße der Prozessgröße vorgesehen
sind.A
Embodiment of the device according to the invention
provides that sensors that are designed to be capacitive, conductive,
piezoelectric measuring principle or transit time measuring principle work,
for determining a level
or a limit level in a container provided as an electrical measurement of the process variable
are.
Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschäftigt
sich mit dem Fall, dass Sensoren, die nach einem magnetisch-induktivem
Messprinzip, Coriolis-, Wirbelstromzähl- oder Laufzeit-Messprinzip
oder Venturi-, Blenden-, oder Staudrucksondenprinzip arbeiten, zur
Ermittlung eines Durchflusses als elektrische Messgröße der Prozessgröße vorgesehen
sind.A
Embodiment of the device according to the invention
employed
itself with the case that sensors, after a magneto-inductive
Measuring principle, Coriolis, eddy current counting or transit time measuring principle
or venturi, iris, or pitot tube principle work to
Determining a flow as an electrical parameter of the process variable provided
are.
Die
vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen
erfindungsgemäß zu verwendenden
Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form,
Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen
besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet
bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The
aforementioned and claimed and described in the embodiments
to be used according to the invention
Components are subject in size, shape,
Design, material selection and technical conceptions none
special exceptions, so that in the field of application
known selection criteria can apply without restriction.
Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen,
in der bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind. In den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind zur besseren Übersicht
und zur Vereinfachung die Bauteile oder die Bauteilgruppen, die
sich in ihrem Aufbau und/oder in ihrer Funktion entsprechen, mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Es zeigt:Further
Details, features and advantages of the subject matter of the invention
result from the following description of the accompanying drawings,
in the preferred embodiments
the invention are shown. Embodiments illustrated in the figures
The invention is for a better overview
and for simplicity, the components or component groups that
conform to their structure and / or function, with the same
Provided with reference numerals. It shows:
1:
ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, 1 A first exemplary embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit,
1a:
ein weiteres erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung für OEM-Produkte, 1a FIG. 1 shows a further first exemplary embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit for OEM products, FIG.
2:
ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, 2 FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit, FIG.
3:
ein drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, 3 A third embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit,
4:
ein viertes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, 4 A fourth exemplary embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit,
5:
ein fünftes
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, 5 FIG. 1 shows a fifth exemplary embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit, FIG.
6:
ein sechstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, 6 FIG. 2: a sixth exemplary embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit, FIG.
7:
ein siebtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, 7 A seventh embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit,
8:
ein achtes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung, 8th 8 shows an eighth embodiment of a device according to the invention with a modular transducer circuit,
9:
ein erstes Applikationsbeispiel des fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem verteilten Prozessmesssystem, und 9 a first application example of the fifth embodiment of the device according to the invention in a distributed process measuring system, and
10:
ein zweites Applikationsbeispiel des fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einem verteilten Prozessmesssystem. 10 A second application example of the fifth exemplary embodiment of the device according to the invention in a distributed process measuring system.
Die
Erfindung ist, eine Messwandlerschaltung 3 mit Komponenten,
wie z.B. einer vereinheitlichten Sensoreinheit 4, eine
Regel-/Auswerteeinheit 11, einer Energieversorgungseinheit
und einer Kommunikationsschnittstelle 22 entsprechend vorkonfektioniert
auszustatten und je nach Messperformance bzw. gewünschter
Messgenauigkeit des Messwerts MW der Prozessgröße P zumindest eine erste Art 5a, eine
zweite Art 5b und/oder eine dritte Art 5c der
anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 modular
einzusetzen. Die erfindungsgemäße modular
aufgebaute Messwandlerschaltung 3 ist beispielsweise, wie
in 1 gezeigt, in einem Messumformer 23 integriert.
Andererseits ist es möglich,
dass die Messwandlerschaltung 3 mit dem Sensor 2 direkt, ohne
Integration in einem Messumformer 23, in einem Gerät oder einer
Anlage eingebaut ist. Diese erfindungsgemäße Messwandlerschaltung 3 wandelt die
elektrische Messgrößen M von
angeschlossenen Sensoren 2 in einen durch ein proportionales,
analoges oder digitales Messsignal abbildenden Messwert MW um. Ein
Sensor 2 bzw. Messfühler
ist ein technisches Element, welches bestimmte physikalische oder
chemische Prozessgrößen, wie
z. B. den Füllstand,
Durchfluss, Druck, den pH-Wert, die Temperatur, die Feuchtigkeit,
die Leitfähigkeit
als elektrische Messgröße M quantitativ
ermittelt. Diese Prozessgrößen P werden
mittels physikalischer oder chemischer Effekte von den Sensoren 2 erfasst
und in eine proportionale, weiterverarbeitbare, elektrische Messgröße M umgeformt.
Die Signalverarbeitungseinheit 5 beinhaltet beispielsweise
auch eine Signalaufbereitungseinheit, die das ermittelte Messsignal
entsprechend linearisiert, verstärkt,
skaliert und/oder kalibriert.The invention is a transducer circuit 3 with components, such as a unified sensor unit 4 , a control / evaluation unit 11 , a power supply unit and a communication interface 22 equipped in accordance with prefabricated and depending on the performance or desired accuracy of the measured value MW of the process variable P at least a first kind 5a , a second kind 5b and / or a third kind 5c the application specific signal processing unit 5 modular use. The inventive modular transducer circuit 3 is, for example, as in 1 shown in a transmitter 23 integrated. On the other hand, it is possible that the transducer circuit 3 with the sensor 2 directly, without integration in a transmitter 23 , is installed in a device or system. This transducer circuit according to the invention 3 converts the electrical variables M of connected sensors 2 in a measured by a proportional, analog or digital measurement signal measured value MW. A sensor 2 or sensor is a technical element which certain physical or chemical process variables, such. B. the level, flow, pressure, the pH, the temperature, the humidity, the conductivity as the electrical quantity M quantitatively determined. These process variables P are generated by physical or chemical effects of the sensors 2 recorded and converted into a proportional, weiterverarbeitbare, electrical parameter M. The signal processing unit 5 For example, it also includes a signal conditioning unit that linearizes, amplifies, scales and / or calibrates the determined measurement signal.
In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit
einem Messumformer 23 und einem Sensor 2 aufgezeigt. Die
Vorrichtung 1 wird allgemein auch als Feldgerät oder Sensorsystem
bezeichnet. In dem Messumformer 23 ist eine modular aufgebaute
Messwandlerschaltung 3 vorgesehen, die zumindest aus einer
einheitlichen Sensoreinheit 4 und einer ersten Art 5a der anwendungsspezifischen
Signalverarbeitungseinheit 5 aufgebaut ist. Die erste Art 5a der
anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 ist
für Anwendungen
mit einer niedrigen Anforderung an die Messgenauigkeit der mit der
Vorrichtung 1 ermittelten Messwerte MW der Prozessgröße P vorgesehen. Unter
dem Begriff der Messgenauigkeit ist in der Messtechnik der Grad
der Übereinstimmung
zwischen dem ermittelten Messwert MW und dem absoluten Istwert des
Messwert MW zu verstehen. Gegebenenfalls ist, wie in 1 dargestellt,
eine Regel-/Auswerteeinheit 11 und eine Kommunikationsschnittstelle 22 in
dem Messumformer 23 integriert. An dem Messumformer 23 ist
zumindest ein Sensor 2 angeschlossen, der eine Prozessgröße P in
einem Prozess ermittelt. Die Prozessgrößen P in einem Prozess sind
hier beispielsweise prozessabhängige, physikalische
Größen, wie
z.B. den Druck, den Füllstand,
den Durchfluss, die Temperatur, und mediumsabhängige, physikalische Größen, wie
z.B. die Dichte, die Leitfähigkeit
des Mediums. Diese vom Sensor 2 erfasste Prozessgröße P wird
von der Sensoreinheit 4 erfasst und anhand der durch die
vorliegenden Einstellungsparametern X eingestellten Sensoreinheit 4 in
eine elektrische Messgröße M umgesetzt.
In den Einstellungsparametern X wird der Sensoreinheit 4 vorgegeben,
wie die Prozessgröße P des Sensors 2 zu
erfassen und in ein der elektrischen Messgröße M entsprechendes moduliertes
Ausgangssignal AS umzusetzen ist. Die Sensoreinheit 4 ist
so ausgebildet, dass jede elektrische Messgröße M als ein entsprechendes
konditioniertes moduliertes Ausgangssignal AS an die anwendungsspezifische Auswerteeinheit 5 übermittelt
wird. Die Sensoreinheit 4 ist über die Einstellungsparameter
X so eingestellt, dass je nach Höhe
der ermittelten elektrischen Messgröße M ein proportionales, moduliertes
Ausgangssignal AS über
eine leitungsgebundene Verbindung 14 übermittelt wird. Als konditioniertes,
moduliertes Ausgangssignal AS kann beispielsweise ein pulsweitenmoduliertes,
frequenzmoduliertes, pulsphasenmoduliertes Strom-Spannungs-, optisches- oder elektromagnetisches
Signal eingesetzt werden. Die in 1 dargestellte
erste Art 5a der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 ist
beispielsweise im einfachsten Fall als ein Tiefpass 6 ausgestaltet, der
aus dem übermittelten
modulierten Ausgangssignals AS, z.B. einem pulsweitenmodulieten
Signal, einen entsprechenden, gemittelten, gleichförmigen Strom-
oder Spannungswert erzeugt. Dieser Tiefpass 6 ist als ein
Modul ausgestaltet, das sich über
einen Steckplatz 12 in der Messwandlerschaltung 3 integrieren
lässt.In 1 is a first embodiment of a device according to the invention 1 with a transmitter 23 and a sensor 2 demonstrated. The device 1 is also commonly referred to as a field device or sensor system. In the transmitter 23 is a modular transducer circuit 3 provided, at least from a single sensor unit 4 and a first kind 5a the application specific signal processing unit 5 is constructed. The first kind 5a the application specific signal processing unit 5 is for applications with a low demand on the accuracy of the device 1 determined measured values MW of the process variable P provided. The term "measurement accuracy" in the measurement technology means the degree of correspondence between the measured value MW determined and the absolute actual value of the measured value MW. If necessary, as in 1 represented, a control / evaluation unit 11 and a communication interface 22 in the transmitter 23 integrated. At the transmitter 23 is at least one sensor 2 connected, which determines a process variable P in a process. The process variables P in a process here are, for example, process-dependent, physical variables, such as the pressure, the level, the flow, the temperature, and medium-dependent, physical variables, such as the density, the conductivity of the medium. This from the sensor 2 detected process variable P is from the sensor unit 4 detected and based on the set by the present adjustment parameters X sensor unit 4 converted into an electrical parameter M. In the setting parameters X, the sensor unit 4 given as the process variable P of the sensor 2 to detect and in a the electrical parameter M corresponding modulated output signal AS is to be implemented. The sensor unit 4 is designed so that each electrical quantity M as a corresponding conditioned modulated output signal AS to the application-specific evaluation unit 5 is transmitted. The sensor unit 4 is set via the adjustment parameter X so that, depending on the height of the determined electrical parameter M, a proportional, modulated output signal AS via a line-connected connection 14 is transmitted. As a conditioned, modulated output signal AS, for example, a pulse width modulated, frequency modulated, pulse phase modulated current-voltage, optical or electromagnetic signal can be used. In the 1 illustrated first type 5a the application specific signal processing unit 5 is, for example, in the simplest case as a low pass 6 configured, which generates from the transmitted modulated output signal AS, eg a pulse width modulated signal, a corresponding, averaged, uniform current or voltage value. This low pass 6 is designed as a module that extends over a slot 12 in the transducer circuit 3 integrate.
Ein
Signalumsetzter 9 wandelt das von dem Tiefpass 6 geglättete, gemittelte
Ausgangssignal AS in ein entsprechendes analoges Stromsignal AI
oder ein analoges Spannungssignal AU um und/oder passt die Größenzuordnung
des geglätteten,
gemittelten Ausgangssignals AS dem analogen Stromsignal AI bzw.
Spannungssignal AU an. Dieser Signalumsetzer 9 ist beispielsweise
in der Regel-/Auswerteeinheit 11 integriert,
jedoch lässt
sich dieser Signalumsetzer 9 auch in dem Modul der anwendungsspezifischen
Signalverarbeitungseinheit 5 der ersten Art 5a integrieren.A signal converter 9 convert that from the lowpass 6 smoothed, averaged output signal AS into a corresponding analog current signal AI or an analog voltage signal AU and / or adjusts the size allocation of the smoothed, averaged output signal AS to the analog current signal AI or voltage signal AU. This signal converter 9 is for example in the control / evaluation unit 11 integrated, however, this signal converter can be 9 also in the module of the application-specific signal processing unit 5 the first kind 5a integrate.
Die
analogen Stromsignale AI bzw. Spannungssignale AU werden dann entweder
direkt an weitere Elektronikeinheiten in Geräten wie z.B. im OEM-Bereich
(Original Equipment Manufacturer) oder über eine Kommunikationsschnittstelle 22 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1,
an weitere Feldgeräte
oder eine Leitstelle 30 weitergeleitet. Unter dem Begriff
des OEM-Produzenten versteht man einen Hersteller, der selbst produzierte
Teilprodukte und/oder Produkte für
Geräte-
oder Anlagenbauer herstellt.The analog current signals AI or voltage signals AU are then either directly to other electronic units in devices such as in the OEM area (Original Equipment Manufacturer) or via a communication interface 22 the device according to the invention 1 , to other field devices or a control center 30 forwarded. The term OEM manufacturer is understood to mean a manufacturer who produces self-produced partial products and / or products for device or plant builders.
In 1a ist
ein weiteres erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit
einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung 3 und einem
Sensor 2 aufgezeigt. Diese Ausgestaltung der Vorrichtung 1 ist
so aufgebaut, dass die Messwandlerschaltung 3 entgegen
der Messwandlerschaltung 3 aus 1 keine
Regel-/Auswerteinheit 11 und Kommunikationsschnittstelle 22 umfasst. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Vorrichtung 1 direkt in ein übergeordnetes Messsystem oder
Gerät z.B.
im OEM-Bereich integriert, und der Messwert MW wird durch den Signalumsetzer 9 als
skaliertes, analoges Stromsignal AI oder analoges Spannungssignal
AU ausgegeben.In 1a is another first embodiment of a device according to the invention 1 with a modular transducer circuit 3 and a sensor 2 demonstrated. This embodiment of the device 1 is constructed so that the transducer circuit 3 against the transducer circuit 3 out 1 no control / evaluation unit 11 and communication interface 22 includes. In this embodiment, the device 1 integrated directly into a higher-level measuring system or device, eg in the OEM area, and the measured value MW is determined by the signal converter 9 output as scaled, analog current signal AI or analog voltage signal AU.
In 2 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit
einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung 3 und einem
Sensor 2 aufgezeigt. Die modular aufgebaute Messwandlerschaltung 3 ist
zumindest aus einer einheitlichen Sensoreinheit 4 und einer
zweiten Art 5b der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 für eine Anwendung
mit einer mittleren Anforderung an die Messgenauigkeit aufgebaut.
Diese zweite Art 5b der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 ist
beispielsweise als eine Zählerschaltung 7 ausgebildet,
die das konditionierte Ausgangssignal AS entsprechend abtastet.
Die Zählerschaltung 7 ist
beispielsweise als ein Mikrokontroller zur Signalverarbeitung ausgestaltet.
Die Zählerschaltung 7 tastet
das modulierte Ausgangssignal AS mittels Abtastimpulsen ab und ermittelt
daraus einen der elektrische Messgröße M und der Prozessgröße P entsprechenden
Wert. Zur Synchronisation der Erzeugung des entsprechend modulierten
Ausgangssignal AS in der Sensoreinheit 4, die als Signalkonditionierer
ausgebildet ist, und zur Auswertung dieser entsprechend modulierten
Ausgangssignale ist ein gleicher Takt vorgesehen. Hierzu ist beispielsweise
in der Signalverarbeitungseinheit 5 ein Taktgeber 10 integriert,
der über
eine Taktleitung 13 die Sensoreinheit 4 und die
Signalverarbeitungseinheit 5 mit dem gleichen Taktsignal
versorgt. Der aus dem abgetasteten Ausgangssignal AS ermittelte,
digitalisierte Wert wird an eine Regel-/Auswerteeinheit 11 weitergegeben,
die daraus mittels weiterer Signalverarbeitung und Auswertungsalgorithmen
einen Messwert MW generiert. Dieser Messwert MW der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird über eine
Kommunikationsschnittstelle 22 beispielsweise als Digitalsignal
DS auf dem Feldbus 33 oder als analoges Kommunikationssignal
nach dem zwischen 4 mA und 20 mA liegenden Stromschleifen-Standard
auf einer Zweidrahtleitung 33 an weitere Elektronikeinheiten,
Feldgeräte
oder eine Leitstelle 30 gesandt.In 2 is a second embodiment of a device according to the invention 1 with a modular transducer circuit 3 and a sensor 2 demonstrated. The modular transducer circuit 3 is at least a single sensor unit 4 and a second kind 5b the application specific signal processing unit 5 designed for an application with a medium requirement for measurement accuracy. This second kind 5b the application specific signal processing unit 5 is for example as a counter circuit 7 trained, which scans the conditioned output signal AS accordingly. The counter circuit 7 is configured for example as a microcontroller for signal processing. The counter circuit 7 samples the modulated output signal AS by means of sampling pulses and determines therefrom a value corresponding to the electrical measured variable M and the process variable P. For synchronization of the generation of the correspondingly modulated output signal AS in the sensor unit 4 , which is designed as a signal conditioner, and for the evaluation of these correspondingly modulated output signals, a same clock is provided. For this purpose, for example, in the signal processing unit 5 a clock 10 integrated, via a clock line 13 the sensor unit 4 and the signal processing unit 5 supplied with the same clock signal. The digitized value determined from the sampled output signal AS is sent to a control / evaluation unit 11 passed, which generates a measured value MW from it by means of further signal processing and evaluation algorithms. This measured value MW of the device according to the invention 1 is via a communication interface 22 for example, as a digital signal DS on the fieldbus 33 or as analogue communication signal after the current loop standard lying between 4 mA and 20 mA on a two-wire line 33 to other electronic units, field devices or a control center 30 sent.
In 3 ist
ein drittes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit
einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung 3 und einem
Sensor 2 aufgezeigt. Die modular aufgebaute Messwandlerschaltung 3 ist
zumindest aus einer einheitlichen Sensoreinheit 4 und einer
dritten Art 5c der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 für eine Anwendung
mit einer hohen Anforderung an die Messgenauigkeit aufgebaut. Hierzu
wurde in den Steckplatz 12 eine Analog-Digital-Wandlerschaltung 8 eingesetzt,
die es ermöglicht
schnell und hochgenau, aus einer in dem einheitlich, modulierten Ausgangssignal
AS umgesetzten elektrischen Messgröße M einen exakten Messwert
MW der Prozessgröße P zu
ermitteln. Es gibt eine Vielzahl von Analog-Digital-Wandlerschaltungen 8,
die alle in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 als
eine dritten Art 5c der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 in
der modular aufgebauten Messwandlerschaltung 3 eingesetzt
werden können.
Eine in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verwendbare A/D Wandlerschaltung ist beispielsweise in EP 0 237 583 B1 beschrieben.In 3 is a third embodiment of a device according to the invention 1 with a modular transducer circuit 3 and a sensor 2 demonstrated. The modular transducer circuit 3 is at least a single sensor unit 4 and a third kind 5c the application specific signal processing unit 5 designed for an application with a high requirement for measurement accuracy. This was in the slot 12 an analog-to-digital converter circuit 8th used, which allows fast and highly accurate, from a converted in the uniform, modulated output signal AS electrical parameter M to determine an exact measurement MW of the process variable P. There are a variety of analog-to-digital converter circuits 8th all in the device according to the invention 1 as a third kind 5c the application specific signal processing unit 5 in the modular transducer circuit 3 can be used. An A / D converter circuit which can be used in the device according to the invention is, for example, in EP 0 237 583 B1 described.
In
der Prozessmesstechnik ist z.T. eine galvanische Trennung vorgeschrieben,
da der Prozessraum oder die mit dem Prozess in Berührung stehenden
Elemente aufgrund der Anforderungen des Explosionsschutzes auf Erdpotential
gelegt werden müssen.
Die Bezugsmassen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1 bzw.
der Feldgeräte
weichen jedoch meist von dem Erdpotential ab. Die Differenz der
beiden Potentiale resultiert in einer Spannung, die zwischen den
geerdeten Prozesselementen und der Vorrichtung 1 anliegt,
wodurch ein Strom verursacht wird. Dieser Strom hat den Nachteil,
dass die Leitungen der Bezugsmasse durch den Stromfluss zusätzlich beansprucht
werden. Dies kann dazu führen,
dass Energie gespeichert wird, so dass die Zündschutzart „Eigensicherheit" des Feldgerätes bzw.
der Vorrichtung 1 nicht mehr gewährleistet ist. In der 4 und
der 5 sind hierzu zwei Beispiele zur galvanischen
Trennung der Kommunikationsverbindung zwischen der Sensoreinheit 4 und
der Signalverarbeitungseinheit 5 aufgezeigt.In process measuring technology, galvanic isolation is sometimes required because the process space or the elements in contact with the process must be grounded due to the requirements of explosion protection. The reference masses of the devices according to the invention 1 However, the field devices usually deviate from the ground potential. The difference in the two potentials results in a voltage between the grounded process elements and the device 1 is applied, causing a current. This current has the disadvantage that the lines of the reference ground are additionally stressed by the current flow. This can lead to energy being stored, so that the type of protection "intrinsic safety" of the field device or device 1 is no longer guaranteed. In the 4 and the 5 For this purpose, two examples for electrical isolation of the communication connection between the sensor unit 4 and the signal processing unit 5 demonstrated.
In 4 ist
viertes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit
einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung 3 aufgezeigt,
bei dem die Kommunikation der elektrische Messgröße M und der Daten D zwischen
der Sensoreinheit 4 und der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 über eine
drahtlose Verbindung 15 erfolgt. Als anwendungsspezifische
Signalverarbeitungseinheit 5 ist in den Ausführungsbeispielen
der 4 und 5 eine spezielle Analog-Digital-Wandlerschaltung 8 angegeben,
die eine schnelle und hochgenaue Ermittlung des Messwerts aus der Prozessgröße ermöglicht.
Der Aufbau und die Funktionsweise dieser speziellen Analog-Digital-Wandlerschaltung 8 ist
beispielsweise der EP
0 237 583 B1 zu entnehmen und wird hier nicht weiter ausführlich diskutiert.
Diese drahtlose Verbindung 15 ist vor allen Dingen, dann
von Vorteil, falls die Energieversorgung und die Kommunikation zwischen
Sensoreinheit 4 und Signalverarbeitungseinheit 5 mittels
einer RFID-Transpondertechnik erfolgt. Dabei fungiert die Sensoreinheit 4 mit
dem Sensor 2 als Transponder, der von der Signalverarbeitungseinheit 5 als
ein Lesegerät
ausgelesen werden kann. Die Datenübertragung zwischen dem Transponder
und Lesegerät
findet im Normalfall mittels elektromagnetischer Wellen statt. Bei
niedrigen Frequenzen wird dies durch eine induktive Nahfeldkopplung
und bei höheren
Frequenzen durch ein elektromagnetisches Fernfeldkopplung erreicht.
In der Sensoreinheit 4 und der Signalverarbeitungseinheit 5 sind
als drahtlose Kommunikationselemente ein Sende-/Empfangseinheit 17 und
ein Sendelement 18, z.B. als Antenne oder Spule, integriert.
Dieses Ausführungsbeispiel
ist besonders bei Sensoren 2 interessant, die selbst kaum
oder wenig Energie verbrauchen. Außerdem ist in aktiven RFID-Transpondern meist
ein kleiner aufladbarer Energiespeicher integriert. Die Synchronisation
der Taktung in der Sensoreinheit 4 und der Signalverarbeitungseinheit 5 erfolgt
in dieser Ausführungsform
der Erfindung dadurch, dass zu Beginn des Abrufs der elektrischen
Messgröße M von
der Sensoreinheit 4 durch die Signalverarbeitungseinheit 5 benötigte Energie,
z.B. eventuell zum Aufladen der Energiespeichereinheit, und das
Taktsignal an die Sensoreinheit 4 übertragen wird. In diesem Fall
können
mehrere Sensoren 2 an einer Signalverarbeitungseinheit 5 betrieben
werden. Zur Unterscheidung der verschieden Sensoren 2 muss
hierzu eine Kennung, z.B. in den Einstellungsparametern X der Sensoreinheit 4,
hinterlegt werden. Die Einspeisung der Daten D, z.B. der Einstellungsparameter
X in die Sensoreinheit 4 und/oder zur Einstellung der Konditionierung
des einheitlich konditionierten Ausgangssignals AS, erfolgt über eine
Parametrisierungseinheit 19 die beispielsweise der Regel-/Auswerteinheit 11 zugeordnet
ist. Wenn die Parametrisierungseinheit 19 Daten D an die
Sensoreinheit 4 übermittel
möchte,
signalisiert die Parametrisierungseinheit 19 die Sendebereitschaft
an die Sensoreinheit 4 indem ein Signalisierungssignal
mittels der Sendeempfangseinheiten 17 und der Sendeelemente 18 über die
drahtlose Verbindung 15 an die Sensoreinheit 4 übermittelt
wird. Nach dem Signalisierungssignal schaltet die Sensoreinheit 4 in
einen Empfangsmodus um, indem die Einstellungsparameter X von der
Parametrisierungseinheit 19 übertragen werden und die Übertragung der
elektrischen Messgröße M als
konditioniertes Ausgangssignal AS für die Zeit der Übertragung
angehalten wird.In 4 is fourth embodiment of a device according to the invention 1 with a modular transducer circuit 3 shown in which the communication of the electrical quantity M and the data D between the sensor unit 4 and the application specific signal processing unit 5 over a wireless connection 15 he follows. As an application-specific signal processing unit 5 is in the embodiments of 4 and 5 a special analog-to-digital converter circuit 8th specified, which allows a fast and highly accurate determination of the measured value from the process variable. The structure and operation of this special analog-to-digital converter circuit 8th is for example the EP 0 237 583 B1 and will not be discussed further here. This wireless connection 15 First of all, it is advantageous if the power supply and the communication between the sensor unit 4 and signal processing unit 5 by means of an RFID transponder technology. The sensor unit acts here 4 with the sensor 2 as transponder, by the signal processing unit 5 can be read as a reader. The data transmission between the transponder and reading device normally takes place by means of electromagnetic waves. At low frequencies, this is achieved by near-field inductive coupling and at higher frequencies by far-field electromagnetic coupling. In the sensor unit 4 and the signal processing unit 5 are as wireless communication elements a transmitting / receiving unit 17 and a transmitting element 18 , eg as antenna or coil, inte grated. This embodiment is particularly in sensors 2 interesting, which consume little or no energy themselves. In addition, a small rechargeable energy storage is usually integrated in active RFID transponders. The synchronization of the timing in the sensor unit 4 and the signal processing unit 5 takes place in this embodiment of the invention in that at the beginning of the retrieval of the electrical parameter M of the sensor unit 4 through the signal processing unit 5 required energy, eg possibly for charging the energy storage unit, and the clock signal to the sensor unit 4 is transmitted. In this case, multiple sensors 2 at a signal processing unit 5 operate. To distinguish the different sensors 2 this requires an identifier, eg in the setting parameters X of the sensor unit 4 to be deposited. The feeding of the data D, for example, the adjustment parameter X in the sensor unit 4 and / or to adjust the conditioning of the uniformly conditioned output signal AS, via a parameterization unit 19 for example, the control / evaluation unit 11 assigned. If the parameterization unit 19 Data D to the sensor unit 4 wants to transmit, the parameterization unit signals 19 the ready to send to the sensor unit 4 by a signaling signal by means of the transceiver units 17 and the transmitting elements 18 over the wireless connection 15 to the sensor unit 4 is transmitted. After the signaling signal, the sensor unit switches 4 in a receive mode by setting parameters X from the parameterization unit 19 are transmitted and the transmission of the electrical parameter M is stopped as a conditioned output signal AS for the time of transmission.
In 5 ist
ein weiteres, fünftes
Ausführungsbeispiel
zur galvanischen Trennung zwischen der Sensoreinheit 4 und
der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 dargestellt.
Als Übertragungsmedium
zwischen der Sensoreinheit 4 und der anwendungsspezifischen
Signalverarbeitungseinheit 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel ein
Lichtwellenleiter 24 eingesetzt. Über diesen Lichtwellenleiter 24 wird
die Sensoreinheit 4, falls erforderlich, mit der benötigten Energie
E versorgt, sowie gleichzeitig die Daten D und das konditionierte
Ausgangssignal AS zwischen der Sensoreinheit 4 und der
anwendungsspezifischen Auswerteeinheit 5 bidirektional übertragen.
Als Lichtwellenleiter 24 werden die bekannten Arten, wie
beispielsweise Multimode oder Monomode Glasfasern, verwendet. In
der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 ist
zur Ein- und Auskopplung
der optischen Signale in den Lichtwellenleiter 24 eine
erste optische Sender-/Empfängereinheit 25 und
in der Sensoreinheit 4 eine zweite optische Sender-/Empfängereinheit 26 vorgesehen.
Die zweite optische Sender-/Empfängereinheit 26 besteht
zumindest aus beispielsweise einem Photovoltaikelement 28,
zur Umwandlung des von der anwendungsspezifischen Auswerteeinheit 5 übermittelten
optischen Energiesignals E in eine elektrische Leistung, und einem
Leuchtelement 27, zur Erzeugung der Messgröße M als
optisches konditioniertes Ausgangssignal AS. Als Photovoltaikelement 28 können beispielsweise
konzentrierte Solarzellen oder mehrschichtige Solarzellen verwendet werden.
Zusätzlich
zum Photovoltaikelement 28 kann als Empfängerelement
in der Sensoreinheit 4 ein photoempfindliches Element 29 integriert
sein, das die von der anwendungsspezifischen Auswerteeinheit 5 übermittelten
Daten D empfängt.
Dieses zusätzliche
photoempfindliche Element 29 ist in den Figuren nicht explizit
gezeigt und kann auch eingespart werden, falls sich das Datensignal
D von dem Energiesignal E mittels dem Photovoltaikelement 28 signaltechnisch
unterscheiden und trennen lässt.
Das Photovoltaikelement 28 wandelt in diesem Falle das Energiesignal
E in eine entsprechende elektrische Energie um, gleichzeitig empfängt das
Photovoltaikelement 28 das optische Datensignal D und wandelt dieses
in ein elektrisches Datensignal D um. Am anderen Ende des Lichtwellenleiters 24 in
der Messwandlerschaltung 3 ist eine erste optische Sender-/Empfängereinheit 25 bestehend
aus zumindest einen Leuchtelement 27 und einem photoempfindlichen
Element 29 vorgesehen. Als Leuchtelement 27 wird
beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode und als photoempfindliches Element 29 wird
beispielsweise eine Photodiode oder ein Phototransistor eingesetzt.
Zur signaltechnischen Trennung des Energiesignals E, des Datensignals
D und des konditionierten Ausgangssignals AS voneinander, werden
die einzelnen Signale in unterschiedlichen Strahlungsspektren übertragen.
Durch optische Filter vor den Empfängern lassen sich die entsprechenden
Spektralanteile im übertragenen
Lichtsignal herausfiltern und somit können die einzelnen Signale,
wie z.B. Datensignal D, Energiesignal E und konditioniertes Ausgangssignal
AS, signaltechnisch getrennt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit
die Signale D, E, AS durch Modulationsarten voneinander zu trennen.
Das Energiesignal E wird beispielsweise in der ersten optische Sender-/Empfängereinheit 25 durch
eine Laserdiode, die beispielsweise ein Dauerlicht im Infrarot-Bereich
abstrahlt, erzeugt und in der zweiten optische Sender-/Empfängereinheit 26 wird
das Energiesignal E von dem Photovoltaikelement 28 in eine
elektrische Energie zurückgewandelt.
Diese gewandelte, elektrische Energie wird zur Energieversorgung
der Sensoreinheit 4 und des Sensors 2 genutzt.
Die Sensoreinheit 4 ist in diesem fünften Ausführungsbeispiel nicht in der
Messwandlerschaltung 3 und dem Messumformer 23 integriert. Hierdurch
ist es möglich
die Sensoreinheit 4 mit dem Sensor 2 an einem
weiter entfernten Ort und getrennt vom Messumformer 23 zu
installieren. Diese getrennte Ausführung der Messwandlerschaltung 3 und der
Sensoreinheit 4 ist auch auf die weiteren Ausführungsbeispiele
in den anderen Figuren übertragbar. Die
Taktsynchronisation erfolgt wie im Ausführungsbeispiel in 3 angeführt, jedoch
mittels eines optisch übertragenen
Taktsignals.In 5 is another, fifth embodiment of the galvanic isolation between the sensor unit 4 and the application specific signal processing unit 5 shown. As a transmission medium between the sensor unit 4 and the application specific signal processing unit 5 becomes in this embodiment an optical waveguide 24 used. About this fiber optic cable 24 becomes the sensor unit 4 if necessary, supplied with the required energy E, as well as simultaneously the data D and the conditioned output signal AS between the sensor unit 4 and the application-specific evaluation unit 5 transmitted bidirectionally. As optical fiber 24 For example, the known types such as multimode or monomode glass fibers are used. In the application-specific signal processing unit 5 is for coupling and decoupling the optical signals in the optical waveguide 24 a first optical transmitter / receiver unit 25 and in the sensor unit 4 a second optical transmitter / receiver unit 26 intended. The second optical transmitter / receiver unit 26 consists at least of, for example, a photovoltaic element 28 , for the conversion of the application-specific evaluation unit 5 transmitted optical energy signal E into an electric power, and a luminous element 27 , for generating the measured variable M as an optical conditioned output signal AS. As a photovoltaic element 28 For example, concentrated solar cells or multilayer solar cells can be used. In addition to the photovoltaic element 28 can as a receiver element in the sensor unit 4 a photosensitive element 29 be integrated, that of the application-specific evaluation 5 transmitted data D receives. This additional photosensitive element 29 is not explicitly shown in the figures and can also be saved if the data signal D from the energy signal E by means of the photovoltaic element 28 signal-technically distinguishable and separable. The photovoltaic element 28 converts the energy signal E into a corresponding electrical energy in this case, at the same time receives the photovoltaic element 28 the optical data signal D and converts this into an electrical data signal D. At the other end of the fiber optic cable 24 in the transducer circuit 3 is a first optical transmitter / receiver unit 25 consisting of at least one luminous element 27 and a photosensitive element 29 intended. As a lighting element 27 For example, a light emitting diode or a laser diode and as a photosensitive element 29 For example, a photodiode or a phototransistor is used. For signal-technical separation of the energy signal E, the data signal D and the conditioned output signal AS from each other, the individual signals are transmitted in different radiation spectra. By optical filters in front of the receivers, the corresponding spectral components in the transmitted light signal can be filtered out and thus the individual signals, such as data signal D, energy signal E and conditioned output signal AS, can be separated by signal technology. Furthermore, it is possible to separate the signals D, E, AS by modulation types of each other. The energy signal E is, for example, in the first optical transmitter / receiver unit 25 by a laser diode which emits, for example, a continuous light in the infrared range, generated and in the second optical transmitter / receiver unit 26 the energy signal E from the photovoltaic element 28 converted back into an electrical energy. This converted, electrical energy is used to power the sensor unit 4 and the sensor 2 used. The sensor unit 4 is not in the transducer circuit in this fifth embodiment 3 and the transmitter 23 integrated. This makes it possible the sensor unit 4 with the sensor 2 at a remote location and separate from the transmitter 23 to install. This separate version of the transducer circuit 3 and the sensor unit 4 is also transferable to the other embodiments in the other figures. The clock synchronization is carried out as in the embodiment in 3 cited, but by means of an optically transmitted clock signal.
Ein
ergänzendes
Ausführungsbeispiel
zur galvanischen Trennung zwischen der Sensoreinheit 4 und
der anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 ist
in 6 aufgezeigt, bei dem die Kommunikation der elektrischen
Messgröße M und der
Daten D über
eine leitungsgebundene Verbindung 14 mit Trennelementen 16 zur
galvanischen Trennung erfolgt. Ausführungsbeispiele für solche galvanischen
Trennelemente 16 sind Optokoppler, Übertrager oder Kopplerstrukturen
zur elektromagnetischen oder kapazitiven Kopplung eines hochfrequenten Übertragungssignals.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist der Taktgeber 10 fest im Aufbau der Messwandlerschaltung 3 und/oder
des Messumformers 23 integriert.A supplementary embodiment for galvanic isolation between the sensor unit 4 and the application specific signal processing unit 5 is in 6 shown in which the communication of the electrical quantity M and the data D via a wired connection 14 with dividers 16 for galvanic separation takes place. Exemplary embodiments of such galvanic separating elements 16 are optocouplers, transformers or coupler structures for the electromagnetic or capacitive coupling of a high-frequency transmission signal. In this embodiment, the clock is 10 fixed in the structure of the transducer circuit 3 and / or the transmitter 23 integrated.
In 7 ist
ein siebtes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit
einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung 3 und einem
Sensor 2 aufgezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Signalverarbeitungseinheit 5 der
ersten Art 5a mit einer niedrigen Anforderung an die Messgenauigkeit
fest in der Messwandlerschaltung 3 und/oder im Messumformer 23 integriert.
Wird hingegen eine höhere
Anforderung an Messgenauigkeit mit der Messwert MW der Prozessgröße P ermittelt wird
erforderlich, so kann in den Steckplatz eine Signalverarbeitungseinheit 5 mit
einer höheren
Messgenauigkeit eingesetzt werden. Wird in den Steckplatz 12 eine
weitere Signalverarbeitungseinheit 5, z.B. der dritten
Art 5c mit einer Analog-Digital-Wandlerschaltung 8,
eingesetzt, so schaltet ein Schaltelement 20 die Verbindungsleitung 14 auf
die Signalverarbeitungseinheit 5 in dem Steckplatz 12 um.
Das Schaltelement 20 ist dem Steckplatz 12 zugeordnet und
wird durch das Einfügen
einer Signalverarbeitungseinheit 5 der zweiten Art 5b oder
der dritten Art 5c in den Steckplatz ausgelöst. In der
Standardausführung
ist somit keine Signalverarbeitungseinheit 5 in dem Steckplatz 12 integriert.
Wird jedoch eine höhere
Messperformance benötigt,
kann der entsprechende Nachrüstsatz
als Signalverarbeitungseinheit 5 der zweiten Art 5b oder
der dritten Art 5c in den Steckplatz 12 eingesetzt
werden.In 7 is a seventh embodiment of a device according to the invention 1 with a modular transducer circuit 3 and a sensor 2 demonstrated. In this embodiment, a signal processing unit 5 the first kind 5a with a low requirement on the measurement accuracy fixed in the transducer circuit 3 and / or in the transmitter 23 integrated. If, on the other hand, a higher requirement for measuring accuracy with the measured value MW of the process variable P is determined, then a signal processing unit can be inserted in the slot 5 be used with a higher accuracy. Will be in the slot 12 another signal processing unit 5 , eg of the third kind 5c with an analog-to-digital converter circuit 8th , used, so switches a switching element 20 the connection line 14 to the signal processing unit 5 in the slot 12 around. The switching element 20 is the slot 12 and is assigned by inserting a signal processing unit 5 the second kind 5b or the third kind 5c triggered in the slot. In the standard version is thus no signal processing unit 5 in the slot 12 integrated. However, if a higher measurement performance is required, the corresponding retrofit kit can be used as a signal processing unit 5 the second kind 5b or the third kind 5c in the slot 12 be used.
In 8 ist
ein achtes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit
einer modular aufgebauten Messwandlerschaltung 3 und einem
Sensor 2 aufgezeigt. Zusätzlich zu der fest in der Messwandlerschaltung 3 und/oder
fest im Messumformer 23 integrierten ersten Art 5a einer
Signalverarbeitungseinheit 5 ist in dem Steckplatz 12 eine weitere
Signalverarbeitungseinheit 5 der ersten Art 5a,
der zweiten Art 5b oder der dritten Art 5c modular eingesetzt.
Die beiden Messwerte MW dieser beiden Signalverarbeitungseinheiten 5 werden
in einer Überprüfungseinheit 21,
die beispielsweise in der Auswerteeinheit 11 vorgesehen
ist, validiert und verifiziert. Die Überprüfungseinheit 21 führt hierzu
eine Plausibilitätsüberprüfung oder
Validierung der einzelnen Messwerte MW zueinander durch, indem der
in den Steckplatz 12 eingebrachten ersten Art 5a,
zweiten Art 5b oder dritten Art 5c der anwendungsspezifischen
Signalverarbeitungseinheit 5 ermittelten Messwerte MW mit
den durch die fest in der Messwandlerschaltung 3 und/oder
fest in dem Messumformer 23 integrierten ersten Art 5a der
anwendungsspezifischen Signalverarbeitungseinheit 5 ermittelten Messwerte
MW ermöglicht.
Des Weiteren ist es möglich
durch den direkten Vergleich der mittels unterschiedlichen Arten 5a, 5b, 5c der
Signalverarbeitungseinheit 5 ermittelten Messwerte MW einer
gemeinsamen Prozessgröße P den
Messfehler, und/oder Messunsicherheit der gesamten Messung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zu
verringern und somit die Verfügbarkeit
zu erhöhen.
Durch dieses Ausführungsbeispiel
ist es möglich,
die Ermittlung des Messwerte MW der Prozessgröße P mittels der fest in der
Messwandlerschaltung und/oder im Messumformer 23 integrierten
ersten Art 5a der Signalverarbeitungseinheit 5 durch
den kurzzeitigen Einsatz einer Signalverarbeitungseinheit 5 der
zweiten Art 5b oder der dritten Art 5c in den
Steckplatz 12 zu überprüfen oder
auch zu kalibrieren. Somit können kostengünstiger
Feldgeräte
bzw. Vorrichtungen 1 mit einer geringeren Anforderung an
Messgenauigkeit durch den Einsatz einer Signalverarbeitungseinheit 5 der
zweiten Art 5b oder der dritten Art 5c beispielsweise
in der Kalibrierungsphase in der Produktion kalibriert und überprüft werden.
Diese Funktionalität
der Überprüfung des
Messwerts MW der Prozessgröße P der
fest installierten Signalverarbeitungseinheit 5 ist auch
von Nutzen, wenn ein Servicetechniker die Funktionalität und Messgenauigkeit
des Feldgeräts bzw.
der Vorrichtung 1 zu überprüfen hat.
Als fest integrierte Signalverarbeitungseinheit ist genauso eine Ausführung der
zweiten Art 5b oder der dritten Art 5c einsetzbar.In 8th is an eighth embodiment of a device according to the invention 1 with a modular transducer circuit 3 and a sensor 2 demonstrated. In addition to the fixed in the transducer circuit 3 and / or fixed in the transmitter 23 integrated first kind 5a a signal processing unit 5 is in the slot 12 another signal processing unit 5 the first kind 5a , the second kind 5b or the third kind 5c used modularly. The two measured values MW of these two signal processing units 5 be in a review unit 21 , for example, in the evaluation unit 11 is provided, validated and verified. The verification unit 21 To do this, carry out a plausibility check or validation of the individual measured values MW with respect to each other by inserting into the slot 12 introduced first kind 5a , second kind 5b or third kind 5c the application specific signal processing unit 5 determined measured values MW with the fixed in the transducer circuit 3 and / or fixed in the transmitter 23 integrated first kind 5a the application specific signal processing unit 5 determined measured values MW allows. Furthermore, it is possible by direct comparison of using different types 5a . 5b . 5c the signal processing unit 5 determined measured values MW a common process variable P the measurement error, and / or measurement uncertainty of the entire measurement of the device according to the invention 1 reduce availability and thus increase availability. By this embodiment, it is possible to determine the measured value MW of the process variable P by means of the fixed in the transducer circuit and / or in the transmitter 23 integrated first kind 5a the signal processing unit 5 through the short-term use of a signal processing unit 5 the second kind 5b or the third kind 5c in the slot 12 to check or calibrate. Thus, less expensive field devices or devices 1 with a lower requirement for measuring accuracy through the use of a signal processing unit 5 the second kind 5b or the third kind 5c for example, in the calibration phase in production calibrated and checked. This functionality of checking the measured value MW of the process variable P of the permanently installed signal processing unit 5 is also useful when a service technician the functionality and accuracy of the field device or the device 1 to check. As firmly integrated signal processing unit is just as an execution of the second kind 5b or the third kind 5c used.
In 9 und 10 sind
ein erstes und ein zweites Applikationsbeispiel des fünften Ausführungsbeispiels
aus 5 aufgezeigt, welche eine Vorrichtung 1 zur
Ermittlung des Füllstands
F eines Füllguts 32 in
einem Behälter 31 nach
dem hydrostatischen Druckmessprinzip anwendet. Bei diesem Messprinzip
wird oberhalb des maximal möglichen Füllstands
F ein zweiter Druck-Sensor 2 zur Bestimmung der zweiten
Messgröße M2 aus
dem Kopfdruck als zweite Prozessgröße P2 und unterhalb des minimal
möglichen
Füllstands
F ein erster Druck-Sensor 2 zur Bestimmung der ersten Messgröße M1 als
erste Prozessgröße P1 installiert.
Wenn die Dichte des Füllguts
nicht schwankt, lässt
sich aus dieser Druckdifferenz unter Berücksichtigung der Schwerkraft eine
Höhe H
der Grenzfläche
des Füllguts
zwischen dem ersten und zweiten Druck-Sensor 2 bestimmen. Zur
Messung der Messgröße M Differenzdruck
werden Differenzdruckaufnehmer in einer Vielzahl von Anwendungen
eingesetzt. Neben der Messgröße M Differenzdruck
als solches ist mit einem Differenzdruckaufnehmer auch aufgrund
einer hydrostatischen Druckdifferenz ein Füllstand in einem Behälter bestimmbar.
Genauso kann jedoch auch aus der Staudruckdifferenz zwischen zwei
verschiedenen Orten unterschiedlichen Querschnitts in einem horizontal
angeordneten Gerinne oder vor und nach einer Engstelle z.B. durch
eine Blende oder durch Staudrucksonden ein Durchfluss als Messgröße M bestimmt
werden. Üblicherweise
gestaltet sich die Vorrichtung 1 zur Ermittlung der hydrostatischen
Druckdifferenz so, dass an der Position unterhalb des geringsten
Füllstands
F ein Differenzdruckaufnehmer am Behälter 31 platziert
ist und der Kopfdruck über eine
Kapillare dem Differenzdruckaufnehmer zugeführt ist. Aufgrund von Temperatureinflüssen auf
die Kapillare kann die Messgenauigkeit der Messung negativ beeinflusst
werden. Des Weiteren ist es aus der Druckschrift DE 694 33 185 T2 bekannt
geworden, den Differenzdruck mittels zweier einzelner Druck-Transmitter zu ermitteln,
die jeweils über
eine elektrische Leitung mit einem Messumformer zur Ermittlung der
Druckdifferenz verbunden sind.In 9 and 10 are a first and a second application example of the fifth embodiment 5 shown what a device 1 for determining the filling level F of a product 32 in a container 31 applied according to the hydrostatic pressure measuring principle. In this measuring principle above the maximum possible level F, a second pressure sensor 2 for determining the second measured variable M2 from the top pressure as the second process variable P2 and below the minimum possible filling level F a first pressure sensor 2 for determining the first measured variable M1 as the first process variable P1 installed. If the density of the product does not fluctuate, this pressure difference can be calculated taking into account gravity a height H of the interface of the contents between the first and second pressure sensor 2 determine. To measure the measured variable M differential pressure differential pressure transducers are used in a variety of applications. In addition to the measured variable M differential pressure as such, a level in a container can also be determined with a differential pressure sensor due to a hydrostatic pressure difference. In the same way, however, a flow rate M can also be determined from the dynamic pressure difference between two different locations of different cross sections in a horizontally arranged channel or before and after a constriction, for example through a diaphragm or through dynamic pressure probes. Usually, the device designed 1 for determining the hydrostatic pressure difference so that at the position below the lowest level F, a differential pressure sensor on the container 31 is placed and the head pressure is supplied via a capillary to the Differenzdruckaufnehmer. Due to temperature influences on the capillary, the measurement accuracy of the measurement can be negatively influenced. Furthermore, it is from the document DE 694 33 185 T2 become known to determine the differential pressure by means of two individual pressure transmitter, which are each connected via an electrical line to a transmitter for determining the pressure difference.
Das
Ausführungsbeispiel
in 9 zeigt eine erste Variante der Vorrichtung 1 zur
Ermittlung der hydrostatischen Druckdifferenz bei der unterhalb
der Position des geringsten Füllstandes
F am Behälter 31 ein
erfindungsgemäßer Messumformer 23 mit
einem Druck-Sensor 2 angebracht ist. Die Messwandlerschaltung 3 in
dem Messumformer 23 enthält zusätzlich eine erste optische
Sende-/Empfängereinheit 25, über die
mittels einem Lichtwellenleiter 24 ein weiterer Druck-Sensor
zur Messung des Kopfdrucks angeschlossen, versorgt und ausgewertet
werden kann. In der ersten optischen Sende-/Empfängereinheit 25 ist
zumindest ein Leuchtelement 27, z.B. eine Leuchtdiode,
und ein photoempfindliches Element 29 integriert. Das Leuchtelement 27 erzeugt
die Energie E und die Daten D als Lichtsignal und koppelt dieses Lichtsignal
zur Übertragung
an die Sensoreinheit 4 in den Lichtwellenleiter 24 ein.
Die optische Energie E des Lichtsignals wird in der zweiten optischen
Sende-/Empfängereinheit 26 der
Sensoreinheit 4, beispielsweise durch ein Photovoltaikelement 28,
in elektrische Energie zurück
gewandelt. Die Sensoreinheit 4 versorgt sich über diese
zurück
gewandelte Energie des Photovoltaikelements 28. Die zweiten optischen
Sende-/Empfängereinheit 26 enthält zur Übertragung
des konditionierten Ausgangssignals AS ein Leuchtelement 27,
dass das konditionierte Ausgangssignal AS als Lichtsignal in den Lichtwellenleiter
einkoppelt. Somit ist der weitere Druck-Sensor 2 zur Messung
des Kopfdrucks über
den Lichtwellenleiter 24 und durch die Umsetzung des elektrischen
Signals in ein optisches Signal galvanisch von dem restlichen Messumformer 23 getrennt.
Die beiden Sensoreinheiten 4 senden die erste Messgröße M1 und
die zweite Messgröße M2 gleichzeitig
oder zeitlich versetzt an die anwendungsspezifische Auswerteinheit 5.
Werden die Messgrößen M1,
M2 gleichzeitig an die anwendungsspezifische Auswerteinheit 5 gesendet,
ist vor der Signalauswertung eine Differenzbildung der beiden Messgrößen M1, M2
vorgesehen. Andererseits kann bei einer zeitlich versetzten Übertragung
der Messgrößen M1,
M2 durch das konditionierte Ausgangssignal AS die Differenzbildung
nach der Signalauswertung durch die anwendungsspezifische Auswerteinheit 5 erfolgen.The embodiment in 9 shows a first variant of the device 1 for determining the hydrostatic pressure difference at the below the position of the lowest level F on the container 31 an inventive transmitter 23 with a pressure sensor 2 is appropriate. The transducer circuit 3 in the transmitter 23 additionally includes a first optical transceiver unit 25 , via the means of an optical waveguide 24 a further pressure sensor for measuring the head pressure can be connected, supplied and evaluated. In the first optical transceiver unit 25 is at least a lighting element 27 , eg a light emitting diode, and a photosensitive element 29 integrated. The light element 27 generates the energy E and the data D as a light signal and couples this light signal for transmission to the sensor unit 4 in the optical fiber 24 one. The optical energy E of the light signal is in the second optical transceiver unit 26 the sensor unit 4 For example, by a photovoltaic element 28 , converted back into electrical energy. The sensor unit 4 supplies itself via this transformed energy of the photovoltaic element 28 , The second optical transceiver unit 26 contains for transmitting the conditioned output signal AS a luminous element 27 in that the conditioned output signal AS couples into the optical waveguide as a light signal. Thus, the further pressure sensor 2 for measuring the head pressure via the optical waveguide 24 and by the conversion of the electrical signal into an optical signal galvanic from the remainder of the transmitter 23 separated. The two sensor units 4 send the first measured variable M1 and the second measured variable M2 simultaneously or with a time offset to the application-specific evaluation unit 5 , Are the measured quantities M1, M2 simultaneously to the application-specific evaluation unit 5 is sent, a difference formation of the two measured quantities M1, M2 is provided before the signal evaluation. On the other hand, in the case of a staggered transmission of the measured variables M1, M2 by the conditioned output signal AS, the difference formation after the signal evaluation by the application-specific evaluation unit 5 respectively.
Das
Ausführungsbeispiel
in 10 zeigt eine zweite Variante der Vorrichtung 1 zur
Ermittlung der hydrostatischen Druckdifferenz bei der unterhalb der
Position des geringsten Füllstandes
F am Behälter 31 ein
erfindungsgemäßer Messumformer 23 mit einem
Druck-Sensor 2 angebracht ist. Erfindungsgemäß besteht
dessen modular aufgebaute Messwanderschaltung 3 aus einer
Sensoreinheit 4 und einer anwendungsspezifischen Auswerteeinheit 5,
die über
einen optischen Lichtwellenleiter 24 galvanisch getrennt
kommunizieren. Um den Kopfdruck, d.h. den Druck der Gasphase im
Behälter 31,
zu bestimmen ist ein weiterer Druck-Sensor 2 oberhalb des maximalen
Füllstands
F platziert, der mittels der beigeordneten Sensoreinheit 4 über einen
weiteren Lichtwellenleiter 24 mit der anwendungsspezifischen Auswerteeinheit 5 kommuniziert.
Zur Übertragung des
konditionierten Ausgangssignals AS und der Energie E über die
Lichtwellenleiter 24 sind in den beiden Sensoreinheiten 4 entsprechende
zweite optische Sender-/Empfängereinheiten 26,
sowie in der anwenderspezifischen Auswerteeinheit 5 zumindest eine
erste optische Sender-/Empfängereinheiten 25 vorgesehen.
Die optische Sender-/Empfängereinheiten 26 ist
beispielsweise so ausgestaltet, dass für jeden Kanal bzw. jeden angeschlossenen
Sensor 2 ein eigenes photoempfindliches Element 28 vorgesehen ist.
Beispielsweise wird zu Energieversorgung der Sensoreinheiten 4 in
der anwendungsspezifischen Auswerteeinheit 5 nur eine Laserdiode 27 vorgesehen.
Die signaltechnische Trennung der einzelnen Kanäle erfolgt beispielsweise durch
Signalkodierung, optische Multiplexverfahren, eine Auftrennung in
unterschiedliche Spektralbereiche oder einer räumlichen bzw. optischen Abtrennung.
Es ist auch denkbar, optische Drucksensoren, wie z.B. in den Druckschriften DE 100 55 629 A1 , DE 10 2005 016 641
A1 , EP 1 008
840 A1 und DE
40 18 998 A1 beschrieben, einzusetzen. Diese optischen
Drucksensoren haben den Vorteil, dass diese keine zusätzliche
Energieversorgung der Sensoreinheit 4 benötigen, sondern meist
auf der Messung der Änderung
einer optischen Eigenschaft des Lichtwellenleiters 24 oder
eines Elements, z.B. eines Doppelbrechendes Kristalls, am Ende des
Lichtwellenleiters 24 aufgrund einer Druckänderung
basieren.The embodiment in 10 shows a second variant of the device 1 for determining the hydrostatic pressure difference at the below the position of the lowest level F on the container 31 an inventive transmitter 23 with a pressure sensor 2 is appropriate. According to the invention consists of modular measuring transducer circuit 3 from a sensor unit 4 and an application-specific evaluation unit 5 that has an optical fiber 24 communicate galvanically isolated. To the head pressure, ie the pressure of the gas phase in the container 31 to determine is another pressure sensor 2 placed above the maximum level F, by means of the associated sensor unit 4 via another optical fiber 24 with the application-specific evaluation unit 5 communicated. For transmitting the conditioned output signal AS and the energy E via the optical waveguides 24 are in the two sensor units 4 corresponding second optical transmitter / receiver units 26 , as well as in the user-specific evaluation unit 5 at least one first optical transmitter / receiver units 25 intended. The optical transmitter / receiver units 26 For example, it is designed so that for each channel or each connected sensor 2 a separate photosensitive element 28 is provided. For example, energy supply to the sensor units 4 in the application-specific evaluation unit 5 only one laser diode 27 intended. The signal-technical separation of the individual channels takes place for example by signal coding, optical multiplexing, separation into different spectral ranges or a spatial or optical separation. It is also conceivable, optical pressure sensors, such as in the publications DE 100 55 629 A1 . DE 10 2005 016 641 A1 . EP 1 008 840 A1 and DE 40 18 998 A1 described use. These optical pressure sensors have the advantage that they do not provide additional power to the sensor unit 4 but mostly on the measurement of the change of an optical property of the optical waveguide 24 or an element, eg a birefringent crystal, at the end of the optical waveguide 24 because of a Pressure change based.
-
11
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Vorrichtungcontraption
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22
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Sensorsensor
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33
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MesswandlerschaltungTransducer circuit
-
44
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Sensoreinheit;
SignalkonditioniererSensor unit;
signal conditioner
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55
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anwendungsspezifische
Signalverarbeitungseinheitapplication-specific
Signal processing unit
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5a5a
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erste
Artfirst
kind
-
5b5b
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zweite
Artsecond
kind
-
5c5c
-
dritte
Artthird
kind
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66
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Tiefpasslowpass
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77
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Zähler-Schaltung;
MikrokontrollerCounter circuit;
microcontroller
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88th
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Analog-Digital-Wandler-SchaltungAnalog-to-digital converter circuit
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99
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Signalumsetzersignal converter
-
1010
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Taktgeberclock
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1111
-
Regel-/AuswerteinheitControl / evaluation
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1212
-
Steckplatzslot
-
1313
-
Taktleitungclock line
-
1414
-
leitungsgebundene
Verbindungconducted
connection
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1515
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drahtlose
Verbindungwireless
connection
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1616
-
Trennelementseparating element
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1717
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Sende-/EmpfangseinheitTransmit / receive unit
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1818
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Sendeelementtransmitting element
-
1919
-
Parametrierungseinheitparameterization unit
-
2020
-
Schaltelementswitching element
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2121
-
ÜberprüfungseinheitChecking unit
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2222
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KommunikationsschnittstelleCommunication Interface
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2323
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Messumformertransmitters
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2424
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Lichtwellenleiteroptical fiber
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2525
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erste
optische Sender-/Empfängereinheitfirst
optical transmitter / receiver unit
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2626
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zweite
optische Sender-/Empfängereinheitsecond
optical transmitter / receiver unit
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2727
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Leuchtelementlight element
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2828
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Photovoltaikelementphotovoltaic element
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2929
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photoempfindliches
Elementphotosensitive
element
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3030
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Leitstellecontrol center
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3131
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Behältercontainer
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3232
-
Medium,
FüllgutMedium,
filling
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3333
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Feldbus,
Zweidrahtleitungfieldbus,
Two-wire line
-
PP
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Prozessgrößeprocess variable
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P1P1
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erste
Prozessgrößefirst
process variable
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P2P2
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zweite
Prozessgrößesecond
process variable
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MM
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Messgrößemeasurand
-
M1M1
-
erste
Messgrößefirst
measurand
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M2M2
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zweite
Messgrößesecond
measurand
-
MWMW
-
Messwertreading
-
DD
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Datendates
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Ee
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Energiesignalenergy signal
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ASAS
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konditioniertes
Ausgangssignalconditioned
output
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AIAI
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Analoges
Stromsignalanalog
current signal
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AUAU
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Analoges
Spannungssignalanalog
voltage signal
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DSDS
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DigitalsignalDigital signal
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XX
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Einstellungsparametersetting parameters
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HH
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Höheheight
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FF
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Füllstandlevel
