CH704647B1

CH704647B1 - Sensorbaugruppe und Datenerfassungssystem.

Info

Publication number: CH704647B1
Application number: CH00390/12A
Authority: CH
Inventors: Arthur Campbell Lam; Nmn Tilak Vinayak
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2017-07-14
Also published as: CH704647A2; US9041384B2; US20120243182A1; JP2012230100A; CN102692240A; DE102012102100A1

Abstract

Eine erfindungsgemässe Sensorbaugruppe (200) umfasst ein äusseres Gehäuse und mindestens einen Messwertgeber mit hoher Impedanz (204), der innerhalb des äusseren Gehäuses positioniert ist. Die Sensorbaugruppe umfasst auch einen Pufferschaltkreis (250), der mindestens ein Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke (252/256) von mehr als 1 Elektronenvolt einschliesst, das innerhalb des äusseren Gehäuses positioniert ist. Der Pufferschaltkreis ist mit mindestens einem Messwertgeber mit hoher Impedanz betriebsmässig verbunden.

Description

Beschreibung

Allgemeiner Stand der Technik [0001] Der nachstehend beschriebene Gegenstand bezieht sich grundsätzlich auf Sensoren und insbesondere auf Sensoren für Hochtemperatur-Umgebungen und ein Datenerfassungssystem.

[0002] Mindestens einige bekannte Sensorbaugruppen mit hoher Impedanz umfassen Messfühler, die für Hochtemperatur-Umgebungen bis einschliesslich ungefähr 225 Grad Celsius (°C) (437 Grad Fahrenheit (°F)) und darüber hergestellt wurden. Allerdings arbeiten die bekannten elektronischen Vorrichtungen, wenn sie zu Kommunikationszwecken mit diesen bekannten Messfühlern gekoppelt sind, möglicherweise nicht durchgängig und zuverlässig in Umgebungen mit Temperaturen von über ungefähr 225 °C (437 °F). Viele Anwendungen in der Industrie schliessen Umgebungen mit Temperaturen ein, die von rund -55 °C (-67 °F) bis rund 600 °C (1112 °F) im Wesentlichen kontinuierlich reichen, d.h. mit Expositionszeiträumen über eine längere Zeitspanne, die z.B. ungefähr 5 000 Stunden überschreiten. Daher erfordern bekannte Hochtemperatur-Sensorbaugruppen mit hoher Impedanz Spezialausrüstung für die Anpassung an die Bedingungen, um den Betrieb mit einem gewünschten Signal-Rausch-Abstand (SNR) und der gewünschten Überlebensfähigkeit in rauen Hochtemperatur-Umgebungen bis einschliesslich ungefähr 225 °C (437 °F) und darüber zu erleichtern.

[0003] Solche Spezialausrüstung für die Anpassung an die Bedingungen kann die Verwendung von zusätzlichen Kühlvorrichtungen einschliessen, um den Betrieb von elektronischen Vorrichtungen innerhalb der Sensorbaugruppen in Hochtemperatur-Umgebungen bei und/oder über ungefähr 225 °C (437 °F) zu erleichtern. Solche zusätzlichen Kühlvorrichtungen können Wärmetauscher-Vorrichtungen wie z.B. Kühlschlangen einschliessen, die mit einem fluidbasierten Kühlsystem gekoppelt sind. Allerdings erhöhen diese zusätzlichen Kühlvorrichtungen die Kosten für das Zusammenbauen der Sensorbaugruppen und fügen diesen eine weitere potenzielle Fehlerquelle hinzu. Ausserdem sind Grösse und/oder Gewicht der zusätzlichen Kühlvorrichtungen oft so hoch, dass die Verwendung nicht praktikabel ist.

[0004] Auch kann solche Spezialausrüstung für die Anpassung an die Bedingungen mineralisolierte (Ml) Kabel einschliessen, was die betriebsmässige Verbindung zu Vorrichtungen erleichtert, die Signale empfangen, welche von den Messfühlern übertragen werden. Allerdings sind solche Ml-Kabel zwar strapazierfähiger und robuster als standardmäs-sige geschirmte Kabel und werden daher manchmal als «Hartkabel» bezeichnet, sind im Einkauf aber kostspieliger als standardmässige geschirmte Kabel. Aufgrund der Robustheit des Kabels ist das Biegen des Ml-Kabels für die Verlegung durch Industrieanlagen mit Schwierigkeiten verbunden. Zu diesem Zweck sind Spezialwerkzeuge erforderlich, die noch höhere Kosten bei der Montage verursachen. Ausserdem werden bei Hochtemperatur-Umgebungen von ungefähr 225 °C (437 °F) oder darüber die elektronischen Vorrichtungen von den Messfühlern getrennt. In solchen Situationen werden die elektronischen Vorrichtungen möglicherweise in beträchtlichem Abstand von den Messfühlern positioniert, wodurch die Kosten für die Montage weiter steigen und möglicherweise die Betriebszuverlässigkeit aufgrund von unvorhersehbaren Defekten an den Kabeln und einer erhöhten Empfindlichkeit gegenüber Störungen sinkt.

Kurze Beschreibung der Erfindung [0005] Einerseits wird eine Sensorbaugruppe bereitgestellt. Die Sensorbaugruppe umfasst ein äusseres Gehäuse und mindestens einen Messwertgeber mit hoher Impedanz, ausgewählt aus einer Sensorklasse, die eine piezoelektrische Vorrichtung und/oder eine Fotodiode umfasst, die innerhalb des äusseren Gehäuses positioniert ist. Die Sensorbaugruppe umfasst auch einen Pufferschaltkreis, der mindestens ein Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke von mehr als 1 Elektronenvolt einschliesst, das innerhalb des äusseren Gehäuses positioniert ist. Der Pufferschaltkreis ist mit mindestens einem Messwertgeber mit hoher Impedanz betriebsmässig verbunden.

[0006] Andererseits wird ein Verfahren für das Zusammenbauen einer Sensorbaugruppe bereitgestellt, welches nicht beansprucht wird. Das Verfahren umfasst die Positionierung von mindestens einem Messwertgeber mit hoher Impedanz innerhalb eines Gehäuses. Das Verfahren umfasst auch das Erstellen eines Pufferschaltkreises einschliesslich der Bereitstellung eines Halbleitersubstrats mit grosser Bandlücke von mehr als 1 Elektronenvolt und der Definition von mindestens einem Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke darauf. Das Verfahren umfasst auch die Positionierung des Pufferschaltkreises innerhalb des Gehäuses. Das Verfahren umfasst zudem das betriebsmässige Verbinden des Pufferschaltkreises mit mindestens einem Messwertgeber mit hoher Impedanz.

[0007] Zudem wird ein Datenerfassungssystem (DAS) bereitgestellt. Das DAS umfasst mindestens einen DAS-Schrank und mindestens eine E/A-Klemmleiste, die zu Kommunikationszwecken mit mindestens einem DAS-Schrank gekoppelt ist. Das DAS umfasst auch eine Vielzahl von Sensorbaugruppen. Jede Sensorbaugruppe der Vielzahl von Sensorbaugruppen umfasst ein äusseres Gehäuse und mindestens einen Messwertgeber mit hoher Impedanz, ausgewählt aus einer Sensorklasse, die eine piezoelektrische Vorrichtung und/oder eine Fotodiode umfasst, die innerhalb des äusseren Gehäuses positioniert ist. Jede Sensorbaugruppe aus der Vielzahl von Sensorbaugruppen umfasst auch einen Pufferschaltkreis, der mindestens ein Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke von mehr als 1 Elektronenvolt umfasst, das innerhalb des äusseren Gehäuses positioniert ist. Der Pufferschaltkreis ist mit mindestens einem Messwertgeber mit hoher Impedanz betriebsmässig gekoppelt und die mindestens eine E/A-Klemmleiste ist mit jeder der Sensorbaugruppen betriebsmässig verbunden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0008] Die im vorliegenden Dokument beschriebenen Ausführungsbeispiele sind möglicherweise besser verständlich, wenn die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen herangezogen wird.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Sensorbaugruppe gemäss dem Stand der Technik;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Sensorbaugruppe;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Elektronikeinheit, die in Verbindung mit der Sensorbaugruppe ver wendet werden kann, die in Fig. 2 gezeigt wird;

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Datenerfassungssystems (DAS), das die Sensorbaugruppe verwenden kann, die in Fig. 2 gezeigt wird; und

Fig. 5 ist ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens für das Zusammenbauen der Sensorbaugruppe, die in Fig. 2 gezeigt wird.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung [0009] Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Sensorbaugruppe 100 aus dem Stand der Technik. Die Sensorbaugruppe 100 umfasst einen Sensorteilbereich 102. Der Sensorteilbereich 102 umfasst einen Sensor 104, der innerhalb eines äusseren Gehäuses 106 positioniert ist. Die Sensorbaugruppe 100 umfasst auch eine Elektronik-Unterbaugruppe 110. Die Elektronik-Unterbaugruppe 110 umfasst eine Elektronik-Komponente 112 und eine Verbindungskomponente 114. Die Elektronik-Komponente 112 umfasst elektronische Vorrichtungen 116 innerhalb eines Gehäuses 118. Elektronische Vorrichtungen 116 bereiten die Signale auf, die vom Sensor 104 erhalten werden, um diese über Verbindungskomponente 1 Man andere Vorrichtungen weiterzuleiten (nicht gezeigt). Die Sensorbaugruppe 100 umfasst zudem ein mineralisoliertes (Ml) Kabel 120, mit dem das äussere Gehäuse 106 mit der Elektronik-Unterbaugruppe 110 gekoppelt wird. Das Ml-Kabel 120 weist eine beliebige Länge auf, um die Positionierung der elektronischen Vorrichtungen 116 in Nicht-Hochtempera-tur-Umgebungen zu erleichtern, d.h. Umgebungen mit Temperaturen von weniger als ungefähr 225 °C (437 °F).

[0010] Einige Ausführungsbeispiele für die Sensorbaugruppe aus dem Stand der Technik 100 können möglicherweise elektronische Vorrichtungen 126 (dargestellt als gestrichelte Kontur) einschliessen, die innerhalb des äusseren Gehäuses 106 positioniert sind. In diesen Ausführungsbeispielen enthält die Sensorbaugruppe 100 möglichenweise die nicht Elektronik-Komponente 112 und das Ml-Kabel 120, und die Verbindungskomponente 114 ist direkt mit dem äusseren Gehäuse 106 gekoppelt. Ausserdem ist in den Situationen, welche die Positionierung des äusseren Gehäuses 106 einschliesslich elektronischer Vorrichtungen 126 in Umgebungen vorsehen, die Temperaturen bis einschliesslich ungefähr 225 °C (437 °F) und darüber einschliessen, ein Wärmeableitungssystem 130 (dargestellt als gestrichelte Kontur) mit dem äusseren Gehäuse 106 gekoppelt. Das Wärmeableitungssystem 130 umfasst eine Wärmeableitungsfluideinlassleitung 132, eine Wärmeübertragungsvorrichtung 134, z.B. Kühlschlangen, und eine Wärmeableitungsfluidauslassleitung 136. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 134 ist in der Nähe der elektronischen Vorrichtungen 126 positioniert, um dazu beizutragen, dass die Vorrichtungen 126 bei Temperaturen von weniger als ungefähr 225 °C (437 °F), d.h. bei Temperaturen von ungefähr 125 °C (257 °F) gehalten werden.

[0011] Im Betrieb ist das äussere Gehäuse 106 mit einer gemessenen Variablen gekoppelt oder in unmittelbarer Nähe zu dieser positioniert. Solche Variablen können Druck, Temperatur und/oder Durchfluss einschliessen. Der Sensor 104 erzeugt Signale, die für die gemessenen Variablen stehen, und überträgt diese über das Ml-Kabel 120 an elektronische Vorrichtungen 116. Die Elektronikvorrichtungen 116 bereiten das Signal auf, das sie von dem Sensor 104 erhalten haben, und übertragen ein aufbereitetes Signal an die Verbindungskomponente 114 zur weiteren Übertragung an andere Vorrichtungen und Systeme (nicht gezeigt). In einigen Ausführungsbeispielen überträgt der Sensor 104 Signale an die elektronischen Vorrichtungen 126. In jenen Ausführungsbeispielen wird das Wärmeableitungsfluid (nicht gezeigt) durch die Fluideinlassleitung 132, die Wärmeübertragungsvorrichtung 134 und die Fluidauslassleitung 136 geleitet, so dass die Temperatur der elektronischen Vorrichtungen 126 bei weniger als ungefähr 225 °C (437 °F) gehalten wird.

[0012] Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Sensorbaugruppe 200. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Sensorbaugruppe 200 einen Messwertgeber oder Sensor 204, der innerhalb eines äusseren Gehäuses 206 positioniert ist. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Sensor 204 eine Vorrichtung mit hoher Impedanz, bei der es sich unter anderem um eine piezoelektrische Vorrichtung und/oder eine Fotodiode handeln kann. Das äussere Gehäuse 206 ist an eine Einrichtung mit gemessenen Variablen gekoppelt oder in unmittelbarer Nähe von dieser Einrichtung positioniert. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das äussere Gehäuse 206 für das Koppeln mit einer Vorrichtung eingerichtet, die unter anderem Gasturbinen, Dampfturbinen, Vergasungseinrichtungen, Abhitzedampferzeuger und Wärmetauscher einschliessen könnte (nicht abgebildet). Solche gemessenen Variablen können unter anderem Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung von ausgewählten Komponenten umfassen, z.B. Turbinenwellen, unter Verwendung von Annäherungssensoren, Geschwindigkeitssensoren und/oder Beschleunigungsmessgeräte (nicht abgebildet). Alternativ können solche Vorrichtungen und gemessenen Variablen unter anderem Geschwindigkeit und Be schleunigung von Bohrwellen zur Erkundung von Erdölbohrlöchern einschliessen (nicht abgebildet). Die Sensorbaugruppe 200 umfasst auch elektronische Vorrichtungen 216, die mit dem Sensor 204 betriebsmässig gekoppelt sind, worin sowohl die Vorrichtungen 216 als auch der Sensor 204 innerhalb des Gehäuses 206 positioniert sind. Die Sensorbaugruppe 200 umfasst zudem eine Verbindungskomponente 220, die mit den elektronischen Vorrichtungen 216 und anderen Vorrichtungen und Systemen betriebsmässig verbunden ist (nicht in Fig. 2 gezeigt). Die Sensorbaugruppe 200 umfasst auch eine Abschirmung 230, die sich über die elektronischen Vorrichtungen 216 und den Sensor 204 erstreckt. Die Abschirmung 230 stellt eine Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Interferenz (EMI) bereit und erleichtert das Erreichen eines gewünschten Signal-Rausch-Abstands (SNR) bezüglich der Signale, die von dem Sensor 204 über die elektronischen Vorrichtungen 216 an die Verbindungskomponente 220 übertragen werden. Die Abschirmung 230 ist elektrisch geerdet und kann auf den Sensor 204 und die elektronischen Vorrichtungen 216 bezogen werden. Ausserdem wird im Wesentlichen die Verwendung von Ml-Kabeln vermieden.

[0013] Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der elektronischen Vorrichtungen 216, die mit der Sensorbaugruppe 200 verwendet werden können. Die elektronischen Vorrichtungen 216 umfassen einen Konditionierungs- oder Pufferschaltkreis 250, der mit dem Sensor 204 betriebsmässig verbunden ist. Der Pufferschaltkreis 250 bereitet Signale auf, die von dem Sensor 204 erhalten werden, um diese über die Verbindungskomponente 220 an andere Vorrichtungen weiterzuleiten (nicht gezeigt in Fig. 3). Im exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst der Pufferschaltkreis 250 jegliche Vorrichtungen, die den Betrieb der Sensorbaugruppe 200 wie beschrieben ermöglichen, was unter anderem Kondensatoren des NPO-Typs mit keramischem Dielektrikum 252 und Schichtwiderstände 254 einschliesst. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst der Pufferschaltkreis 250 auch mindestens einen Operationsverstärker 256, wobei der Operationsverstärker 256 ein Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke ist. Der Begriff Halbleiter mit grosser Bandlücke beschreibt in diesem Sinne Halbleitermaterialien mit elektronischen Bandlücken von mehr als ungefähr 1 bis 2 Elektronenvolt (eV). Zudem ist im exemplarischen Ausführungsbeispiel das Material für den Halbleiter mit grosser Bandlücke Siliziumcarbid (SiC), das ein Substrat 258 des Operationsverstärkers 256 bildet. Alternativ kann jegliches Material für einen Halbleiter mit grosser Bandlücke verwendet werden, um das Substrat 258 zu bilden, unter anderem Aluminiumoxid, Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AIN), Indiumnitrid (InN) und andere Gemische aus diesen Materialien.

[0014] Ausserdem ist der Pufferschaltkreis 250 im exemplarischen Ausführungsbeispiel auf einem Substrat 260 definiert, das aus AIN gebildet wurde. Alternativ kann für einen Halbleiter mit grosser Bandlücke ein beliebiges Material verwendet werden, um das Substrat 260 zu bilden, unter anderem GaN, SiC, InN und andere Gemische aus diesen Materialien. Auch besteht der Pufferschaltkreis 250 im exemplarischen Ausführungsbeispiel entweder aus einem Spannungsverstärkerschaltkreis oder einem Ladungsverstärkerschaltkreis. Alternativ wird jede beliebige Schaltkreiskonfiguration verwendet, die den Betrieb des Pufferschaltkreises 250 und der Sensorbaugruppe 200 wie hier beschrieben ermöglicht. Zudem umfasst der Pufferschaltkreis 250 im exemplarischen Ausführungsbeispiel eine robuste Schaltkreisarchitektur, die den Betrieb der Sensorbaugruppe 200 in Umgebungsbedingungen in einem Bereich von ungefähr -55 °C (-67 °F) bis ungefähr 600 °C (1112 °F) im Wesentlichen kontinuierlich ermöglicht, d.h. mit Expositionszeiträumen über eine ausgedehnte Zeitspanne, z.B. mehr als ungefähr 5000 Stunden. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel umfassen Beispiele von Hochtemperatur-Vorrichtungen, die solche Hochtemperatur-Bedingungen erzeugen können, unter anderem Gasturbinen, Dampfturbinen, Vergasungseinrichtungen, Abhitzedampferzeuger und Wärmetauscher (nicht abgebildet). Alternativ können solche Vorrichtungen unter anderem Werkzeuge und Ausrüstung umfassen, die für die Erkundung von Erdölbohrlöchern dienen.

[0015] Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Datenerfassungssystems (DAS) 300, das eine Vielzahl von Sensorbaugruppen 200 verwenden kann. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das DAS 300 ein eigenständiges System für Datenspeicherung und -anzeige. In einigen Ausführungsbeispielen ist das DAS 300 ein Bestandteil eines grossen Systems, wozu unter anderem ein SCADA-System (Überwachende Steuerung und Daten-Akquisition) zählt. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das DAS 300 auch ein Datenkabel 302, bei dem es sich um ein Standardkabel handelt, das verglichen mit dem Ml-Kabel 120 (gezeigt in Fig. 1) kostengünstiger und flexibler ist. Daher ist die Verwendung von Ml-Kabeln im Wesentlichen nicht mehr erforderlich. Das Datenkabel 302 ist mit der Verbindungskomponente 220 der Sensorbaugruppe 200 gekoppelt. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das DAS 300 zudem mindestens eine E/A-Klemmleiste 304 (nur einmal gezeigt in Fig. 3), die mit jeder der Sensorbaugruppen 200 über das Datenkabel 302 betriebsmässig verbunden ist. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das DAS 300 ausserdem mindestens einen DAS-Schrank 306, der mit jeder E/A-Klemmleiste 304 betriebsmässig verbunden ist. Der DAS-Schrank 306 ist zur Verarbeitung und Informationsanzeige (nicht gezeigt) eingerichtet, um das DAS 300 wie hier beschrieben zu unterstützen. Im exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst das DAS 300 auch eine Bedienerstation 308, die mit dem DAS-Schrank 306 betriebsmässig verbunden ist.

[0016] Fig. 5 ist ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens 400 für das Zusammenbauen der Sensorbaugruppe 200 (gezeigt in Fig. 2). In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird mindestens ein Messwertgeber mit hoher Impedanz oder Sensor 204 (gezeigt in Fig. 2) innerhalb des äusseren Gehäuses 206 (gezeigt in Fig. 2) positioniert 402. Der Pufferschaltkreis 250 (gezeigt in Fig. 3) wird hergestellt 404; eine solche Herstellung 404 umfasst das Bereitstellen eines Halbleitersubstrats mit grosser Bandlücke 260 (gezeigt in Fig. 3) und Definieren von mindestens einem Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke darauf, z.B. des Operationsverstärkers 256. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Pufferschaltkreis 250 auch innerhalb des äusseren Gehäuses 206 positioniert 406. Zudem ist in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Pufferschaltkreis 250 mit dem Sensor 204 betriebsmässig verbunden 408.

[0017] Hier werden exemplarische Ausführungsbeispiele von Sensorbaugruppen beschrieben, die den verbesserten Betrieb in Industrie und Gewerbe gegenüber bekannten Sensorbaugruppen erleichtern. Die oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen erleichtern den Betrieb von Sensorbaugruppen in rauen Hochtemperatur-Umgebungen bis einschliesslich ungefähr 225 °C (437 °F) und darüber. Insbesondere werden Überlebensfähigkeit und ordnungsgemässer Betrieb der hier beschriebenen Sensorbaugruppen auf Temperaturen bis einschliesslich ungefähr 600 °C (1112 °F) erweitert, im Gegensatz zu bekannten Sensorbaugruppen, die nur bei Temperaturen verwendet werden können, die ungefähr 125 °C (257 °F) nicht überschreiten. Ausserdem können die zugehörigen Expositionszeiträume für die hier beschriebenen Sensorbaugruppen im Wesentlichen kontinuierlich auf über 5000 Stunden erweitert werden. Solche Verfahren und Vorrichtungen erleichtern auch den Verzicht auf Ml-Kabel und zusätzliche Kühlsysteme, wodurch die Kosten für das Herstellen, Zusammenbauen und Montieren der Sensorbaugruppen sinken. Ausserdem erleichtert im Gegensatz zu bekannten Sensorbaugruppen die erhöhte Robustheit der hier beschriebenen Sensorbaugruppen die Montage von Sensorvorrichtungen in Bereichen, die zuvor aufgrund der rauen Hochtemperatur-Umgebung und der Einschränkungen der bekannten Sensorbaugruppen unzugänglich waren. Zudem erleichtern im Gegensatz zu bekannten Sensorbaugruppen die hier beschriebenen Sensorbaugruppen den Betrieb mit einem gewünschten Signal-Rausch-Abstand (SNR). Insbesondere verbessert die Verwendung von Sensorvorrichtungen mit hoher Impedanz, die Positionierung solcher Sensorvorrichtungen in Nähe der Konditionierungselektronik und das Einschliessen der Sensoren und Elektronik in eine EMI-Abschirmung den SNR verglichen mit dem SNR von bekannten Sensorbaugruppen.

[0018] Obwohl die Erfindung anhand von verschiedenen spezifischen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Änderungen innerhalb des Geists und Umfangs der Ansprüche umgesetzt werden kann.

[0019] Eine Sensorbaugruppe 200 umfasst ein äusseres Gehäuse 206 und mindestens einen Messwertgeber mit hoher Impedanz 204, der innerhalb des äusseren Gehäuses positioniert ist. Die Sensorbaugruppe umfasst auch einen Pufferschaltkreis 250, der mindestens ein Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke 252/256 von mehr als 1 Elektronenvolt einschliesst, das innerhalb des äusseren Gehäuses positioniert ist. Der Pufferschaltkreis ist mit mindestens einem Messwertgeber mit hoher Impedanz betriebsmässig verbunden.

Bezugszeichenliste [0020] 100 Sensorbaugruppe nach dem Stand der Technik 102 Sensorteilbereich 104 Sensor 106 Äusseres Gehäuse 110 Elektronik-Unterbaugruppe 112 Elektronik-Komponente 114 Verbindungskomponente 116 Elektronische Vorrichtungen 118 Gehäuse 120 Mineralisoliertes (Ml) Kabel 126 Elektronische Vorrichtungen 130 Wärmeableitungssystem 132 Wärmeableitungsfluideinlassleitung 134 Wärmeübertragungsvorrichtung 136 Wärmeableitungsfluidauslassleitung 200 Exemplarische Sensorbaugruppe 204 Sensor 206 Äusseres Gehäuse 216 Elektronische Vorrichtungen

Claims

220 Verbindungskomponente 230 Abschirmung 250 Puffer-(Konditionierungs-)Schaltkreis 252 Kondensatoren des NPO-Typs mit keramischem Dielektrikum 254 Schichtwiderstände 256 Operationsverstärker 258 Substrat des Operationsverstärkers 260 Substrat des Pufferschaltkreises 300 Datenerfassungssystem (DAS) 302 Datenkabel 304 E/A-Klemmleiste 306 DAS-Schrank 308 Bedienerstation 400 Verfahren 402 Positionieren von mindestens einem Messwertgeber mit hoher Impedanz ... 404 Erstellen eines Pufferschaltkreises einschliesslich der... 406 Positionieren des Pufferschaltkreises innerhalb des Gehäuses 408 Betriebsmässiges Verbinden des Pufferschaltkreises mit... Patentansprüche

1. Sensorbaugruppe (200), die Folgendes umfasst: ein äusseres Gehäuse (206); mindestens einen Messwertgeber mit hoher Impedanz (204), ausgewählt aus einer Sensorklasse, die eine piezoelektrische Vorrichtung und/oder eine Fotodiode umfasst, positioniert innerhalb des äusseren Gehäuses; und einen Pufferschaltkreis (250), der mindestens ein Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke (252/256) von mehr als 1 Elektronenvolt umfasst, positioniert innerhalb des äusseren Gehäuses, wobei der Pufferschaltkreis mit dem mindestens einen Messwertgeber mit hoher Impedanz (204) betriebsmässig verbunden ist.
2. Sensorbaugruppe (200) nach Anspruch 1, worin die Sensorbaugruppe zudem eine Abschirmung (230) gegen elektromagnetische Interferenz einschliesst, die sich mindestens über einen Teilbereich des Messwertgebers mit hoher Impedanz (204) und des Pufferschaltkreises (250) erstreckt.
3. Sensorbaugruppe (200) nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke (252/256) ein Operationsverstärker (256) ist.
4. Sensorbaugruppe (200) nach Anspruch 1, worin das mindestens eine Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke (252/256) ein Substrat (258) einschliesst, das mindestens eines von Folgendem aufweist: Siliziumcarbid, d.h. SiC, Galliumnitrid, d.h. GaN, Aluminiumnitrid, d.h. AIN oder Indiumnitrid, d.h. InN, womit die Sensorbaugruppe (200) insbesondere derart ausbildbar ist, dass sie während Zeitspannen von mehr als 5000 Stunden in einer Umgebung mit Temperaturen innerhalb eines Bereichs von -55 °C bis 600 °C betriebsfähig ist.
5. Sensorbaugruppe (200) nach Anspruch 1, worin der Pufferschaltkreis (250) zudem ein Halbleitersubstrat mit grosser Bandlücke (260) von mehr als 1 Elektronenvolt aufweist.
6. Datenerfassungssystem (300), das Folgendes umfasst: mindestens einen Datenerfassungssystem-Schrank (306); mindestens eine E/A-Klemmleiste (304), zur Kommunikation mit dem mindestens einen Datenerfassungssystem-Schrank verbunden; mehrere Sensorbaugruppen (200), wobei jede der Sensorbaugruppen Folgendes umfasst: - ein äusseres Gehäuse (206); - mindestens einen Messwertgeber mit hoher Impedanz (204), ausgewählt aus einer Sensorklasse, die eine piezoelektrische Vorrichtung und/oder eine Fotodiode umfasst, der innerhalb des besagten äusseren Gehäuses angeordnet ist; und -einen Pufferschaltkreis (250), der mindestens ein Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke (252/256) von mehr als 1 Elektronenvolt umfasst, das innerhalb des besagten äusseren Gehäuses angeordnet ist, wobei der Pufferschaltkreis mit mindestens einem Messwertgeber mit hoher Impedanz (204) betriebsmässig verbunden ist, -wobei die mindestens eine E/A-Klemmleiste (304) mit jeder der Sensorbaugruppen (200) betriebsmässig verbunden ist.
7. Datenerfassungssystem (300) nach Anspruch 6, worin die Sensorbaugruppe (200) zudem eine Abschirmung (230) gegen elektromagnetische Störung aufweist, die sich mindestens über einen Teilbereich des mindestens einen Messwertgebers mit hoher Impedanz (204) und des Pufferschaltkreises (250) erstreckt.
8. Datenerfassungssystem (300) nach Anspruch 6, worin das mindestens eine Halbleiterbauelement mit grosser Bandlücke (252/256) ein Operationsverstärker (256) ist.