CN100426602C - 用于确定和/或监控过程变量的现场设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定和/或监控介质的至少一个物理或化学过程变量的现场设备(1)，其包括至少一个传感器(2)、至少一个电子单元(3)，和至少一个适配器单元(10)，所述适配器单元位于传感器(2)和电子单元(3)之间并且将至少一个电子信号从传感器(2)传递至电子单元(3)。本发明的特征在于，在适配器单元(1)内部提供可围绕至少一条现场设备(1)轴线(1.1)任意旋转的至少一个接触连接(20)，以分接至少一个传感器(2)信号。

Description

用于确定和/或监控过程变量的现场设备
技术领域
本发明涉及一种用于确定和/或监控介质的至少一个物理或化学过程变量的现场设备，其包括至少一个传感器、至少一个电子单元，和在传感器和电子单元之间的至少一个适配器单元，该适配器单元将至少一个电子信号从传感器传递至电子单元。过程变量可以例如是容器中介质的料位、粘度、密度或pH值。在这种情况中，测量方法可以基于电子振动或行程时间方法，是电容式的或电感式的。
背景技术
本申请人制造并销售用于确定和/或监控容器中介质的料位的电容式现场设备。在这些电容式现场设备中，传感器(通常为测量探头)和容器壁或第二探头形成电容器的电极。这个电容器的电容依赖于介质的料位。在电子振动的情况中，传感器例如是振荡叉，其振荡频率和幅度依赖于叉被介质覆盖的量。这些现场设备通常由所述传感器和电子单元组成，该电子单元包括在合适的外壳中的至少一个控制单元、分析单元和显示单元。这种实施方式可以例如在本申请人的EP 0 984248中找到。由于这种电子单元通常实施地非常紧凑，并且由于它通常被作为密封单元而插入外壳中，所以它也被称为电子插入物。在传感器和电子部分之间，通常有适配器单元，其从传感器分接至少一个信号(至少应当传递实际测量信号)并将其转发至电子单元。下面，术语“适配器单元”表示以这样的方式实施的单元，使得至少一个传感器信号被以合适的格式分接并传递至电子单元。出于成本节约的原因，这种适配器也是需要的，以使用一个电子单元用于具有不同测量方法的多种传感器。由于依赖于测量方法，分接并使用不同信号，然而为了成本节约而仅仅为电子单元装配了一种信号输入，所以传感器信号必须总是被合适地对于这个输入而改变。在最简单的情况中，这个适配器单元可以是电缆。然而，最常见的是实际的传感器信号(测量信号)和地信号都从传感器分接。通常，传感器信号是通过引脚分接的，而地信号是通过绞合线分接的。这种绞合线的存在意味着传感器以及容纳电子单元的外壳只可以彼此相对旋转有限的程度，以例如最佳的定向显示单元。于是，通常提供金属引脚，以防止不可允许的旋转。然而，这个引脚的制造困难，因为它增加了复杂度，并且对于定向也有限制，从而在不好的情况中，不能获得最佳定向。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种现场设备，其中传感器和电子单元可以相对于彼此任意旋转，即，没有限制。
在根据本发明的第一变型中这样实现这个目的：在适配器单元中提供可围绕至少一条现场设备轴线任意旋转的至少一个接触连接，以分接至少一个传感器信号。在这个变型中，这样构造适配器单元，使得用于分接信号的部分自身可通过接触单元旋转。除了能够保证任意旋转之外，另外的优点在于，同时可以实现可插拔的连接。这在下面的讨论中将清楚。更大的优点在于通过这种方式，制造变得更为简单，因为省略了为了例如手动地在一次加工中安装绞合线而需要的特殊工序。另外，限制了在现有技术中的误差源：用于限制旋转的金属引脚不再会折断。绞合线不再被扯断或修剪。最重要的，这在现有技术中导致测量结果恶化。根据电子单元的需要而构造适配器单元，或者它具有相应的信号输出端。通常，使用例如四引脚插头输出端，例如在Liquiphant中所使用的。Liquiphant是位于电子振动范围中的料位传感器，用于分析振荡叉的振荡。Liquiphant由本申请人生产并销售。适配器单元本身通常类似地组装有例如用于信号转换的电子元件。测量原理本身是任意的。
在一个具有优点的实施方式中，接触连接是滑动接触件。这个实施例非常容易地实现了可任意旋转性，其中总是可靠地分接传感器信号。
当传感器和电子单元被可插拔地连接在一起时，得到了制造上的格外的优点以及对于现场替换的优点。这通过第一变型的以下实施方式获得。
于是，在具有优点的实施方式中，在适配器单元中提供至少一个内部接触连接和至少一个外部接触连接，它们共心地布置在现场设备的轴线周围。一个接触连接被提供用于例如分接实际传感器信号，即测量信号，并且第二接触连接用于分接地信号，或保护信号。两个接触连接共中心或共轴地布置；然而，它们不必完全围绕。在这个实施方式的情况中，重要的是，至少一个接触连接这样布置在另一个接触连接周围，使得以这种方式，适配器单元总是可以围绕一条轴线旋转。于是，共中心或共轴的布置提供了连接在对于轴线的不同半径上的定位，而围绕所述轴线的可旋转性是所期望的。从而，通过使用不同高度和不同半径，这个共中心或共轴布置允许分接多个信号，其中所述高度是指沿同一轴线到传感器的相对距离。适配器单元只能被相应地构造，即，例如更长。一种可能是，内部接触连接是通用的插头并且外部接触连接同样是插头，其在传感器中的环形槽中围绕内部插头的位置分布，与唱片的拾音臂类似。这个实施方式同样具有可插拔的优点。这个共中心或共轴实施方式使得可以同时制造用于分接各个信号的所有接触件，信号例如是实际传感器信号、地信号、保护信号。这简化了组装。以这种方式，例如可以更简单地实现密封功能。另外，这里还有以下优点：信号的分接以及电子装置的区域得到改善并且彼此相距更远。
在第一变型的实施方式中，内部接触连接是片式插头形式的滑动接触件，并且外部接触连接具有用作滑动接触件的至少一个薄片。这使得共轴、可旋转且可插拔的实施方式非常简单。“薄片”在这里是指这样的弹性单元，其使得总是能够建立滑动连接。于是，它可以是板带，但也可以是相应构造的线或线簧。它也可以是合适的弹性支承的硬金属件，使得通过弹簧的压力而实现滑动接触功能。通过这些实施方式，即使在多次旋转之后也能保证通过滑动接触件的分接。另外，以这种方式实现薄片，使得薄片具有侧向稳定性，这对于旋转能力以及总是尽可能最优的滑动接触功能都是重要的。在一个实施方式中，滑动接触件由各个弹性薄片制成，它们被固定在适配器单元中，使得装置在这种情况中保持可插拔。为此，薄片仅在适配器单元之外的中间区域中延伸并且延伸的长度使得最优地建立与传感器的电接触，而无需在将适配器单元插入现场设备期间对于薄片的任何捕捉。依赖于实施方式，也可以以这种方式实现滑动接触件的弹性特性。弹性支承的优点在于，可以减小例如通过振动并且也由于制造公差而得到的机械负载。在进一步的实施方式中，通过将相应的薄片相对于彼此偏移，可以实现附加的接触连接，例如可以将薄片彼此偏移90°。这个以及其它实施方式自然需要这样构造传感器单元，使得可以与适配器单元相应地分接信号。
在一个具有优点的实施方式中，片式插头的薄片的区域相对于片式插头的止块这样设置，使得可以尽可能最优地补偿传感器和适配器单元之间的较大间隔波动。这个实施方式相应地与传感器单元的实施方式相连，并且这种间隔与高度补偿的类型也必须得到考虑。想法是，薄片的位置尽可能靠前，以使它们可以非常早地接触传感器。于是在达到止块之前的范围用于补偿高度。于是，如果薄片和传感器止块之间的间隔尽可能大，那么可以补偿较大的高度差。这种高度差可以由于制造公差而引起，但是在较长时间期间由于温度影响还可能引起传感器改变。
在一个具有优点的实施方式中，至少内部接触连接被弹性支承。这种弹性支承或固定导致作用在适配器单元上的压力不能过大，并且能够补偿在安装期间或者在随时间改变的情况中传感器的角度或轴向偏移。这里考虑例如叠板弹簧或拉力弹簧，或者金属片，其被这样构造并与内部接触连接(片式插头)相连，使得它并不完全刚性。同样，这种弹性固定/支承意味着，它是可塑性形变的固定，并且因而支承单元在组装期间以这种方式形变，使得在组装期间能够一次弹性地补偿结构公差。
然而，在适配器单元的第一变型中，还有可能经由与适配器单元相连的绞合线分接其它信号。另外，适配器单元可以用于任何种类的传感器中，而与测量原理无关。
根据本发明在第二变型中以这样的方式实现发明目的，即，在适配器单元中包括：抽头单元，用于分接至少一个传感器信号；插头单元，用于将至少一个传感器信号传递至电子单元；和在抽头单元和插头单元之间提供的中间单元；其中中间单元可以围绕至少一条现场设备轴线任意旋转；并且其中至少一个信号被从抽头单元经由中间单元传递至插头单元。于是，基本的思想是，适配器单元由两个单元组成，可旋转的中间单元位于这两个单元之间。经由这个中间单元，信号被从一个单元传递到另一个单元。这个中间单元可以是例如合适构造的且装配有电子连接的中空螺栓。于是，与第一变型相比，可旋转性和可插拔性的转换获得了适配器的中间部分。在第二变型中，制造被大大简化，因为单独的元件仅需要被插接到一起。最重要的是，可以省略结构困难的金属引脚。于是，这里可以在现场使用中避免上面在第一变型中讨论的诸如绞合线扯开、缠绕或者金属引脚脱落这样的问题。与第一变型的区别还在于，在传感器中的信号分接类型以及分接的信号的数目对于旋转能力没有影响，其中分接的信号数目越多，转换的构造越困难。于是，可以从传感器分接任意多的信号，并且这依赖于实施方式还可以具有任意的复杂度。因为抽头器是自容纳的单元，所以可旋转性不受影响。只需要将这任意多的信号传递。通过这种将电子插入物的信号分接与信号转换解耦，可以通过中间单元得到可旋转性，其中中间单元在过程中不受信号分接和信号转换如何实现的影响。这里没有参照特定的测量原理，并且这里特别的优点是，一个这样的适配器单元可以用于不同现场设备。现在将根据以下的实施方式介绍接触连接。出于实际的考虑，为了例如保证总是良好的接触以及可靠的信号分接，实现滑动连接是一种好的选择。
在一个实施方式中，可旋转中间单元是插塞。插塞在这里是指一种电子插头，不同的电子信号可以通过它被插头的各个片段分接，所述片段是指尖端和整个轴或者轴的各个环。这种插头通常用于例如耳机。这种插塞是可旋转的并且多个信号可以通过它而在它的各个部分上传递。一个优点是，原理上对于可传递的信号数目没有限制，因为仅需将插塞做的更长，以使它能够装备有更多的部分。然而，在另一个实施方式中，可以使用独立的各个电子导体，它们彼此共中心地环绕。
在一个实施方式中，在抽头单元中提供至少一个抽头位置，用于分接地信号和/或保护信号。结果，多个信号也可以被分接并馈送至电子单元，用于分析或进一步处理。经由插塞，信号传递也非常简单。
在一个实施方式中，在插头单元中提供至少一个套筒，用于容纳可旋转中间单元。于是，在插头单元中为可旋转中间单元提供相应的容纳位置。
在一个实施方式中，可旋转中间单元和/或套筒被弹性支承。这种弹性支承保证了可旋转中间单元和套筒总是具有良好且安全的接触。然而，刚性支承也是可以的。
于是，用于解决本发明的发明目的的第一和第二变型的思想在于，适配器单元具有至少一个部分，其可以任意旋转并且甚至可插拔。在第一实施方式中，信号抽头器是可旋转的，其中使用至少一个滑动接触件。在第二变型中，抽头器和到电子装置的过渡区域之间的过渡由插塞可旋转地构成。在传感器的合适构成中，还可以使用第一变型的插塞作为滑动接触件。然而，这将增加传感器的花费。由于电子插入物具有多引脚插头输入端，所以在这种情况中可旋转实施方式是不可能的，即，由于电子单元的构造而不可能实施第一变型的补充实施方式，即，通过可旋转实施方式而将信号传递进入电子单元。
附图说明
现在根据附图详细解释本发明，附图中：
图1是具有根据本发明的第二变型的适配器单元的电容式现场设备的分解图；
图2是第二变型的适配器单元的详细视图；
图3是第一变型的适配器单元的部分切开的视图；和
图4是在装配状态中第一变型的适配器单元的视图。
具体实施方式
图1显示了电容式现场设备1。在这种现场设备1的情况中，传感器2(这里是探头棒)和容器壁或第二传感器(未显示)形成电容器的电极。其电容依赖于电极之间的介质的料位。于是，可以从电容推导出料位。还可以看到根据本发明的第二变型的适配器单元10以及电子单元3。电子单元通常位于外壳4中，外壳4可以由合适的盖4.1关闭(它们在图中都可见，位于电子单元3上方，但是在实际构成中，它们包围电子单元)。适配器单元10的抽头单元11包括片式插头11.1，经由该片式插头分接探头信号。抽头单元11在这里由片式插头11.1、线路板11.2和可旋转中间单元13组成，其中可旋转中间单元13在这里是插塞。线路板还具有两个另外的连接位置11.3，以例如与保护信号或大地连接。由于这些信号通常是利用导线或绞合线分接的，所以抽头单元11优选地与探头2不可旋转地或者固定地连接。在这种情况中，线路板11.2这样构成，使得来自片式插头11.1或连接位置11.3的相应的信号被合适地馈送至插塞13的各个单元。插塞13必须依据待传递的信号的数目而构造。插头单元12具有用于插塞13的套筒12.1，并且适当地分接各个信号。插头单元12的上部具有合适的罐12.2，该罐可以被插入电子单元3。于是，经由与抽头单元11的相应连接，从传感器2分接信号。并进而将它们经由插塞13传递至插头单元12，并进一步传递入电子单元3。在这种情况中，插塞13允许现场设备1的上部(电子装置)和下部(探头/传感器)相对彼此任意旋转并从而获得最佳定向。优选地，抽头单元11和插头单元12总是被牢固且不能旋转地固定。于是，由于插塞13而得到可旋转性。在这里描述的实施方式中，提供了围绕现场设备1的纵轴线的可旋转性。正如可以从图中非常好地理解的，本发明的这个实施方式不仅能够任意旋转，而且通过简单的插接在一起便可实现组装。
图2更详细的显示了第二变型的适配器单元10。片式插头11.1分接来自探头2的信号。例如用于大地和保护的另外两个连接位置11.3位于抽头单元11的线路板11.2上。抽头单元11的其它未示出的部件将各个信号传递至插塞13。插头单元12由套筒12.1、线路板12.3、扣环12.4和罐12.2组成。罐12.2和线路板12.3可以在扣环12.4中旋转并且固定在电子单元3的颈部3.1中。这样构成线路板12.3，使得信号从插塞13分接并被合适地传递入电子单元3。插塞13被经由弹簧14支承在线路板11.3上，其中弹簧可以是盘簧、合适形式的金属板件或甚至是橡胶。以这种方式，即使在振动中也能得到插塞13和套筒12.1之间的接触。插塞13使得能够围绕现场设备1或探头2的纵向轴线1.1旋转。
图3显示了适配器单元10的第一变型。适配器单元10使得能够经由两个接触连接20分接两个信号，例如实际传感器信号和大地。由于这两个接触连接总是滑动接触件21、22，所以适配器单元10可以被任意旋转。另外，经由形式为内部接触连接20.1和外部接触连接20.2的构造，可以实现可插拔连接，即，适配器单元10被插入传感器2并且电子单元3与适配器单元10相连。于是，插接在一起非常简单。经由内部接触连接20.1分接实际传感器信号，并且经由外部接触连接例如分接大地。两个接触连接20.1和20.2共中心地或共轴地布置，但是它们不相互围绕，因为它们在高度上偏移。通过这个共中心或共轴的结构，可以进一步实现分接，例如分接保护信号。这样构造片式插头21，使得能够补偿尽可能大的高度差。这是通过在插头的区域放置远在插头21之前的薄片21.1而实现的，使得可以补偿在这个区域和插头止块21.2之间的高度差。以这种方式，可以例如当现场设备由于温度影响而改变时对其有所反应。片式插头21通过弹簧24与适配器单元10的线路板25相连。这样可以对于轴向或角向偏移作出反应。另外，作用在线路板25上的力至多是弹簧力。外部接触连接20.2由两个薄片22组成，这两个薄片轻微向外弯曲，从而充当滑动接触件。在线路板25上放置将分接的信号引入信号输出端26所需的部件(未显示)，该信号输出端例如是4或8引脚插头的输出端。电子插入物被插在这个信号输出端26上。于是可以实现可旋转性，因为电子插入物转动并且适配器单元10跟随。一个优点在于，适配器单元10的必须的元件可以安排在线路板25上。适配器单元的外壳23圆柱体状构成，其在这里由两个半壳组成。然而，利用密封合适地闭合的紧凑形式也是可以的。圆柱体实施方式在组装上有益并且还保护接触连接20。
图4结合传感器2的上部31显示了第一变型的适配器单元10。适配器单元10插入导向器30。其中可以放置用于密封的合适的O形环。另外，这样构造上部31，使得电子单元3的一部分可以被容纳并且类似地被合适地密封。基于适配器单元10的结构，它不能比适配器导向器30的止块32引导地更远，从而在适配器单元10和传感器2之间或者在适配器单元10和电子单元3之间得到限定的间隔。于是，在组装期间不能将适配器单元10推得过远。于是，现场设备1的上部在电子单元3的方向上支持在这个导向器30上而不是片式插头21上。一旦突起33在组装期间已经咬入相应设置的凹槽35，该突起就防止适配器单元10落在外面。内部接触连接20.1插入中央螺栓34，以分接那里的实际传感器信号。容易理解，通过片式插头21的构造使得能够补偿在中央螺栓34和片式插头21止块21.2之间的高度差。外部接触连接20.2在这里与传感器的上部31直接连接，以能够例如分接大地。薄片22优选地具有圆形外轮廓，使得它们产生电接触而不破坏相对的片。
附图标记
1       现场设备
1.1     现场设备的轴线
2       传感器
3       电子单元
3.1     颈部
4       外壳
4.1     外壳盖
10      适配器单元
11      抽头单元
11.1    片式插头
11.2    线路板
11.3    连接位置
12      插头单元
12.1    套筒
12.2    罐
12.3    线路板
12.4    扣环
13      可旋转中间单元
14      弹簧
20      接触连接
20.1    内部接触连接
20.2    外部接触连接
21      片式插头
21.1    片式插头的薄片的区域
21.2    片式插头的止块
22      薄片
23    适配器单元外壳
24    弹簧
25    线路板
26    信号输出端
30    适配器导向器
31    传感器的上部
32    止块
33    突起
34    中央螺栓
35    凹槽

Claims (3)

1. 用于确定和/或监控介质的至少一个物理或化学过程变量的现场设备(1)，包括：至少一个传感器(2)、至少一个电子单元(3)，和至少一个适配器单元(10)，所述适配器单元位于传感器(2)和电子单元(3)之间并且将至少一个电子信号从传感器(2)传递至电子单元(3)，其特征在于，在适配器单元(10)内部提供可围绕现场设备(1)的至少一条轴线(1.1)任意旋转的至少一个接触连接(20)，以分接传感器(2)的至少一个信号，所述至少一个接触连接(20)包括至少一个内部接触连接(20.1)和至少一个外部接触连接(20.2)，它们共心地布置在现场设备(1)的轴线(1.1)周围，所述两个接触连接位于不同的高度，起分接两个信号的作用，至少所述内部接触连接(20.1)被弹性支承。
2. 根据权利要求1所述的现场设备(1)，其中，接触连接(20)是滑动接触件(21，22)。
3. 根据权利要求1或2所述的现场设备(1)，其中内部接触连接(20.1)是片式插头(21)形式的滑动接触件，并且外部接触连接(20.2)具有用作滑动接触件的至少一个薄片(22)。
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