CN101460814A - 整合有太阳能发电设备的传感器 - Google Patents

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CN101460814A CNA200780020684XA CN200780020684A CN101460814A CN 101460814 A CN101460814 A CN 101460814A CN A200780020684X A CNA200780020684X A CN A200780020684XA CN 200780020684 A CN200780020684 A CN 200780020684A CN 101460814 A CN101460814 A CN 101460814A
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Abstract

本发明涉及一种用于测量压力或者物位的现场设备，所述现场设备是通过电缆连接与外部能量供给相连接的。根据本发明的一个实施例，给出一种用于现场设备的能量供给单元，所述能量供给单元具有一壳体(102)和整合在所述壳体(102)中的太阳能模块(103、104)。所述壳体(102)在这里用于容纳所述现场设备的电子测量装置和所述能量供给的太阳能模块(103、104)。因而就不再需要外部的能量供给。此外，为了能量缓冲而设有相应的能量存储器。

Description

整合有太阳能发电设备的传感器
相关申请
本申请要求于2006年7月12日申请的美国临时专利申请US60/830228的优先权，以及于2006年7月12日申请的德国专利申请DE 10 2006032 250.9的优先权，通过参考将它们的内容并入于此。
技术领域
本发明涉及现场设备的能量供给。本发明尤其涉及一种用于现场设备的能量供给单元，所述现场设备用于测量压力或者物位，本发明还涉及具有这种能量供给单元的现场设备、对现场设备的能量供给单元的应用以及向这种现场设备供应能量的方法。
背景技术
物位测量装置和压力测量装置都经由相应的接口从外部被供应能量。这种能量供给例如可以通过双线系统来实现，而数据交换也可以通过该双线系统来实现。此外，可以在现场设备内部设置能量存储器，以使得该现场设备独立于外部能量供给。然而必须以有规律的相对较短的时间周期更换这些能量存储器或者从外部为这些能量存储器加载能量。
外部的能量供给需要现场设备的相应接口，并需要连接在该现场设备上的外部(能量)供给站。于是，该现场设备的应用范围就受到了限制。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于现场设备的改进的能量供给。
根据本发明的一个实施例，给出一种用于现场设备的能量供给单元，所述现场设备用于测量压力或者物位，所述能量供给单元包括：产生用于现场设备的电能的太阳能模块，以及壳体，所述壳体用于容纳所述现场设备的电子测量装置，其中所述太阳能模块是被整合在所述壳体中的。
通过提供太阳能模块可以使现场设备尽量独立于外部能量供给。在此，太阳能模块是整合在所述壳体中的，于是该太阳能模块的外部安装就是不需要的。与此相反，太阳能模块和壳体形成一个彼此连接的单元，测量装置(现场设备)相应的电子测量装置可以被安装到所述单元内。不必附加的安装费用。
根据本发明的另一个实施例，所述壳体具有空腔，其中所述太阳能模块被安置成使其可以被整合到所述空腔内。
如果该空腔匹配于待整合的太阳能模块的形状，那么就可以削减附加的固定件。太阳能模块可以简单地被推入到空腔内并在其中卡住。
根据本发明的另一个实施例，壳体至少部分由透光材料制成，其中太阳能模块设置在该壳体的内部。
于是，壳体壁可以保护太阳能模块不受外部损坏。所述外部损坏例如可以是纯机械的损坏或者也可以是化学或温度导致的损坏，这些损坏可以由起到保护作用的壳体壁来防止。通过壳体的至少部分可透光的实施方式可以保证，始终有足够的阳光可以传播至太阳能模块。
根据本发明的另一个实施例，能量供给单元还包括用于显示测量值的现场设备显示模块，其中现场设备显示模块被实施为液晶显示器，并且在这里太阳能模块被设置在现场设备显示模块的背面。
为了显示，现场设备显示模块可以应用液晶显示器(LCD：LiquidCrystal Display)。这种显示器可以被实施为显示屏的形式，在所述显示屏中利用特殊的液晶，这些液晶可以影响光线的极化方向，以使得光线可以按照确定的角度偏转。通过按照点的方式驱动(Ansteuern)液晶就可以在受驱动的位置上使得像素点可见。通过许多这种像素点例如就可以示出测量值的数字值。
在这种测量值显示中，通常大约60％的像素是明亮的，进而显示器的至少60％是可透光的。通过这种方式就保证，始终有足够的阳光抵达太阳能模块。
由于太阳能模块直接安装在现场设备显示模块之后，因而得到一种紧凑的组件，可以将该组件简单地整合到壳体中。
根据本发明的另一个实施例，太阳能模块包括许多太阳能电池，其中壳体是通过这些太阳能电池构成的。
换言之，壳体中整合有如此多的太阳能电池，以致壳体实际上基本仅由各个太阳能电池构成。通过这种方式就可以最大化能量供给单元的能量产生率。
根据本发明的另一个实施例，太阳能模块被构造为浇注件。
太阳能模块可以作为组件被浇注到树脂或者塑料中。浇注可以向该组件赋予一种可预定的外部轮廓，并且可以使得该组件相对于机械作用十分牢固。
根据本发明的另一个实施例，太阳能模块被浇注到壳体中的。
于是，太阳能模块和壳体构成一个彼此连接的构件，在工厂方面可以根据要求(例如按照现场设备的能量需求或者按照现场设备的尺寸)来(预制)成型该构件。
此外，壳体可以具有壳体盖，太阳能模块被浇注到该壳体盖中，或者太阳能模块被螺纹连接在该壳体盖上，或者以其他方式被固定。
根据本发明的另一个实施例，能量供给单元还具有能量存储器，用以缓冲(存储)由太阳能模块所产生的电能。
这种情况例如会在现场设备处于非不间断工作时出现，或者在现场设备所需的能量小于太阳能模块所提供的能量时出现。现场设备也可以连接至外部能量供给(例如连接至4至20毫安的双线回路：2-Leiterschleife)。在调节4至20毫安的信号时会出现附加的电流，其不会被用于执行测量任务的现场设备的测量电路利用。然而，该电流可以被用于向能量存储器充电。
具有相应充电控制装置或者相应能量管理装置的能量存储器可以允许在能量盈余的时间点存储能量，并在以后的时间点提供所存储的能量用于现场设备的运行。在这里，能量存储器的容量可以匹配于现场设备所需的功率。
根据本发明的另一个实施例，太阳能模块设计用于提供现场设备所需总能量，以使得无需其他能量供给。
由此可以确保现场设备的自给自足的独立的运行。
根据本发明的另一个实施例，能量供给单元还包括测量总线线路系统，所述测量总线线路系统包括双线HART
Figure A200780020684D0008173137QIETU
总线系统、四线HART
Figure A200780020684D0008173137QIETU
总线系统、SDI-12、Profibus总线系统或者现场总线基础总线系统(Fieldbus Foundation Bussystem)。
因此，能量供给单元可以通过独立的线路系统获取附加的电力，于是始终存在足够的电力用于现场设备的运行。一个可能的系统可以是四线
Figure A200780020684D00081
总线系统，在该总线系统中电流供给和测量信号可以是分离的。
在这里，能量供给单元用作为现场设备能量供给的支持装置，例如经由上面所述的测量总线线路系统中的一种。由此，例如通过提高测量速率，就可以提升现场设备的性能。
然而，能量供给单元附加的能量也可以被暂时存储，并且可以在能量需求更高的时段调用这些能量。
换言之，因此可以持久地或者有限时间内提升现场设备的性能。
根据本发明的另一个实施例，太阳能模块具有粘接侧，其中粘接侧被设置为使得太阳能模块可以借助该粘接侧固定在壳体上。
通过这种方式，太阳能模块就可以简单又可靠地固定在壳体上。
此外，太阳能模块的形状可以匹配于现场设备显示模块的形状，于是该太阳能模块可以精确匹配且非常紧密地贴靠连接在该现场设备显示模块上。因为在现场设备显示模块和太阳能模块之间存在非常紧密的接触，所以就可以最小化由在显示器和太阳能模块之间的过渡区域上的散射而造成的光线损失。
根据本发明的一个实施例，能量供给单元还包括控制或调节单元，用以控制或调节由外部输入的能量。
此外，该控制或调节单元可以被实施为用于控制或调节现场设备的能量需求。
例如，可以根据可供使用的能量来调整现场设备的测量速率。
尤其是与内部能量存储器相结合可以实现有效的能量管理，其使得现场设备可以自给自足地工作，而不必经由外部接口输入电能。
根据本发明的另一个实施例，给出一种现场设备，其包括上述能量供给单元之一。
在这里，其例如是物位测量装置或者压力测量装置。这种物位测量装置例如可以是雷达物位测量装置、TDR物位测量装置、超声波物位测量装置、微波物位测量装置、压力测量装置、电容式边界量测量装置或者振动式边界量测量装置(Grenzstandmessgeraet)。
此外，还给出对用于现场设备的上述能量供给单元的应用，所述现场设备用于测量压力或者物位。
根据本发明的另一个实施例，给出一种用于向现场设备供给能量的方法，所述现场设备用于测量压力或者物位，其中用于现场设备的电能是通过太阳能模块生成的，该太阳能模块是整合在所述现场设备的壳体中的。
因而就不再需要通过外部能量供给提供电能。
由从属权利要求得到本发明的其他实施例和优点。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。
图1表示根据本发明一个实施例的能量供给单元的示意图；
图2表示根据本发明一个实施例的具有能量供给单元的现场设备的视图；
图3表示根据本发明一个实施例的具有能量供给单元的物位雷达的示意图；
图4表示根据本发明的另一个实施例的现场设备。
图中所示仅为示意性并且不是按比例的。
具体实施方式
在下面的附图说明中对于相同或相似元件将使用相同的附图标记。
图1表示根据本发明一个实施例的能量供给单元的示意图。能量供给单元包括一个太阳能模块101，太阳能模块101通过一固定面106与一测量装置显示模块105连接。在这里，该连接例如可以以粘合的形式实施。当然，太阳能模块101与显示器105也可以相互浇注或者彼此粘接在能量供给单元的壳体(图1中未示出)中。
在太阳能模块101的背面上安装有一加热薄膜115，加热薄膜115可以将太阳能模块和/或显示器105加热至工作温度。加热薄膜115也可以被实施为使其防止显示器105和/或太阳能模块101结冰，或者防止显示器105表面凝水。
为此，可以相应地根据需要来激活加热薄膜115，例如通过手动开关或者自动地通过相应的电子调节装置107来激活它(参见图3)。
显示器105、太阳能模块101和加热薄膜115可以被制造为整体模块，并随后整合到相应的壳体中，以形成能量供给单元。
通过这种方式，物位传感器或压力测量技术传感器的能量供给就将获得支持，甚至完全被替代。
通过在液晶显示器105之后安装太阳能模块101，一方面朝向外侧保护了太阳能模块，另一方面在壳体上侧无需自己的安装表面。于是最终节约了壳体表面的空间。
图2示出具有一壳体102和一天线110的物位测量装置。天线110在图2的实施例中被构造为抛物面天线。然而其他天线形状也是可以的。物位传感器的壳体102在这里具有一壳体盖117，一第一太阳能模块103以单个的太阳能电池的形式整合在壳体盖117中。例如，太阳能模块103可以浇注在传感器盖117中，或者与传感器盖117螺纹连接。
另一个太阳能模块104(在这里也呈单个太阳能电池的形式)被装入壳体壁中。在极端情况下可以在壳体102中嵌入如此之多的太阳能电池，以致壳体基本仅由这些太阳能电池(当然它们可以被联合成一个整体模块)构成。例如，每个单个的太阳能电池103、104都可以被构造为浇注件。然后这些浇注件可以被联合成一个相应的壳体。
图3表示本发明的另一个实施例，该实施例设计为物位雷达的形式。物位雷达在这里具有一壳体102，壳体102容纳一电子收发装置。此外还设有一天线110，天线110被实现用于发出发送信号110，并且用于接收在填充料表面113上反射的接收信号112。
在壳体102的盖117中整合有一显示器105和一太阳能电池103。此外，第二太阳能电池104是整合在壳体壁中的。这两个太阳能电池103、104都通过相应的线路连接至一电子控制单元107，电子控制单元107例如控制或者调节物位传感器的能量需求。
此外设有双线接口108，物位传感器可以借助双线接口108连接到一个双线回路。通过该双线回路可以传递测量信号或者控制信号。此外，可以通过双线回路提供外部能量供给。
电子控制单元107在这里如此设定物位传感器的能量需求，以使得始终可以保证充足的能量供给。例如为此可以改变扫描速率。此外，电子控制单元107可以均衡物位传感器的能量需要中的峰值，这是通过例如附加接上能量存储器109或者例如从外部(经由双线回路)引入能量来实现的。
当然，如果根据本发明的能量供给单元被相应地确定尺寸，如果有足够的太阳能电池供以使用和/或如果用作为能量缓冲器的能量存储器109具有足够的存储容量，那么这种外部能量供给就不是必需的。能量存储器109例如可以是蓄电池或者其他合适的存储器。
图4表示根据本发明另一个实施例的测量装置的示意图，其中，壳体主要由太阳能电池103、104、116(以及其他的在图4中不可见的位于背侧的太阳能电池)构成。此外还设有一显示器105。电子装置位于壳体内部。
作为补充需要指出，“包括”并不排除其他元件或者步骤，而“一个”并不排除多个。此外还要指出，参考上述实施例之一描述的特征或者步骤，也可以与其他上述实施例的其他特征或者步骤组合应用。权利要求中的附图标记不应视为限制。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于现场设备的能量供给单元，所述现场设备用于测量压力或者物位，所述能量供给单元包括：
一太阳能模块(101、103、104)，用以产生所述现场设备用的电能；
一壳体(102)，用以容纳所述现场设备的电子测量装置；
一控制或调节单元(107)
其中，所述太阳能模块(101、103、104)是被整合在所述壳体(102)中的；以及
其中，所述控制或调节单元(107)被实施为用于控制或调节所述现场设备的能量需求，其中根据可供使用的能量来调整现场设备的测量速率。
2.根据权利要求1所述的能量供给单元，
其中，所述壳体(102)具有一空腔；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)设置成使其能够被整合在所述空腔内。
3.根据权利要求1或2所述的能量供给单元，
其中，所述壳体(102)至少部分地由可透光材料制成；并且
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被设置在所述壳体的内部。
4.根据权利要求1、2或3所述的能量供给单元，还包括：
一现场设备显示模块(105)，其用于显示测量值并被实施为液晶显示器；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被设置在所述现场设备显示模块(105)的背侧上。
5.根据权利要求1至4之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)包括多个太阳能电池(101、103、104)；并且
其中，所述壳体(102)是由这些太阳能电池构成的。
6.根据权利要求1至5之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被构造为浇注件。
7.根据权利要求1至6之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被浇注到所述壳体(102)中。
8.根据权利要求1至7之一所述的能量供给单元，
其中，所述壳体(102)具有一壳体盖；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被浇注到所述壳体盖(117)中或者与所述壳体盖螺纹连接。
9.根据权利要求1至8之一所述的能量供给单元，所述能量供给单元还包括：
一能量存储器(109)，其用于缓冲由所述太阳能模块(101、103、104)产生的电能。
10.根据权利要求1至9之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被实施为用于提供由所述现场设备所需的总能量，以使得无需其他能量供给。
11.根据权利要求1至10之一所述的能量供给单元，还包括：
一附加的供给线路或者测量总线线路系统；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被实施为用于支持所述现场设备的能量供给。
12.根据权利要求1至11之一所述的能量供给单元，还包括：
一测量总线线路系统，所述测量总线线路系统是从包括双线HART
Figure A200780020684D0008173137QIETU
总线系统、四线HART
Figure A200780020684D0008173137QIETU
总线系统、Profibus总线系统、SDI-12和现场总线基础总线系统的组中选出的。
13.根据权利要求1至12之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)具有一粘接侧(106)；
其中，所述粘接侧(106)被设置成使得所述太阳能模块(101、103、104)能够借助所述粘接侧(106)被固定在所述壳体(102)上。
14.根据权利要求1至13之一所述的能量供给单元，其中：
所述控制或调节单元(107)被实施为用于控制或者调节由外部输入的能量。
15.一种现场设备，其包括根据权利要求1至14之一所述的能量供给单元。
16.根据权利要求15所述的现场设备，其中，所述现场设备是从包括物位测量装置和压力测量装置的组中选出的。
17.根据权利要求15所述的现场设备，其中，所述现场设备是从包括雷达物位测量装置、TDR物位测量装置、超声波物位测量装置、微波物位测量装置、电容式边界量测量装置和振动式边界量测量装置的组中选出的。
18.根据权利要求15至17之一所述的现场设备，其中，所述现场设备是从包括HART
Figure A200780020684D0008173137QIETU
双线现场设备、HART
Figure A200780020684D0008173137QIETU
四线现场设备、4至20毫安现场设备、Profibus现场设备、SDI-12现场设备和现场总线基础现场设备的组中选出的。
19.一种根据权利要求1至14之一所述的能量供给单元用于现场设备的应用，所述现场设备是用于测量压力或者物位的。
20.一种为现场设备供给能量的方法，所述现场设备是用于测量压力或者物位的，所述方法包括以下步骤：
通过太阳能模块(101、103、104)产生用于所述现场设备的电能，所述太阳能模块(101、103、104)是被整合在所述现场设备的壳体(102)中的；
控制或调节所述现场设备的能量需求，其中根据可供使用的能量来调整现场设备的测量速率。

Claims (21)

1.一种用于现场设备的能量供给单元，所述现场设备用于测量压力或者物位，所述能量供给单元包括：
一太阳能模块(101、103、104)，用以产生所述现场设备用的电能；
一壳体(102)，用以容纳所述现场设备的电子测量装置；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)是被整合在所述壳体(102)中的。
2.根据权利要求1所述的能量供给单元，
其中，所述壳体(102)具有一空腔；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)设置成使其能够被整合在所述空腔内。
3.根据权利要求1或2所述的能量供给单元，
其中，所述壳体(102)至少部分地由可透光材料制成；并且
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被设置在所述壳体的内部。
4.根据权利要求1、2或3所述的能量供给单元，还包括：
一现场设备显示模块(105)，其用于显示测量值并被实施为液晶显示器；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被设置在所述现场设备显示模块(105)的背侧上。
5.根据权利要求1至4之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)包括多个太阳能电池(101、103、104)；并且
其中，所述壳体(102)是由这些太阳能电池构成的。
6.根据权利要求1至5之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被构造为浇注件。
7.根据权利要求1至6之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被浇注到所述壳体(102)中。
8.根据权利要求1至7之一所述的能量供给单元，
其中，所述壳体(102)具有一壳体盖；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被浇注到所述壳体盖(117)中或者与所述壳体盖螺纹连接。
9.根据权利要求1至8之一所述的能量供给单元，所述能量供给单元还包括：
一能量存储器(109)，其用于缓冲由所述太阳能模块(101、103、104)产生的电能。
10.根据权利要求1至9之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被实施为用于提供由所述现场设备所需的总能量，以使得无需其他能量供给。
11.根据权利要求1至10之一所述的能量供给单元，还包括：
一附加的供给线路或者测量总线线路系统；
其中，所述太阳能模块(101、103、104)被实施为用于支持所述现场设备的能量供给。
12.根据权利要求1至11之一所述的能量供给单元，还包括：
一测量总线线路系统，所述测量总线线路系统是从包括双线HART
Figure A200780020684C0003143332QIETU
总线系统、四线HART
Figure A200780020684C0003143332QIETU
总线系统、Profibus总线系统、SDI-12和现场总线基础总线系统的组中选出的。
13.根据权利要求1至12之一所述的能量供给单元，
其中，所述太阳能模块(101、103、104)具有一粘接侧(106)；
其中，所述粘接侧(106)被设置成使得所述太阳能模块(101、103、104)能够借助所述粘接侧(106)被固定在所述壳体(102)上。
14.根据权利要求1至13之一所述的能量供给单元，还包括：
一控制或调节单元(107)，所述控制或调节单元(107)用于控制或者调节由外部输入的能量。
15.根据权利要求1至14之一所述的能量供给单元，
其中，所述控制或调节单元(107)被实施为用于控制或调节所述现场设备的能量需求。
16.一种现场设备，其包括根据权利要求1至15之一所述的能量供给单元。
17.根据权利要求16所述的现场设备，其中，所述现场设备是从包括物位测量装置和压力测量装置的组中选出的。
18.根据权利要求16所述的现场设备，其中，所述现场设备是从包括雷达物位测量装置、TDR物位测量装置、超声波物位测量装置、微波物位测量装置、电容式边界量测量装置和振动式边界量测量装置的组中选出的。
19.根据权利要求16至18之一所述的现场设备，其中，所述现场设备是从包括HART
Figure A200780020684C0003143332QIETU
双线现场设备、HART
Figure A200780020684C0003143332QIETU
四线现场设备、4至20毫安现场设备、Profibus现场设备、SDI-12现场设备和现场总线基础现场设备的组中选出的。
20.一种根据权利要求1至15之一所述的能量供给单元用于现场设备的应用，所述现场设备是用于测量压力或者物位的。
21.一种为现场设备供给能量的方法，所述现场设备是用于测量压力或者物位的，所述方法包括以下步骤：
通过太阳能模块(101、103、104)产生用于所述现场设备的电能，所述太阳能模块(101、103、104)是被整合在所述现场设备的壳体(102)中的。
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