CN103163191A - 传感器端模块、传感器和测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器端模块（1），包括：传感器盖（2），其具有第一连接元件（6）和用于接触介质（5）的传感主动元件（4）；以及存储器模块（3）。该存储器模块包括：外壳（8），其具有第二连接元件（7），其中第二连接元件（7）与第一连接元件（6）结成形状和/或力联锁连接；存储器元件（9），其中存储器元件（9）包含关于传感主动元件（4）的信息，其中存储器元件（9）被布置在外壳（8）中或外壳（8）上；第一通信接口（10），其用于发送和/或接收信息和/或数据，并且其中第一通信接口（10）与存储器元件（9）电接触。此外，本发明还涉及传感器和测量系统。

Description

传感器端模块、传感器和测量系统

技术领域

本发明涉及传感器端模块、包括该传感器端模块的传感器以及包括该传感器端模块的测量系统。

背景技术

在分析技术中，已知传感器具有随时间推移必须替换的个别组件。因而，这种组件可能变旧并且不再具有期望的特性。而且，特定配料可能耗尽并且为了进一步操作必须替换。

这样的例子是电化学传感器，例如电流计或光学传感器。经常在该情况下，传感器的关键元件例如膜扮演决定角色。通常，相应于将要被确定的过程变量，在特定物质存在时，膜会改变其化学、物理和/或生物特性。其例子为对氧反应灵敏的膜。然而，也存在已知用于大多数物质变化的其他离子选择性膜。

例如，能够光学或（电）化学读出膜的特性变化。为了精确确定过程变量，决定性的是：了解膜的特征属性，例如标定数据；以及能够通过测量变送器等等使这些数据参加确定过程变量。

由于每一批次，在极端情况下甚至是每个个别膜，都具有不同的偏离特性，所以通常在工厂测量膜的特性，并且直接写入或者手动将其输入测量变送器。最迟，在膜替换的情况下，必须手动输入该特性。这很枯燥并且容易产生误差。

从US7,138,926B2已知了一种传感器端模块，其具有存储器和至少一个另外的电组件。该存储器能够包括膜的特性。如上所述，由于必须频繁替换膜，所以另外的电组件的协整合（co-integration）昂贵。

从DE202006007582U1已知了一种传感器端模块，其具有固定连接的存储器。在该情况下，在传感器的生产中就必须已安装该存储器。因为在个别传感器组件的制造中，例如由于玻璃熔化、焊接等等出现特别高的制造温度，所以存储器必须耐受这些温度。

发明内容

因此，本发明的目标是提供能够简单制造并且能够明确识别和关联其特征特性的传感器端模块、传感器和测量系统。

通过传感器端模块实现该目标，其包括：

-传感器盖，其具有第一连接元件和用于接触介质的传感主动元件；以及

-存储器模块，其包括：

·外壳，其具有第二连接元件，

其中，第二连接元件与第一连接元件结成形状和/或力联锁连接；

·存储器元件，

其中，存储器元件包含关于传感主动元件的信息，

其中，存储器元件被布置在外壳中或外壳上；

·第一通信接口，其用于发送和/或接收信息和/或数据，以及

其中，第一通信接口与存储器元件电接触。

这是有益的。存储器模块与传感器盖结成形状和/或力联锁连接，并且能够按需要释放该连接。一种选择是提供用于施加和拆除存储器模块的专用工具。同样，也可在已完成（高温）制造步骤后施加存储器模块。通信端口确保存储在存储器模块中的信息和/或数据的通信。

在优选实施例中，传感主动元件为膜，其中该膜被实施成根据介质的物质而改变其化学、物理和/或生物特性。因而，例如能够测量物质的浓度。例如，一种选择是涉及膜的电化学或光学特性。

在优选实施例中，物质是气态或溶解氧。

优选地，该信息包括传感主动元件的识别号码、标定数据、制造日期、生产数据、识别数据和/或操作数据。

在期望形式的实施例中，外壳由非传导材料制造。如果外壳由传导材料制造，那么在给定情况下，就难以或者甚至不可能通信。一种选择是外壳材料包含合成材料，例如塑料，而另一选择是外壳材料包含陶瓷。

在优选实施例中，在第一连接元件上和第二连接元件上提供机械编码，其中机械编码明确关联第一连接元件和第二连接元件。

这里一种选择包括用于唯一关联存储器模块和传感器盖的各种凹槽和弹簧组合。因而，对于特定传感器盖，能够确保仅施加相应的存储器模块。另外一种选择是将存储器模块放置到传感器盖中。相应的凹槽和弹簧组合仅允许在传感器盖中存储器模块的唯一布置。

在优选实施例中，提供了电子熔丝，其被实施以使得仅可能一次性读出存储器的信息。

这里的另一种选择是作为读出确认比特设置。这也能确保不再使用已替换的可能有缺陷的存储器模块以及与其一起的传感器端模块。

优选地，第一通信接口为配备的接头（contact equipped）或者无接触接口。一种选择是，其为滑动接触、一个或更多触针或近场、接口组件，尤其是RFID接口组件。

此外，通过包括传感器端模块和传感器轴的传感器实现该目标，该传感器具有：

-第二通信接口，其与第一通信接口兼容，其用于将信息/数据发送至第一通信接口和/或从第一通信接口接收信息/数据，

-测量组件，其用于记录传感主动元件的化学、物理和/或生物特性，以及

-上级单元，其用于处理测量组件所记录的传感主动元件的特性和/或存储器单元中的信息，

其中，提供机械连接装置，其连接传感器端模块和传感器轴。

测量组件记录传感主动元件的特性。这些特性由于被测量的物质而变化。通过上级单元记录和处理并且考虑这些变化。通过第一/第二通信接口将关于传感主动元件的以及位于存储器模块中的信息发送至上级单元，并且为了计算过程变量而考虑该信息。

在优选的进一步发展中，测量组件是光学发射系统和光学接收系统。这用于记录传感主动元件的特性。例如，发射系统发出具有特定波长的光（即，电磁辐射），并且接收在传感主动元件上反射的光。根据被测量的物质的浓度，光在灵敏元件上改变，例如在密度、波长、相位、衰变时间及其他方面，由此能够从这种变化推断被测量的物质的浓度。

一种选择是，当传感器端模块通过机械连接装置连接传感器轴时，存储器模块被推到传感器轴上，并且传感器盖与存储器模块结成形状和/或力联锁连接。

这里，通过包括传感器端模块的测量系统实现该目标，并且其还包括：

-读取单元，其具有第二通信接口，该第二通信接口与第一通信接口兼容，用于将信息/数据发送至第一通信接口和/或从第一通信接口接收信息/数据，

-连接元件，以及

-上级系统；

其中，连接元件电连接读取单元和上级系统，以及

其中，上级系统从存储器元件读出信息和/或数据，和/或向存储器元件写入。

读取单元和第一/第二通信接口允许通过连接元件（例如线缆或无线接口）使存储器模块和上级系统之间进行信息和/或数据的双向传送。这是优选的。然后数据能够被直接载入上级系统。例如，如果传感器被连接至上级系统，能够由上级系统将信息写入传感器。然后，传感器就不需要读取系统。由于读取单元远离过程运行，所以能够不对（过程）温度范围的非常变化而是对于正常环境温度设计该读取单元。

附图说明

现在将基于附图解释本发明，附图示出如下：

图1本发明的传感器端模块；

图2a本发明的传感器端模块的一部分，其示出存储器模块；

图2b图2a的该部分的平面图；

图3本发明的传感器；以及

图4本发明的测量系统。

具体实施方式

在附图中，相同的部件被提供有相同的附图标记。

如图1所示，整体上以附图标记1指示传感器端模块。

传感器端模块1被实施成两部分，即传感器盖2和存储器模块3。传感器盖2在其下端具有传感主动元件4，在该例子中，传感主动元件4被实施成膜的形式。传感器盖2例如由不锈钢制造。传感主动元件4接触介质5。位于介质5中的是被测量的物质。

不限制其一般性，下文将基于氧传感器更详细解释本发明，即被测量的物质为气态或溶解氧。在该情况下，传感主动元件4，即膜，根据氧的浓度改变其化学、生物或者此处尤其是其物理、尤其是其光学特性。

传感器2通过第一连接元件6和第二连接元件7与存储器模块3相连接。此处，用于这种连接的可以是已知的凹槽和弹簧原理，其中凹槽和/或弹簧能够被实施成使得需要专用工具来啮合和/或分离。存储器模块3能够卡在传感器盖2中。然而，另一选择是，存储器模块3被简单地插入传感器盖2中。进一步的选择是提供机械编码，使得只能是特定存储器模块3与特定传感器盖2相连接。也能够使用凹槽和弹簧原理，以实现存储器模块3仅可在限定位置与传感器盖2相连接。因而，例如能够确保将第一和第二通信接口10、11（参见下文）关于彼此理想地定位。

图2a和2b示出了存储器模块3，其中，图2b示出了存储器模块3的平面图。

存储器模块3由外壳8组成，外壳8例如由合成材料，例如塑料或陶瓷制造。优选地，选择非传导性材料。外壳8能够为注模零件或使用车床制造的零件。在该实施例中，外壳8为环形，使得能够将其插入传感器盖2，在给定情况下，由连接元件6、7固定外壳8。

例如通过粘附或罐装将存储器元件9放置在外壳8中。存储器元件9例如为EEPROM或闪存。位于存储器元件9中的是关于传感主动元件4的信息，例如识别号码、标定数据、制造日期、生产数据、传感主动元件的识别数据和/或操作数据。

第一通信接口10也位于外壳8中。通信接口10电连接存储器元件9。接口能够实施成无线的，尤其是RFID接口。此处，其他选择包括滑动接头或一个或更多触针。

图3示出了本发明的传感器12。在传感器12上或其中，或者在传感器轴13上或其中，定位有第二通信接口11，其用于通过第一通信接口10与存储器元件9通信。当然，第一和第二通信接口10、11彼此兼容，即它们能够彼此通信。

传感器端模块1通过机械连接装置16与传感器轴13相连接。机械连接装置16例如能够为螺丝螺纹、卡口连接等等。

由于在该例子中存储器模块3为环形，所以一种选择是可将存储器模块3推到传感器轴13上。然后，传感器盖2能够通过机械连接装置16与传感器轴13相连接。通过该方式，然后存储器模块3能够与传感器盖2结成形状和/或力联锁（interlocking）连接。

测量组件14位于传感器轴13的介质侧末端上。测量组件14例如是发射/接收单元。因而，测量组件能够包括用来发光以用于传输功能的LED以及用来接收光的光电探测器（例如，光电二极管或晶体管）。所发出的光在传感主动元件4上根据介质5中的氧浓度而变化，例如关于密度、波长、相位、衰变时间等等变化，其被测量组件14反射或接收。关于密度、波长、相位、衰变时间等等的发出光和接收光之间的差异为介质中氧浓度的指示器。

同样位于传感器轴13中的上级单元15通过开或闭环控制来控制测量组件14。此外，上级单元15从存储元件9读出信息。基于该信息并且基于测量组件14的测量数据，确定氧浓度。

图4示出了本发明的测量系统17。在该情况下，传感器模块1与读取单元18相连接。读取单元18具有第一通信接口10，其与第二通信接口11兼容。可选项包括无线以及还有有线通信。

如果使用无线变种，就能够省略传感器端模块1和读取单元18之间的直接接触——传感器端模块1仅保持处于读取单元8附近。

一种选择是使用RFID接口。近年来，已实现电脱耦，例如光学、电容性，然而尤其是传导性接口。另一种选择是，该电脱耦、传导接口的线圈也起RFID接口线圈的功能。

如果使用有线变种，那就必须在传感器端模块1和读取单元18之间产生接触。例如可对其使用滑动接头。

通过连接元件19，例如线缆或无线连接，读取单元18与上级系统20连接。上级系统20例如为测量变送器。然后，上级系统20能够从存储器元件9读出信息和/或数据，或者选择性地也写入存储器元件9。

一种选择是，代替连接具有读取单元18的连接元件19，将传感器12连接至上级系统20。如果传感器12不配备有第二通信接口11，现在位于上级系统20中的存储器元件9的信息能够被发送至传感器12，尤其是发送至上级单元15。

如果在存储器元件9中仅有识别号码，那么上级系统20就能够例如通过因特网获得当前信息和/或数据。制造商能够在线获得这些信息和/或数据。

在下文中，现在将更详细地解释传感器端模块1的历史。

在工厂中，彼此孤立地制造例如氧传感器的传感器12和具有传感器盖2和存储器模块3的传感器端模块1。存储器模块3被插入传感器盖2，并且在给定情况下，附带有连接元件6、7。

如上所述，为了精确测量，必需了解传感主动元件4的特性。因此，已在工厂中就其特性测量了传感器盖2，并且将所测量的信息例如以标定数据的形式写入存储器元件9中。

能够以两种不同的方式将对于精确确定氧浓度重要的信息移到上级单元15中，在上级单元15中进行浓度的确定/计算。

首先，能够将传感器端模块1连接至传感器12，然后，将信息通过第二通信接口11分别直接写入传感器12和上级单元15。

其次，能够将传感器模块1直接连接至读取单元18。如上所述，然后，将信息通过连接元件19分别直接写入传感器和上级单元15。

一种选择是，为了防止二次读出信息，在一次读出信息后，在存储器元件9中设置比特。通过该方式，能够防止错误地二次使用已使用的传感器端模块。

附图标记列表

1     传感器端模块

2     传感器盖

3     存储器模块

4     传感主动元件

5     介质

6     第一连接元件

7     第二连接元件

8     外壳

9     存储器元件

10    第一通信接口

11    第二通信接口

12    传感器

13    传感器轴

14    测量组件

15    上级单元

16    机械连接装置

17    测量系统

18    读取单元

19    连接元件

20    上级系统

Claims (11)

1.一种传感器端模块（1），包括：

传感器盖（2），所述传感器盖（2）具有第一连接元件（6）和用于接触介质（5）的传感主动元件（4）；以及

存储器模块（3），

所述存储器模块（3）包括：

外壳（8），所述外壳（8）具有第二连接元件（7），其中，所述第二连接元件（7）与所述第一连接元件（6）结成形状和/或力联锁连接；

存储器元件（9），其中，所述存储器元件（9）包含关于所述传感主动元件（4）的信息，其中，所述存储器元件（9）被布置在所述外壳（8）中或所述外壳（8）上；

第一通信接口（10），所述第一通信接口（10）用于发送和/或接收信息和/或数据，并且其中所述第一通信接口（10）与所述存储器元件（9）电接触。

2.根据权利要求1所述的传感器端模块（1），

其中，所述传感主动元件（4）是膜，

其中，所述膜被实施成根据所述介质的物质而改变其化学、物理和/或生物特性。

3.根据权利要求2所述的传感器端模块（1），

其中，所述物质是气态或溶解氧。

4.根据权利要求1-3至少一项所述的传感器端模块（1），

其中，所述信息包括所述传感主动元件（4）的识别号码、标定数据、制造日期、生产数据、识别数据和/或操作数据。

5.根据权利要求1-4至少一项所述的传感器端模块（1），

其中，所述外壳（8）由非传导材料制造。

6.根据权利要求1-5至少一项所述的传感器端模块（1），

其中，在所述第一连接元件（6）上和所述第二连接元件（7）上提供机械编码，

其中，所述机械编码明确地关联所述第一连接元件（6）和所述所述第二连接元件（7）。

7.根据权利要求1-6至少一项所述的传感器端模块（1），

其中，提供电子熔丝，所述电子熔丝被实施以使得仅可一次性读出所述存储器元件（9）的信息。

8.根据权利要求1-7至少一项所述的传感器端模块（1），

其中，所述第一通信接口（10）是配备的接头或无接触接口。

9.一种测量和/或监控介质（5）的过程变量的传感器（12），所述传感器（12）包括根据权利要求1-8至少一项所述的传感器端模块（1）和传感器轴（13），所述传感器具有：

第二通信接口（11），所述第二通信接口（11）与所述第一通信接口（10）兼容，用于将信息/数据发送至所述第一通信接口（10）和/或从所述第一通信接口（10）接收信息/数据，

测量组件（14），所述测量组件（14）用于记录所述传感主动元件（4）的化学、物理和/或生物特性，以及

上级单元（15），所述上级单元（15）用于处理所述测量组件（14）所记录的所述传感主动元件（4）的特性和/或所述存储器元件（9）中的信息，

其中，提供机械连接装置（16），所述机械连接装置（16）连接所述传感器端模块（1）和所述传感器轴（13）。

10.根据权利要求9所述的传感器（12），

其中，所述测量组件（14）是光学发射系统和光学接收系统。

11.一种测量系统（17），包括根据权利要求1-8至少一项所述的传感器端模块（1），并且还包括：

读取单元（18），所述读取单元（18）具有第二通信接口（11），所述第二通信接口（11）与所述第一通信接口（10）兼容，用于将信息/数据发送至所述第一通信接口（10）和/或从所述第一通信接口（10）接收信息/数据，

连接元件（19），以及

上级系统（20）；

其中，所述连接元件（19）电连接所述读取单元（18）和所述上级系统（20），以及

其中，所述上级系统（20）从所述存储器元件（9）读出信息和/或数据，和/或向所述存储器元件（9）写入。

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