CN103245703B - 电化学传感器、包括其的设施及相应标定和/或调整方法 - Google Patents

Abstract

涉及一种电化学传感器、包括其的设施及相应标定和/或调整方法。电化学传感器（10）具有分析电子器件（12），其这样构成，使得由传感器（10）产生的信号基本不可由后续的传输而改变，其中分析电子器件（12）包括放大器。所述设施为包括这种传感器（10）及显示设备和/或进一步的测量值处理系统的设施。在用于标定和/或调整该传感器（10）的方法中，传感器（10）在与之后的测量地点或之后的测量环境等不同的地点被标定和/或调整，然后将传感器（10）安装在测量地点或测量环境中，在预先给定的操作时间之后，或者在发生错误的情况，或者由于其他原因，在随后的步骤中，传感器（10）被移出测量地点或测量环境，且然后被重新标定和/或调整。

Description

电化学传感器、包括其的设施及相应标定和/或调整方法

本申请是申请日为2007年4月3日，国家申请号为200780015490.0（PCT申请号为PCT/EP2007/002992），题为“用于标定和/或调整传感器特别是电化学、电物理或光学传感器的方法，以及相应的传感器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于标定和/或调整传感器的方法，该传感器特别是电化学、电物理或光学传感器，其中传感器具有分析电子器件，其这样构成，使得由传感器产生的信号基本不可由后续的传输而改变。另外，本发明涉及一种相应的传感器。

背景技术

已知电化学传感器，其例如用于监控硫酸的制造。为了使这种传感器能够传递正确的测量值，它必须被标定和/或调整。这里，“标定”通常涉及确定由传感器测量的测量值与正确的测量值之间的偏差；而“调整”通常涉及将传感器测量的测量值校正至正确的测量值。在已知的传感器中，这种标定和/或调整在第一次将传感器安装在它们的测量位置时就付诸实践，从而传感器能够在那里被标定和/或调整。显然，这种在线标定和/或调整需要可观的付出。

进一步，在这样一个生产工厂中往往使用多个传感器，其中在一个传感器故障的情况中，通常需要迅速替换故障传感器。为此，往往保存多个新的和/或用过的传感器，以保证快速替换。特别是在需要迅速替换的情况中，传感器的这个较大数量以及不同类型导致以下风险，即，安装的传感器不是正确的替换传感器而是例如错误的传感器类型。发明内容

本发明的目的是提供方法和传感器，克服上述缺点和问题。

根据本发明，这个目的在装置方面通过一种电化学传感器来实现，该传感器具有分析电子器件，该分析电子器件这样构成，使得由传感器产生的信号基本不可由后续的传输而改变，其中所述分析电子器件包括放大器。

根据本发明优选的实施方式，分析电子器件括模/数转换器。

此外，分析电子器件包括存储元件。

根据本发明优选的实施方式，传感器还包括测量单元，该测量单元与分析电子器件相连，以及其中分析电子器件用于将由测量单元提供的模拟电子信号处理并转化为数字信号。

另外，在分析电子器件中包含对于传感器的标定和/或调整具有关键性影响的所有功能和所有电子部件。

根据本发明优选的实施方式，该传感器为pH值传感器。

本发明的任务还由一种包括之前所述的传感器及显示设备和/或进一步的测量值处理系统的设施来实现，其中传感器通过耦合与电缆相连并且通过所述电缆与显示设备和/或进一步的测量值处理系统相连。

在根据本发明的设施中，电缆通过数据接口，尤其是公共数据接口，连接至个人电脑的USB端口。

根据本发明的设施，在传感器和电缆之间存在接口，并且其中传感器向接口发出信号，该信号基本上不再被后续的传递所干扰并改变，于是，耦合以及后续的电缆对于传递的信号仅仅有很小的影响以至于不发生传递的信号的恶化。

本发明的目标在方法方面通过一种用于标定和/或调整pH传感器的方法得以实现。其中传感器特别是之前所述的传感器，传感器具有分析电子器件，该分析电子器件这样构成，使得由传感器产生的信号基本不可由后续的传输而改变。传感器在与之后的测量地点或之后的测量环境等不同的地点被标定和/或调整。然后将传感器（10）安装在测量地点或测量环境中，在预先给定的操作时间之后，或者在发生错误的情况，或者由于其他原因，在随后的步骤中，传感器（10）被移出测量地点或测量环境，且然后被重新标定和/或调整。

其中所述测量地点或测量环境为工厂。

在本发明的方法中，将传感器的序列号存储在数据库中，然后为传感器分配一个标签号，该标签号同样以分配给传感器的方式存储在数据库中。

其中传感器是PH传感器，并且其中该标签号标示之后的测量地点或之后的测量环境，或者该标签号标示允许使用传感器的测量类型。

在本发明的方法中，将在标定和/或调整中产生的标定数据存储在传感器中，以备后用。

此外，将在标定和/或调整中产生的标定数据存储在数据库中。

根据本发明的方法，传感器在安装状态中被初始化并同步，然后执行测量并将确定的测量值通过电缆转发，并且其中也由传感器保存测量值并且需要时由传感器执行自诊断。

根据本发明的方法，所有产生的数据，特别是标定数据被存储在数据库中。

此外根据本发明的方法，将传感器通过电缆利用数据接口连接至个人电脑的USB端口。

根据本发明的方法，将标签号存储在传感器中，并且其中当传感器安装在测量地点时读取该标签号。

此外，在测量地点借助于短范围数据无线电，特别是利用蓝牙或WLAN技术，读取标签号。

根据本发明的方法，自动检查传感器在测量地点的正确安装，其中传感器的标签号不仅存储在数据库中，还保存在传感器自身中，

并且其中通过将传感器插入支持装置并连接至电缆且通过电缆与测量值处理系统相连，将传感器安装在工厂中，

其中在第一步骤，由测量值处理系统检查标签号是否存储在传感器中，

其中，如果是，那么在第二步骤中检查存储的标签号是否与期望的标签号一致，其中所述期望的标签号意味着这样的标签号，即基于正在使用的支持装置和/或正在使用的电缆而应当分配给传感器的标签号，

并且其中，如果在这种比较中出现与支持装置和/或电缆的标签号的不一致，则调用错误例程，

并且其中，如果存储的标签号与期望的标签号一致，那么继续传感器的操作。

附图说明

从以下结合附图对本发明实施例的描述中可以清楚看出本发明的其他特征、应用可能以及优点。这里，所有描述的或显示的特征独立地或通过任何组合而形成本发明的主题。

图1显示了本发明的传感器的一个实施例的示意图；

图2显示了使用图1的传感器的方法的一个实施例的示意性框图；

图3显示了图1的传感器在相关联的支持装置中的示意图；和

图4显示了操作图1的传感器的方法的一个实施例的示意性框图。

具体实施方式

图1显示了传感器10，其可以特别地是电化学传感器，例如pH值传感器。传感器10包括测量单元11，其可以是例如pH玻璃电极。测量单元11与分析电子器件12相连，后者可以例如是微处理器。

分析电子器件12用于将由测量单元11提供的模拟电子信号处理并转化为数字信号。模拟信号的处理可以包括信号的放大。另外，分析电子器件12能够过渡性地存储获得的数字信号。

应当注意，提到的转化为数字信号并不是绝对必要的。基本的是，在分析电子器件12中包含对于传感器10的标定和/或调整具有关键性影响的所有功能和所有电子部件。这将在下面详细解释。

分析电子器件12与至少两条导线13、14相连。通过第一导线13，向分析电子器件12提供电能，如果需要还向测量单元11提供电能。通过第二导线14，在两个方向上，向及从分析电子器件12传输数字信号。

传感器10可以通过未显示的耦合与电缆15相连。电缆15中包含两条导线16、17，它们被分配给传感器10的两条导线13、14。电缆15的两条导线16、17与传感器10的两条导线13、14的电连接能够例如电感地实现。通过电缆15，传感器10可以例如与显示设备和/或进一步与测量值处理系统相连。例如，电缆15可以通过所谓的公共数据接口（CDI）连接至个人电脑的USB端口。

在传感器10和电缆15之间存在接口18。在接口18，一方面，可以固定地预先给定某一确定电压，利用它向传感器10提供电能；另一方面，可以固定地预先给定在传感器10和电缆15之间交换的数字信号的种类和方式。

传感器10由制造者生产并向顾客交货。顾客可以在例如用于生产硫酸的工厂中使用传感器10。传感器10与电缆15相连，从而由传感器10测量的测量值可以通过电缆15而例如得到显示或者以其他方式例如由个人电脑进一步处理。

图2显示了顾客使用或应用传感器10的方法。在下面对于图2的说明中，假定传感器10是新制造的传感器10，其由制造者提供给顾客。然而，应当注意，图2的方法可以以相应的方式应用于不是新的而是之前已经使用过的传感器。

在第一步骤21，在顾客一侧在数据库中存储传感器10的序列号以及如果需要还有传感器10的其他数据。这里，序列号提供了当前传感器10的唯一标示。这个第一步骤21可以在任何地点执行，并且因而与传感器10的测量地点无关。

然后，在步骤22，一个标签号被分配给当前传感器10。这个标签号同样存储在数据库中并实际上被分配给当前传感器10。这个第二步骤22也可以在任何地点执行并因而与传感器10的测量地点无关。

这里，标签号可以是允许使用传感器10的测量地点的标识。或者，标签号可以是允许使用传感器10的测量环境的标识。或者，标签号还可以是允许使用传感器10的测量类型的标识。例如，标签号可以是这样的标识，即，传感器10仅仅允许在硫酸生产的情形中使用。

此外，标签号可以代表一种“合并功能”，其以任何方式将许多上述选择聚到一起。

在随后的步骤23，当前传感器10被标定和/或调整。这个标定和/或调整并不是在顾客的工厂之内的期望测量地点完成的。在已经提到的例子中，标定和/或调整不是在生产硫酸的工厂中完成的。作为替代，标定和/或调整可以在任何其他地点实现，也就是完全与之后的测量地点无关的“任何地方”。特别地，传感器10的标定和/或调整可以在实验室中进行。

在“任何地方”执行传感器10的标定和/或调整的能力通过根据图1构造传感器10而实现。特别地，通过以以下方式实现分析电子器件12，即，尽可能多地在分析电子器件12以及传感器10之内考虑所有影响标定和/或调整的因素，以实现由传感器10产生的信号能够在随后的传输中基本不再恶化。最后，传感器10的这种构造呈现出整个“测量距离”位于传感器10之内的构造。

于是，传感器10向接口18发出信号，该信号基本上不再被后续的传递所干扰并改变。于是，耦合以及后续的电缆15对于传递的信号仅仅有很小的影响。这个影响非常小，以至于不发生传递的信号的恶化。

如果传感器10产生的信号正如所解释的，是数字信号，那么附加地，可以对于这个数字信号施加用于误差识别和/或校正的算法。

于是，在传感器10的标定和/或调整中不必考虑在传感器10之后发生的传递。通过将整个“测量距离”容纳在传感器10之内，传感器10能够被独立于其以后的使用，特别是独立于以后的测量地点、使用的电缆15等而得到标定和/或调整。

于是，传感器10的标定和/或调整不是在线完成，而是完全独立于传感器10以后的使用地点。

在传感器10的标定和/或调整中产生的标定数据存储在传感器10中，以备后用。标定数据也可以存储在顾客的数据库中。

应当注意，在制造者处也可以执行传感器10的标定和/或调整。在这种情况种，正如上面解释的，顾客或者可以执行其自己的附加的标定和/或调整，或者可以接受制造者完成的标定和/或调整。在第二种情况中，这个接受可以在“任何地方”发生，即，特别是完全独立于传感器10以后的测量地点。

然后，可以在较长时间段由顾客保存传感器10。应当理解，步骤21、22和23也可以具有不同的顺序。

有时，在步骤24中将使用传感器10。下面基于图3和4解释在这种情况中，在顾客的工厂中传感器10的安装种类及方式。在安装状态中，传感器10被初始化并同步。然后，传感器10能够在该位置执行测量并将确定的测量值通过电缆15转发。有时，也可以由传感器10保存测量值。同样，一种可能是传感器10执行自诊断等。

在预先给定的操作时间之后，或者在发生错误的情况，或者由于其他原因，在随后的步骤25中，传感器10被移出工厂。于是，可以进行传感器10的清洁和/或恢复。然后，传感器10被重新标定和/或调整。在这种情况中，这个重新标定和/或调整可以以与结合步骤23解释的方式相同地执行。重新标定和/或调整也在工厂之外进行，即，在“任何地方”，例如在实验室中。

然后，在步骤24继续使用传感器10。于是，传感器10再次安装在顾客的工厂中并再次投入使用。

在这种情况中，步骤24和25的所述顺序基本上可以任意重复。所有产生的数据，特别是标定数据可以存储在相关联的顾客数据库中。

正如所解释的，当前传感器10允许例如仅仅在特定的测量环境中使用。于是，保证了同一传感器10例如总是在硫酸生产的情形得到使用，而不会在食品制造中得到使用。正如同样解释的，为此，特定的标签号分配至当前传感器10。

现在基于图3解释如何在顾客的工厂中安装当前传感器10。为此，正如基于图1描述的，图3中示出传感器10和电缆15。另外，传感器10具有支持件31，其例如为环形。与这个支持件31相关联的是支持装置32，其用于固定传感器10。支持装置32通常被称作铠装，其配合支持件31，使得传感器10以及支持件31能够插入或引入支持装置32，从而传感器10以及支持件31牢固地紧固在支持装置32之内。从而，借助于支持装置32，传感器10能够牢固地安装在顾客的工厂之内。

假设当前传感器10具有标签号TAGx。这个标签号TAGx以某种方式方法而可见地施加于传感器10上。标签号可以例如印在或刻在传感器10上。同样，可以提供合成材料或其他材料制成的部件，其上印上或雕刻了标签号并且其例如与传感器10钳式连接。或者，该部件还可以牢固地且防止丢失地与传感器10相连。而且，一种可能是，为传感器10提供RFID（射频标示）芯片，其中存储标签号。在这种情况中，标签号可以借助合适的读取设备而可见。此外，一种可能是，借助于短范围数据无线电，例如利用蓝牙或WLAN（无线局域网）技术，读取在传感器10中电子保存的标签号。当然，也可以考虑其他令标签号可见地分配给传感器10的方式。

以相应的方式，标签号TAGx也可见地位于支持装置32上，当前传感器10将安装在该支持装置32中。由于正如已经解释的，标签号指定允许使用特定传感器的测量地点或测量环境，所以支持装置32能够被较早地提供相关联的标签号。在所述例子中，支持装置32可以被分配指定在硫酸生产的情况中的测量地点或测量环境的标签号。

相应地，电缆15也具有标签号TAGx。而且这个标签号可以预先可见地施加于电缆15上，正如之前结合传感器10解释的。

对于安装传感器10，必须的仅仅是，维护人员寻找多个支持装置中携带与当前传感器10的标签号相同的那个支持装置32。维护人员可以在那里安装传感器10。对于电缆15也是同样。于是，仅仅需要维护人员将具有相同标签号的电缆15连接至传感器10。

反过来，以相同的方式，一种选择是，维护人员从多个传感器中检索出与特定的支持装置32具有相同标签号的那个传感器10。于是，维护人员可以将相关联的传感器10安装在这个支持装置32中。关于电缆15，在这种情况中，也是仅仅需要维护人员使用与传感器10具有相同标签号的电缆15。

在安装状态，传感器10、电缆15和支持装置32具有相同的标签号，正如基于标签号TAGx的图3所示。

于是，借助于标签号，保证传感器10总是仅仅安装在在图2的步骤22中分配给传感器10的测量地点或测量环境。从而防止了传感器10的不正确安装。

如果具有特定标签号的传感器10不与测量地点或测量环境的标签号一致，那么这可以通过传感器10、支持装置32和电缆15的标签号不一致的事实而识别。在这种情况，例如，这可能导致在传感器10自身和/或在通过电缆15连接的个人电脑上的错误显示以及/或者导致传感器10或整个测量位置的封锁。

至此，已经参考单一的传感器10进行了说明。然而，例如，在用于硫酸生产的工厂中，存在多个传感器10。同样往往需要在传感器10故障的情况中尽可能没有延迟地以功能正常的传感器10进行替换。

于是，顾客往往已经存储了许多新的传感器10以及许多使用过的传感器10。

在故障的情况中，维护人员可以返回故障传感器10的测量地点并在那里读出故障传感器10或相关联的支持装置32的标签号。然而，维护人员可以从存储的新的和/或使用过的传感器中检索出具有相同标签号的传感器10’。这个选择步骤可以利用打印的标签号或者利用便携电脑而手动执行，其中该便携电脑从故障传感器10的RFID芯片读出标签号并从存储的传感器中自动选择相关联的传感器10’。然后，维护人员可以用功能正常的传感器10’替换故障传感器10。

对于图2的步骤也是同样。这里，在根据步骤25除去传感器10之后，另一传感器10’可以立即安装在工厂中并被根据步骤24操作。在这种情况中，其他传感器10’可以是新的或使用过的保存的传感器10’。然后被拆卸的传感器10可以在其根据步骤25重新标定和/或调整之后被保存，以在以后根据其标签号而再次安装在工厂中。

图4显示了一种自动检查传感器10的正确安装的方法。在这种方法中，假设，在图2的步骤22中，当前传感器10的标签号不仅存储在顾客的数据库中，还保存在传感器10自身中。

为此，正如上面解释的，可以在传感器10中提供合适的存储元件。

在步骤41中，通过将传感器10插入支持装置32并将其连接至电缆15，将传感器10安装在工厂中。假设支持装置32和电缆15各自被分配了一个标签号。此外，假设传感器10通过电缆15与进一步的测量值处理系统（例如，上面提到的个人电脑）相连。

在步骤42，例如测量值处理系统检查标签号是否存储在传感器10中。

如果是，那么在步骤43中，例如测量值处理系统检查存储的标签号是否与期望的标签号一致。“期望的标签号”意味着这样的标签号，其基于正在使用的支持装置32和/或正在使用的电缆15而应当是传感器10的标签号。于是，最后，在步骤43，比较存储的传感器10的标签号和支持装置32和/或电缆15的标签号。如果在这个步骤中支持装置32与电缆15的标签号不一致，则调用未显示的错误例程。特别地，可以执行错误显示或阻塞传感器10或整个测量位置。

如果存储的标签号与期望的标签号一致，那么这意味着正确的传感器10连接至正确的电缆15。然后继续传感器10的操作。

如果在步骤42中确认，在传感器10中没有存储标签号，那么维护人员可以在步骤44被通知不存在标签号，因而必须在工厂中使用传感器10之前首先执行图2的步骤22。作为替代或者补充，在步骤44中，向维护人员询问是否应在图3的方法的范畴内将标签号存储在传感器10中。如果回答是肯定的，那么方法继续步骤43。在这种情况中，必须注意，标签号仅仅存储在传感器10中而不存储在顾客的数据库中。

如果在步骤43中确认，存储的标签号与期望的标签号不一致，那么维护人员可以在步骤45中被通知，并且图3的方法可以终止。在这种情况，维护人员必须将另一传感器10投入使用。作为替代或者补充，在步骤45中，询问维护人员是否要重写传感器10中保存的标签号。如果回答是肯定的，那么继续图3的方法。在这种情况中，传感器10中保存的标签号不再与顾客的数据库一致。

Claims (22)

1.电化学传感器(10)，该传感器(10)具有分析电子器件(12)，该分析电子器件这样构成，使得由传感器(10)产生的信号基本不可由后续的传输而改变，其特征在于，所述分析电子器件(12)包括放大器，并且所述传感器(10)的序列号存储在数据库中，且所述传感器分配有标签号，该标签号同样以分配给所述传感器(10)的方式存储在数据库中，所述标签号标示之后的测量地点或之后的测量环境。

2.根据权利要求1所述的传感器(10)，其中分析电子器件(12)包括模/数转换器。

3.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其中分析电子器件(12)包括存储元件。

4.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其中传感器(10)包括测量单元(11)，该测量单元与分析电子器件(12)相连，以及其中分析电子器件(12)用于将由测量单元(11)提供的模拟电子信号处理并转化为数字信号。

5.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其中在分析电子器件(12)中包含对于传感器(10)的标定和/或调整具有关键性影响的所有功能和所有电子部件。

6.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其中该传感器为pH值传感器。

7.包括根据权利要求1至6之一所述的传感器(10)及显示设备和/或进一步的测量值处理系统的设施，其中传感器(10)通过耦合与电缆(15)相连并且通过所述电缆(15)与显示设备和/或进一步的测量值处理系统相连。

8.根据权利要求7所述的设施，其中电缆(15)通过数据接口，尤其是公共数据接口，连接至个人电脑的USB端口。

9.根据权利要求7或8所述的设施，其中在传感器(10)和电缆(15)之间存在接口(18)，并且其中传感器向接口(18)发出信号，该信号基本上不再被后续的传递所干扰并改变，于是，耦合以及后续的电缆(15)对于传递的信号仅仅有很小的影响以至于不发生传递的信号的恶化。

10.用于标定和/或调整传感器(10)的方法，该传感器是根据权利要求1-6之一所述的传感器，其中传感器(10)具有分析电子器件(12)，该分析电子器件这样构成，使得由传感器(10)产生的信号基本不可由后续的传输而改变，其中所述传感器(10)在与之后的测量地点或之后的测量环境不同的地点被标定和/或调整，然后将传感器(10)安装在测量地点或测量环境中，在预先给定的操作时间之后，或者在发生错误的情况，在随后的步骤中，传感器(10)被移出测量地点或测量环境，且然后被重新标定和/或调整，并且其中将所述传感器(10)的序列号存储在数据库中，并将所述标签号分配给所述传感器，该标签号同样以分配给所述传感器(10)的方式存储在数据库中，所述标签号标示之后的测量地点或之后的测量环境。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述测量地点或测量环境为工厂。

12.根据权利要求10所述的方法，其中传感器是PH传感器。

13.根据权利要求10至12之一所述的方法，其中将在标定和/或调整中产生的标定数据存储在传感器(10)中，以备后用。

14.根据权利要求10至12之一所述的方法，其中将在标定和/或调整中产生的标定数据存储在数据库中。

15.根据权利要求10至12之一所述的方法，其中传感器(10)在安装状态中被初始化并同步，然后执行测量并将确定的测量值通过电缆(15)转发，并且其中也由传感器(10)保存测量值并且需要时由传感器(10)执行自诊断。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所有产生的数据被存储在数据库中。

17.根据权利要求15所述的方法，标定数据被存储在数据库中。

18.根据权利要求10至12之一所述的方法，其中将传感器(10)通过电缆(15)利用数据接口连接至个人电脑的USB端口。

19.根据权利要求10至12之一所述的方法，其中将标签号(10)存储在传感器(10)中，并且其中当将传感器(10)安装在支持装置(32)时和/或当将传感器(10)与电缆(15)相连时，考虑传感器(10)的标签号。

20.根据权利要求19所述的方法，其中在测量地点借助于短范围数据无线电读取标签号。

21.根据权利要求19所述的方法，其中在测量地点利用蓝牙或WLAN技术读取标签号。

22.根据权利要求10至12之一所述的方法，其中自动检查传感器(10)在测量地点的正确安装，其中传感器(10)的标签号不仅存储在数据库中，还保存在传感器(10)自身中，

并且其中通过将传感器(10)插入支持装置(32)并连接至电缆(15)且通过电缆(15)与测量值处理系统相连，将传感器(10)安装在工厂中，

其中在第一步骤(42)，由测量值处理系统检查标签号是否存储在传感器(10)中，

其中，如果是，那么在第二步骤(43)中检查存储的标签号是否与期望的标签号一致，其中所述期望的标签号意味着这样的标签号，即基于正在使用的支持装置(32)和/或正在使用的电缆(15)而应当分配给传感器(10)的标签号，

并且其中，如果在这种比较中出现与支持装置(32)和/或电缆(15)的标签号的不一致，则调用错误例程，

并且其中，如果存储的标签号与期望的标签号一致，那么继续传感器(10)的操作。