CN103808353B - 用于确定测量变量的测量组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定测量变量的测量组件，其带有传感器装置和发送装置。传感器装置产生测量信号，发送装置由该测量信号产生输出信号。本发明的目的在于提出一种在故障情况下转变到防护状态中的测量组件。对于所谈及的测量组件，该目的由此实现，即发送装置具有控制装置、切换装置和信号输出调整装置。如果切换装置处于第一状态中，信号输出调整装置与控制装置相连接。如果处于第二状态中和/或没有与控制装置相连接，信号输出调整装置产生作为输出信号的故障信号。如果传感器装置供应有在可预定的最小值之上的能量，传感器装置将切换装置保持在第一状态中。如果控制装置识别出存在故障状态，其将传感器装置的能量供应降到可预定的极限值上。

Description

用于确定测量变量的测量组件
技术领域
本发明涉及一种用于确定至少一个测量变量的测量组件，其带有至少一个传感器装置和至少一个发送装置。在此，传感器装置产生至少一个测量信号，而发送装置至少由该至少一个测量信号产生至少一个输出信号。测量变量例如为介质的流量、填充状态(Füllstand)、pH值或温度。
背景技术
在现代的工艺自动化系统(Prozessautomatisierung)中使用大量测量仪器以用于确定或用于监测测量变量，以便由此对工艺进行监测或控制。如果尤其涉及到有危险的或关于安全至关重要的应用情况，那么测量仪器或总的测量组件也必须满足提高程度的安全性。换而言之，测量仪器必须提供一定程度的可靠性。这通过安全要求等级或安全完整性等级(Sicherheits-Integritatslevel，SIL)来描述。在此必须以更高的等级来进一步最小化功能性故障的风险。
为了识别出功能性故障，测量仪器因此配备有允许尤其自我监测或监测各个构件的功能性。
如果识别出故障，则一方面发出信号，尤其经由故障信号发出信号，且另一方面测量仪器变换到防护状态中(尤其在危急故障的情况下)，该状态防止由于测量仪器处于故障状态中而发生事故。
针对进一步的考虑，测量仪器或总的测量组件被划分成至少一个传感器装置和发送装置。传感器装置在开始测量时产生由发送装置处理的测量信号。处理在此例如可意指在发送装置中存储校准数据，其允许由该测量信号得出实际感兴趣的测量变量。如果测量信号例如是根据雷达原理的填充状态测量仪(Füllstandsmeßgerät)的微波信号的运行时间，那么可经由参考数据得出反射微波信号的介质的填充状态。补充地或备选地，在发送装置中将测量信号转换成可经由现场总线进行通讯的(在大多情况下标准化的)数据。所产生的输出信号例如为4…20mA信号。
在此，测量组件通常不仅理解为测量仪器(备选的名称：现场仪器)，而且理解为用于测量的单独的构件的互连系统(Zusammenschaltung)。
除了对故障进行识别之外，同样重要的是测量组件在这样的故障情况下还可靠地转变到安全的状态中，即尤其变换到静止状态(Ruhestand)中或断开的状态中。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在故障情况下转变到安全的状态中的测量组件。
根据本发明的测量组件(在其中，其实现先前引出和指出的目的)首先且主要以此为特征，发送装置具有至少一个控制装置、至少一个切换装置以及至少一个信号输出调整装置。信号输出调整装置设计成用于产生至少一个输出信号。切换装置如此设计，即，切换装置至少处在第一状态或第二状态中。控制装置在切换装置处在第一状态中的情况下与信号输出调整装置相连接。信号输出调整装置在切换装置处在第二状态中和/或信号输出调整装置没有与控制装置相连接的情况下产生作为输出信号的至少一个故障信号。此外，控制装置作用于传感器装置的能量供应系统，而传感器装置作用于切换装置。传感器装置在为该传感器装置供应有在可预定的最小值之上的能量的情况下将切换装置保持在第一状态中。最后，控制装置在控制装置识别出存在故障状态的情况下至少将传感器装置的能量供应降到可预定的极限值上。在一种设计方案中，控制装置在其识别出存在故障状态的情况下经由信号输出调整装置产生作为输出信号的故障信号且将传感器装置的能量供应降到可预定的极限值上。
测量组件分成至少一个传感器装置和发送装置，其设计成用于传感器装置的测量信号的处理、转换、加工等且产生输出信号，该输出信号例如经由现场总线接口(作为任意设计的接口的示例)传递到其他的单元或例如控制室(Leitwarte)处。在发送装置中存在切换装置，其在无故障的状态中且在为传感器装置供应有充足的能量的情况下通过传感器装置保持在这样的状态中，即，在其中在控制装置与信号输出调整装置之间存在连接，从而控制装置因此控制输出信号的产生且相反地为控制装置提供能量。
在一种设计方案中，尤其串联地连接控制装置、切换装置以及信号输出调整装置。在此，在另一设计方案中，传感器装置至少在能量供应方面同样串联地布置在控制装置之后或者一般如此布置，即，控制装置的能量供应的中断还导致传感器装置的能量供应的中断。
如果切换装置处在这种状态中，即，在其中中断了在控制装置与信号输出调整装置之间的连接，那么一方面中断控制装置的所提到的能量供应，且另一方面信号输出调整装置识别出该状态且产生作为输出信号的故障信号。
切换装置通过传感器装置保持在这样的状态中，即在其中控制装置与信号输出调整装置有接触。在传感器装置没有作用的情况下，切换装置自动转到在其中中断接触的状态中。因此，将传感器装置的能量供应降低到最小值之下或完全取消传感器装置的能量供应的情况导致控制装置的能量供应同样失效。
如果控制装置识别出存在故障状态，控制装置在一种设计方案中经由信号输出调整装置产生作为输出信号的故障信号且尤其作用于传感器装置的能量供应。在一种设计方案中，控制装置甚至中断传感器装置的能量供应。在另一设计方案中，控制装置还传送给传感器装置已经发现故障状态。如果所提供的能量降低，那么传感器装置不再作用于切换装置且结束控制装置的能量供应。备选地或补充地，倘若控制装置已将存在故障状态作为信息传送给传感器装置，传感器装置识别出其能量供应在在控制装置中或在其周围环境中可能存在其他故障的情况下未被适当地限制或结束，则传感器装置由此自动地通过以下方式采取行动，即，其再次作用于切换装置。
一种设计方案中设置成传感器装置在传感器装置识别出存在故障状态的情况下将切换装置从第一状态置于到第二状态中。因此这样的故障状态还可为这种情况，即，控制装置没有正确地对所识别出的故障作出响应。通过该设计方案，除了控制装置之外还存在测量组件的第二构件，其监视故障状态且将测量组件转变到安全的状态中。由传感器装置和控制装置相应地作用于切换装置且将切换装置转换到另一状态中，从而中断控制装置或者传感器装置的能量供应。
在一种设计方案中，信号输出调整装置经由接口发出至少一个输出信号。在此，在一种设计方案中，接口(其通常用作数据接口)为现场总线接口，且在另一设计方案中尤其为用于4…20mA信号的接口，从而经由该接口还实现测量组件的电流供应。在此，该接口可使得能够实现数字、模拟或混合的数据通讯。
在一种设计方案中，在测量组件之内经由控制装置实现传感器装置的能量供应，而在另一设计方案中甚至尤其仅经由该控制装置来实现传感器装置的能量供应，从而没有为传感器装置提供其他的外部能源且经由控制装置将传感器装置可靠地转变到防护的状态中，而没有电流供应。
在一种设计方案中，控制装置还用于接收传感器装置的一个或多个测量信号。紧接着，控制装置通过信号输出调整装置来控制输出信号的产生。为此而存储例如用于控制装置的校准数据或参考数据。
在一种设计方案中，切换装置如此设计，即，切换装置处在作为第一状态的闭合的状态中或作为第二状态的打开的状态中。因此，在该设计方案中切换装置基本上为要么打开要么闭合的开关。优选地，切换装置在此在正常的情况下处在打开的状态中，即切换装置通常是打开的且仅通过对其特定的作用来闭合。
在一种设计方案中设置成控制装置执行至少一次故障测试且将该至少一次故障测试的至少一个结果传送到传感器装置处。在该设计方案中，控制装置检查自己或者与外围设备的联接或者与外围设备的通讯。控制装置将结果或者在另一设计方案中其他的故障测试或者如有可能自身测试的结果传输到传感器装置处。因此，传感器装置尤其还如此设计，即，其可评估这样的结果且必要时可与参考值进行比较，且其尤其基于故障测试的结果的考察作出反应。
在一种设计方案中，在为传感器装置供应有至少充足的能量(即在可预定的最小值之上)的正常情况下，传感器装置将切换装置保持在第一状态中。因为切换装置在第一状态中能够实现在控制装置与信号输出调整装置之间的连接，因此在该设计方案中控制装置和传感器装置的能量供应还通过传感器装置的该特性来确保。与此伴随的是在没有为传感器装置提供能量或未充分地提供能量的情况下，传感器装置不再可将切换装置保持在第一状态中，从而切换装置尤其转变到其自然状态中，即转变到其第二状态中。
在一种设计方案中，控制装置在其识别出存在故障状态的情况下中断传感器装置的能量供应。因此，能量供应降为零。
附图说明
具体存在大量设计和改进根据本发明的测量组件的可能性。为此一方面参考从属于专利权利要求1的专利权利要求，另一方面结合附图参照实施例的随后的说明。其中：
图1显示了根据本发明的测量组件的借助方块图对功能上的作用关系进行大致说明的示意性的图示，以及
图2显示了用于使用在根据图1的测量组件中的传感器装置的示意性的图示。
具体实施方式
在图1中示出了测量组件1的一个实施例，其中，该图不是在正确的电路图的意义中的图示，而是应可识别出在测量组件1的不同的组成部分之间的作用关系。在图2中补充地示意性地示出了传感器装置2的一个示例。
图1的方块图显示了测量组件1，其带有传感器装置2和发送装置3。传感器装置2用于测量变量的实际测量且由该测量产生测量信号。测量信号被传送到发送装置3处，其由该测量信号产生输出信号。输出信号例如取决于经由哪种类型的现场总线或输出接口来进行通讯。
在此，传感器装置2和发送装置3示出为独立的且隔开布置的单元。备选地，两个装置2,3整合在一个紧凑的单元中。
所示出的测量组件1特征尤其在于，在存在故障状态的情况下占据安全的状态且可靠地产生故障信号。这经由发送装置3的设计方案来实现。在此，此处尤其关注与安全性相关的组成部分或构件，从而在实际的变换中还存在其他的(此处为了清晰性而未绘出的)元件和部件等等。
发送装置3至少具有串联的控制装置4、切换装置5以及信号输出调整装置6。控制装置4接收传感器装置2的测量信号且由此控制信号输出调整装置6，从而合适的输出信号经由作为接口的示例性的设计方案的现场总线接口7输出。
在此，在所显示的示例中涉及输出到双线线路上的4…20mA信号。将产生电流信号作为输出信号，其幅度得出关于测量信号且尤其关于待测量的过程变量在一定的值域(其极限值与4mA或者20mA相关联)内的与此相关的测量值的信息。在一种设计方案中，故障信号与小于3.5mA或者大于22mA的电流值发生关联。在此，通常将带有小于4mA的电流值的输出信号认为是故障信号。在此处未示出的另一设计方案中在控制装置4的输出端之后还存在数字/模拟转换器。
相反地，通过信号输出调整装置6同样实现发送装置3的能量供应或尤其实现控制装置4的能量供应且由此间接实现传感器装置2的能量供应。
控制装置4经由切换装置5与信号输出调整装置6相连接。在此，切换装置5至少可占据第一状态和第二状态。对于在图1中显示的实施例，切换装置5在此在第一状态中是闭合的，而在第二状态中是打开的。与此相伴的是控制装置4和信号输出调整装置6在切换装置5的第一状态中经由切换装置5彼此连接，而控制装置4和信号输出调整装置6在第二状态中彼此分开。
为了安全地转变到防护的状态中，切换装置5尤其如此设计，即，如果没有主动地作用于切换装置，那么切换装置转变到第二状态中，即打开的状态中。此处，这样的主动的作用尤其归因于传感器装置2，其主动地将切换装置5保持在第一状态中，即保持闭合。这在传感器装置2未作用于切换装置5的情况下引起切换装置5转变到第二状态中，即开关打开。
这样的切换装置5例如经由晶体管来实现。对此，补充地，传感器装置2然而还可主动地在两个状态之间往复切换切换装置5。为了电隔离，在此处未显示的一种设计方案中传感器装置2经由光电耦合器与切换装置5相连接。
如果切换装置5闭合－即在第一状态中，那么控制装置4与信号输出调整装置6通讯且相应地调整输出信号。
信号输出调整装置6如此设计，即，如果切换装置5打开，信号输出调整装置识别出该情况且由此产生作为输出信号的故障信号。在一种设计方案中，该故障信号与控制装置4(如果其识别出存在故障状态)调整的故障信号相同。在一种备选的设计方案中，两个故障信号不同，以便还由此用信号传递产生故障信号的不同的原因。
如果控制装置4在测量组件1中或在待测量的过程中识别出故障状态，则其经由信号输出调整装置6调整作为输出信号的故障信号。此外，控制装置中断传感器装置2的能量供应，由此再次将切换装置5转变到第二状态中，即打开的状态中。在此可取决于所使用的元件或构件调整在事件之间的可预定的时间延迟。切换装置5的打开又导致控制装置4的能量供应中断。由此将测量组件1的所有与安全相关的组成部分转变到空闲状态中，因为传感器装置2和控制装置4被从能量供应系统切断。在此，在一种设计方案中，控制装置4还尤其为控制发送装置3的单元。
控制装置4尤其如此设计，即，其执行自我测试且将结果传送到传感器装置2处或者其回读经调整的输出信号且同样传送到传感器装置2处。传感器装置2由这些数据(即，关于是否实施可靠的测试或者结果是否可靠或者经回读的输出信号与存储的值一致等等的数据)或者根据关于其他信息的设计方案同样可探测到是否存在故障状态。如果是这样的情况，那么传感器装置2作用于切换装置5且通过以下方式打开切换装置，即，传感器装置使切换装置转变到第二状态中或如有可能不再保持在第一状态中。如上所述，这引起由信号输出调整装置6产生故障信号且使控制装置4与能量供应系统分开。
因此可将测量组件1在故障情况下的特性总结如下：如果控制装置4识别出故障状态，那么控制装置经由信号输出调整装置6产生作为输出信号的故障信号且中断传感器装置2的能量供应。由此，切换装置5不再保持闭合且控制装置4的能量供应中断。备选地，如果传感器装置2识别出故障状态，则传感器装置打开切换装置5(直接通过切换或间接地通过结束闭合保持状态)，由此分离控制装置4和联接到控制装置处的传感器装置2与能量供应系统。
在图2中示出了作为传感器装置2的示例的、用于可流动的介质的涡流流量测量仪。该涡流流量测量仪的测量原理基于此，即，在液态的或气态的介质(通过箭头显示处)中在由测量管9中的介质绕流的阻流体8之后可形成有所谓的卡门涡街(kármánscheWirbelstraße)，其由随着流向前运动的、被阻流体8分开的涡流形成。这样的频率－即，涡流以该频率离开阻流体8－取决于流动速度，其中，该关系在一定的前提条件下几乎是线性的。因此可通过利用采集单元(Aufnahmeeinheit)10测量涡流频率来确定介质的流动速度，因此在附加地考虑例如介质的压力和温度的情况下又可实现体积流量和质量流量的确定。

Claims (11)

1.一种用于确定至少一个测量变量的测量组件(1)，其带有至少一个传感器装置(2)和至少一个发送装置(3)，其中，所述传感器装置(2)产生至少一个测量信号，而所述发送装置(3)至少由所述至少一个测量信号产生至少一个输出信号，其特征在于，所述发送装置(3)具有串联的至少一个控制装置(4)、至少一个切换装置(5)以及至少一个信号输出调整装置(6)，所述信号输出调整装置(6)设计成用于产生至少一个输出信号，所述切换装置(5)如此设计，即，所述切换装置(5)至少处在第一状态或第二状态中，所述控制装置(4)在所述切换装置(5)处在所述第一状态中的情况下与所述信号输出调整装置(6)相连接，所述信号输出调整装置(6)在所述切换装置(5)处在所述第二状态中和/或所述信号输出调整装置(6)没有与所述控制装置(4)相连接的情况下产生作为输出信号的至少一个故障信号，所述控制装置(4)作用于所述传感器装置(2)的能量供应系统，所述传感器装置(2)作用于所述切换装置(5)，所述传感器装置(2)在能量供应系统为所述传感器装置(2)供应有在可预定的最小值之上的能量的情况下将所述切换装置(5)保持在所述第一状态中，且所述控制装置(4)在所述控制装置(4)识别出存在故障状态的情况下将所述传感器装置(2)的能量供应降到可预定的极限值上。
2.根据权利要求1所述的测量组件(1)，其特征在于，所述控制装置(4)在所述控制装置(4)识别出存在故障状态的情况下经由所述信号输出调整装置(6)产生作为输出信号的故障信号且将所述传感器装置(2)的能量供应降到可预定的极限值上。
3.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，所述传感器装置(2)在所述传感器装置(2)识别出存在故障状态的情况下将所述切换装置(4)从所述第一状态置于到所述第二状态中。
4.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，所述信号输出调整装置(6)经由接口(7)发出至少一个输出信号。
5.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，经由所述控制装置(4)实现所述传感器装置(2)的能量供应。
6.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，所述控制装置(4)接收所述传感器装置(2)的至少一个测量信号且至少由该至少一个测量信号经由所述信号输出调整装置(6)控制输出信号的产生。
7.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，所述切换装置(5)如此设计，即，所述切换装置(5)处在作为第一状态的闭合的状态中或处在作为第二状态的打开的状态中。
8.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，所述控制装置(4)执行至少一次故障测试且将所述至少一次故障测试的至少一个结果传送到所述传感器装置(2)处。
9.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，所述传感器装置(2)在能量供应系统为所述传感器装置(2)供应有能量的情况下将所述切换装置(5)保持在第一状态中。
10.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，所述控制装置(4)在所述控制装置(4)识别出存在故障状态的情况下中断所述传感器装置(2)的能量供应。
11.根据权利要求5所述的测量组件(1)，其特征在于，仅经由所述控制装置(4)实现所述传感器装置(2)的能量供应。
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