CN103884372A - 用于确定测量参数的测量组件和用于产生输出信号的方法 - Google Patents

用于确定测量参数的测量组件和用于产生输出信号的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定测量参数的测量组件和用于产生输出信号的方法，具体而言，用于确定测量参数的测量组件(1)带有传感器装置(2)和用于输出输出信号的信号输出部(3)。在此，输出信号通过电流强度值传输关于测量组件(1)的测量参数和／或状态的信息。本发明的目的在于提出一种测量组件，其保证针对存在的故障状态可靠地输出故障信号。对于所谈及的测量组件，该目的由此实现，即设置有第一调节单元(4)和第二调节单元(5)，其将输出信号的电流强度值调整成可预定的理论值。在此，第一调节单元(4)调整固定的电流值，而第二调节单元(5)调整可变的电流值。此外，本发明涉及一种用于产生输出信号的方法。

Description

用于确定测量参数的测量组件和用于产生输出信号的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定至少一个测量参数的测量组件，带有至少一个传感器装置和用于输出至少一个输出信号的至少一个信号输出部，其中，输出信号至少通过可预定的电流强度值传输关于测量组件的测量参数和／或状态的信息。测量参数例如为介质的流量、液位、pH值或温度。此外，本发明涉及一种用于产生输出信号的方法，其中，至少通过输出信号的电流强度值传输关于测量组件的测量参数和／或状态的至少一种信息。电流强度值例如尤其为一半的峰峰值。
背景技术
在现代的工艺自动化系统中使用不同的测量设备(备选的名称是现场设备)来确定或监测测量参数，以便对工艺进行监测或控制。对于危险或关于安全重要的应用而言，测量设备(或统称为测量组件，其必要时还包括用于测量的单独的构件的互连电路)必须满足很高程度的安全性。换句话说，测量设备必须提供一定程度的可靠性，这通常通过安全要求等级或安全完整性等级(SIL)来说明。在此，必须以更高的等级进一步最小化功能失效的风险。为了识别出故障状态，相应的测量设备配备有用于对各个构件或整个测量设备进行监测的功能。
如果识别出有故障，则一方面尤其通过相应的故障信号发出信号，且另一方面尤其在紧要的故障的情况下多数将测量设备切换到防范的状态中。
测量组件通常至少具有：传感器装置，其用于确定相应的测量参数或甚至用来确定多个测量参数；和用于输出输出信号的至少一个信号输出部。传感器装置根据测量产生测量信号，其例如直接通过信号输出部输出或在测量组件中进行处理或至少部分地进行整理。处理例如可意指利用存储的校准数据由测量信号算出真正感兴趣的过程参数值。例如，如果测量信号为根据雷达原理的液位测量设备的微波信号的运行时间，则可通过参考数据(尤其通过在用于测量的天线和被测介质位于其中的罐子之间的距离)推出反射微波信号的介质的液位。
测量信号在此可作为模拟或数字输出信号输出或例如显示出。在过程自动化中已经尤其推广使用所谓的4mA至20mA信号。在此，通过输出信号的电流强度(其通常处在4mA与20mA之间)传输信息。因此在电流强度处在4mA至20mA的范围之外的这种信号的情况下显示出故障情况。于是，在一种变型方案中，输出信号及因此故障信号的电流强度尤其小于4mA。
除了识别出故障之外，重要的是测量组件在这种故障情况下还可靠地发出故障信号。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一种测量组件和一种用于产生输出信号的方法，其保证针对存在的故障状态可靠地输出故障信号。
在其中实现之前导出和说明的目的的根据本发明的测量组件首先且主要以此为特征：设置有第一调节单元和第二调节单元。第一调节单元和第二调节单元如此设计和相互协调，即第一调节单元和第二调节单元将输出信号的电流强度值调整成可预定的理论值。在此，第一调节单元调整可预定的固定的电流值，而第二调节单元调整可变的电流值。在一种设计方案中，可变的电流值尤其至少取决于理论值和固定的电流值。
根据本发明的测量组件具有调整输出信号的电流强度的两个调节单元。因此，或者表示测量值或者发出故障信号的可获得的理论电流强度由至少两个分量组成-即尤其由两个不同的电流强度组成，其在一种设计方案中加性地补充成理论电流强度。两个子电流强度中的其中一个在此为固定的值，即恒定且始终相同的值，而另一子电流强度值是可变的且可匹配于测量组件的待传输的测量值或待发出信号的故障状态。因此，在一种设计方案中，通过在电流强度的理论值和固定的电流值之间的差得出可变的电流值。如果将所调整的两个电流值相加，则得出用于输出信号的电流强度的理论值。
因为可预定固定的电流值，所以在一种设计方案中设置成将固定的电流值与故障状态相关联。这意指第一调节单元始终调整用于输出信号的这样的电流，其值等于故障状态的值。由此似乎在信号输出部处始终存在故障信号，其通过电流的调整由第二调节单元合适地叠加，以便获得正常状态或调节状态的相关联的信号电流强度。
因此根据一种设计方案设置有控制单元，其通过第二调节单元取决于理论值来调整可变的电流值，且在在测量组件中存在故障状态的情况下中断可变的电流值通过第二调节单元的调整。在一种设计方案中，控制单元在此与传感器装置相连接并且通常从该传感器装置获得测量值，针对测量值的输出调整输出信号的电流强度。在此，调整通过第二调节单元和可变的电流值来进行。在一种设计方案中，传感器装置还可为控制单元的部件或与控制单元完全融合成一个单元。在另一设计方案中，第二调节单元为控制单元的部件。
如果控制单元在在测量组件中存在故障的情况下中断可变的电流强度通过第二调节单元的调整，则仅通过固定的电流值得出输出信号的电流强度。这好像自动地且仅仅由此来发生，即停止或禁止某种行为-调整可变的电流强度。
为了可靠地结束可变的电流强度的调整，在一种设计方案中设置成：控制单元在在测量组件中存在故障状态的情况下中断第二调节单元的能量供应。如果尤其涉及第二调节单元的唯一的能量供应，则在故障情况下不再可实现通过第二调节单元调整可变的电流强度。
关于在测量组件中的元件和构件的布置，在一种设计方案中，第一调节单元和第二调节单元彼此并联布置和／或与信号输出部并联布置。
在一种设计方案中设置成传感器装置用来根据涡流原理进行流量测量。一种备选的设计方案设置成通过MID传感器装置或根据科里奥利流量测量原理(Cori0lis-Durchflussmessprinzip)测量作为测量参数的流量。备选地，传感器装置用于根据雷达原理进行液位或距离测量。然而，同样可转化其他的测量方法。
对于开头提及的方法，根据本发明的另一教导由此实现之前导出和说明的目的：通过以下方式将输出信号的电流值设定成可预定的理论值，即针对输出信号调整至少一个可预定的固定的电流值和至少一个可变的电流值。在一种设计方案中，可变的电流值取决于理论值和固定的电流值。
关于测量组件或关于其设计方案的上述实施方案同样合适地适用于该方法。反之，在考虑到如下实施方案的情况下的方法和其设计方案同样可在上述测量组件中进行转化。
在用于调整输出信号的根据本发明的方法中，通过至少两个不同的部分调整输出信号的电流强度：固定的电流值和可变的电流值。这两个电流值补充成电流强度的理论值，其标记测量组件的待传输的测量值或状态。在此，固定的电流值始终恒定且没有变化，而可变的电流值允许匹配于通常同样经受变化的理论值。
根据一种设计方案，在存在测量组件的故障状态的情况下中断可变的电流值的调整。如果没有发生可变的电流值的调整，则通过固定的电流值自动产生输出信号的电流值。因此，在一种设计方案中，尤其将与故障状态的存在相关联的这样的值(即其例如小于4mA)预定为固定的电流值。因此，方法的优点还显示出两种调整共同引起输出信号的电流强度的理论值，在这点上，结束一调整自动引起通过固定的电流值给定输出信号的电流强度。因此，在根据本发明的方法中，并非通过主动地调整故障值来引起故障的信号传递，而是通过可变的电流值停止补充的调整。
在一种设计方案中，尤其设置成在存在测量组件的故障状态的情况下保持固定的电流值的调整。因此，在该设计方案中在故障情况下，与调整可变的电流值相比并未中断固定的电流值的调整，从而使得输出信号的电流强度在故障情况下仅由固定的电流值确定。
附图说明
具体存在设计和改进根据本发明的测量组件的多种可能性。为此，一方面参考从属于专利权利要求1和8的专利权利要求，另一方面结合附图参考实施例的下列说明。其中，
图1显示了根据本发明的测量组件的主要依据框图说明功能上的作用关系的示意图，以及
图2显示了用在根据1的测量组件中的传感器装置的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了测量组件1的一实施例，其中，该图并非是在正确的电路图的意义中的图示，而是应可用来识别在测量组件1的各种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用于传感器装置2的示例。
图1示意性地显示了测量组件1的构造。为了确定测量参数，设置有传感器装置2，其例如用于通过管道的可流动的介质的流量测量。
确定的测量值通过信号输出部3例如传输到此处未示出的控制室(Leitwarte)处。
在此，输出信号尤其为4mA至20mA的信号，其中，通过输出信号的电流强度传输关于测量值的信息。为此在在4mA与20mA之间的电流强度范围与在最小测量值和最大测量值之间的可预期的测量值的跨度之间进行关联。在一种设计方案中使电流强度与测量值线性关联。因此，4mA的输出信号的幅度意指已经确定了最小的测量值，而带有20mA的输出信号用来传输存在最大测量值的信息。
为了发出测量组件1存在故障状态的信号，根据现有技术，生成带有处在在4mA与20mA之间的范围之外的电流值的输出信号。因此将0mA的电流解释为存在故障。
所显示的测量组件1允许可靠地发出存在故障的信号或可靠地输出相应的故障信号。尤其可输出有别于0mA的故障信号。在此，重点是可靠地调整输出信号的电流值。
在测量组件1中通过第一调节单元4和第二调节单元5进行输出信号的电流强度的调整。第一调节单元4相对简单地来实施并且仅仅调整固定的电流值Ifix。第二调节单元5具有单独的电流调节器6，该电流调节器由控制单元7操纵并且还由此获得用于调整电流值的预定值。第二调节单元5产生可变的电流值Ivar。
在正常运行中，通过用于输出信号的第一调节单元4和第二调节单元5调整电流值，其作为理论值相应于由传感器装置2确定的测量值。在此，调整的电流值包括由第一调节单元4调整的固定的部分Ifix和由第二调节单元5调整的可变的部分Ivar。取决于相应的测量值和固定的电流值Ifix调整可变的电流值Ivar。
总之，利用作为固定的电流值Ifix与可变的电流值Ivar的总和的电流强度的理论值且同时取决于测得的测量值得出输出信号。
因此得出以下流程：由通过传感器装置2的测量确定测量值，通过可预定的关联关系使输出信号的电流强度的理论值关联于该测量值。电流强度的调整包括不变的部分、固定的部分和可变的部分。在所显示的设计方案中，通过得到在理论值和固定的电流值Ifix之间的差调整呈可变的电流值Ivar的形式的可变的部分。
输出信号的整个所调整的电流值通过检测电阻(Sens-Widerstand)8读回且被输送给控制单元7，以便通过第二调节单元5进行适当的修正或者以便在备选的变型方案中确定是否在输出信号不相应于理论值的意义中存在故障。
如果识别出故障或传感器装置2发出存在故障的信号，则控制单元7通过断开在两者之间的开关9中断与电流调节器6的接触。在一种备选的未示出的设计方案中，传感器装置2本身作用到开关9上并且在故障情况下(例如在测量时)中断在第二调节单元5和控制单元7之间的连接。
在测量组件1的所显示的设计方案中，电流调节器6由控制单元7供应能量，从而使得连接的中断引起电流调节器6转变到静止状态中，并且由此作为第二调节单元5的部分还未设定可变的电流值Ivar。因此，Ivar降成零且输出信号的电流强度仅由Ifix确定。
因为Ifix是可预定的，所以优选选取相应于故障电流的值-此处尤其是小于4mA的值。
由此得到：在故障情况下输出信号的电流强度自动降成等于固定的值Ifix的故障电流值，并且还因此自动显示出存在故障状态。
图2作为用于传感器装置2的示例显示了用于可流动的介质(通过箭头显示)的涡流流量测量设备。此类测量设备的测量原理基于：在可流动的介质中在由在测量管11中的介质绕流的堵塞体10之后可形成所谓的卡门涡街，其通过随着流向前运动并且由堵塞体10分开的涡流形成。频率(涡流以该频率由堵塞体10分开)取决于流速，其中，关系在一定条件下几乎呈线性。因此可通过利用采集单元12测量涡流频率来确定介质的流速。

Claims (10)

1.一种用于确定至少一个测量参数的测量组件(1)，带有至少一个传感器装置(2)和用于输出至少一个输出信号的至少一个信号输出部(3)，其中，输出信号至少通过可预定的电流强度值传输关于测量组件(1)的测量参数和／或状态的信息，其特征在于，设置有第一调节单元(4)和第二调节单元(5)，第一调节单元(4)和第二调节单元(5)如此设计和相互协调，即，第一调节单元(4)和第二调节单元(5)将输出信号的电流强度值调整成可预定的理论值，第一调节单元(4)调整可预定的固定的电流值，而第二调节单元(5)调整可变的电流值。
2.根据权利要求1所述的测量组件(1)，其特征在于，由在理论值和固定的电流值之间的差得出可变的电流值。
3.根据权利要求1或2所述的测量组件(1)，其特征在于，固定的电流值与故障状态相关联。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量组件(1)，其特征在于，设置有控制单元(7)，控制单元(7)通过第二调节单元(5)取决于理论值调整可变的电流值，并且控制单元(7)在在测量组件(1)中存在故障状态的情况下中断可变的电流值通过第二调节单元(5)的调整。
5.根据权利要求4所述的测量组件(1)，其特征在于，控制单元(7)在在测量组件(1)中存在故障状态的情况下中断第二调节单元(5)的能量供应。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的测量组件(1)，其特征在于，第一调节单元(4)和第二调节单元(5)彼此并联布置和／或与信号输出部(3)并联布置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的测量组件(1)，其特征在于，传感器装置(2)用于根据涡流原理进行流量测量。
8.一种用于产生输出信号的方法，其中，至少通过输出信号的电流强度值传输关于测量组件(1)的测量参数和／或状态的至少一种信息，其特征在于，通过以下方式将输出信号的电流值设定成可预定的理论值，即针对输出信号调整至少一个可预定的固定的电流值和至少一个可变的电流值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在存在测量组件(1)的故障状态的情况下中断可变的电流值的调整。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在存在测量组件(1)的故障状态的情况下保持固定的电流值的调整。
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