CN104024809A - 用于确定和/或监测过程变量的界限值的装置 - Google Patents

用于确定和/或监测过程变量的界限值的装置 Download PDF

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Abstract

一种用于确定和/或监测在容器(3)中的介质(4)的过程变量的至少一个界限值的装置(1)，具有用于登记依赖于过程变量的测量值的至少一个传感器单元以及用于产生依赖于过程变量的测量信号(S)的至少一个电子单元(13)。本发明特征在于装置(1)被设计为经由记录器装置或过程控制系统(2)的电压输出(21)和数字输入(22)获得能量。

Description

用于确定和/或监测过程变量的界限值的装置
技术领域
本发明涉及用于确定和/或监测在容器中的介质的过程变量的至少一个界限值的装置，包括用于登记依赖于过程变量的测量值的至少一个传感器单元以及用于产生依赖于过程变量的测量信号的至少一个电子单元。过程变量优选地是介质的限位、密度或粘度。
背景技术
从现有技术水平已知电子振动限位开关，其在机械可振荡单元的帮助下监测液体或散货(bulk good)的限位。例如，在散货的情况下是连杆、在液体的情况下是具有两个齿的叉子的可机械振荡单元被激励使得其执行谐振振荡。一般来说，在这种情况下，振荡激励凭借压电式或电感式换能器发生。如果可振荡单元被待监测限位的介质覆盖的程度改变，则这影响可振荡单元的振荡频率。通过建立界限值并且比较当前振荡频率与界限值，可以检测介质的填充水平超过还是不超过限位。现代的电子振动限位开关即使在强烈地增生物形成或起泡沫的媒介的情况下，也能够可靠地确定限位。这样的限位开关由申请人以大量改型按照商标Liquiphant生产或出售。
进一步可知，限位开关具有至少一个电极并且利用电容性或导电性原理。另一个电极或容器用作对置电极。通过由电极以及对置电极形成的电容器的、被作为电介质的介质改变的电容，来电容地测量限位。在电容性测量的情况下，电容性介质将电极以及对置电极短路。
上述限位开关需要用于测量的电能。一般来说，能量供应经由与电源的2导体连接发生。经由第三线，限位开关将开关信号传送到记录器装置或控制单元，例如，可编程逻辑控制器(PLC)，用于下游现场设备的控制。
没有辅助能量并且因此只具有两个导体的情况下操作的是所谓的机械浮子开关。这些是由连杆以及一个或多个磁性浮体形成的，连杆被垂直地引入所测量的液体，一个或多个磁性浮体在垂直方向上可自由移动但是由连杆引导。如果浮子达到被监测的料位，它闭合电接触并且因此连接处理单元的输出以及输入。这样的机械浮子开关在没有辅助能量的情况下操作，但是比电子振动或电容性限位开关更易受磨损的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于登记过程变量的界限值并且仅需要两个连接导体的电子装置。
该目的通过包括实施该装置以经由记录器装置或过程控制系统的电压输出以及数字输入获得能量的特征实现。
根据本发明，提供了一种测量设备，其从记录器装置或过程控制系统中获得操作所需的能量，并且因此，不需要用于供应辅助能量的分开的连接。
在第一实施例中，测量信号是开关信号，其根据过程变量采取两个可能状态中的一个。
在实施例中，该装置包括电压控制系统，其将电压输出与数字输入连接。
在实施例中，电压控制系统根据测量信号控制装置的端子电压。
在进一步的发展中，电压控制系统为电子单元供应恒定功率。
在进一步的发展中，电压控制系统具有可变内部电阻。
在实施例中，下游控制装置和/或记录器装置是可编程逻辑控制器或数字屏幕记录器。
在实施例中，过程变量是在容器中的液体或散货的限位或者是介质的密度或粘度的界限值。
实施例提供：传感器单元是具有驱动/接收单元的机械可振荡单元(mechanically oscillateable unit)，其激励可振荡单元以执行振荡并且接收振荡并且将它们转换为电接收信号，并且电子单元被实施为控制振荡激励并且参照过程变量评估接收信号。
另一个实施例提供：传感器单元被实施为具有至少一个电极的导电性或电容性探针，并且电子单元被实施为向电极供应电发射信号、接收电接收信号并参照过程变量评估接收信号。
附图说明
现将基于附图更加详细地阐述本发明，附图如下所示：
图1概要地示出电子振动测量设备；以及
图2概要地示出电子振动测量设备的部件以及其能量供应。
具体实施方式
图1示出用于确定和/或监测在容器中的介质的限位、密度或粘度的电子振动测量设备1。这样的用于监测预先确定的限位的装置还被称为电子振动限位开关。在容器3中测量设备1被设置在被监测的料位高度处，使得可振荡单元11向内伸进容器3，而外壳保持在容器3的外面。可振荡单元11由两个齿形成，两个齿经由膜彼此耦接并且经由该膜可激励以执行机械振荡。布置在膜后侧背向介质4的是机电换能器单元12，其激励可振荡单元11以执行谐振机械振荡并且由此接收机械振荡并将它们转换为电接收信号。例如，驱动/接收单元12由一个或多个压电式或电感式换能器元件形成。
替代两个振荡齿，可振荡单元11还可以由一个振荡连杆或者仅由膜形成。
一般来说，对振荡的激励经由模拟振荡电路发生，其中在激励器信号以及接收信号之间的相位偏移被固定地预先确定；或者对振荡的激励凭借所谓的频率扫描数字地发生，在该情况下，在激励器信号以离散阶跃连续地通过预先确定的频带，并且在这种情况下，也通过谐振频率。
为了确定过程变量，电子单元13基于接收信号评估至少一个振荡特性。为此，例如，电子单元13包括以微控制器或FPGA(现场可编程门阵列)的形式的逻辑单元。对于料位测量，逻辑单元评估在激励到谐振振荡的情况下的振荡频率，在其中逻辑单元将测量频率与提供的界限频率比较。如果振荡频率在该阈值以下，则可振荡单元11被介质4覆盖；如果振荡频率在该阈值以上，可振荡单元11自由振荡。
类似于限位，还有用于密度和用于粘度的可提供的阈值，其超过或不超过是可检测的并且能够以开关信号的形式发出。
在泵的情况下，限位开关经常被用作过度装料阻止器或作为空转保护。为此，例如420mA信号的限位开关的输出信号被馈送到过程控制器，过程控制器根据输出信号控制诸如例如被布置在下游的阀门或泵的致动器。
除了电子振动限位开关，还已知按照导电性或电容性原理工作的限位开关。这些具有探针单元，该探针单元具有被供以电激励信号的至少一个电极。从在电极以及地电极或容器壁之间的电容或基于导电性，料位是可确定的。
在此将使用振荡叉作为限位开关的示例解释本发明。然而，本发明同样适用于其他用于登记过程变量的界限值以及用于输出开关信号的装置的情况，尤其是在限位开关的情况。换句话说，测量设备可以是用于输出两种状态的任意测量设备。
图2示出本发明的电子振动限位开关的框图。其以开关信号的形式产生输出信号，输出信号可以采用两个值，其中一个值意味着“被覆盖”，而另一个意味着“自由”。
与现有技术水平已知的限位开关相比，本发明的限位开关不需要两个用于能量供应的导体以及用于将输出信号传输到下游的用于记录和/或图形化表示限位开关的测量值的记录器装置或传输到过程控制系统的第三个导体。更确切地讲，两个导体是足够的。与此相一致，测量设备1与两个导体连接，一个到过程控制系统2的电压输出21，一个到数字输入22，例如，PLC。电压输出21提供恒定电压——例如，24V。一般来说，用于测量设备1的操作所需的功率处于1-10mW幅值的量级，并且因此能够从过程控制系统2中没有问题地提取。
测量设备1的电压控制系统14被连接在两个端子之间并且把电压输出21与数字输入22连接。根据表示从电子单元13被馈送到电压控制系统14的测量信号S的开关状态，电压控制系统14将端子电压设定为第一或第二值。为了产生可区分的输出信号，第一值例如在1到5V之间并且第二值在20到24V之间，优选地分别在5V以及20V。例如，端子电压的设定经由电压控制系统14的内部电阻的控制而发生。优选地，选择两个电阻值，使得对于端子电压的两个值功率提取是相等的。因此，电子单元13被提供以恒定功率，与开关状态无关。
附图标记列表
1    测量设备
11   可振荡单元
12   电子单元
13   电压控制系统
14   功率控制系统
2    过程控制系统
21   模拟输出
22   数字输入
3    容器
4    介质
S    测量信号

Claims (10)

1.一种用于确定和/或监测在容器(3)中的介质(4)的过程变量的至少一个界限值的装置(1)，该装置(1)包括：至少一个传感器单元，用于登记依赖于所述过程变量的测量值；以及至少一个电子单元(13)，用于产生依赖于所述过程变量的测量信号(S)，
所述装置的特征在于：
所述装置(1)被实施为经由记录器装置或过程控制系统(2)的电压输出(21)和数字输入(22)获得能量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述测量信号(S)是开关信号，该开关信号根据所述过程变量采用两个可能状态中的一个。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：
所述装置包括电压控制系统(14)，所述电压控制系统(14)把所述电压输出(21)与所述数字输入(22)连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：
所述电压控制系统(14)根据所述测量信号(S)控制所述装置(1)的端子电压。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于：
所述电压控制系统(14)为所述电子单元(13)供应恒定功率。
6.根据权利要求3-5中的一项所述的装置，其特征在于：
所述电压控制系统(14)具有可变内部电阻。
7.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于：
下游控制装置和/或记录器装置(2)是可编程逻辑控制器或数字屏幕记录器。
8.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于：
所述过程变量是在所述容器中的液体或散货的限位，或者是所述介质(4)的密度或粘度的界限值。
9.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于：
所述传感器单元是具有驱动/接收单元(12)的机械可振荡单元(11)，所述驱动/接收单元(12)激励所述可振荡单元(11)以执行振荡并且接收所述振荡并且将其转换为电接收信号，并且
所述电子单元(13)被实施为控制这种振荡激励并且参照所述过程变量评估所述接收信号。
10.根据前述权利要求中的一项所述的装置，其特征在于：
所述传感器单元被实施为具有至少一个电极的导电性或电容性探针，并且
所述电子单元(13)被实施为向所述电极供应电发射信号、接收电接收信号并参照所述过程变量评估所述接收信号。
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