CN107637189B - 过程自动化中使用的现场设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在过程自动化中使用的现场设备(1)，该现场设备具有提供EMC保护的壳体(22)。壳体包含导电壳体芯(3)，该导电壳体芯(3)在所有侧上由通过例如摩擦的力互锁或者通过材料粘合而被固定在其上的非导电壳体(2)围绕。将至少一个印刷电路板(15)置于壳体芯(3)的导电区域(14)上并且与其连接，以及印刷电路板将壳体的内部分成至少两个具有不同的EMC保护程度的腔体(12、13)。印刷电路板(15)包含通道(20)，通过该通道(20)，布置在相应的不同的腔体(12、13)中的至少一个第一和第二电子电路(10、19)彼此接触。通过布置在壳体的内侧或外侧上的接地件(6、16)，导电壳体芯(3)被置于接地电势，并且，通过弹簧接触件(11)，接地电势通过壳体芯(3)的区域(9)与电路(10、19)电接触，壳体芯(3)的区域(9)通过壳体(2)到达内部。以螺纹接触件和/或滑动接触件的形式在壳体中提供到传感器或盖单元(17、18)的过渡件(7)，使得接触件电连接到壳体芯(3)，并且密封件(8)保护过渡件(7)免于环境影响。

Description

过程自动化中使用的现场设备
本发明涉及一种过程自动化中使用的现场设备，包括用于EMC屏蔽的壳体，该壳体围绕内部，该内部至少由第一腔体和第二腔体组成；至少一个传感器，其被布置在第一腔体中并且用于从物理变量到第一电测量变量的量度变换；至少第一电子电路，其被布置在第一腔体中并且用于操作传感器和将第一测量变量处理成中间信号；至少第二电子电路，其被容纳在第二腔体中并且用于提供电力给第一电子电路以及用于将中间信号变成能够经由连接线路输出的输出信号；以及至少一个导电隔板，其在空间上将两个腔体彼此隔离，使得这两个腔体代表不同的EMC-区域。
现有技术中已知的有在工业工厂中使用的现场设备。现场设备经常在过程自动化技术中和制造自动化技术中应用。原则上，被称作现场设备的是在过程附近应用并且传递、或处理过程相关的信息的所有设备。因而，现场设备用于记录和/或影响过程变量。用于记录过程变量的为测量设备，即，传感器。例如，这些传感器用于压力和温度测量、测量导电性、流量测量等，以及记录对应的过程变量、压力、温度、导电性、pH值、填充水平等。用于影响过程变量的为致动器。例如，这些致动器为泵或阀，其能够影响管道中的液体的流量或者容器中的填充水平。除了包括以上提及的测量设备和致动器之外，术语现场设备还包括远程I/O、无线适配器，并且通常还包括布置在现场层级的设备。
大量这样的现场设备由Endress+Hauser联合公司制造和销售。
取决于使用位置，众多用于过程自动化的现场设备受到各种环境影响。因而，在不同的工业分支中，存在不同程度的影响，这要求不同的保护措施。
通用的方案是使用金属壳体。例如，这些壳体由VA钢、铝、以及类似物制造。出于防止腐蚀的目的，这些金属壳体提供有各种覆层。然而，在给定情况下，这是更昂贵的方法步骤。
同样地，提供塑料壳体。从腐蚀角度，相比于金属壳体，这些具有相当的优点。然而，他们具有缺点，在于：与金属壳体的机械稳健性相比，他们是劣等的。对于现场设备的制造而言，结果是必须给设备提供金属壳体和塑料壳体两者。
然而，对于容纳在壳体中的电子电路，关于EMC保护，其中带来相当的差异，这涉及到对于金属和塑料材料而言不同要求的保护措施，并且导致相当的额外开发付出。在现有技术中，塑料壳体在壳体内部上设置有薄金属层，这通过各种方法来施加，诸如，例如蒸镀、上漆、溅蚀、镀锌等，从而形成法拉第筒。然而，这些层非常薄并且不为壳体提供任何额外的机械稳定性。此外，这些制造过程能够是费成本的。
本发明的目的在于提供过程自动化现场设备，其壳体能够成本有效地制造。
该目的通过由导电材料的壳体芯和在所有侧上围绕壳体芯的非导电材料的壳体套组成的壳体来达到。
在优选的实施例中，壳体芯由金属组成，而壳体套由塑料制造。
选择这些材料的优点在于能够节省成本地制造壳体，因为不要求金属壳体的复杂覆层和在塑料上施加薄金属层。
此外，本发明的现场设备提供了优点，在于：独立于环境影响，其可在大多数各种各样的工业分支中普遍应用。壳体芯提供了应对机械影响的所要求的稳健性。壳体套提供了最佳的腐蚀防护。导电壳体芯还确保了对电磁干扰的屏蔽。
在实施例中，壳体芯由至少一个——优选地由两个或更多个——单独的组件组成。
在实施例中，壳体套通过例如摩擦互锁的力互锁或者通过材料粘合而被施加到壳体芯上，从而提供额外的机械稳定性。
在优选的实施例中，壳体套通过注射模制方法而被施加到壳体芯上。通过使用注射模制方法来制造，能够以低的制造价格来制造大量的单元。相比于之前的现场设备的壳体制造过程，制造过程被提速，因为能够避免所利用的组件的特殊表面处理。
在优选的变型中，壳体套通过收缩连接而被施加到壳体芯上。
这一变型在DE102014105569A1中描述，其中描述了磁感应测量设备的壳体的半个壳，并且提供了低制造成本的非常快速的制造优点。
在有利的实施例中，壳体套通过卡合连接而被施加到壳体芯上。
在优选的实施例中，壳体套通过螺纹连接而被施加到壳体芯上。
在有利的变型中，壳体套通过铆钉连接而被施加到壳体芯上。
在优选的实施例中，壳体套通过粘合连接而被施加到壳体芯上。
在进一步的开发中，用作至少一个导电隔板的是具有用于连接第一和第二电子电路的通道的导电板，其中，导电板置于壳体芯的导电区域上并且与其连接，由此能够在壳体的内部创建具有不同的EMC保护程度的不同腔体。
此外，第一电子电路的传感器电子器件能够由此与第二、信号处理电路的电子器件隔离，从而减少干扰影响。该通道允许将第一和第二电子电路彼此电连接。
在有利的实施例中，与壳体芯电连接的电接地接触件通过壳体套并且设置有抗腐蚀接触件，由此能够建立外部接地。
在有利的实施例中，在内部，至少一个接地端子被安装和布置为使得其与壳体芯电接触。以此，利用外部通信信号带来的接地能够与设备核心连接。
在有利的变型中，壳体芯的区域通过套到达内部，由此第一电子电路的接地连接通过弹簧接触件电接触。
在实施例中，壳体与例如传感器单元之间的过渡件被放置和布置为使得这些传感器通过螺纹和/或滑动接触件来与壳体芯电连接，从而使得能够简单替换这样的单元，而不需要替换整个壳体。
在实施例中，过渡件设置有密封件，例如，硅树脂密封以及类似物，其保护过渡件免于环境影响。以此，现场设备能够在具有困难环境条件的过程环境中使用。
在有利的实施例中，壳体盖被安装和布置为使得其与壳体芯电连接。
例如针对所包含的电子器件的接地连接，通过使用伸入内部的区域的弹簧接触件来接触导电壳体芯的可能性、以及通过螺纹和/或摩擦接触件来使传感器、盖或其他组件与壳体芯电连接的选项，提供了对于大多数变化形式的现场设备实施例而言通用地应用的机会。
进一步的优点来自以下事实：因为壳体的内侧上的非导电壳体套提供的电绝缘，有可能将电路导体布置成贴近壳体的内侧，而不经历由于这些导体与壳体接地接触而带来的短路。
现在将基于所附附图来更详细地解释本发明，其中的唯一附图如下所示：
图1本发明的现场设备1的横截面。
图1示出了基于测量设备的示例的本发明的现场设备1的横截面。导电壳体芯3形成壳体22的基础。壳体芯3确保壳体22的机械稳定性。壳体芯3能够形成为例如铜、VA钢、铁等的薄的、深拉的金属片或者通过适当的铸造方法——诸如例如铝拉模铸造——来形成，并且围绕内部。在这样的情况下，壳体芯3能够由一个或多个部分组成。因而，例如，能够提供由与壳体22的材料组合相同的材料组合组成的盖18。
壳体芯3在所有侧上由非导电壳体套2围绕。该非导电壳体套2由例如聚酰胺(PA)、聚醚醚酮(PEEK)等的塑料组成，能够通过诸如注射模制的各种方法来形成，并且通过力互锁或者通过材料粘合来与壳体芯3连接，即，例如通过卡合连接、收缩连接、螺纹连接、铆钉连接或者粘合剂连接。
至少一个导电板15作为导电隔板置于壳体芯3的导电裸露区域14上并且电连接到该导电裸露区域14。以此，将壳体的内部分成至少两个区域，在每种情况下，其由法拉第筒围绕，该法拉第筒由壳体芯3和导电板15形成。以此，形成能够具有不同的EMC保护程度的至少两个腔体12，13。第一电子电路10和第二电子电路19彼此间隔地布置在其相应的腔体12、13中。因为主传感器信号非常容易受干扰影响，第一腔体13中的EMC保护程度必须高，因为其信息通过到第二腔体12中的连接线路21与环境交换。通过导电板15中的通道20使得两个电路10、19能够连接。
为了屏蔽电磁干扰信号，由壳体芯3形成并且与导电板15连接的法拉第筒、以及电子电路10、19必须被置于相同的地电势。壳体套2的外侧上的通过壳体套2的接地接触件6提供了附接到外部接地的机会。如果经由设备连接——例如经由插座——引入的外部通信信号具有其自身的接地，则壳体芯3能够经由内部接地端子16而被置于这样的接地电势处。电子电路10、19的电子元件能够经由通过壳体套2的壳体芯3的区域9例如，通过弹簧接触件11接入壳体芯3的接地电势。
如果例如在所安装的传感器单元17与壳体22之间、或者在盖18与壳体22之间存在壳体22过渡件7，则电连接能够通过螺纹和/或摩擦接触件来建立。为了保护这些过渡件7免于环境影响，给其提供密封件8。密封件8能够是例如热塑弹性体的成型密封件。
附图标记列表
1 现场设备
2 壳体套
3 壳体芯
4、5 壳体芯的部分
6 接地接触件
7 过渡件
8 密封件
9 到达内部中的壳体芯的区域
10 第一电子电路
11 弹簧接触件
12、13 腔体
14 导电区域
15 导电板
16 内部中的接地接触件
17 传感器单元
18 壳体盖
19 第二电子电路
20 通道
21 连接线路
22 壳体

Claims (19)

1.一种过程自动化中使用的现场设备(1)，包括：
用于EMC屏蔽的壳体(22)，所述壳体围绕内部，所述内部至少由第一腔体(13)和第二腔体(12)组成；
至少一个传感器(17)，所述至少一个传感器(17)被布置在所述第一腔体(13)中并且用于从物理变量到第一电测量变量的量度变换；
至少一个第一电子电路(10)，所述至少一个第一电子电路(10)被布置在所述第一腔体(13)中并且用于操作所述传感器(17)和将所述第一电测量变量处理成中间信号；
至少一个第二电子电路(20)，所述至少一个第二电子电路(20)被容纳在所述第二腔体(12)中并且用于提供电力给所述第一电子电路(10)以及用于将所述中间信号变成能够经由连接线路输出的输出信号；
至少一个导电隔板(15)，所述至少一个导电隔板(15)在空间上将两个腔体(12、13)彼此隔离，使得所述两个腔体(12、13)代表不同的EMC-区域；
其特征在于：
所述壳体(22)由导电材料的壳体芯(3)和非导电材料的壳体套(2)组成，其中所述壳体套(2)围绕所述壳体芯(3)的所有侧，使得所述壳体套(2)被施加到所述壳体芯(3)的外侧上以及内侧上，
并且在所述内部中，至少一个接地端子被安装和布置为使得所述至少一个接地端子与所述导电隔板和所述壳体电接触。
2.根据权利要求1所述的现场设备，其特征在于，所述壳体芯(3)由金属组成。
3.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)由塑料组成。
4.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体芯(3)由至少一个单独的组件组成。
5.根据权利要求4所述的现场设备，其特征在于，所述壳体芯(3)由两个(4，5)或更多个单独的组件组成。
6.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)通过力互锁或者通过材料粘合而被施加到所述壳体芯(3)上。
7.根据权利要求6所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)通过摩擦互锁而被施加到所述壳体芯(3)上。
8.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)通过注射模制方法而被施加到所述壳体芯(3)上。
9.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)通过收缩连接而被施加到所述壳体芯(3)上。
10.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)通过卡合连接而被施加到所述壳体芯(3)上。
11.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)通过螺纹连接而被施加到所述壳体芯(3)上。
12.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)通过铆钉连接而被施加到所述壳体芯(3)上。
13.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体套(2)通过粘合连接而被施加到所述壳体芯(3)上。
14.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述至少一个导电隔板是具有用于连接所述第一和第二电子电路(10，20)的通道的导电板(15)，其中，所述导电板(15)置于壳体芯(3)的导电区域(14)上并且与所述导电区域(14)连接。
15.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，与所述壳体芯电连接的电接地接触件(6)通过所述壳体套(2)并且设置有抗腐蚀接触件。
16.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，所述壳体芯(3)的区域通过所述壳体套(2)到达所述内部(9)，由此所述第一电子电路的接地连接通过弹簧接触件(11)电接触。
17.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，过渡件(7)被放置和布置为使得这些通过螺纹和/或滑动接触件与所述壳体芯(3)连接。
18.根据权利要求17所述的现场设备，其特征在于，所述过渡件(7)设置有密封件(8)，所述密封件(8)保护免于环境影响。
19.根据权利要求1或2所述的现场设备，其特征在于，壳体盖(19)被放置并布置为使得所述壳体盖(19)与所述壳体芯(3)电连接。
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