CN108369125A

CN108369125A - 传感器适配器

Info

Publication number: CN108369125A
Application number: CN201680074275.7A
Authority: CN
Inventors: 阿尔明·韦内特; 卡伊·乌彭坎普; 罗伯特·施密特; 迪特马尔·弗鲁豪夫
Original assignee: Ndele J And Hauser European Two Cos
Current assignee: Ndele J And Hauser European Two Cos; Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-08-03
Also published as: US10982988B2; DE102015122177A1; EP3390981B1; US20200264029A1; WO2017102215A1; EP3390981A1

Abstract

本发明涉及一种传感器适配器(8)，其用于利用测量探针(2)确定和/或监测容器(3)中的介质(4)的至少一个过程变量的设备(1)，该传感器适配器(8)包括：至少一个适配器测量探针(9)，其具有至少一个适配器电极(10、11、12)；适配器壳体(13)，其具有用于将所述传感器适配器(8)可拆卸地紧固在所述设备(1)上的紧固装置(14)；和接触单元(10b、11b、12b、21a、21b、21c)，其用于所述设备(1)的至少一个电极(5、6、22)与所述传感器适配器(8)的至少一个适配器电极(10、11、12)的电接触。

Description

传感器适配器

技术领域

本发明涉及具有至少一个适配器测量探针的传感器适配器，和用于确定和/或监测容器中的介质的至少一个过程变量(特别是给定的容器中的介质的填充水平)的设备。

背景技术

例如，可以通过导电测量方法来监测给定的填充水平。从诸多出版物已知基础测量原理。通过经由导电介质检测探针电极与导电容器的器壁或第二电极之间是否存在电接触来监测填充水平。例如申请人以名称Liquipoint销售的相应的现场设备。

如果要监测的介质几乎没有电导率(<1μS/cm)或导电率非常低，则通过导电测量程序进行的填充水平检测达到其极限。使用导电测量方法难以监测的介质包括例如蒸馏水、糖蜜或酒精。电导率小于1μS/cm且介电常数小于20的介质也是有问题的。特别是，油和气体落入这个区域。介质的电导率与空气的电导率相比的任何变化都太小，以致不能被相应的电子器件可靠地捕获到。

电容测量方法适用于这种情况，所述方法从现有技术中也是已知的。在该方法中，根据由探针电极与容器的器壁或第二电极形成的电容器的电容来确定介质的填充水平。根据介质的电导率，介质本身或探针的绝缘材料形成电容器的电介质。基于电容测量原理的现场设备也由申请人以许多不同的构造销售，例如以名称Liquicap或Solicap销售的设备。

尽管通过电容测量方法的填充水平检测在原则上对于导电介质和非导电介质都是可能的，但是对于具有增加的导电率的介质，测量探针的绝缘材料优选是必需的，因为否则的话，介质可能导致测量电路短路。然而，这种绝缘的阻抗，特别是下面所述的保护电极的阻抗，对于粘性介质是不利的，因为它是与介质串联的附加阻抗。

为了避免任何的积聚(build-up)，DE 32 12 434 C2公开了使用保护电极，该保护电极同轴地围绕传感器电极并且与传感器电极具有相同电势。取决于积聚，该实施例提出了产生合适的保护信号的问题。DE 10 2006 047 780 A1展开描述了一种测量电极，其具有在大量程范围内对积聚不敏感的增强设备和限制设备。此外，DE 10 2008 043 412 A1涉及一种具有存储器单元的填充水平测量设备，该存储器单元存储用于不同介质的阈值。如果超过或未达到这样的阈值水平，则产生开关信号，以此方式使得任何积聚都不会影响可靠的开关。

为了以单个测量设备捕获介质的过程变量，特别是给定的填充水平，而与介质的电气特性无关，DE102011004807A1讨论了一种具有至少部分地同轴设计的探针单元，以用于容器中的介质的至少一个过程变量的电容性或导电性确定的设备。该探针单元可以总体上以前面齐平的方式安装在容器中，这在对某些应用必须维持的卫生标准方面是特别有利的。

这种多用传感器也是DE102013102055A1的目的，其描述了可用于交替地以导电性操作模式和电容性操作模式确定给定的填充水平的方法和设备。类似地是，DE102013104781A1公开了允许以电容性和导电性操作模式监测介质的至少一个介质特定的特征的方法和设备。

特别是在电容性操作模式中，测量的分辨率非常依赖于测量探针的几何构造设计，通过该设计，确定相应的可测量电容的范围。例如，如果测量探针以前面齐平(front-flush)的方式设计，使得它在安装后与容器的器壁基本对齐，如本申请人以名称FTW33销售的变型的情况中那样，则所测量的电容可处于毫微微法拉(Femtofarad)范围内。对于介电常数为DK≤2的介质，这可能会引起测量分辨率方面的问题。这尤其涉及诸如咖啡粉、奶粉或可可粉的固体，因为它们仅具有低的导电性，并且以相应的粉末和空气的混合物的形式存在。

发明内容

因此，本发明的任务是扩展利用电容性和/或导电性测量方法进行工作的测量探针的应用范围。

根据本发明，该任务通过一种传感器适配器来解决，该传感器适配器用于利用测量探针来确定和/或监测容器中的介质的至少一个过程变量的设备，该传感器适配器至少包括

-一个适配器测量探针，其具有至少一个适配器电极，

-适配器壳体，其具有用于将传感器适配器以可拆卸方式紧固在设备上的紧固装置，以及

-接触单元，其用于所述设备的至少一个电极与所述传感器适配器的至少一个适配器电极的电接触。

例如，该设备是使用电容性和/或导电性测量原理进行工作的测量设备。以下关于本发明的不同示例性实施例的解释也集中于这种测量设备。特别是，根据本发明的传感器适配器可以用于前面齐平式测量探针的情况中，并且如果适配器测量探针也是前面齐平式测量探针，则是有利的。

传感器适配器可以以可拆卸方式附接到设备，特别是可以将它旋拧到设备上。在这种情况下，传感器适配器的壳体以及设备的壳体例如具有彼此互补的螺纹。然而，其它紧固措施，例如产生卡接闭合或夹紧闭合的装置，也能够想到的，并且同样归入本发明的范围。

此外，实施例中的传感器适配器的壳体的特征还在于具有用于将传感器适配器紧固在容器上的紧固装置。在这种情况下，必然可能地考虑到，为将具有适配器与设备一起附接在相应的容器上，则与不使用适配器的设备相比，可能需要在相应的容器中具有扩大的开口。另一方面，可以构思到，传感器适配器被首先附接到设备，然后将设备连接到传感器适配器。但是，也可以首先将传感器适配器附接到设备，然后将两者都连接到相应的容器。

传感器适配器优选以这样的方式附接到设备，即：使得通过适配器，将与原始测量探针相比进行了修改的适配器测量探针投入运行。实际的测量探针，特别是在传感器适配器已经被附接之后，不再与介质直接接触，而是仅接触传感器适配器的适配器测量探针。

通过适当地构造传感器适配器，因此可以根据期望的应用对现有的测量设备进行适当改装和/或升级。不一定需要修改现有的测量设备以进行改装。在将传感器适配器紧固到设备期间，利用接触单元使所述至少一个适配器电极与至少一个传感器电极接触。在本发明的一个实施例中，在紧固传感器适配器期间，该接触可以在设备上自动地产生。为此可以设想许多不同的选项。这里举例引用了组合的切割片材和弯曲片材的使用，通过紧固传感器适配器引起的弹簧效应，所述片材实现电接触。

因此，通过使用该传感器适配器，明显扩展了相应的测量设备的应用范围。此外，由于改装现有测量设备的可能性，所以根据本发明的解决方案更容易实施且成本高效。

传感器适配器的一个实施例规定，适配器测量探针包括至少一个适配器传感器电极；和适配器保护电极。特别是，这在粘性介质的情况下是有利的。

在一特别优选的实施例中，适配器测量探针的面向介质的表面以这样的方式设计，即所述至少一个适配器电极接触介质。如果提供有适配器传感器电极和适配器保护电极，则两种电极都应该接触介质。这种实施例允许即使在使用传感器适配器时，两种操作模式也都是可用的，尤其是在利用导电性和/或电容性测量原理进行工作的设备的情况下。

可替选地是，适配器测量探针的面向介质的表面也可以设计成使得它被制造成电绝缘的，尤其是用绝缘材料、特别是塑料(例如PPS或PEEK)制造。特别是，在侵蚀性介质的情况下，这样的实施例提供了较高的化学稳定性，因此延长了测量探针和适配器测量探针的使用寿命。对于该变型，针对一种特定应用调节的材料或涂层可以涂敷到传感器适配器，所述涂层例如进一步增强了传感器适配器的化学稳定性，或者适合用于针对特定卫生要求的相应的测量设备。

在该传感器适配器的优选实施例中，适配器测量探针、特别是关于面向介质的表面，基本上以前面齐平的方式终止，特别是与容器前面齐平。对于必须保持卫生标准的应用，这是特别有利的。

在另一个特别优选的实施例中，适配器测量探针具有与测量探针的几何形状不同的几何形状。由此，对电容性操作模式产生一个特别优点，对于该电容性操作模式，相应的测量分辨率高度依赖于测量探针的相应的几何结构以及所使用的相应介质。通过这种方式，可以计划改装现有的测量设备以用于新的应用，使得适配器测量探针理想地适合于相应的介质。

如果适配器测量探针的所述至少一个适配器电极的面向介质的表面大于设备的测量探针的至少一个电极的相应表面，则是有利的。被扩大的电极表面通常还伴随着适配器测量探针的扩大的表面，并且有利地是增加了测量灵敏度，特别是在电容性操作模式中，从而使得配备有合适的传感器适配器的设备也可以用于介电系数值为DK≤2的介质。

此外，如果所述至少一个适配器电极以旋转对称的方式设计，尤其是设计为环形，则是有利的。然而，对于某些应用，例如将可以设想椭圆形的实施例。

一个实施例规定，所述至少一个适配器测量探针在面向介质的区域中具有凸起形状。在适配器测量探针的略微弯曲的情况下，所述探针主要保持前面齐平。由于凸形实施例也扩大了适配器测量探针的面向相应介质的表面，尤其是所述至少一个适配器电极的表面，所以该措施还可以增大可获得的测量分辨率。

如果适配器测量探针至少部分地同轴设计，则是有利的。

一个优选实施例提供了布置在传感器适配器中或上的电涌保护器。这种额外的浪涌保护器的任务是满足关于静态充电的增加要求，例如呈颗粒状，以及保护测量电子器件不受高能量放电的影响。保护元件可以优选为气体放电器或抑制二极管。例如，在尚未公布的德国专利申请102014107927.2中，公开了用于合适开关布置的一个例子。

根据本发明的任务还通过一种用于确定和/或监测容器中的介质的至少一个过程变量的设备来解决，该设备包括具有至少一个电极的至少一个测量探针、电子单元和根据前述权利要求中至少一项的传感器适配器。

该设备尤其地是利用电容性和/或导电性测量原理进行工作的测量设备，借助于该设备，特别是可以确定过程变量，像例如介质的填充水平(例如，给定的填充水平)、电导率或介电常数。测量探针优选包括至少一个测量电极；和防护电极。优选地是，它是测量探针的主要前面齐平的实施例。

在一个实施例中，传感器适配器和设备可以以可拆卸方式连接。这具有如下优点：在设备上存在缺陷的情况下，可以在不中断的情况下从正在进行的过程中移除设备，并且修复或替换该设备，因为传感器适配器仍在相应的容器中或在相应的容器上，在此情况下，传感器适配器是设备的与介质接触的部件。

根据本发明的传感器适配器尤其可以用于这样的现场设备，该现场设备至少用于根据电容性和/或导电性测量原理来确定和/或监测过程变量。

附图说明

参照附图1至图5更详细地描述本发明。这些附图示出：

图1是根据电容性和/或导电性测量原理进行工作的测量设备的示意图，

图2是根据本发明的传感器适配器，其(a)具有与介质电绝缘的测量探针，和(b)具有包括凸面的适配器电极，

图3是具有根据本发明的适配器的以导电性和/或电容性测量模式进行工作的现场设备，(a)在将传感器适配器紧固到现场设备之前以及(b)在将传感器适配器紧固到现场设备之后，以及

图4是具有浪涌保护器的根据本发明的传感器适配器。

具体实施方式

图1示出了根据现有技术的测量设备1，该测量设备1可以用于利用电容性或导电性测量方法来监测过程变量，例如给定的填充水平。将测量探针2插入到至少部分地填充介质4的容器3中。在这种情况下，测量探针2已经通过所述容器顶部上的开口3a被引入到容器3中。在这里所示的示例中，测量探针2突出到容器3中。然而，可以理解的是，前面齐平的测量探针也是可能的，其主要以容器3的围壁终止，这尤其在小的管子或容器的情况下是有利的。在这个例子中，测量探针2本身由传感器电极5和保护电极6组成。两个电极都电连接到负责检测、评估和/或提供信号的电子单元7。特别地是，电子单元7基于以电容性和导电性操作模式生成的响应信号来确定和/或监测相应的过程变量，诸如容器2中的介质3的给定填充水平是否被超过或未达到，并且生成适当的消息和/或触发适当的开关操作。

在不失一般性的情况下，以下描述涉及设备1和传感器适配器8，其具有由至少一个传感器电极5和保护电极6组成的测量探针2。然而，应该理解的是，测量探针2和对应于该测量探针2的相应的适配器测量探针9的其它布置是可能的，并且也落入本发明的范围内。

图2a示出了根据本发明的传感器适配器8，其采用测量电极2相对于介质3电绝缘的布置。适配器测量探针9与容器的器壁基本上对齐。因此，这总体上是一种前面齐平的适配器测量探针，其包括适配器传感器电极10、适配器保护电极11以及适配器接地连接部12。原则上，适配器接地连接部也可以被省略，以有利于紧凑布置，使得经由传感器接地连接部(未示出)实现接地连接。适配器壳体13具有用于将传感器适配器8可拆卸地连接到设备1的螺纹14，和用于将传感器适配器8可拆卸地连接到容器2的另一螺纹15。

图2b中示出了根据本发明的传感器适配器8的第二实施例变型。与根据图2a的实施例不同，图2b中的传感器适配器具有接触介质的适配器测量探针9。下面将不考虑已经提及的参考标记。此处适配器传感器电极10示出为凸起构造。这导致面向介质3的电极表面的进一步增加，且因此增加了测量方面的灵敏度。

适配器传感器电极10、适配器保护电极和适配器接地连接部12分别作为两部分部件来执行。除了布置在外部区域16中的外电极部10a、11a、12a之外，相应的内电极部10b、11b、12b布置在传感器适配器8的内部区域16中，内电极部10b、11b、12b相应地经由贯穿传感器适配器8的壳体13的电接触部18a、18b、18c相互接触。适配器测量探针9经由内电极部10b、11b、12b与相应的设备1的相应的测量探针4接触。内电极部10b、11b、12b可以在此本身起到接触单元的作用，或者可以将独立的接触单元(未具体示出)附接到每个适配器电极10、11、12，例如组合的切割和弯曲片材，其通过弹簧作用在适配器测量探针9的电极10、11、12与设备1的测量探针2的相应的互补电极5、6之间产生电和机械接触。

最后，图3a示出了根据导电性和/或电容性测量模式操作的现场设备1，其具有大体上前面齐平的测量探针2和布置在容器3的开口3a中的传感器适配器8。在这种情况下，测量设备1的电子单元6与测量探针2一起以紧凑布置被包围在壳体19中。在与测量探针2相反的壳体侧上，存在用以将测量设备1例如连接至过程控制系统(未示出)的连接插头20。已经示出的任何参考符号在图3的上下文中都不再次提及。

用于将传感器适配器8附接到容器3的螺纹15被设计成使得它与被包括在容器3上的螺纹15a互补。类似地是，用于将传感器适配器8附接在设备1上的螺纹14以这样的方式布置，即它与测量设备1上的螺纹互补。

测量设备的测量探针2示出了传感器电极5、保护电极6和接地连接部22。相应地是，适配器测量探针9具有与测量设备1的电极5、6、22配合的适配器传感器电极10、适配器保护电极和适配器接地连接部部12，并且如图2a中所示，适配器测量探针9被设计为使得电极10、11、12与介质3电绝缘。

图3b示出了图3a的传感器适配器8和测量设备1，而传感器适配器8也附接到图3b的测量设备1。为获得更大清晰度，在图3b的描述中未重复来自图3a的所有参考符号。

测量设备1的电极5、6、22与传感器适配器8的适配器电极10、11、12之间的接触通过接触件21a、21b、21c来实现。这些可以是组合的切割和弯曲片材，其通过将测量设备1旋拧到传感器适配器8中而产生的弹簧作用来产生电和机械接触。作为替代，在传感器适配器8的两部分设计的电极10、11、12情况中的接触也可以经由相应的内电极部10a、11a、11b发生。

图4然后示出了根据本发明的传感器适配器8的另一种布置。类似于图2b，该传感器适配器具有接触介质的测量探针9，其具有适配器传感器电极10，适配器保护电极和适配器接地连接部。然而，与图2b不同，适配器传感器电极首先不是以凸出布置来设计。此外，呈泄放器形式的电涌保护器22被集成到图4的传感器适配器8中。适配器测量探针9的电极10、11、12以如图2b中所示的两部分设计来执行，即它们由布置在外部区域16中的外电极部10a、11a、12a和布置在传感器适配器8的内部区域16中的内电极部10b、11b、12b组成。与图2b不同，外电极部10a、11a、12a与内电极部101b、11b、12b之间的接触部18a、18b、18c也以两部分设计执行，使得外电极部10a、11a、12a和内电极部101b、11b、12b经由电涌保护器22彼此连接。

附图标记

1 设备/现场设备

2 测量探针

3 容器，3a容器中的开口

4 介质

5 传感器电极

6 保护电极

7 电子单元

8 传感器适配器

9 适配器测量探针

10 适配器传感器电极

11 适配器保护电极

12 适配器接地连接部

13 适配器壳体

14 用于将适配器可拆卸地连接到设备的螺纹

15 用于将适配器可拆卸地连接到容器的螺纹

16 外部区域

17 内部区域

18 a、b、c传感器适配器的电极部之间的接触部

19 设备壳体

20 连接插头

21 a、b、c用于使测量探针的电极与适配器测量探针的电极接触的接触部

22 电涌保护器

Claims

1.传感器适配器(8)，所述传感器适配器(8)用于利用测量探针(2)确定和/或监测容器(3)中的介质(4)的至少一个过程变量的设备(1)，所述传感器适配器(8)至少包括

-一个适配器测量探针(9)，所述适配器测量探针(9)具有至少一个适配器电极(10、11、12)，

-适配器壳体(13)，所述适配器壳体(13)具有用于将所述传感器适配器(8)以可拆卸方式紧固在所述设备(1)上的紧固装置(14)，以及

-接触单元(10b、11b、12b、21a、21b、21c)，所述接触单元(10b、11b、12b、21a、21b、21c)用于所述设备(1)的至少一个电极(5、6、22)与所述传感器适配器(8)的至少一个适配器电极(10、11、12)的电接触。

2.根据权利要求1所述的传感器适配器(8)，

其中所述适配器测量探针(9)包括至少一个适配器传感器电极(10)，并且包括适配器保护电极(11)。

3.根据权利要求1或2所述的传感器适配器(8)，

其中所述适配器测量探针(9)的面向所述介质(4)的表面被设计为使得所述至少一个适配器电极(10、11、12)与所述介质接触。

4.根据前述权利要求中的至少一项所述的传感器适配器(8)，

其中所述适配器测量探针(9)的面向所述介质(4)的所述表面被设计为以电绝缘方式制成，尤其是由绝缘材料制成，所述绝缘材料特别地是塑料，例如是PPS或PEEK。

5.根据前述权利要求中的至少一项所述的传感器适配器(8)，

其中所述适配器测量探针(9)的几何形状不同于所述测量探针(2)的几何形状。

6.根据前述权利要求中的至少一项所述的传感器适配器(8)，

其中所述适配器测量探针(9)，特别是关于面向所述介质(4)的所述表面，基本上以前面齐平的方式终止，特别是与所述容器(3)前面齐平。

7.根据权利要求5所述的传感器适配器(8)，

其中所述测量探针(9)的所述至少一个适配器电极(10、11、12)的面向所述介质(4)的所述表面大于所述设备(1)的所述测量探针(2)的至少一个电极(5、6、22)的相应的表面。

8.根据前述权利要求中的至少一项所述的传感器适配器(8)，

其中所述至少一个适配器电极(10、11、12)被设计成旋转对称，尤其是环形形式。

9.根据前述权利要求中的至少一项所述的传感器适配器(8)，

其中，所述至少一个适配器电极(10、11、12)在面向所述介质(4)的区域中具有凸起形状。

10.根据前述权利要求中的至少一项所述的传感器适配器(8)，

其中所述适配器测量探针(9)构造为至少部分地同轴。

11.根据前述权利要求中的至少一项所述的传感器适配器(8)，

其中提供电涌保护器(22)。

12.用于确定和/或监测容器(3)中的介质(4)的至少一个过程变量的设备(1)，所述设备(1)包括：具有至少一个电极(5、6、22)的至少一个测量探针(2)；电子单元(6)；和根据前述权利要求中的至少一项所述的传感器适配器(8)。

13.根据权利要求12所述的设备(1)，

其中所述传感器适配器(8)能够以可拆卸方式与所述设备(1)相连接。

14.根据权利要求13所述的设备(1)，

其中所述过程变量由所述介质的填充水平、电导率或介电常数给出。

15.传感器适配器(8)用于现场设备(1)的用途，所述现场设备(1)至少用于根据电容性和/或导电性测量原理确定和/或监测过程变量。