CN110383010B - 自动化现场装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动化现场装置，其具有壳体(1)，所述壳体(1)包括通道式的引导元件(2)，用以容纳现场器件的传感器单元(3)，所述传感器单元(3)对介质的过程变量敏感，并且所述传感器单元(3)穿过所述引导元件(2)的端部开口(21)从所述壳体(1)中突出。根据本发明，夹紧突出件(4)和螺钉(5)在所述壳体(1)的毗邻所述引导元件(2)的所述开口(21)的区域中被引入到所述壳体(1)中，并且通过所述螺钉(5)，所述夹紧突出件(4)能够在所述壳体(1)中朝向所述传感器单元(3)移动可预先限定的距离，并且在所述传感器单元(3)的方向上移动的所述夹紧突出件(4)被实施为利用所述夹紧突出件(4)的第一夹紧突出件部分(41)基本上径向地压在所述传感器单元(3)的夹紧区域(31)上，该夹紧区域被布置在所述壳体(1)中且面向所述引导元件(2)的所述开口(21)。

Description

自动化现场装置
技术领域
本发明涉及自动化技术的现场装置，其包括壳体和对介质的过程变量敏感的传感器单元，其中壳体具有用以容纳传感器单元的通路，并且其中传感器单元穿过通路的末端开口从壳体突出。
背景技术
在自动化技术中，应用现场装置来确定和/或监测过程变量，尤其是物理或化学过程变量。在本发明的情况中被称为现场装置的是，原则上是在过程附近应用并且传递或处理过程相关信息的所有的测量装置。现场装置通常包括至少部分地并且至少有时与过程接触的传感器单元。在这种情况下，重要的是，例如填充水平高度测量装置、流量测量装置、压力测量装置和温度测量装置、pH氧化还原电位测量装置、传导率测量装置等，这些装置记录对应的过程变量，即填充水平高度、流量、压力、温度、pH值和传导率。这样的现场装置以各种实施例的形式通过E+H集团公司制造和销售。
在大量这些现场装置的情况下，传感器单元被容纳在壳体的通路中。在这种情况下，传感器单元的一部分从通路的开口从壳体中突出出来，使得传感器单元的一部分与过程接触，尤其是与过程介质接触。尤其是，传感器单元被拧入或推入通路中。
通常，期望的是能够参考壳体将传感器单元在通路中灵活地定向，因为例如由于关于在使用位置处可利用空间方面的限制，现场装置只有某些定向是可能的。在这种情况下，例如用于产生、处理、改变和/或转发电气或电子信号的电子单元也被布置在壳体中。在这种情况下，期望的是，电子单元的某些区域从某一方向是能够接近的。例如，这适用于电子单元的被实施为连接单元的一部分，该连接单元例如是被容纳在应该能够接近以进行连接工作的连接空间中。
当所述灵活定向可以通过固定装置锁定和/或释放时是尤其有利的。在现有技术中用于此目的的是例如引入壳体中并且从壳体壁的外部能够接近的螺钉。该螺钉在固定区域中压靠于传感器单元。由于用于固定所需要的抗拉强度，必须使用具有特定螺纹尺寸的螺钉，例如M6螺钉或更大尺寸的螺钉。
然而，当所提供的固定区域非常受约束时，应用具有足够高的抗拉强度的这种固定装置(即，具有特定尺寸的螺钉)是不可能的。例如，当壳体相当短时就是这种情况。
另外，通常在通路的开口区域中于壳体和传感器单元之间设置有液密密封元件。这样，被容纳在壳体中的上述电子单元的电子部件受到保护，免于受到环境和/或过程(尤其是过程介质)的影响。在这种情况下，固定区域应该被尽可能多地布置在密封元件和通路的开口之间。因为密封元件的布置通常基于安全相关的考虑而被预先确定，所以这导致固定区域可利用的空间的额外约束。
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于将自动化技术的现场装置的传感器单元和壳体充分永久地相对于彼此相固定的节省空间的解决方案。
该目的通过一种自动化技术的现场装置实现，该现场装置包括壳体和对介质的过程变量敏感的传感器单元。壳体具有通路，以容纳传感器单元，其中传感器单元穿过通路的末端开口从壳体突出，该现场装置还包括夹紧突出件和螺钉，其中夹紧突出件和螺钉在壳体的毗邻通路的开口的区域中被引入到壳体中。通过螺钉，夹紧突出件能够在壳体中在传感器单元的方向上移位可预定的距离，并且其中在传感器单元的方向上移位的夹紧突出件被实施为利用夹紧突出件的第一夹紧突出件部分基本上径向地压在传感器单元的夹紧区域上，该夹紧区域被布置在壳体中并面向通路的开口。
通过螺钉而在壳体中移位并且基本上径向地压在传感器单元的夹紧区域上的夹紧突出件将壳体和传感器单元锁定在一起。来自螺钉的压紧力被引导通过夹紧突出件，其中被实施为夹紧区域的固定区域与螺钉相比可以被实施为非常小。这是由于以下事实：在参考传感器单元的轴向方向上，尤其是在通道形的通路的纵向方向上，径向地压在夹紧区域上的第一夹紧突出件部分要求显著更小的空间。因而，在给定情况下，第一夹紧突出件部分可以如此设计形状，以使得所提供的空间得到最佳利用。这样，通过本发明的解决方案，实现了足够固定的锁定，即使在几乎没有可利用的空间的情况下也是如此。
在本发明的实施例中，传感器单元被拧入或推入壳体中。在传感器单元已经被拧入或推入壳体中之后，压在传感器单元上的第一夹紧突出件部分防止传感器单元相对于壳体的扭转。
在本发明的另一个发展中，第一夹紧突出件部分基本上平行于毗邻通路的开口的第一壳体壁布置，尤其是与毗邻通路的开口的第一壳体壁齐平地安装。第一夹紧突出件部分利用第一夹紧突出件部分的轮廓压在传感器单元的夹紧区域上。
在该进一步发展的优选实施例中，第一夹紧突出件部分的轮廓的形状与传感器单元的夹紧区域的形状匹配。如果例如重要的是在夹紧区域中是基本上圆柱形的传感器单元，则第一夹紧突出件部分的轮廓具有与传感器单元的基本上圆柱形夹紧区域的半径匹配的曲率。通过压在传感器单元的夹紧区域上的夹紧突出件部分的轮廓，实现了固定，在此情况下，力从轮廓到夹紧区域的传递可以在轮廓的多个位置处发生。而且，上述情况与从现有技术中已知的利用螺钉的固定(在所述现有技术的情况下，力传递基本上仅在一个点或部位出现)相比是有利的。
在本发明的实施例中，密封元件在毗邻通路的开口的区域中被布置在传感器单元和壳体之间。夹紧区域被布置在密封元件和从通路的开口中突出的传感器单元的区域之间。
在本发明的尤其优选的进一步发展中，夹紧突出件被插入壳体的挖空部分中。防止夹紧突出件从挖空部分取出和/或掉出的第一防失器通过将销形元件插入第二夹紧突出件部分中并且穿过第二夹紧突出件部分突出而形成，该第二夹紧突出件部分基本上垂直于第一夹紧突出件部分。因而，第一和第二夹紧突出件部分由夹紧突出件的两个基本上相互垂直的平面部分形成。在该进一步发展中，夹紧突出件首先被插入壳体的挖空部分中，并且然后将销形元件插入第二夹紧突出件部分中。因为销形元件穿过第二夹紧突出件部分突出，所以具有插入夹紧突出件中的销形元件的夹紧突出件不再能够从壳体移除。
在该进一步发展的优选实施方式中，第一防失器的销形元件由螺钉形成，该螺钉穿过被引入第二夹紧突出件部分中的钻孔突出。
当然，可替代地是，也能够提供仅用于执行第一防失器功能的单独的销形元件。在这种情况下，螺钉不必穿过第二夹紧突出件部分中的钻孔突出，而是替代地是，螺钉仅被实施用以使夹紧突出件移位。在这种情况下，螺钉压靠于平面的第二夹紧突出件部分并且不需要延伸穿过第二夹紧突出件部分。
在本发明的尤其优选的进一步发展中，防止螺钉从夹紧突出件取出和/或掉出的第二防失器通过在从钻孔突出的螺钉的端部区域中给予螺钉比钻孔更大的直径而形成。在该实施例中，因而，第二防失器固定形成第一防失器的螺钉，该第一防失器防止夹紧突出件取出和/或掉落。这通过给予穿过第二夹紧突出件部分突出的螺钉的端部区域比钻孔的直径更大的直径而实现。这样，穿过第二夹紧突出件部分的钻孔突出的螺钉不能直接地从第二夹紧突出件部分移除。为了使螺钉能够被拧入第二夹紧突出件部分的钻孔中，有利地是提供弹簧元件，在螺钉第一次拧入钻孔中的情况下，弹簧元件实现了螺钉的端部区域的直径和钻孔的直径相对于彼此的匹配。
在该进一步发展的第一实施例中，因此，狭缝被引入第二夹紧突出件部分中。螺钉于是能够被拧入第二夹紧突出件部分的钻孔中，因为狭缝允许钻孔在螺钉的拧入期间的弹性膨胀。
在该进一步发展的第二实施例中，在端部区域中的螺钉的更大的直径通过安装在螺钉上的狭缝环而实现。螺钉可以被拧入第二夹紧突出件部分的钻孔中，因为螺钉的拧入实现了狭缝环的弹性(即，临时)收缩。
在本发明的实施例中，螺钉能够从基本上垂直于第一壳体壁的第二壳体壁接近。第二壳体壁基本上平行于第二夹紧突出件部分。螺钉的拧入实现了夹紧突出件向传感器单元移位所述可预定的距离，而螺钉的旋出实现了夹紧突出件远离传感器单元移位所述可预定的距离。
在本发明的另外实施例中，孔被钻入壳体中，以容纳螺钉，尤其是基本上径向地指向传感器单元的孔。
在本发明的实施例中，用以容纳夹紧突出件的挖空部分在壳体的制造期间形成，尤其是在由无定形材料来制造实心体的方法中形成，实心体具有在几何形状上限定的形式。
在本发明的实施例中，螺钉和/或夹紧突出件由不锈钢制成。
在本发明的实施例中，螺钉具有1mm至10mm的直径，尤其是2mm至6mm的直径。
在实施例中，第一夹紧突出件部分的面积小于第二夹紧突出件部分的面积。尤其是，第二夹紧突出件部分具有10mm2至200mm2的面积。
附图说明
现在将基于所附的示意图更详细地解释本发明，其中相同的附图标记指示相同的特征。当有明晰要求或以其它方式显现出合情理时，已经示出过的附图标记在随后的图中省略。附图示出如下：
图1是本发明的现场装置的实施例的截面图；
图2a是本发明的现场装置的实施例的另一个截面图；
图2b是本发明的现场装置的实施例的夹紧突出件和螺钉的透视图；
图3a、图3b是具有狭缝环的本发明的现场装置的另一个实施例；
图4是本发明的现场装置的另一个可替代实施例；以及
图5是本发明的现场装置的另外实施例的透视图。
具体实施方式
具有壳体1的本发明的现场装置的实施例的图1中的截面图示出了处在通路2中的传感器单元3，该传感器单元3穿过通路2的末端开口21从壳体突出。在该实施例中，传感器单元3是基本上圆柱形的。当然，传感器单元3可以具有与图1的示意图中示出的不同的其它实施例，以便包括用于上述测量装置的对应敏感部件。例如，在电子振动填充水平高度测量装置的情况下，这些部件包括能够振荡的机械单元，例如振荡叉、薄膜振荡器或单个杆。
另外，在接界通路2的开口21上的区域中布置了密封环，该密封环用作密封元件6并且围绕传感器单元3环形地延伸。密封环以液密方式密封壳体1和传感器单元3之间的交界面。这极大地限制了用于相对于壳体1固定传感器单元3的可利用的空间。在本发明的解决方案中，因此，提供了夹紧突出件4和螺钉5来固定传感器单元3。通过在螺纹孔11中的螺钉5，夹紧突出件4可以压靠于传感器单元3，使得尤其是壳体1相对于传感器单元3的扭转不再可能。在这种情况下，夹紧突出件4被插入壳体1的挖空部分12中。
图2a中的详细截面图示出了图1的具有壳体1的本发明的现场装置的实施例，其中图2a基本上仅示出了图1中用II标记的区域。夹紧突出件4利用第一夹紧突出件部分41径向地压紧在传感器单元3的夹紧区域31上。夹紧区域31定位在密封环和末端开口21之间。在这种情况下，夹紧突出件以这样的方式插入挖空部分12中，即：使得平面的第一夹紧突出件部分41基本上平行于第一壳体壁13布置并且尤其是与壳体壁13齐平地安装。在这种情况下，夹紧突出件4通过螺钉5能够在传感器单元3的方向上移位可预定的距离，即，向传感器单元3径向地移位(参见图2a中的箭头)。螺钉的拧入实现了第一夹紧突出件部分41的轮廓41a径向地移动朝向传感器单元3并且压在传感器单元3的夹紧区域31上。
用于夹紧突出件4的第一防失器通过将螺钉5接合在第二夹紧突出件部分42中的钻孔43(参见图2b)中而形成，使得螺钉5作为销形元件9穿过第二夹紧突出件部分42的钻孔43突出。这防止了夹紧突出件4从挖空部分12移除。
同时，螺钉5在第一次拧入钻孔43中之后通过第二防失器而牢固地保持在第二夹紧突出件部分42中。第二防失器通过在穿过钻孔43突出的端部区域EB(即，在螺钉5的靠近传感器单元3的区域)中给予螺钉5比钻孔43更大的直径而形成。在这种情况下，螺钉5能够被拧入钻入壳体1中的孔中，并且能够从第二壳体壁14接近。有利地是，在该实施例中，通过旋出螺钉5，传感器单元3和壳体1之间的固定可以被非常简单地重复松开，其中在所给定的情况下，通过第二防失器防止了螺钉5从钻孔43的意外掉落。
为了能够首先将这种螺钉5拧入钻孔43中，有利地是提供弹簧元件，在螺钉5拧入钻孔43中的情况下，弹簧元件实现了螺钉的端部区域EB的直径和钻孔的直径相对于彼此的匹配。
图2b表示了这一点的第一变型，其中钻孔43在拧入螺钉5时弹性地扩展。为此，在第二夹紧突出件部分42中设置了狭缝7。在图2b中的透视图中，轮廓41a也匹配传感器单元的曲率。这种形状匹配的轮廓41a当然也能够与随后相关的实施例相结合。这种形状匹配的轮廓41a实现了螺钉紧固的夹紧突出件部分4利用轮廓41a的多个区域而压紧在夹紧区域31上。这样，有利地实现了传感器单元3和壳体1之间的多点固定。
图2a、图2b的替代例，或者在所给定情况下的用于匹配螺钉5和钻孔43的直径的上述弹簧元件的补充示出于图3a、图3b中。在图3a中以平面图示出的狭缝环8首先实现了螺钉的端部区域EB的直径大于钻孔43的直径。这在图3b的截面图中示出。在螺钉5第一次拧入孔11中时，狭缝环8弹性地收缩，即，被挤压到较小的直径，以这样的方式使得其能够穿过钻孔43。为了便于拧入，在给定情况下，可以补充地是，在面向孔11和第二壳体壁14的区域中斜切钻孔43。
替代图2a、图2b和图3a、图3b中示出的用于夹紧突出件4的第一防失器(在这种情况下，销形元件9由螺钉5形成)，当然可替代地是，也能够提供与螺钉5分开并且补充螺钉5的销形元件9。这在图4中示出。在这种情况下，螺钉5没有穿过第二夹紧突出件部分42突出，而是替代地是，通过压在第二夹紧突出件部分42上而在与传感器单元3的径向方向上使夹紧突出件4移位。
最后，图5示出了本发明的现场装置的实施例的透视图。在这种情况下，显著的是，提供用于固定的空间非常小，尤其是因为在壳体1和毗邻开口21的传感器单元3之间的区域中布置了密封环(未示出)。传感器单元3仅在图5中被部分地示出，因为例如传感器单元3的另外部件可以被拧在开口21上，其远离从壳体1中突出的传感器单元3的螺纹。壳体1在图示的区域中凸出并且可以在该区域中具有处在壳体1中的挖空部分12，以放置夹紧突出件4。在该透视图中可见的是夹紧突出件4的第一夹紧突出件部分41和螺钉5，第一夹紧突出件部分41与第一壳体壁13齐平地布置，螺钉5能够从第二壳体壁14接近。
附图标记
1 壳体
2 通路
21 通路的末端开口
3 传感器单元
31 传感器单元的夹紧区域
4 夹紧突出件
41 第一夹紧突出件部分
41a 第一夹紧突出件部分的轮廓
42 第二夹紧突出件部分
43 第二夹紧突出件部分中的钻孔
5 螺钉
6 密封元件
7 狭缝
8 狭缝环
9 销形元件
11 孔
12 挖空部分
13 第一壳体壁
14 第二壳体壁
EB 端部区域。

Claims (19)

1.一种自动化技术的现场装置，包括壳体(1)和对介质的过程变量敏感的传感器单元(3)，
其中所述壳体(1)具有通路(2)，以容纳所述传感器单元(3)，
其中所述传感器单元(3)穿过所述通路(2)的末端开口(21)从所述壳体(1)突出，
所述现场装置还包括夹紧突出件(4)和螺钉(5)，
其中所述夹紧突出件(4)和所述螺钉(5)在所述壳体(1)的毗邻所述通路(2)的所述末端开口(21)的区域中被引入到所述壳体(1)中，
其中通过所述螺钉(5)，所述夹紧突出件(4)能够在所述壳体(1)中在所述传感器单元(3)的方向上移位可预定的距离，
其中在所述传感器单元(3)的方向上移位的所述夹紧突出件(4)被实施为利用所述夹紧突出件(4)的第一夹紧突出件部分(41)基本上径向地压在所述传感器单元(3)的夹紧区域(31)上，所述夹紧区域(31)被布置在所述壳体(1)中并且面向所述通路(2)的所述末端开口(21)，
其中所述夹紧突出件(4)被插入所述壳体(1)的挖空部分(12)中，并且
其中防止所述夹紧突出件(4)从所述挖空部分(12)取出和/或掉出的第一防失器通过将销形元件(9)插入第二夹紧突出件部分(42)中并且穿过所述第二夹紧突出件部分(42)突出而形成，所述第二夹紧突出件部分基本上垂直于所述第一夹紧突出件部分(41)。
2.根据权利要求1所述的现场装置，
其中所述传感器单元(3)被拧入或推入所述壳体(1)中，并且
其中在所述传感器单元(3)已经被拧入或推入所述壳体(1)中之后，压在所述传感器单元(3)上的所述第一夹紧突出件部分(41)防止所述传感器单元(3)相对于所述壳体(1)扭转。
3.根据权利要求1或2所述的现场装置，
其中所述第一夹紧突出件部分(41)基本上平行于第一壳体壁(13)布置，所述第一壳体壁(13)毗邻所述通路(2)的所述末端开口(21)，并且
其中所述第一夹紧突出件部分(41)利用所述第一夹紧突出件部分(41)的轮廓(41a)压在所述传感器单元(3)的所述夹紧区域(31)上。
4.根据权利要求3所述的现场装置，
其中所述第一夹紧突出件部分(41)的所述轮廓的形状与所述传感器单元(3)的所述夹紧区域(31)的形状匹配。
5.根据权利要求1或2所述的现场装置，
其中密封元件(6)在毗邻所述通路(2)的所述末端开口(21)的区域中被布置在传感器单元(3)和壳体(1)之间，并且
其中所述夹紧区域(31)被布置在所述密封元件(6)和所述传感器单元(3)的从所述通路(2)的所述末端开口(21)中突出的区域之间。
6.根据权利要求1所述的现场装置，
其中所述第一防失器的所述销形元件(9)通过所述螺钉(5)而形成，所述螺钉(5)穿过被引入到所述第二夹紧突出件部分(42)中的钻孔(43)突出。
7.根据权利要求6所述的现场装置，
其中防止所述螺钉(5)从所述夹紧突出件(4)取出和/或掉出的第二防失器通过在从所述钻孔(43)突出的所述螺钉(5)的端部区域(EB)中给予所述螺钉(5)比所述钻孔(43)更大的直径而形成。
8.根据权利要求7所述的现场装置，
其中狭缝(7)被引入到所述第二夹紧突出件部分(42)中，并且
其中所述螺钉(5)于是能够被拧入所述第二夹紧突出件部分(42)的所述钻孔(43)中，因为所述狭缝(7)允许所述钻孔(43)在所述螺钉(5)的拧入期间弹性膨胀。
9.根据权利要求7或8所述的现场装置，
其中所述螺钉(5)在所述端部区域(EB)中的所述更大的直径通过安装在所述螺钉(5)上的狭缝环(8)而实现，并且
其中所述螺钉(5)能够由此被拧入所述第二夹紧突出件部分(42)的所述钻孔(43)中，因为所述螺钉(5)的拧入实现了所述狭缝环(8)的弹性收缩。
10.根据权利要求3所述的现场装置，
其中所述螺钉(5)能够从基本上垂直于所述第一壳体壁(13)的第二壳体壁(14)接近，并且所述第二壳体壁(14)基本上平行于所述第二夹紧突出件部分(42)，并且其中
-所述螺钉(5)的拧入实现了所述夹紧突出件(4)向所述传感器单元(3)移位所述可预定的距离，并且
-所述螺钉(5)的旋出实现了所述夹紧突出件(4)远离所述传感器单元(3)移位所述可预定的距离。
11.根据权利要求1或2所述的现场装置，
其中孔(11)被钻入到所述壳体(1)中，以容纳所述螺钉(5)。
12.根据权利要求1所述的现场装置，
其中用以容纳所述夹紧突出件(4)的所述挖空部分(12)在所述壳体(1)的制造期间形成。
13.根据权利要求1或2所述的现场装置，
其中所述螺钉(5)和/或所述夹紧突出件(4)由不锈钢制成。
14.根据权利要求1或2所述的现场装置，
其中所述螺钉(5)具有1mm至10mm的直径。
15.根据权利要求1所述的现场装置，
其中所述第一夹紧突出件部分(41)的面积小于所述第二夹紧突出件部分(42)的面积，并且
其中所述第二夹紧突出件部分(42)具有10mm2至200mm2的面积。
16.根据权利要求3所述的现场装置，
其中所述第一夹紧突出件部分(41)与所述第一壳体壁(13)齐平地安装。
17.根据权利要求11所述的现场装置，
其中所述孔(11)基本上径向地指向所述传感器单元(3)。
18.根据权利要求12所述的现场装置，
其中所述挖空部分(12)在由无定形材料来制造实心体的方法中形成，所述实心体具有在几何形状上限定的形式。
19.根据权利要求14所述的现场装置，
其中所述螺钉(5)具有2mm至6mm的直径。
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