CN110832286B

CN110832286B - 测量系统

Info

Publication number: CN110832286B
Application number: CN201880041835.8A
Authority: CN
Inventors: 戈尔德·贝希特; 佛朗哥·费拉多; 罗伯特·施密特; 阿尔明·韦内特
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: US20200400717A1; WO2019001846A1; DE102017114555A1; CN110832286A; EP3645979B1; EP3645979A1; US11320459B2

Abstract

本发明涉及一种测量系统(1)，其包括：自动化技术现场设备(2)，该现场设备被设计为确定和/或监控介质的过程变量；连接单元(3)，该连接单元具有电连接到现场设备(2)的连接插头(4)和通过电缆连接件(6)连接到连接插头(4)的电缆(5)，该电缆用于向现场设备(2)供应电力和/或在现场设备(2)和上级单元(15)之间传输信息；以及保护盖(7)，其在保护部分(8)中包围连接单元(3)和与连接单元(3)连接的现场设备(2)，其中在保护部分(8)中测量系统(1)的耐冲击性借助于保护盖(7)而增加。

Description

测量系统

技术领域

本发明涉及一种测量系统，该测量系统包括被实现为用于确定和/或监控介质的过程变量自动化现场设备并且具有连接单元。该连接单元包括与现场设备电连接的连接插头以及用电缆连接件与连接插头连接的电缆。电缆用于向现场设备供应电能和/或用于在现场设备和上级单元之间传输信息。

背景技术

在自动化技术中，现场设备被应用于确定和/或监控过程变量。在本发明的上下文中，被称为现场设备的原则上是所有在过程附近使用并且传递或处理过程相关的信息的测量设备。涉及的例如是料位测量设备、流量测量设备、压力和温度测量设备、pH-氧化还原电势测量设备、电导率测量设备等，它们登记相应的过程变量、料位、流量、压力、温度、pH值和电导率。由E+H公司集团制造并销售各种实施例中的这种现场设备。

由于这种现场设备也被用在爆炸危险区域中，例如用在爆炸性的粉尘环境中，因此在爆炸保护方面必须满足非常高的安全要求。例如，为了符合欧洲ATEX指令的要求，这是需要的。

在这种情况下，尤其值得关注的是，安全地防止火花的形成或者至少确保故障时产生的火花对环境没有影响。在防爆方面存在不同的点火保护类型，每种类型在有关用于爆炸危险区域的电气操作装置的相关标准中也有所体现。例如，一种标准是点火保护类型，即粉尘防爆(dust-Ex)。在根据该保护等级体现的电气设备的情况下，例如基于壳体保护，必须确保没有粉尘能够进入壳体内，否则粉尘与布置在壳体内部的点火源诸如例如电触点连接会引发爆炸。为此，壳体必须是足够防尘的。另外，需要确保壳体也不能由于其不再足够密封而受到冲击损坏。因此，壳体必须补充密封，还必须具有足够的机械强度。

为了测试是否存在足够高的机械强度，例如，在合格评估的背景下执行冲击测试。在这种情况下，将预定的机械冲击能量施加在被识别为测量系统的弱点的区域上，使冲击测试主体从某个高度掉落到弱点上。为了针对壳体对于某种冲击能量的冲击负荷的抵抗进行分类，例如使用了IK冲击防护分级。

在这种情况下，关于密封和机械强度的要求不仅被放置于靠近过程应用的现场设备上，而且在给定的情况下，还被放置于包括现场设备和连接单元的测量系统上。

因此，一种可能性是从开始就例如通过选择特殊的密封几何形状和/或选择用于连接单元的合适材料，设计具有足够密封性和机械强度的测量系统。

这种解决方案的缺点是经常使用预定的预制造的或可预制造的连接单元，或者甚至在用户优选地依赖的用户的过程安装中，已经存在了预安装的连接单元。这些满足例如对于密封的要求，然而，但是不满足对于机械强度的要求。尤其是，没有连接单元的现场设备通常比包括现场设备和连接单元的测量系统具有更高的耐冲击性。因此，当尤其是在连接插头的区域中仅使用一些可用的连接单元时，创建较低耐冲击性的区域。因此，在给定的情况下，测量系统不能通过冲击测试，使得在冲击之后，不能再保证测量系统是足够防尘的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种解决方案，以便在测量系统中，尤其是局部增加测量系统的机械强度。

该目的通过一种测量系统来实现，该测量系统包括：自动现场设备，其被实现为用于确定和/或监控介质的过程变量；连接单元，其包括与现场设备电连接的连接插头和电缆，该电缆用电缆连接件连接至连接插头并且用于向现场设备供应电能和/或用于在现场设备和上级单元之间传输信息；以及保护盖，该保护盖在保护区域中包围着连接单元和与连接单元连接的现场设备，其中，借助于保护盖，在保护区域中测量系统的耐冲击性增加。

因此，借助于保护盖，测量系统随后转变成具有增加的耐冲击性的、与连接单元的特定实施方式无关的测量系统。为此，保护盖在保护区域中至少部分地围绕着连接单元和与连接单元连接的现场设备。由于补充应用了保护盖，对于测量系统能够实现可预定的耐冲击性，尤其是与现场设备的耐冲击性相当的耐冲击性。借助于保护盖的实施例，在保护区域中实现了测量系统的更高的，尤其是例如可预定的耐冲击性。在这种情况下，保护区域是连接单元和与其连接的现场设备的至少一部分的局部区域。

本发明的解决方案的优点提供了对于密封和耐冲击性的要求是彼此分开的。例如，借助于连接单元的实施例可以确保密封，而无需对用于耐冲击性的要求的连接单元放置附加的限制。以这种方式，可以使用具有任何耐冲击性的连接单元。由于借助于附加的保护盖实现了耐冲击性，因此即使是在冲击的动作的情况下，也确保测量系统的持续密封性。以这种方式，本发明的测量系统满足了粉尘防爆点火防护等级的规定，而另外的同等实现的没有保护盖的测量系统在给定的情况下则不满足以上规定。

在本发明的实施例中，连接插头在连接区域中与现场设备连接，该连接区域相对于现场设备的过程连接件被布置在过程连接的过程远侧上。在给定的情况下，在过程连接件的远侧和过程面对侧存在与安全标准有关的不同要求。

在本发明的附加实施例中，保护部分至少从连接区域延伸到电缆连接件。以这种方式，保护部分至少包括连接插头以及其与现场设备和电缆连接件的连接。由于电缆是柔性的，因此电缆连接件边界上的电缆区域对冲击载荷不敏感。

保护部分尤其位于过程连接件的过程远侧上。因此，保护盖仅被布置在过程连接件的过程远侧上。因此，本发明的保护盖不用于保护现场设备的过程暴露部分。这样的部分例如是现场设备的与过程接触的敏感单元，因此是例如通过完全不同的保护盖免受过程的化学-物理负载影响的部分。

在本发明的一种有利的进一步发展中，保护部分在比由连接区域和电缆连接件所界定的区域大的区域上延伸。

然而，尤其地，保护部分在最大比由连接区域和电缆连接件所界定的区域大100％的区域上延伸。优选地，保护部分在最大比由连接区域和电缆连接件所界定的区域大50％的区域上延伸。

因此，保护部分尤其是比由连接插头及其与现场设备和电缆连接件的连接所界定的区域大两倍，并且优选大1.5倍。因此，在该有利的进一步发展中，尤其是对保护部分被局部限制得多远或者保护盖在多大程度上仅保护测量系统的局部界定连接插头的区域进行了补充限制。

在本发明的附加实施例中，通过将连接插头推到现场设备的连接销上，连接插头与现场设备电连接。因此，连接销至少用于连接插头和现场设备的电连接。在特定的情况下，连接销还补充地用于机械连接。然而，也可以将其他的机械部件提供给连接区域中的连接。

在本发明的尤其优选的进一步发展中，保护盖以从所述测量系统可释放的方式被实现。以这种方式，保护盖尤其可以重复地被放上和拿下，并且尤其是也可以更换。以这种方式，实现了尤其高程度的模块化，这是因为根据针对测量系统的当前需求或要求，可以借助于保护盖将保护部分中的耐冲击性设置为某个例如可预定的数值。尤其是，相应于对耐冲击性的增加要求，简单地在现有的处理厂中改造现有的测量系统；尤其是也可以直接用第二更稳定的保护盖代替第一保护盖。

在本发明的实施例中，保护盖包括至少两个彼此机械可连接的部件。因此，关注的是多部件式保护盖。尤其是，这些部件是可彼此旋入和/或可插入的。

在本发明的替代实施例中，保护盖是单件。

在本发明的附加的实施例中，保护盖用布置在保护部分的端部区域处的现场设备的螺纹可旋入到现场设备上或可旋入现场设备中。保护盖借助于现场设备上的螺纹与现场设备连接。

在本发明的实施例中，保护盖由金属构成。金属材料由于其稳定性是优选的。

在本发明的附加的实施例中，保护盖由合成材料例如塑料构成。

在特别优选的进一步发展中，现场设备包括布置在保护部分中的显示单元，显示单元被实现为用于显示状态信息和/或过程变量。在最简单的情况下，例如，在显示单元中显示现场设备的开关状态。

对于在保护部分中布置这种显示单元的情况，期望在围绕显示单元应用保护盖之后，显示单元仍然为可见的。

因此，在实施例中，保护盖包括窗口，借助于窗口至少显示单元为可见的。

在附加的实施例中，保护盖至少在显示单元的区域中包括透明材料。当然，保护盖也可以完全由透明材料例如透明塑料制成。以这种方式，无论保护盖是否有窗口，通过保护盖显示单元为可见的。同样，例如在透明保护盖的情况下，铭牌为可见的。

完全透明的保护盖的另一优点是，在这种情况下，防爆标准在耐冲击性测试中提供了较低的冲击能量。因此，透明的保护盖原则上仅不得不承受较低的冲击能量，例如4J而不是7J。以这种方式，由于透明性，原则上导致对机械强度的要求较低，并且因此还具有选择透明保护盖的材料的更大的自由度。

在有利的进一步发展中，保护盖包括用于与完全围绕电缆的管——尤其是金属管——的螺纹连接的螺纹。由于测量系统的安全相关规范，在一些处理厂中存在着对所谓的电缆铺设管道的要求。因此，除了通过使用保护盖在保护部分中保护测量系统之外，还创建了铺设管道的机会。

在本发明的另一进一步发展中，通过增加保护部分中的耐冲击性，测量系统满足保护等级的要求，所述保护等级的要求不能够被没有保护盖的而另外的同等实现的测量系统满足。

附图说明

现在将基于所附的示意图更加详细地解释本发明，其中，相等的附图标记表示相等的特征。当需要简明或者看起来合理时，在先前的图中已经显示的附图字符在随后的图中被省略。附图为如下所示：

图1：本发明的测量系统的实施例的示意性截面图。

图2：本发明的测量系统的另一实施例的分解图。

具体实施方式

图1示出了测量系统1的示意性截面图，其具有例如经由过程连接件10安装在容器中或管道壁中的现场设备2。在实施例的该示例中，现场设备2在其较低端包括以矩形延伸形式示意性地示出的机械可振荡单元，作为对至少一个过程变量敏感的传感器单元。可振荡单元可以例如是振荡叉或振动膜，其中，该示例当然绝不是限制本发明。

连接单元3在现场设备2的连接区域9中与现场设备电气和机械地连接。在这种情况下，连接单元3包括连接插头4，其中，连接插头4和现场设备2之间的电连接借助于现场设备2的连接销11(图2中示出)和连接单元3的连接插头4来发生。连接单元3还包括电缆5，电缆5具有连接(即电气和机械地连接)到连接插头4的电缆连接件6。

连接单元3被实现为例如预制造的M12插头单元，即具有M12螺纹，或者甚至被实现为另一连接单元3，其包括具有另一种螺纹尺寸的螺纹。连接插头4的螺纹在连接区域9中提供了与现场设备2的附加的机械连接。

电缆5可以是例如4-20mA测量传输路径的部件，经由它向现场设备2供应能量，同时将过程变量的数值作为电流值从现场设备2传输到上级单元15。在这种情况下，电缆5也可以是有线通信网络的部件，如图1中示意性示出的，与现场设备2的状态信息和过程变量有关的信息借助于有线通信网络传输到上级单元15。上级单元15例如是布置在控制站中的可编程逻辑控制单元(PLC)。

通信网络可以例如是自动化技术的有线现场总线，例如基金会现场总线，过程现场总线PA，过程现场总线DP，HART，CANBus等现场总线，但也可以是现代工业通信网络，例如“工业以太网”现场总线，尤其是Profinet，HART-IP或以太网/IP网络，或者通信领域中已知的通信网络，例如，根据TCP/IP协议的以太网。

现场设备2本身具有足够高的机械强度，以便如上所述，其被允许用在爆炸危险区域中。

由于使用了预定的例如标准化的或者已经预先安装的连接单元3，连接单元3具有预定材料的连接插头4，然而包括现场设备2和连接单元3的测量系统1可以不具有在爆炸危险区域中使用所必需的机械强度。尤其是例如连接插头4和现场设备2之间的连接区域9表示弱点，该弱点通常在合格评估中用冲击测试来评估耐冲击性进行检查。

应用可叠加的保护盖7增加了测量系统在保护部分8中的耐冲击性。在这种情况下，保护部分8在比由电缆连接件6和连接区域9所界定的区域略大的区域上延伸。保护盖7在这里被实现为单件；但它也可以由多个部件制成(见图2)。在该示例中，一件式保护盖7被旋入现场设备2的螺纹(未示出)中。该螺纹布置在保护部分8的面向过程连接件10的端部区域上。

因此，借助于保护盖7，测量系统1的耐冲击性在保护部分8中局部增加。以这种方式，测量系统1尤其满足了防爆粉尘点火保护等级的要求，而另外的同等实现的没有保护盖7的测量系统1将不能满足该要求。

优选地，保护盖7可以重复地放上和拿下。因此，关注的是模块化测量系统1，其通过后续应用和移除保护盖7而适应于爆炸保护的当前的或不断变化的要求。

在这种情况下，尤其是通过选择保护盖7的材料来实现耐冲击性。适合的材料例如为金属材料，但也例如为具有足够高的机械耐久性的合成材料，诸如例如热塑性或热固性塑料。

图2以分解图示出了本发明的测量系统1的另一实施例，其中已经针对图1描述过的特征将不再重复描述。

在实施例的该示例中，连接插头4是所谓的阀插头，其被推到布置在连接区域9中的现场设备连接销11上。在连接区域9下方，现场设备2包括布置在保护部分8中的显示单元12。

在该示例中，显示单元12包括三个彩色LED，例如在现场设备2被形成为具有机械可振荡单元的限制水平开关的情况下，借助于这三个彩色LED显示开关状态以及在给定情况下显示其他状态信息。作为状态信息在显示单元12上显示的可以例如是机械可振荡单元是否存在故障，诸如例如机械可振荡单元上的堆积和/或现有技术中已知的其他故障。

在该示例中，保护盖7是由多个部分构成的保护盖7，在这里是可以被旋接在一起的两个部件7a，7b。在保护盖7的第一部件7b的情况下，该部分是连接螺母。

保护盖7在这里是完全透明的材料，使得尽管有保护盖7，但显示单元12上显示的信息仍为可见的。当然，也可以将保护盖7设计为仅部分透明的，例如，仅连接螺母7b由透明材料构成。

替代地，保护盖7也可以在显示单元12的区域中具有窗口，例如在全部金属保护盖7的情况下，借助于该窗口显示单元12仍为可见的。

在测量系统1的插接期间，将保护盖7放置在测量系统1上。在这种情况下，在第一步骤中，例如将被实现为连接螺母的保护盖7的第一部件7b放置到现场设备2上。然后，将连接单元3引导穿过保护盖的第二部件7a；为此，保护盖当然必须相应地定尺寸。接着，通过将连接插头推到连接销上而将连接插头4在现场设备2的连接区域9中与现场设备2连接。在最后的步骤中，将保护盖7的两个部件7a，7b旋接在一起。当然，也设计保护盖7的两个部件7a，7b，使得它们可以被推到一起，或者使用现有技术中已知的另一类型的连接方式彼此机械地连接。在这种情况下，与例如焊接或熔接相比，在本发明的范围内优选的是可释放的机械连接，以便能够将保护盖7重复地放置到测量系统1上以及可从测量系统1上可释放。

在实施例的该示例中，保护盖7还包括在面朝电缆的端部区域中的螺纹14。可旋入到该螺纹上的例如是附加的——尤其是金属——的管，至少在电缆邻接电缆连接器6的部分中，可以用该管对电缆进行补充的保护。由于安全性相关规定，在某些处理厂中，期望进行所谓的铺设管道的附加机会。

附图字符和符号

1	测量系统
		2	现场设备
3	连接单元
		4	连接插头
5	电缆
		6	电缆连接件
7	保护盖
		8	保护部分
9	连接区域
		10	过程连接件
11	连接销
		7a，7b	保护盖的部件
12	显示单元
		13，14	螺纹
15	上级单元

Claims

1.一种测量系统（1），包括：

- 自动化现场设备（2），所述自动化现场设备（2）被实现为用于确定和/或监控介质的过程变量；

- 连接单元（3），所述连接单元（3）包括与所述自动化现场设备（2）电连接的连接插头（4）以及用电缆连接件（6）连接到所述连接插头（4）的电缆（5），所述电缆（5）用于向所述自动化现场设备（2）供应电能和/或用于在所述自动化现场设备（2）和上级单元（15）之间传输信息；以及

- 保护盖（7），所述保护盖（7）在保护部分（8）中围绕所述连接单元（3）和与所述连接单元（3）连接的自动化现场设备（2），其中，借助于所述保护盖（7），增加了所述保护部分（8）中的所述测量系统（1）的耐冲击性，其中，所述保护盖（7）以从所述测量系统（1）可释放的方式被实现，并且其中，所述保护盖（7）用布置在所述保护部分（8）的末端区域处的所述自动化现场设备（2）的螺纹可旋入到所述自动化现场设备（2）上或者可旋入所述自动化现场设备（2）中。

2.根据权利要求1所述的测量系统（1），

其中，所述连接插头（4）在连接区域（9）中与所述自动化现场设备（2）连接，所述连接区域（9）相对于所述自动化现场设备（2）的过程连接件（10）被布置在所述过程连接件（10）的过程远侧。

3.根据权利要求2所述的测量系统（1），

其中，所述保护部分（8）至少从所述连接区域（9）延伸至所述电缆连接件（6）。

4.根据权利要求2或3所述的测量系统（1），

其中，所述保护部分（8）在比由所述连接区域（9）和所述电缆连接件（6）所界定的区域大的区域上延伸。

5.根据权利要求2或3所述的测量系统（1），

所述保护部分（8）在最大比由所述连接区域（9）和所述电缆连接件（6）所界定的区域大100％的区域上延伸。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的测量系统（1），

其中，通过将所述连接插头（4）推到所述自动化现场设备（2）的连接销（11）上，将所述连接插头（4）与所述自动化现场设备（2）电连接。

7.根据权利要求1-3中的任一项所述的测量系统（1），

其中，所述保护盖（7）包括至少两个彼此机械可连接的部件（7a，7b）。

8.根据权利要求7所述的测量系统（1），

其中，所述部件（7a，7b）是彼此可旋入和/或可插入的。

9.根据权利要求1-3中的任一项所述的测量系统（1），

其中，所述保护盖（7）是单件。

10.根据权利要求1-3中的任一项所述的测量系统（1），

其中，所述保护盖（7）由金属构成。

11.根据权利要求1-3中的任一项所述的测量系统（1），

其中，所述保护盖（7）由合成材料构成。

12.根据权利要求1-3中的任一项所述的测量系统（1），

其中，所述自动化现场设备（2）包括布置在所述保护部分（8）中的显示单元（12），所述显示单元（12）被实现为用于显示状态信息和/或所述过程变量。

13.根据权利要求12所述的测量系统（1），

其中，所述保护盖（7）具有窗口，借助于所述窗口，至少所述显示单元（12）是可见的。

14.根据权利要求12所述的测量系统（1），

其中，所述保护盖（7）至少在所述显示单元（12）的区域中包括透明材料。

15.根据权利要求1-3中的任一项所述的测量系统（1），

其中，所述保护盖（7）包括螺纹（14），所述螺纹（14）用于螺纹连接完全围绕所述电缆（5）的管。

16.根据权利要求15所述的测量系统（1），

其中，所述管是金属的管。

17.根据权利要求1-3中的任一项所述的测量系统（1），

其中，通过增加所述保护部分（8）中的耐冲击性，所述测量系统（1）满足了保护等级的要求，所述保护等级的要求不能够被没有所述保护盖（7）的而另外的同等实现的测量系统满足。