CN113008329A

CN113008329A - 具有功率限制的物位传感器

Info

Publication number: CN113008329A
Application number: CN202011355854.3A
Authority: CN
Inventors: 马吕斯·伊森曼; 卡尔·格里斯鲍姆
Original assignee: Vega Grieshaber KG
Current assignee: Vega Grieshaber KG
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2021-06-22
Also published as: US11940313B2; US20210190570A1; DE102019220414A1

Abstract

一种包括传感器单元和上游的测量设备电子器件的测量设备，测量设备电子器件包括输入接口和布置在输入接口处的功率限制电路。

Description

具有功率限制的物位传感器

技术领域

本发明涉及测量设备技术。特别地，本发明涉及用于检测工业环境中的过程变量的测量设备以及该测量设备和该测量设备的测量设备电子器件的多种应用。

背景技术

测量设备(特别是物位传感器)的传感器单元在每次测量运行时都需要一定量的能量来测量诸如物位等未知的测量值。为此，通常提供用于供应所需能量的外部电源。

如果将在有爆炸危险的区域中使用测量设备，则设置有旨在防止火花形成等的所谓的爆炸防护。特别地，爆炸防护可确保在测量设备的一定区域不会出现过高的功率峰值。

爆炸防护和测量设备的暂时的高能量需求是相互竞争的边界条件，这些边界条件不能总是同时满足。在没有把握的情况下，应将测量设备设计成确保防爆的，但该防爆的设计不能始终满足暂时增大的能量需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种替代的测量设备。

本公开的第一方面涉及一种测量设备，其被设置为用于检测过程测量变量，特别是检测过程自动化领域中的工业环境中的过程测量变量。然而，该测量设备也可在其它领域中使用，但根据一实施例，该测量设备是特别为工业应用配置和设计的。

该测量设备包括被配置为用于检测例如对应于压力、填充物位、极限物位或流速等的测量信号的传感器单元。例如，测量设备是雷达物位测量设备，其在填充材料表面的方向上发射未屏蔽的或被引导的雷达信号。

传感器单元的上游是具有一个或多个电路部分的测量设备电子器件。特别地，测量设备电子器件包括供电装置/信号处理电路，该供电装置/信号处理电路被配置为用于评估由传感器单元检测的测量信号，以便例如由此确定物位、流量或压力。

测量设备电子器件包括被配置为用于将测量设备连接到外部电源的输入接口，例如包括4至20mA的双线电缆。功率限制电路被配置为用于限制外部电源在输入接口处消耗的功率，其中，功率限制电路布置在输入接口和信号处理电路之间。功率限制电路可被配置为使得在测量设备中无需其它电流限制电路。然而，可以设置其它电流限制电路。

功率限制电路、信号处理电路和传感器单元这些术语应广义地解释。

根据一实施例，功率限制电路被配置为将消耗的功率限制为最大许可功率，以用于防火或防爆。特别地，测量设备可以满足相应的防火要求和/或防爆要求。

根据本公开的另一实施例，信号处理电路包括供电装置和与其连接的能量存储器，该能量存储器被配置为用于向传感器单元短暂地提供或“共同提供”(即，除由外部电源提供的功率之外)峰值功率，该峰值功率高于被功率限制电路限制的消耗功率。替代地或附加地，信号处理电路可由能量存储器短暂地供电。

根据另一实施例，测量设备在电源和信号处理电路与传感器单元之间不包括功率限制电路。特别地，在输入接口和信号处理电路之间仅设置有单个功率限制电路，也就是说其直接设置在测量设备的输出端。

根据另一实施例，测量设备为填充物位测量设备(特别是雷达填充物位测量设备)、极限物位测量设备、流量测量设备或压力测量设备。

本公开的另一方面涉及将上述和下述的测量设备的用于填充物位测量、压力测量、流量测量或极限物位测量的使用。

根据本公开的另一方面，提供了上述的具有供电装置/信号处理电路的测量设备电子器件在测量设备中的使用，其中，测量设备电子器件被配置为用于评估由测量设备的传感器单元检测的测量信号。测量设备电子器件包括输入接口，该输入接口被配置为用于将测量设备连接到外部电源。设置有功率限制电路，该功率限制电路被配置为用于限制外部电源在输入接口处消耗的功率，特别是用于防爆，其中，功率限制电路布置在输入接口与供电装置/信号处理电路之间。

下面将参考附图说明本公开的其它实施例。附图中的表示是示意性的，并没有按比例绘制。

附图说明

图1示出了根据一实施例的测量设备。

图2示出了测量设备随时间的功率需求。

具体实施方式

图1示出了根据一实施例的测量设备100。例如，该测量设备是诸如填充物位雷达设备、极限物位测量设备、压力测量设备或流量测量设备等物位测量设备。

测量设备100包括传感器单元105，该传感器单元例如为天线和相关高频电路的形式，并被配置为用于检测测量信号。传感器单元105的上游为测量设备电子器件102，该测量设备电子器件例如可以布置在壳体内。测量设备电子器件102包括供电装置/信号处理电路104，该供电装置/信号处理电路布置在能量缓冲存储器107、功率限制电路103与传感器单元105之间。特别地，供电装置/信号处理电路104可以包括用于信号处理的微型处理器以及供电装置。

在测量设备壳体上设置有输入接口108，功率限制电路103可以经由该输入接口连接到外部电源101。

物位传感器的传感器单元通常需要一定的能量来测量未知的物位。在外部电源101不能满足增大的能量需求的情况下，设置有内部能量存储器107，其也可以被称为缓冲存储器。它可以在特定时间期间收集在输入接口108处可用的功率，并在更短的测量期间提供所收集的所有能量。例如由于使用4至20mA的双线接口和/或由于使用功率限制电路103，可用的输入功率受到限制。

测量设备100连接到外部电源101。根据数据传输，可以经由供电线路线同时传输测量信号。然而，也可以经由单独的接口输出测量信号。

电源101为测量设备100提供必要的能量。该测量设备包括传感器单元105和相关的电路部分102。

在传感器单元105中产生测量信号，其它电路部件将该测量信号转换并处理成待输出的测量信号(在这种情况下，例如为物位)。可能的传感器单元例如为雷达单元。

原则上，物位传感器的传感器单元105必须布置成紧邻待测量的填充材料。传感器单元以一定的时间间隔进行测量。

在测量物位或其它物理变量期间，传感器单元需要一定的峰值功率。在该情况下，由于在空间上靠近填充材料，因此必须限制消耗的连续功率。这可以由一组规则(例如，标准)来规定。

例如，限制连续功率的原因可以是防火或防爆。

在此，连续功率是指随时间流向传感器单元的平均功率。峰值功率是指传感器单元的短期功率消耗。然而，传感器单元通常需要比规则所允许的功率更高的峰值功率，但这仅在有限的时间内。

在传感器单元105的前面是具有信号处理电路104的供电装置和与其连接的能量存储器107。

在此情况下，测量设备100的输入功率被电子功率限制电路103限制为根据规则传感技术所允许的连续功率。

因此，传感器单元105中的连续功率小于或等于被电子功率限制电路103限制的输入功率。

连接的缓冲存储器(能量存储器107)允许供电装置可以通过信号处理电路104短暂地向传感器单元105提供更高的峰值功率。

图2示出了这种测量设备随时间的能量需求或功率需求的示例。在其它时间段，功率需求低于临界阈值201。在此，功率限制电路103被设置为使得即使当测量设备的功率需求暂时应为更高时，外部能量供应也不会超过该阈值201。功率需求202最初明显低于阈值201，但随后在测量期间显著增大(参见曲线部分203)，之后又再次降低到阈值201之下(参见曲线部分200)。

在时间段204期间，内部能量存储器107被接通以便服务于功率峰值203。

根据一实施例，可以将信号处理电路104配置为用于预测功率峰值202，并相应地提前接通内部能量存储器107，使得在测量设备电路中不会出现可能导致错误的测量值或导致测量设备的其它故障的功率不足。

在间隔204之外的时间段内，由于可以提供足够的剩余功率，因此能够对能量存储器107进行充电。

特别地，可以省去供电装置或信号处理电路104与传感器单元105之间的功率限制。特别地，可以将连续功率限制为最大许可功率，并同时在此为实际测量提供足够的功率。

测量设备的连续功率直接受其输入的限制。可用的能量被缓冲并以短暂的更高峰值功率的形式输出到传感器。

电子功率限制将电输入功率(例如，出于安全原因)限制到连续功率的指定阈值。对于需要短期的更高功率的情况，设置有缓冲存储器(能量存储器107)，通过该缓冲存储器可以将短时间的更高的峰值功率用于传感器单元的供电。然而，没有超过平均功率消耗的阈值。

另外，应指出，“包括”和“具有”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。还应指出，已经参考上述示例性实施例中的一者说明的特征或步骤也可以与上述其它示例性实施例的其它特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应视为是限制的。

Claims

1.一种测量设备(100)，其被配置为用于检测工业环境中的过程自动化的过程测量变量，所述测量设备包括：

传感器单元(105)，其被配置为用于检测测量信号；

上游的具有信号处理电路(104)的测量设备电子器件(102)，所述信号处理电路被配置为用于评估由所述传感器单元(105)检测的所述测量信号，其中，所述测量设备电子器件包括被配置为用于将所述测量设备连接到外部电源(101)的输入接口(108)；

功率限制电路(103)，其被配置为用于限制所述外部电源在所述输入接口处消耗的功率，其中，所述功率限制电路布置在所述输入接口和所述信号处理电路之间。

2.根据权利要求1所述的测量设备(100)，

其中，所述功率限制电路(103)被配置为用于将所消耗的功率限制为最大许可功率，以进行防火或防爆。

3.根据前述任一项权利要求所述的测量设备(100)，

其中，所述信号处理电路(104)包括供电装置和与所述供电装置连接的能量存储器(107)，所述能量存储器被配置为用于短暂地向所述传感器单元(105)或所述信号处理电路(104)提供高于所消耗的功率的峰值功率。

4.根据权利要求3所述的测量设备(100)，

其中，具有所述供电装置的所述信号处理电路(104)布置在所述能量存储器(107)和所述功率限制电路(103)之间。

5.根据权利要求1或2所述的测量设备(100)，

其中，在所述信号处理电路(104)与所述传感器单元(105)之间不需要功率限制电路，并且也未设置这种功率限制电路。

6.根据权利要求1或2所述的测量设备(100)，

其中，所述测量设备为填充物位测量设备、雷达填充物位测量设备、极限物位测量设备、流量测量设备或压力测量设备。

7.根据权利要求6所述的测量设备(100)，

其中，所述填充物位测量设备为雷达填充物位测量设备。

8.根据前述任一项权利要求所述的测量设备(100)的用于填充物位测量、压力测量、流量测量或极限物位测量的使用。

9.具有信号处理电路(104)的测量设备电子器件(102)在测量设备(100)中的使用，其中，所述测量设备电子器件被配置为用于评估由所述测量设备的传感器单元(105)检测的测量信号，

其中，所述测量设备电子器件包括被配置为用于将所述测量设备连接到外部电源(101)的输入接口(108)，

其中，所述测量设备电子器件设置有功率限制电路(103)，所述功率限制电路被配置为用于限制所述外部电源在所述输入接口处消耗的功率，

其中，所述功率限制电路布置在所述输入接口和所述信号处理电路之间。