CN117941479A - 现场设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种现场设备(1)，其被设计为由于以下部件而是鲁棒的：具有内部空间(111)和馈通(112)的基于塑料的壳体(11)，该馈通沿着设备轴线(a)连接到内部空间(111)；固定在内部(111)中并且由导电材料制成的外壳(12)，其至少径向地相对于设备轴线(a)围绕第一电子模块(13)；测量设备颈部(14)，其以下述方式固定到外壳(12)：该测量设备颈部(14)在设备轴线(a)的方向对准并且送入壳体(11)的馈通(112)中；以及用于确定对应过程变量的传感器(15)，其被布置在测量设备颈部(14)的、背离壳体(11)的端部区域处。利用这种构造，能够避免在基于塑料的壳体(11)和金属测量设备颈部(14)之间的容易磨损的固定。

Description

现场设备

技术领域

本发明涉及鲁棒地实施的现场设备。

背景技术

在过程自动化技术中，经常应用现场设备，其用于注册或影响某些过程变量。为了注册过程变量，取决于类型，现场设备包括用于将相关测量原理投入使用的所选电子部件。取决于设计，现场设备类型因此能够被用于例如测量填充水平、流量、压力、温度、pH值和/或电导率。各种各样的这种现场设备类型由Endress+Hauser集团公司制造和销售。

现场设备的电子模块通常容纳在用作法拉第笼的金属壳体中以保护模块。金属壳体适当接地。然而，存在这样的应用，其中非金属壳体是有利的或需要的。因此，例如，在腐蚀性环境中应用的现场设备，诸如例如靠近海洋的场所以及具有酸性或碱性介质的过程中，优选地利用基于塑料的壳体。在这种情况下，电子模块由附加的导电外壳保护，该外壳用作法拉第笼并且与基于塑料的壳体内的电子模块一起布置。例如，在DE 102015 107306A1中描述了对应的现场设备。

独立于现场设备类型，传感器根据其操作的原理而与过程容器的内部直接接触。然而，对于爆炸保护最重要的是，通常需要有源模块——即，被供应有电流的模块——与主要无源传感器之间的空间隔离。为此，现场设备能够包括测量设备颈部，传感器经由该测量设备颈部与壳体连接，该壳体中容纳了特别是温度敏感的料位测量设备的电子模块，诸如用于与外部通信的接口模块。在这种情况下，取决于需要，在测量设备颈部中布置适当的爆炸保护屏障。作为爆炸保护要求的补充或替代，在给定情况下，测量设备颈部必须满足其它保护功能。因此，取决于应用，高温、高压或危险气体能够存在于容器的内部。因此，取决于应用，测量设备颈部必须也用作压力密封件、温度屏障和/或介质密封件。

在基于塑料的壳体的情况下，其与测量设备颈部的组装可能存在问题，因为在给定情况下，即使在仅几次旋拧循环之后，尤其是当测量设备颈部涉及诸如钢的硬质材料时，能够丢失可能的螺纹固定件与壳体的稳定性。因此，本发明的目的是提供更鲁棒的现场设备。

发明内容

该目的通过现场设备实现，包括：

-电绝缘壳体，其具有

o内部，以及

o通道，该通道沿着设备轴线邻接内部；

-外壳，该外壳由导电材料构成、可固定在内部中，并且被形成为至少径向地相对于所述设备轴线围绕第一电子模块；

-测量设备颈部，该测量设备颈部被固定到外壳，使得测量设备颈部沿设备轴线的方向定向并与外壳的通道连通；以及

-传感器，其用于确定过程变量并且布置在测量设备颈部的、远离壳体的端部区域。

有利地，本发明的解决方案提供壳体仅间接地固定到测量设备颈部——即，经由外壳。以这种方式，能够避免壳体上的易磨损的塑料螺纹。然而，当外壳被对应地设计时，并且当通向测量设备颈部的通道被对应地密封时，例如处于爆炸保护目的基于这种设计来封装气密地密封的内部(因此，不透气地)是可能的。

在本发明的上下文中，不固定地规定包括壳体的外壳如何固定到测量设备颈部。例如，测量设备颈部能够借助于沿着设备轴线定向的螺纹连接或借助于插入式连接被固定到外壳。在这种情况下，本发明使得这种螺纹连接被设计成具有稳定的M60螺纹或更小的螺纹，因为不涉及塑料壳体。

此外，根据本发明没有固定地规定壳体如何机械地固定到外壳。例如，在外壳中和在壳体中，能够设置对应的第一螺钉开口，以便借助于第一螺钉或螺栓连接将外壳固定在内部中。在这种情况下，壳体到外壳的固定应该有多稳定在本发明的现场设备的设计中并不关键。因此，第一螺钉连接的机械负载能力能够显著低于测量设备颈部到外壳的固定。

关于EMC方面，在给定情况下，需要电子模块相对于设备轴线不仅径向地、而且轴向地被外壳围绕。在外壳的进一步发展中，为此，相对于设备轴线，其仍然能够包括远离测量设备颈部的开口端部区域，该区域由具有可能的附加电子模块的电路板覆盖。以这种方式，还通过壳体内部的空间节省利用，能够满足可能的EMC规范。

在本发明的构造中，塑料壳体在外壳的帮助下如金属壳体一样固定到测量设备颈部，使得现场设备能够借助于如下方法步骤制造：

-将第一电子模块布置在外壳内，

-在将外壳固定在内部中之后或之前，以及

-将外壳固定到测量设备颈部，使得测量设备颈部布置在壳体的通道中。

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明，附图如下示出：

图1现场设备用于确定容器中的过程变量，

图2本发明的现场设备在外壳区域中的截面图，以及

图3外壳的详细视图。

具体实施方式

为了在原理上理解本发明，图1示出了过程现场的过程容器3，其中容器3用于例如提供用于化学或生物、反应或用于存储管道2的室。在这种情况下，取决于填充物质2的类型并且取决于应用的领域，容器3能够甚至大于100m高。取决于过程，要在容器3内确定的过程变量例如是填充水平、极限水平、温度、pH值或电导率。容器3中的条件也取决于填充物质2的类型和应用的领域。因此，在放热反应的情况下，例如，能够发生过度的温度和压力负载。在包含灰尘或可点燃材料的情况下，必须在容器的内部保持对应的爆炸保护要求。

为了能够确定感兴趣的过程变量，将具有相关传感器15的现场设备1放置在容器3上的已知安装位置中。在这种情况下，现场设备1以仅传感器15能够经由容器开口接近容器3的方式被固定或定向在容器3的开口处。现场设备1的附加模块13和19在现场设备1的基于塑料的壳体12中被对应地耐腐蚀和耐气候地容纳在容器3的外部。

如图1和图2所示，能够以电子模块13的形式布置在现场设备1的壳体12中，例如，接口，其经由对应的协议(诸如例如“4-20mA”、“PROFIBUS”、“HART”、“WLAN”或“以太网”)将现场设备1连接到上级单元4，诸如例如本地过程控制系统或分散式服务器系统。以这种方式，例如，在给定情况下，能够按顺序发送测量过程变量，以控制容器3的流入或流出。然而，还可能传送关于现场设备1的一般操作状态的其他信息。作为独立模块13的接口的单独供应具有这样的优点：该模块13能够用在其他现场设备类型中。然而，替代接口，图2所示的模块13也能够具有任何其他功能。

在图2所示的实施例中，现场设备1的壳体11具有内部111，其是围绕设备轴线a的圆柱形。为了保护布置在内部111中的模块13免受EMC(“电磁兼容性”)的影响，补充地布置外壳12，外壳12相对于设备轴线a径向地围绕一个或多个电子模块13。因为外壳12由导电材料制成，所以外壳12用作法拉第笼。在其远离传感器的端部区域中，外壳12不是封闭的，而是具有圆形、开放的端部区域。该端部区域在所图示实施例中由与设备轴线a正交布置的电路板17封闭。以这种方式，模块13也在外壳12的远离传感器的端部区域处被EMC保护。在这种情况下，例如，用于现场设备1的外部接触的连接能够放置在电路板17上。在这方面有利的是，壳体11内的部件12、部件13、部件17的集成密度增加，使得内部111能够作为整体紧凑地设计。替代实施例的所图示形式，在给定情况下，外壳12也能够由集成的、同样导电的盖而不是电路板17封闭。

因为除了传感器15之外的现场设备1布置在容器3的外部，一方面，容器3内的爆炸保护增加。另一方面，现场设备壳体11的内部111中的温度和压力敏感部件13、17被保护免受来自容器内部的温度和压力载荷的影响。为此，此外，壳体12诸如尤其在图2中示出，通过测量设备颈部14形式的分开的壳体部分与传感器15和容器开口间隔开。在这种情况下，测量设备颈部14也沿着设备轴线a定向，使得测量设备颈部14在现场设备1的固定状态下的传感器侧端部区域被引导到容器3的内部中。测量设备颈部14的远离传感器的端部区域对应地通向壳体12的壳体底板中的通道112，使得传感器15能够经由测量设备颈部14和通道112与壳体12的内部111中的电子模块13电接触。

如图2所示，当需要时，可能的第二电子模块19也能够被直接布置在测量设备颈部14中，例如当需要短的高频信号路径时，或者需要传感器接近信号评估并且第二模块19被对应地稳定地封装。此外，由于第二模块19的这种向外放置，壳体内部111中的空间消耗能够进一步最小化。在这种情况下，在金属构造的情况下，测量设备颈部14能够另外具有用于热解耦的散热片，诸如图1和2所示。

因为如图1所示的现场设备1经由测量设备颈部14固定到容器3，所以包括位于内部111中的部件12、部件13、部件17的壳体11必须尽可能稳定地固定到测量设备颈部14，例如借助于M60螺纹连接16。如图2所示，为此，测量设备颈部14包括在通道112的高度处、在远离传感器的端部区域处的对应外部螺纹，其中螺纹连接16进而沿着设备轴线a定向。

根据本发明，螺纹连接16的对应内螺纹不位于通道112的塑料中。相反，金属外壳12在通道112的区域中包括用于测量设备颈部14的外螺纹的对应内螺纹。由于外壳12进而固定在外壳11的内部111中，因此这种包括屏蔽电子模块13因此经由外壳12间接与测量设备颈部14机械连接。这样，螺纹连接16的最大可能的旋拧循环数不受壳体11的塑料限制。这尤其是当壳体11需要例如由于维修和维护任务而被周期性地拧下时变得明显。

在图2所示的本发明的现场设备1的实施例的情况下，壳体11通过密封环18在通道112的高度处被密封到测量设备颈部14。这样，壳体11的内部111在壳体11也被气密密封时被向外气密密封。这进而有助于现场设备1的防爆设计。

在图3中详细示出了外壳12中的螺纹连接16的内螺纹。此外，从该详细视图中，如何能够将外壳12固定在壳体11的内部111中是显而易见的。为此，第一螺钉开口121放置在外壳12的台阶中，其中沿着设备轴线a朝向测量设备颈部14的外壳12的直径对应地减小。借助于在通道112附近产生的第一螺钉连接，外壳12能够被固定在壳体11中。此外，电路板17能够借助于至少与外壳12的第二螺钉连接来固定。如图3所示，外壳12为此在其轴向地远离传感器的开口处包括与设备轴线a平行定向的三个螺钉开口122。

附图标记列表

1 现场设备

2 填充物质

3 容器

4 上级单元

11 壳体

12 外壳

13 电子模块

14 测量设备颈部

15 传感器

16 螺纹连接

17 电路板

18 密封环

19 第二电子模块

111壳体的内部

112 通道

121 第一螺钉开口

122 第二螺钉开口

a 设备轴线

Claims (7)

1.一种用于确定过程变量的现场设备，包括：

-电绝缘壳体(11)，所述电绝缘壳体具有

o内部(111)，以及

o通道(112)，所述通道沿着设备轴线(a)邻接所述内部(111)；

-外壳(12)，所述外壳由导电材料构成、被固定在所述内部(111)中、并且被形成为至少径向地相对于所述设备轴线(a)围绕第一电子模块(13)；

-测量设备颈部(14)，所述测量设备颈部被固定到所述外壳(12)，使得所述测量设备颈部在所述设备轴线(a)的方向上被定向并与所述壳体(11)的所述通道(112)连通，以及

-传感器(15)，所述传感器用于确定所述过程变量并且被布置在所述测量设备颈部(14)的、远离壳体(11)的端部区域处。

2.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述测量设备颈部(14)借助于沿着所述设备轴线(a)定向的螺纹连接(16)或者借助于插入式连接而被固定到所述外壳(12)。

3.根据权利要求2所述的现场设备，其中，所述螺纹连接(16)被设计至多有M60螺纹。

4.根据前述权利要求中的一项所述的现场设备，其中，在所述外壳(12)和在所述壳体(11)中，设置对应的第一螺钉开口(121)，以便借助于第一螺钉连接或螺栓连接将所述外壳(12)固定在所述内部(111)中。

5.根据前述权利要求中的一项所述的现场设备，其中，所述外壳(12)相对于设备轴线(a)包括远离测量设备颈部(14)的开口端部区域，并且其中所述外壳(12)的所述开口端部区域由电路板(17)覆盖。

6.根据前述权利要求中的一项所述的现场设备，其中，所述壳体(11)被设计为使得所述内部(111)被气密密封，并且所述通道(112)被密封使得所述内部(111)被气密密封。

7.一种用于生产根据前述权利要求中的一项所述的现场设备(1)的方法，其中所述方法包括如下方法步骤：

-将第一电子模块(13)布置在外壳(12)内，

-将所述外壳(12)固定在内部(111)中，以及

-将测量设备颈部(14)固定到所述外壳(12)，使得所述测量设备颈部(14)被布置在壳体(11)的通道(112)中。