CN1678901A - 电位传感器 - Google Patents

Abstract

公开了一种电位传感器，特别是pH传感器或氧化还原传感器，其包括：基本传感器(3)，其用于检测电位量，特别是pH值或氧化还原电位；和接口，用于将依赖于电位量的信号发送到上级单元，该上级单元特别是变送器(8)。本发明的电位传感器具有固定连接至基本传感器(3)的数字数据存储器(6)。

Description

电位传感器

本发明涉及电位传感器，特别是pH传感器或氧化还原传感器，或者pH电极或氧化还原电极，用于连接至变送器。

在pH传感器和氧化还原传感器的情况中，电位传感器测量电阻大的地方的电势。pH电极或氧化还原电极检测溶液中特定的离子电势。在许多应用中，它们经受严重的磨损，使得它们经常要在很短的工作时间后被替换。在这个方面，这些电极是耗材，对于给定的测量精度要尽可能节约成本地提供它们。

现在基于pH电极或pH传感器的例子解释本发明的目的和它的解决方案。然而，实施例在原理上也可以应用于其它电位传感器，特别是氧化还原传感器或氧化还原电极。

基本上现有技术中已知三种类型的pH传感器，现在简要对它们进行介绍。

最简单的pH传感器是没有任何电子电子仪器的简单pH电极。这些pH电极发送依赖于pH的电势，该电势可以在合适的电连接处存取。可选地，这些pH电极具有集成的温度传感器，例如PT100，用于温度补偿，其电势可以在合适的温度输出端被测量。为了测量，这些pH传感器通常利用电缆连接至变送器，该变送器从依赖于pH的电势产生测量信号，并且如果需要，从温度传感器的温度信号产生测量信号。除了上述的简单pH电极或传感器，为了阻抗转换还可以令其具有集成的预放大器。预放大器的输出信号是pH传感器的电势，预放大器的内电阻仅有几欧姆，而pH传感器的内电阻为100兆欧的数量级。于是，输出电势到变送器的进一步传送以及处理大大简化。预放大器可以是电池供电的也可以利用电缆供电。

最后，直接安装在pH传感器上的简单变送器可以是来自Honeywell的“DirectLine”。因而，在传感器的附近例如产生4～20mA的测量信号，然后其可以不费周折地被输送至控制室。

对于现有技术的所有pH电极或pH传感器，必须在连接至变送器之后标定电极，因此所需的标定参数存储在变送器中。尽管在多数情况中，这种方式使得在标定后的测量操作令人满意，但是它确实具有一些严重的不足。

当传感器连接至另一变送器时必须被重新标定。没有预先标定的传感器是不可操作的。

由传感器特定的附加信息，诸如类型指示、使用寿命或历史数据，并不是对于每一传感器都可以得到的，或者说只有付出很大努力才能够得到，特别是当传感器和变送器的联系已经丧失时。

传感器通常必须在变送器或测量变换器所处位置标定。特别是在变送器所处位置存在不利的工作条件的情况，实际上不可能执行复杂的标定，诸如识别等温工作点。这将导致危及能够达到的测量精度。

本发明的目的是提供一种pH传感器，其克服现有技术的上述缺点。

这个目的通过独立权利要求1的pH传感器实现。本发明的pH传感器包括：基本传感器，其用于检测pH值；固定连接至基本传感器的数字数据存储器，其用于存储传感器数据或过程数据；和连接至上级单元的接口，用于发送代表pH值的信号，并且用于从或向数字数据存储器读取和/或写入数字数据。

数字数据存储器与基本传感器固定连接，使得数据存储器和基本传感器形成不可分离的单元。

上级单元特别的是变送器或另一合适的设备，用于检测和处理pH传感器的数据。

原理上，传感器操作所需的模拟电子设备是否也类似地固定连接至pH传感器并且由其将数据写入和/或读出数据存储器，或者数据的存储和/或读出是否是从上级单元实现的，对于本发明并不重要。

pH传感器接口到上级系统的连接可以直接发生或者利用连接电缆而发生。

在本优选实施例中，pH传感器的接口是无触点接口，正如在同一受让人的未公开欧洲专利申请No.1 216 079中描述的。术语“无触点”表示传感器侧的接口与变送器侧的接口电隔离。无触点接口可以是例如光学、电容或电感接口，其中当前优选电感接口。有关接口的结构细节，参见欧洲专利申请No.1 216 079，其完全包含在本发明中作为参考。

自然，具有导电触点的接口也可以用于实现本发明的pH传感器。

在优选实施例中，本发明的pH传感器具有模数转换器，其生成数字信号，该信号作为基本传感器的依赖于pH值的电势的函数。

另外，本发明的pH传感器优选地包括微处理器，其一方面控制pH传感器的接口和上级系统之间的数据传输，另一方面控制数字数据存储器的读写处理。当模数转换器集成在微处理器中时，是特别优选的。

优选地，pH传感器具有外壳，其中集成了数据存储器、接口，如果可能的话，还集成了其它电子元件，诸如模数转换器和微处理器。

对于本发明的简单实施例，特别是那些具有将依赖于pH值的电势导电传输至变送器的实施例，可以在pH传感器没有微处理器。在这种情况中，来自或向数字数据存储器的数据读和/或写可以由上级系统或变送器控制。

数字数据存储器优选地是可多次和/或一次写入的存储器单元。当前，优选的是EEPROM，EPROM也基本适用。

数字数据存储器可以特别地存储一个或多个以下数据：

标定数据；

在第一温度，特别是25℃确定的传感器的灵敏度；

在25℃确定的非对称电势；

温度偏移；

逻辑信息，例如SAP码和/或顺序号；

序列号；

应用的温度范围；

应用的pH范围；

工作温度的极限值；

工作pH的极限值；

技术员的身份证明(为了标定的可后续跟踪性)；

使用寿命；

等温线交叉点；

传感器检查系统状态；

pH测量值；和

温度测量值。

上级单元或变送器可以优选地利用读指令存取所有存储的数据。

优选地，上级单元或变送器可以利用写指令将一个或多个以下数据写入存储器：

标定数据；

在第一温度，特别是25℃，确定的电势陡度；

在25℃确定的电势零点；

温度偏移；

技术员的身份证明(为了标定的可后续跟踪性)；和

等温线交叉点。

在传感器的第一检查中，利用写指令将下列数据写入数据存储器：

逻辑信息；

应用的温度范围；和

应用的pH范围。

本发明的pH传感器具有以下优点：传感器特定的数据，即设备数据、过程数据和/或历史数据，与传感器不可分离地连接。这一方面使得能够在将传感器安装在应用位置之前进行传感器的预标定，另一方面使得能够在不同的变送器处使用传感器而不必要进行新的标定。

从所附权利要求、实施例示例的描述以及附图中将清楚地看到本发明的其它方面，附图中：

图1是本发明的pH传感器的框图；和

图2是本发明的pH传感器的详细透视图。

现在根据图1和图2解释本发明的实施例的一个例子。图1中的框图显示了pH传感器1的传感器外壳2中布置的元件，外壳2与基本传感器3固定连接，即不可分离地连接。pH传感器特别地可以是棒状pH电极，在其远离介质的末端上布置外壳2。

在外壳2中，放置微处理器4，其优选地具有集成的模数转换器(ADC)5。微处理器4一方面与基本传感器3的模拟输出端相连，另一方面微处理器与数字存储器6相连，这个实施例中数字存储器6是EEPROM。最后，微处理器4与电感接口7连接，通过该接口7，一方面实现了pH传感器1的供电，另一方面实现了向和从上级单元的数据传输，在这个情况中，上级单元包括变送器8。可选地，还可以提供存储器6和接口7之间的直接连接。

变送器8包括变送器侧的电感接口9，用于向pH传感器1提供能量以及与pH传感器1的数字数据交换。另外，变送器包括数据处理单元11，其与变送器侧的电感接口9和系统侧的接口10相连。在系统侧接口处，可以发出测量数据并且由设备特定的数据被交换。为此，可以考虑所有常用的协议，例如HART、Fieldbus或Profibus。

在测量操作中，微处理器4接收来自基本传感器的至少一个模拟信号，即依赖于pH值的电势以及优选地还有依赖于温度的电势。模拟信号由ADC 5转换为数字信号，其一方面存储在数据存储器6中，另一方面可以由电感接口7发送至变送器8。

有关电感数据传输和供电，参见欧洲专利申请No.1 216 079。

用于分析依赖于pH的电势以及可能的温度数据的参数以标定数据的形式存储在数据存储器6中。标定数据被基于变送器8的读指令而由微处理器4或直接发送至电感接口7，以使其可以由变送器8的数据处理单元11用于进一步的处理，诸如误差补偿等。在pH传感器1的第一标定或再标定处，发出变送器侧的写指令，用于存储确定的标定数据，于是数据存储在EEPROM 6中。

图2显示了在棒状基本传感器3，特别是玻璃电极，上的pH传感器1的外壳2的机械安排的实施例示例。

外壳2在其侧壁上具有螺纹12，pH传感器1可以利用该螺纹12安装在一个配件中。外壳2具有背离基本传感器3的圆柱末端部分，在其侧壁中安排卡口式联结器的开口。电感接口7放置在这个末端部分中。在其末端上，外壳2具有圆柱形轴向盲孔，其用作变送器侧电感接口9的容纳的铁氧体磁芯的接收器。在本实施例中，变送器侧的电感接口9实现为与变送器相连的电缆上的插塞。同样，变送器侧的接口9可以直接构造在变送器外壳上。在其面向pH传感器1的末端，插塞具有袖状侧壁，其轴向凸出并且同轴环绕铁氧体磁芯。当插塞固定至外壳2时，袖状侧壁至少围绕外壳2的圆柱形末端部分的一部分。于是在袖状侧壁上径向向内凸出的突起与卡口式联结器的开口啮合，以紧固插塞。

Claims (17)

1.电位传感器，包括：

基本传感器(3)，其用于检测电位量；和接口，用于将依赖于电位量的信号发送到上级单元，特别是变送器(8)；其特征在于，电位传感器具有数字数据存储器(6)，其固定连接至基本传感器(3)。

2.如权利要求1所述的电位传感器，进一步包括模数转换器(5)，用于将从基本传感器(3)发出的模拟信号转换为数字信号。

3.如权利要求1或2所述的电位传感器，其中数据存储器基本传感器存储一个或多个以下信息：

传感器的标定数据；在第一温度，特别是25℃确定的传感器的灵敏度；在25℃确定的非对称电势；温度偏移；逻辑信息；基本传感器的序列号；温度应用范围；pH应用范围；工作温度的极限值；工作pH的极限值；技术员的身份证明；使用寿命；等温线交叉点；传感器检查系统状态；至少一个pH测量值；至少一个氧化还原测量值，一个或多个温度测量值。

4.如权利要求3所述的电位传感器，其中数据存储器(6)存储在传感器工作的连续时间间隔上的历史数据。

5.如权利要求3所述的电位传感器，其中数据存储器(6)存储依赖于事件的历史数据。

6.如前述任一权利要求所述的电位传感器，进一步包括微处理器(4)，用于控制数据存储器(6)和/或控制接口(7)，以与上级单元(8)通信。

7.如前述任一权利要求所述的电位传感器，其中这样控制数据存储器(6)，使得可以从上级单元(8)经由接口(7)控制它。

8.如前述任一权利要求所述的电位传感器，其中电位传感器(1)经由机械耦合与上级单元(8)的外壳可卸地连接，其中机械耦合包括接口。

9.如前述任一权利要求所述的电位传感器，其中电位传感器(1)利用包括接口的机械耦合，与电缆可卸地连接，其中电缆与上级单元通信。

10.如前述任一权利要求所述的电位传感器，其中接口(7)除了保证数据通信，还保证电位传感器的供电。

11.如前述任一权利要求所述的电位传感器，其中接口是非电流接口。

12.如前述任一权利要求所述的电位传感器，其中接口是电感接口。

13.如权利要求1～10之一所述的电位传感器，其中接口是电流接口。

14.如前述任一权利要求所述的电位传感器，进一步包括温度传感器。

15.如前述任一权利要求所述的电位传感器，其中电位传感器是pH传感器，并且基本传感器包括pH电极。

16.如权利要求1～14之一所述的电位传感器，其中电位传感器是氧化还原传感器，并且基本传感器包括氧化还原电极。

17.电位变送器(8)，用于发出代表电位量的至少一个测量信号，其特征在于，变送器(8)具有接口(9)，其用于与如前述任一权利要求所述的电位传感器(1)进行操作和数据交换。