DE102009002762A1

DE102009002762A1 - Gerät zur Überwachung einer oder mehrerer Prozessgrößen

Info

Publication number: DE102009002762A1
Application number: DE102009002762A
Authority: DE
Inventors: Stephan Buschnakowski; Jörg Uhle
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-18
Also published as: US8272271B2; US20100281987A1

Abstract

Ein Gerät (1) zur Bestimmung oder Überwachung einer oder mehrerer physikalischer und/oder chemischer Prozessgrößen, für welches ein Vibrationssensor (9) vorgesehen ist, besteht erfindungsgemäß aus einem Steckerelement (3) und einem Buchsenelement (2), welche durch eine Steckverbindung (10) lösbar verbunden sind und welche über eine Schnittstelle (81, 82) miteinander kommunizieren, wobei bei dem Steckerelement (3) oder dem Buchsenelement (2) ein Elementarsensor (4) für die Bestimmung oder Überwachung der Prozessgrößen vorgesehen ist, wobei dem jeweils anderen Element der Vibrationssensor (9) zugeordnet ist und wobei das Element, welchem der Vibrationssensor (9) zugeordnet ist, mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer oder mehrerer physikalischer und/oder chemischer Prozessgrößen, wobei ein Vibrationssensor vorgesehen ist.
Bei industriellen Prozessen werden verschiedenartige Geräte eingesetzt, welche physikalische oder chemische Prozessgrößen, wie z. B. Temperatur oder pH-Wert, messen, überwachen oder gegebenenfalls regulieren. Solche Geräte sind mechanischen Schwingungen und Vibrationen aus unterschiedlichen prozessimmanenten Quellen unterlegen, was zu deren Verschleiß und nicht mehr einwandfreien Funktionsweise führen kann. Auch der Ausfall eines Geräts ist möglich. Um Beschädigungen des Geräts erkennen zu können oder dessen Ausfall im Vorfeld zu diagnostizieren, ist es möglich, einen Vibrationssensor an einem am Prozess teilnehmenden Gerät zu positionieren. Ein Prozessgerät in Kombination mit einem Vibrationssensor wird in der Schrift WO 2005/033639 A2 beschrieben.
Das Prozessgerät kann beispielsweise ein Sensor zur Überwachung einer Prozessgröße sein, in den der Vibrationssensor integriert wird. Der Nachteil bei der Positionierung direkt am Gerät ist, dass bei einer Fehlfunktion oder diagnostiziertem baldigen Ausfall des Geräts, selbiges samt Vibrationssensor ausgetauscht werden muss. Der Vibrationssensor kann zwar auch als Element an einer übergeordneten Steuereinheit angebracht werden, jedoch muss diese sich dann in direktem Kontakt zu dem Prozess befinden, was meist nicht der Fall ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Gerät bereit zu stellen, mit welchem es möglich ist, einen Vibrationssensor in effizienterer Weise zu nutzen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gerät, das aus einem Steckerelement und einem Buchsenelement besteht, welche durch eine Steckverbindung lösbar verbunden sind und welche über eine Schnittstelle miteinander kommunizieren, wobei bei dem Steckerelement oder dem Buchsenelement ein Elementarsensor zur Bestimmung oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße vorgesehen ist und dem jeweils anderen Element der Vibrationssensor zugeordnet ist, wobei das Steckerelement oder Buchsenelement, dem der Vibrationssensor zugeordnet ist, mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist.
Sobald die Steckverbindung zwischen Steckerelement und Buchsenelement hergestellt ist, misst der Vibrationssensor die Vibrationen und Schwingungen, welche auch der Elementarsensor erfährt. Bei der Steckverbindung, mit welcher Steckerelement und Buchsenelement zusammengehalten werden, handelt es sich bevorzugt um einen Bajonettverschluss.
Ein Sensor, welcher die beschriebene Zweiteilung aufweist, wird von der Anmelderin unter dem Namen Memosens vertrieben. Bei diesem Gerät handelt es sich meist um einen potentiometrischen Sensor, wie er in der Schrift WO 2004/102175 A1 beschrieben ist. Eine mögliche Form einer Steckverbindung wird von der Anmelderin in der Schrift EP 1 998 414 A2 dargelegt. Für Details in der Ausgestaltung sei daher auf diese Schriften verwiesen.
Dadurch, dass Vibrationssensor und Elementarsensor in separaten Gehäusen untergebracht sind, ergibt sich der Vorteil, dass im Falle einer Beschädigung des Geräts nur der den Elementarsensor umfassende Teil ersetzt werden muss, nicht jedoch der den Vibrationssensor und andere Elektronik umfassende Teil. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn es sich bei dem Sensor um einen mit hohem Verschleiß handelt, welches daher häufig erneuert werden muss. Dies kann beispielsweise ein potentiometrischer Sensor zur Bestimmung des pH-Werts eines fluiden Mediums sein, welches auf Grund seiner chemischen Beschaffenheit die Elektroden des Sensors angreift.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich bei der Nachrüstung eines Vibrationssensors für ein Gerät, welches sich bereits im Betrieb befindet.
Das dem Elementarsensor zugeordnete Buchsenelement oder Steckerelement kann im Prozess belassen werden, während das jeweils andere, an die übergeordnete Einheit anschließbare, Element gegen ein neues, zusätzlich den Vibrationssensor umfassendes Element ausgetauscht werden kann. Durch die Steckverbindung von Steckerelement und Buchsenelement ist dieser Austausch einfach und in kurzer Zeit durchführbar.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Elementarsensor bevorzugt um einen Sensor für die Messung des pH-Werts eines Mediums, wobei bevorzugt zusätzlich ein Sensor zur Bestimmung der Temperatur des Mediums vorgesehen ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Geräts ist eine Speichereinheit für dasjenige Steckerelement oder Buchsenelement vorgesehen, für welches auch der Elementarsensor vorgesehen ist, und in welchem die zur Kalibrierung des Elementarsensors notwendigen Daten gespeichert sind. Die Speichereinheit kann hierbei elementarsensorspezifische Daten und/oder prozessspezifische Daten enthalten.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Steckerelement oder Buchsenelement, welchem der Elementarsensor zugeordnet ist, eine Einheit zur Verarbeitung und/oder Speicherung der Messdaten des Elementarsensors enthält. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Mikroprozessor.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens einen Mikrocontroller zur Verarbeitung und/oder Speicherung der Daten von Vibrationssensor und/oder Elementarsensor vor. Dieser mindestens eine Mikrocontroller ist bevorzugt demjenigen Steckerelement oder Buchsenelement zugeordnet, für welches auch der Vibrationssensor vorgesehen ist.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Geräts ist eine Datenverarbeitungseinheit vorgesehen, welche beispielsweise als Erzeuger und/oder Transmitter eines die Messgröße repräsentierenden digitalen Signals fungiert, welches beispielsweise an ein Anzeigeelement oder an eine übergeordnete Einheit übertragen werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sind das Steckerelement und das Buchsenelement über eine galvanische oder eine kontaktlose Schnittstelle zur Energieversorgung und/oder Datenübertragung miteinander verbunden. Hierbei bedeutet kontaktlos, dass die Schnittstelle im Steckerelement von der Schnittstelle im Buchsenelement elektrisch bzw. galvanisch isoliert ist. Die kontaktlose Schnittstelle ist beispielsweise als kapazitive, optische oder bevorzugt als induktive Schnittstelle ausgestaltet und hat zum Vorteil, dass Staubpartikel oder andere Verunreinigungen, sollten diese in den inneren Bereich der Steckverbindung gelangen, keine Störungen in der Energie- bzw. Datenübertragung verursachen.
Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich bei dem Vibrationssensor um einen Beschleunigungsmesser.
Bei einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Geräts ist mindestens ein Mikrocontroller zur Erzeugung einer auf den Messwerten des Vibrationssensors beruhenden Fehler- oder Warnmeldung vorgesehen. Diese Fehler- oder Warnmeldung dient beispielsweise zum Hinweis auf eine zu hohe mechanische Belastung des Elementarsensors. Bevorzugt wird eine Warnung erzeugt, wenn die vom Vibrationssensor gemessene Frequenz der prozessimmanenten Vibration einer Eigenfrequenz des Geräts nahe kommt. Auf diese Weise wird einer möglichen Beschädigung oder Zerstörung des Geräts auf Grund von Resonanzschwingungen vorgebeugt.
Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Geräts,
2 zeigt eine perspektivische Detailansicht der Steckverbindung eines erfindungsgemäßen Geräts.
In 1 ist das Blockschaltbild einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Geräts 1 dargestellt. In diesem Beispiel ist das Element der Steckverbindung 10, für welches der Elementarsensor 4 vorgesehen ist, als Steckerelement 3 ausgestaltet. Der Vibrationssensor 9 und die Schnittstelle zur übergeordneten Einheit 5 sind für das Buchsenelement 2 vorgesehen. Es versteht sich von selbst, dass der Elementarsensor 4 auch mit dem Buchsenelement 2 versehen sein kann, wobei die Schnittstelle zur übergeordneten Einheit 5 und der Vibrationssensor 9 dann dem Steckerelement 3 zugeordnet sind. Die Elemente, die im Folgenden dem Buchsenelement 2 oder dem Steckerelement 3 zugeordnet sind, sind dann entsprechend dem jeweils anderen Steckerelement oder Buchsenelement zugeordnet. Bei der Steckverbindung 10 handelt es sich vorteilhaft um einen Bajonettverschluss (2), wobei auch andere Ausgestaltungen denkbar sind.
Im Steckerelement 3 befindet sich außer dem Elementarsensor 4 eine Speichereinheit 6, welche elementarsensorspezifische Daten wie Prozessdaten, Gerätedaten, und/oder Historiendaten enthält. Dies ermöglicht zum einen eine Vorkalibrierung des Elementarsensors 4 vor der Montage am Einsatzort und zum anderen den Einsatz des Elementarsensors 4 an unterschiedlichen Transmittern (hier das Buchsenelement 2), ohne dass eine Neukalibrierung zwingend erforderlich ist.
Des Weiteren ist im Steckerelement 3 ein Mikroprozessor 71 angeordnet. Dieser weist vorzugsweise einen integrierten Analog-Digital-Wandler auf, um die analogen Messwerte des Elementarsensors 4 in digitale Werte umzuwandeln, die dann zum einen im Speicherelement 6 abgelegt und zum anderen über eine Schnittstelle 81, 82 an die Datenverarbeitungseinheit 72 im Buchsenelement weitergegeben werden können. Bei der Schnittstelle 81, 82 handelt es sich um eine induktive Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Steckerelement 3 und Buchsenelement 2. Zudem erfolgt die Energieversorgung des Elementarsensors 4 über diese Schnittstelle. Die Schnittstelle kann auch eine andere kontaktlose, wie zum Beispiel eine kapazitive oder optische, oder eine galvanische sein. Der Vorteil der kontaktlosen Schnittstelle liegt in der galvanischen Trennung zwischen Steckerelement 3 und Buchsenelement 2, wodurch Staub, Feuchtigkeit, oder andere Störfaktoren das Übertragungsverhalten nicht beeinträchtigen können. Zudem treten keine Leckströme auf.
Im Buchsenelement 2 der Steckverbindung 10 ist eine Datenverarbeitungseinheit 72 enthalten. Diese kann zur Speicherung und/oder Verarbeitung der vom Vibrationssensor 9 gelieferten Daten dienen. Es ist auch möglich, hier die über die Schnittstellen 81, 82 vom Elementarsensor 4 erhaltenen Daten zu verarbeiten.
2 offenbart eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Geräts 1, wobei der Fokus auf der Darstellung der Steckverbindung 10 liegt. Die Schnittstelle zur übergeordneten Einheit 5, sowie der Vibrationssensor 9, sind auch in diesem Beispiel im Buchsenelement 2 untergebracht. Das Steckerelement 3 enthält den Elementarsensor 4. Das Steckerelement 3 des Geräts 1 weist ein Gewinde 11 auf, mit dessen Hilfe der Elementarsensor 4 in einer Armatur montiert werden kann. Das Steckerelement 3 weist einen zylindrischen Endabschnitt auf, in dessen Mantelfläche Aussparungen eines Bajonettverschlusses angeordnet sind. In diesem Endabschnitt ist auch die induktive Schnittstelle 81 angeordnet. Das Loch in diesem Endabschnitt dient zur Aufnahme eines ummantelten Ferritkerns, welcher Teil der induktiven Schnittstelle 82 des Buchsenelements 2 ist. Auf der Oberfläche des den Ferritkern umgebenden Mantels befinden sich Vorsprünge, welche passend zu den Aussparungen des Steckerelements 3 gestaltet sind und zur Sicherung des Bajonettverschlusses dienen.

1: Gerät
2: Buchsenelement
3: Steckerelement
4: Elementarsensor
5: Schnittstelle zur übergeordneten Einheit
6: Speichereinheit
71: Mikrocontroller
72: Datenverarbeitungseinheit
81: Induktive Schnittstelle im Steckerelement
82: Induktive Schnittstelle im Buchsenelement
9: Vibrationssensor
10: Steckverbindung
11: Gewinde

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/033639 A2 [0002]
- WO 2004/102175 A1 [0007]
- EP 1998414 A2 [0007]

Claims

Gerät (1) zur Bestimmung oder Überwachung einer oder mehrerer physikalischer und/oder chemischer Prozessgrößen, wobei ein Vibrationssensor (9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (1) aus einem Steckerelement (3) und einem Buchsenelement (2) besteht, welche durch eine Steckverbindung (10) lösbar verbunden sind und welche über eine Schnittstelle (81, 82) miteinander kommunizieren, dass bei dem Steckerelement (3) oder dem Buchsenelement (2) ein Elementarsensor (4) für die Bestimmung oder Überwachung der Prozessgrößen vorgesehen ist, dass dem jeweils anderen Element der Vibrationssensor (9) zugeordnet ist, und dass das Element, welchem der Vibrationssensor (9) zugeordnet ist, mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer der Prozessgrößen um den pH-Wert handelt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer der Prozessgrößen um die Temperatur handelt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich im für den Elementarsensor (4) vorgesehenen Steckerelement (3) oder Buchsenelement (2) eine Speichereinheit (6) befindet, in welcher elementarsensorspezifische oder prozessspezifische Daten gespeichert sind.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem für den Elementarsensor (4) vorgesehenen Steckerelement (3) oder Buchsenelement (2) ein Mikrocontroller (71) zur Speicherung und/oder Verarbeitung der Daten des Elementarsensors (4) vorgesehen ist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Steckerelement (3) oder Buchsenelement (2), welches dem Vibrationssensor (9) zugeordnet ist, mindestens ein Mikrocontroller (72) zur Verarbeitung und/oder Speicherung der Daten von Elementarsensor (4) und/oder Vibrationssensor (9) vorgesehen ist.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schnittstelle (81, 82) zwischen Steckerelement (3) und Buchsenelement (2) um eine induktive, kapazitive, oder optische Schnittstelle handelt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schnittstelle (81, 82) zwischen Steckerelement (3) und Buchsenelement (2) um eine galvanische Schnittstelle handelt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Vibrationssensor (9) um einen Beschleunigungsmesser handelt.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mikrocontroller (72) zur Erzeugung einer auf den Messwerten des Vibrationssensors (9) beruhenden Warnung vorgesehen ist, welche zum Hinweis auf eine zu hohe mechanische Belastung des Elementarsensors (4) dient.
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mikrocontroller (72) vorgesehen ist, der auf Grund der Messwerte des Vibrationssensors (9) eine Warnung erzeugt, sobald die vom Vibrationssensor (9) gemessene Frequenz der prozessimmanenten Vibration einer Eigenfrequenz des Geräts (1) nahe kommt.