DE102011089846A1 - Tilt sensor for a transmitter, transmitter with an inclination detector interface, and method for determining the inclination of a transmitter - Google Patents
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Abstract
Ein Neigungsmelder (1), insbesondere für einen Messumformer (2), umfassend ein Meldergehäuse (10), wobei das Meldergehäuse (10) ein erstes Kopplungselement einer Steckverbinderkupplung aufweist, womit das Meldergehäuse (10) in einer definierten Orientierung lösbar mechanisch an ein komplementäres, zweites Kopplungselement der Steckverbinderkupplung, insbesondere eines Messumformers (2) anschließbar ist, eine Neigungssensoranordnung (1) die in fester Orientierung bezüglich des Meldergehäuses mit dem Meldergehäuse fest mit dem Meldergehäuse verbunden ist, wobei die Neigungssensoranordnung dazu vorgesehen ist, die Neigung mindestens einer ersten Achse (11) des Meldergehäuses (10) bezüglich eines externen Feldes (V) zu erfassen, eine Wandlerschaltung zum Erzeugen und Bereitstellen eines zumindest von der erfassten Neigung der ersten Achse bezüglich des externen Feldes abhängigen Signals.A tilt detector (1), in particular for a transmitter (2), comprising a detector housing (10), the detector housing (10) having a first coupling element of a connector coupling, whereby the detector housing (10) in a defined orientation releasably mechanically to a complementary, second tilting element of the connector coupling, in particular a transmitter (2) is connectable, a tilt sensor assembly (1) in fixed orientation with respect to the detector housing with the detector housing fixedly connected to the detector housing, wherein the tilt sensor arrangement is provided, the inclination of at least a first axis ( 11) of the detector housing (10) with respect to an external field (V), a converter circuit for generating and providing a dependent at least on the detected inclination of the first axis with respect to the external field signal.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Neigungsmelder für einen Messumformer, einen Messumformer mit einer Schnittstelle für einen solchen Neigungsmelder und ein Verfahren zum Ermitteln der Neigung eines Messumformers.The present invention relates to a tilt detector for a transmitter, a transmitter with an interface for such a tilt detector and a method for determining the inclination of a transmitter.
Manche Messumformer weisen lageabhängige Messfehler auf, welche durch externe Felder verursacht werden, beispielsweise das Gravitationsfeld das Erdmagnetfeld, oder ein Zentrifugalfeld. Es ist bekannt, Messumformer mit einem Neigungsmelder auszustatten um diese lageabhängigen Messfehler auszugleichen. Die Offenlegungsschrift
Die genannten Lösungen erfüllen ihren Zweck, gehen allerdings mit den folgenden Nachteilen einher: Der Neigungsmelder benötigt Platz im Gehäuse, er kostet Geld, wobei der Preis mit der Genauigkeit zunimmt, und er ist ein weiteres Bauteil, das hinsichtlich Energieverbrauch und – beispielsweise in der Gerätesoftware – beim Fehlermanagement zu berücksichtigen ist. Dies ist insofern misslich als der Neigungsmelder eigentlich nur einmal benötigt wird, nämlich bei der Installation des Messumformers. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.The solutions mentioned serve their purpose, but with the following disadvantages: The tilt detector requires space in the housing, it costs money, the price increases with accuracy, and it is another component in terms of energy consumption and - for example, in the device software - be taken into account in fault management. This is unfortunate in that the inclinometer is actually needed only once, namely when installing the transmitter. It is therefore the object of the present invention to remedy this situation.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Neigungsmelder gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, den Messumformer gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 7 und das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10.The object is achieved by the inclination detector according to the
Der erfindungsgemäße Neigungsmelder umfasst
ein Meldergehäuse, wobei das Meldergehäuse ein erstes Kopplungselement einer Steckverbinderkupplung aufweist, womit das Meldergehäuse in einer definierten Orientierung lösbar mechanisch an ein komplementäres, zweites Kopplungselement der Steckverbinderkupplung anschließbar ist,
eine Neigungssensoranordnung die in definierter Orientierung bezüglich des Meldergehäuses mit dem Meldergehäuse fest verbunden ist, wobei die Neigungssensoranordnung dazu vorgesehen ist, die Neigung mindestens einer ersten Achse des Meldergehäuses bezüglich eines externen Feldes zu erfassen; und
eine Wandlerschaltung zum Erzeugen und Bereitstellen eines zumindest von der erfassten Neigung der ersten Achse bezüglich des externen Feldes abhängigen Signals.The inclination detector according to the invention comprises
a detector housing, wherein the detector housing has a first coupling element of a connector coupling, with which the detector housing is releasably mechanically connected in a defined orientation to a complementary, second coupling element of the connector coupling,
an inclination sensor assembly fixedly connected to the detector housing in a defined orientation with respect to the detector housing, the incline sensor assembly being arranged to detect the inclination of at least a first axis of the detector housing with respect to an external field; and
a converter circuit for generating and providing a signal dependent at least on the detected inclination of the first axis with respect to the external field.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Neigungssensoranordnung weiterhin dazu geeignet, auch die Neigung einer zweiten Achse bezüglich des externen Feldes zu erfassen, wobei die zweite Achse vorzugsweise senkrecht zu ersten Achse verläuft, und wobei die Wandlerschaltung zum Erzeugen und Bereitstellen eines Signals oder eines Signaltupels, welches von der Neigung der ersten und der zweiten Achse bezüglich des externen Feldes abhängt, auszugeben.In a further development of the invention, the inclination sensor arrangement is also suitable for detecting the inclination of a second axis with respect to the external field, wherein the second axis is preferably perpendicular to the first axis, and wherein the converter circuit for generating and providing a signal or a signal tuple, which depends on the inclination of the first and second axes with respect to the external field.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Wandlerschaltung dazu geeignet, das Signal oder das Signaltupel an der Steckverbinderkupplung bereitzustellen.In a development of the invention, the converter circuit is suitable for providing the signal or the signal tuple at the connector coupling.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Neigungsmelder als so genannter Service Stecker ausgebildet. D. h., das Gehäuse des Neigungsmelders dient zugleich als Steckergehäuse das mit einem Kabel verbunden ist, welches über die Steckverbinderkupplung beispielsweise an einen Messumformer anzuschließen ist, um den Messumformer über das Kabel mit einem Service-Gerät, beispielsweise einem Computer zu verbinden.In one embodiment of the invention, the inclination detector is designed as a so-called service plug. D. h., The housing of the tilt detector also serves as a connector housing which is connected to a cable which is to be connected via the connector coupling, for example to a transmitter to connect the transmitter via the cable to a service device, such as a computer.
Das Signal oder das Signaltupel kann gleichermaßen drahtlos, beispielsweise per Bluetooth, Zigbee oder als RFID-Signal oder über Kabel an eine übergeordnete Einheit ausgegeben werden, wobei dann in einer Weiterbildung der Erfindung von der übergeordneten Einheit anhand des Signals oder Signaltupels ermittelte Daten an den Messumformer übertragen werden können.The signal or signal tuple can likewise be outputted wirelessly, for example via Bluetooth, Zigbee or as an RFID signal or via cable to a higher-level unit, in which case the data determined by the higher-level unit from the higher-level unit on the basis of the signal or signal tuple is sent to the transmitter can be transmitted.
In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist das externe Feld ein Schwerefeld, insbesondere die Schwerkraft auf der Erde.In a first embodiment of the invention, the external field is a gravitational field, in particular gravity on earth.
In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das externe Feld ein Magnetfeld, insbesondere das Erdmagnetfeld.In a second embodiment of the invention, the external field comprises a magnetic field, in particular the geomagnetic field.
In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das externe Feld ein Beschleunigungsfeld, insbesondere ein Zentrifugalfeld.In a third embodiment of the invention, the external field comprises an acceleration field, in particular a centrifugal field.
Der erfindungsgemäße Messumformer zum Bereitstellen eines Messsignals anhand einer Messstrecke weist eine Messstrecke mit einer Querempfindlichkeit zu mindestens einem externen Feld auf, wobei die Querempfindlichkeit von der Neigung mindestens einer ersten Achse des Messumformers bezüglich des externen Feldes abhängt,
wobei der Messumformer eine Verarbeitungsschaltung aufweist, welche geeignet ist, die Querempfindlichkeit der Messstrecke zu dem externen Feld anhand von Signalen zu berücksichtigen, welche die Neigung mindestens der ersten Achse bezüglich des externen Felds repräsentieren oder welche von der Neigung der ersten Achse abhängen,
wobei der Messumformer ein Kopplungselement einer Steckverbinderkupplung aufweist, welches in einer definierten Orientierung zumindest bezüglich der ersten Achse des Messumformers angeordnet ist, wobei ein komplementäres Koppelelement in einer definierten Orientierung bezüglich der ersten Achse des Messumformers verbindbar ist, und
wobei die Steckverbinderkupplung eine Schnittstelle zur Verarbeitungsschaltung aufweist, und wobei die Verarbeitungsschaltung geeignet ist, von der Schnittstelle die Signale zu empfangen, welche die Neigung der mindestens einen Achse bezüglich des externen Felds repräsentieren.The transmitter according to the invention for providing a measurement signal on the basis of a measurement path has a measurement path with a cross-sensitivity to at least one external field, the cross-sensitivity depending on the inclination of at least one first axis of the transmitter with respect to the external field,
the transmitter having a processing circuit capable of taking into account the cross-sensitivity of the measurement path to the external field from signals representing the slope of at least the first axis with respect to the external field or which depend on the slope of the first axis,
the transmitter having a coupling element of a connector coupling arranged in a defined orientation at least with respect to the first axis of the transmitter, a complementary coupling element being connectable in a defined orientation with respect to the first axis of the transmitter, and
wherein the connector coupling interfaces with the processing circuitry, and wherein the processing circuitry is adapted to receive from the interface the signals representing the slope of the at least one axis with respect to the external field.
Der Begriff Messstrecke bezeichnet im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung eine Folge von Abtastungs-, Wandlungs- und//oder Verarbeitungsschritten mit denen anhand eines messgrößenabhängigen Primäreffekts ein Messsignal erzeugt wird.In the context of the present invention, the term measuring path designates a sequence of sampling, conversion and / or processing steps with which a measuring signal is generated on the basis of a measured variable-dependent primary effect.
Der erfindungsgemäße Messumformer kann insbesondere ein Druckmessumformer sein dessen Messstrecke einen hydraulischen Druckmittler zur Übertragung eines Mediendrucks zu einem Drucksensor umfasst. Insbesondere dieser hydraulische Druckmittler kann eine neigungsabhängige Querempfindlichkeit des Messumformers bewirken, wie beispielsweise in
Das auszugebende Messsignal kann beispielsweise ein analoges 4...20 mA oder ein digitales Signal sein welches insbesondere dem HART-Standard, dem Foundation-Fieldbus-Standard oder dem Profibusstandard genügt.The measurement signal to be output may be, for example, an analog 4 ... 20 mA or a digital signal which in particular satisfies the HART standard, the Foundation Fieldbus standard or the Profibus standard.
Die Steckverbinderkupplung kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine USB-Steckverbinderkupplung umfasst, welche eine eineindeutige Orientierung der mittels der Steckverbinderkuppplung verbunden Komponenten zueinander gewährleistet, sofern die Kopplungselemente jeweils fest und in einer definierten Orientierung verbunden sind.The connector coupling may according to an embodiment of the invention comprises a USB connector coupling, which ensures a one-to-one orientation of the components connected by means of the connector coupling to each other, provided that the coupling elements are respectively fixed and connected in a defined orientation.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum ermitteln der Neigung eines Messumformers umfasst: Verbinden eines erfindungsgemäßen Neigungsmelders mit einem erfindungsgemäßen Messumformers durch verbinden des Kopplungselements des Neigungsmelders mit dem Kopplungselement des Messumformers, Ermitteln mittels eines Neigungswertes mittels des Neigungsmelders und Übertragen von Signalen, welche den Neigungswert repräsentieren, oder von Signalen, die aus dem Neigungswert abgeleitet sind an den Messumformer.The inventive method for determining the inclination of a transmitter comprises: connecting a tilt detector according to the invention with a transmitter according to the invention by connecting the coupling element of the inclination detector with the coupling element of the transmitter, determined by means of a slope value by means of the inclination detector and transmitting signals representing the slope value, or Signals derived from the slope value are sent to the transmitter.
Der Neigungswert, welcher von dem Neigungsmelder ermittelt wird, kann der Neigungswert der Achse des Messumformers bezüglich des externen Feldes entsprechen.The slope value determined by the slope detector may correspond to the slope value of the transducer axis with respect to the external field.
In einer Weiterbildung des Verfahren wird anhand der Signale überprüft, ob ein aktuelle Einbaulage des Sensors valide ist, also ob der Einfluss der lageabhängigen Querempfindlichkeit der Messstrecke überhaupt noch eine hinreichend genaue Messung ermöglicht.In a further development of the method, the signals are used to check whether a current installation position of the sensor is valid, ie whether the influence of the position-dependent cross-sensitivity of the measurement path still allows a sufficiently accurate measurement.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:The invention will now be explained with reference to the embodiments illustrated in the drawings. It shows:
Der in
Der Neigungsmelder
Die Neigungsdaten oder daraus abgeleitete Daten müssen für den Messbetrieb dem Messumformer zur Verfügung stehen. Die Aufbereitung der Neigungsdaten, kann bei der Ermittlung der Neigung, beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Messumformers, von jeder der genannten Komponenten durchgeführt werden, also dem Messumformer, dem Neigungsmelder und/oder der übergeordneten Einheit.The slope data or derived data must be available to the transmitter for measurement operation. The preparation of the inclination data can be carried out when determining the inclination, for example when commissioning the transmitter, of each of the components mentioned, ie the transmitter, the inclination detector and / or the higher-level unit.
In vielen Fällen kann es ausreichen, die Neigung nur einer ersten Achse des Koordinatensystems
Die in
Der Neigungsmelder kann weiterhin oder anstelle des Kabelanschlusses
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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