DE102012104025A1 - Sensor unit i.e. measuring substance-contacting sensor unit, for determining e.g. density of liquid present in tank in industrial plant, has sensor element supplied with substance such that sensor element receives measurement signal - Google Patents

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Abstract

The sensing unit (1) has an inlet opening for receiving a measuring substance (2) such that a vibration principle based sensor element (6) is supplied with the measuring substance. The sensor element receives a measurement signal, and is designed as a micro-electromechanical sensor element and a Coriolis principle flow transducer. A communication interface (10) transmits the measurement signal that is received by the sensor element, to a super ordinate unit. The measured variable is derived from the measurement signal received by the flow transducer. The super ordinate unit is designed as a control device, an evaluation unit i.e. transmitter, and a control system.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinheit zur Bestimmung einer Messgröße eines Messstoffs.The invention relates to a sensor unit for determining a measured variable of a medium.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Sensoreinheit zur Bestimmung der Dichte eines Messstoffs, der Viskosität eines Messstoffs und/oder der Konzentration einer Komponente eines Messstoffs.Furthermore, the invention relates to the use of a sensor unit for determining the density of a medium, the viscosity of a medium and / or the concentration of a component of a medium.

Aus dem Stand der Technik sind Sensoreinheiten der vorgeschlagenen Gestalt bekannt geworden, die bspw. zur Bestimmung des pH-Werts eines Messstoffs dienen. Ein solcher bspw. aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 041 238 A1 bekannt gewordener Sensor weist ein Gehäuse auf, in dem bspw. eine Glaselektrode oder eine ISFET-Elektrode zur pH-Bestimmung eines Messstoffs gehaltert ist. Dabei ist es ferner bekannt geworden, den länglichen Schaft der Elektrode mit einer Kunststoffverkleidung zu versehen, um den Sensor bzw. die Elektrode robuster zu machen. Dadurch ist die Elektrode besser gegenüber dem Messstoff geschützt, wenn die Elektrode in den Messstoff eingetaucht wird.From the prior art sensor units of the proposed shape have become known, which serve, for example, for determining the pH value of a medium. Such as, for example, from the published patent application DE 10 2007 041 238 A1 Known sensor has a housing in which, for example, a glass electrode or an ISFET electrode for pH determination of a medium is supported. It has also become known to provide the elongated shaft of the electrode with a plastic cladding to make the sensor or the electrode more robust. As a result, the electrode is better protected against the medium when the electrode is immersed in the medium.

Ferner sind aus dem Stand der Technik Messgeräte bekannt geworden, die zur Bestimmung der Dichte und/oder der Konzentration einer Komponente eines Messstoffs dienen. Ein derartiges Messgerät wie bspw. das tragbare Dichtemessgerät der Firma „Anton Paar” beruht dabei auf einem Sensorelement dessen U-förmige Rohrleitungen, die zum Führen des Messstoffs dienen, zur Vibration gebracht werden. Zusätzlich zu diesem primären Sensorelement ist ein Temperaturfühler in dem Messgerät vorgesehen, um die Temperatur des Messstoffs zu bestimmen. Das genannte Messgerät verfügt zusätzlich über eine pipettenartige Pumpe, die dazu dient, den Messstoff dem Sensorelement, das innerhalb des Gehäuses des Dichtemessgeräts angeordnet ist, zuzuführen. Der Messstoff wird dabei über ein Füllrohr einem Behältnis entnommen. Gemäß diesem Messprinzip wird die Sensoreinheit also nicht direkt mit dem Messstoff in Verbindung sondern wird über einen Beipass dem Sensorelement zur Bestimmung der Messgröße zugeführt. Die Auswertelektronik zur Bestimmung der Messgröße ist dabei oftmals auch Teil der Sensoreinheit und in deren Gehäuse untergebracht. Der beschriebene Aufbau der aus dem Stand der Technik bekannten Messgeräte ist sowohl der Größe des als Messaufnehmer fungierenden Sensorelements und/oder der Größe der zugehörigen Auswerteeinheit, wie bspw. der Auswerteelektronik die in dem Gehäuse der Sensoreinheit untergebracht ist, geschuldet.Furthermore, measuring devices have become known from the prior art which serve to determine the density and / or the concentration of a component of a medium. Such a measuring device such as, for example, the portable density meter of the company "Anton Paar" is based on a sensor element whose U-shaped pipes, which serve to guide the medium to be brought to vibrate. In addition to this primary sensor element, a temperature sensor is provided in the meter to determine the temperature of the fluid. Said measuring device additionally has a pipette-type pump, which serves to supply the medium to the sensor element which is arranged inside the housing of the density measuring device. The medium is taken from a container via a filling tube. According to this measurement principle, the sensor unit is therefore not directly in communication with the medium but is fed via a bypass to the sensor element for determining the measured variable. The evaluation electronics for determining the measured variable is often also part of the sensor unit and housed in the housing. The described construction of the measuring devices known from the prior art is due both to the size of the sensor element functioning as a sensor and / or the size of the associated evaluation unit, such as the evaluation electronics housed in the housing of the sensor unit.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kompaktere Sensoreinheit vorzuschlagen.It is therefore an object of the present invention to propose a more compact sensor unit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sensoreinheit und die Verwendung der Sensoreinheit zur Bestimmung der Dichte eines Messstoffs, der Viskosität eines Messstoffs und/oder der Konzentration wenigstens einer Komponente eines Messstoffs gelöst.The object is achieved by a sensor unit and the use of the sensor unit for determining the density of a medium, the viscosity of a medium and / or the concentration of at least one component of a medium.

Hinsichtlich der Sensoreinheit wird die Aufgabe durch eine Sensoreinheit zur Bestimmung einer Messgröße eines Messstoffs, gelöst, wobei es sich bei der Messgröße um die Dichte, die Viskosität und/oder die Konzentration einer Komponente des Messstoffs handelt, wobei die Sensoreinheit derart dimensioniert, vorzugsweise handhaltbar, ist, dass sie wenigstens teilweise in ein Behältnis einbringbar ist, welches Behältnis dazu dient, den Messstoff aufzunehmen, wobei es sich bei der Sensoreinheit um eine messstoffberührende Sensoreinheit handelt, die eine Eintrittsöffnung aufweist, die dazu dient, den Messstoff aufzunehmen und einem Sensorelement zuzuführen, wobei das Sensorelement zur Aufnahme der Messgröße dient und in der Sensoreinheit angeordnet ist.With regard to the sensor unit, the object is achieved by a sensor unit for determining a measured variable of a medium, wherein the measured variable is the density, the viscosity and / or the concentration of a component of the medium, wherein the sensor unit is sized, preferably hand-held, is that it is at least partially insertable into a container, which container serves to receive the medium, wherein the sensor unit is a measuring-contacting sensor unit having an inlet opening, which serves to receive the medium and supply a sensor element, wherein the sensor element serves to receive the measured variable and is arranged in the sensor unit.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit weist die Sensoreinheit eine Kommunikationsschnittstelle auf, die zur Übertragung eines von dem Sensorelement aufgenommen Messsignals an eine übergeordnete Einheit dient.In one embodiment of the sensor unit, the sensor unit has a communication interface which serves to transmit a measurement signal received by the sensor element to a higher-order unit.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit handelt es sich bei dem Sensorelement um ein auf dem Vibrationsprinzip beruhendes Sensorelement.In one embodiment of the sensor unit, the sensor element is a sensor element based on the vibration principle.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit handelt es sich bei dem Sensorelement um ein mikroelektromechanisches Sensorelement.In one embodiment of the sensor unit, the sensor element is a microelectromechanical sensor element.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit handelt es sich bei dem Sensorelement um einen Durchflussmessaufnehmer.In one embodiment of the sensor unit, the sensor element is a flowmeter.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit handelt es sich bei dem Sensorelement um ein auf dem Coriolisprinzip beruhenden Durchflussmessaufnehmer. Bei der Bestimmung der Messgröße vermittels des Coriolisprinzips wird das Sensorelement und der das Sensorelement durchströmende Messstoff in Vibration versetzt. Anhand der jeweiligen Resonanzfrequenz des Sensorelements kann die Messgröße ermittelt werden.In one embodiment of the sensor unit, the sensor element is a flow sensor based on the Coriolis principle. In the determination of the measured variable by means of the Coriolis principle, the sensor element and the medium flowing through the sensor element are set in vibration. Based on the respective resonant frequency of the sensor element, the measured variable can be determined.

Es ist somit eine Idee der Erfindung, ein Coriolis-Massendurchfluss-Sensorelement für Microfluide zur Bestimmung der Dichte des Messstoffs, der Viskosität des Messstoffs und/oder Konzentration einer Komponente des Messstoffs zu verwenden. Ferner wird ein Sensoreinheit mit einem in die Sensoreinheit integrierten deratigen Coriolis-Massendurchfluss-Sensorelement und/oder ein in die Sensoreinheit integrierten Mikropumpe vorgeschlagen.It is thus an idea of the invention to use a Coriolis mass flow sensor element for microfluids for determining the density of the medium, the viscosity of the medium and / or concentration of a component of the medium. Furthermore, a sensor unit with a deratigen Coriolis integrated into the sensor unit Mass flow sensor element and / or a built-in sensor unit micropump proposed.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit wird die Messgröße aus dem vermittels des Durchflussmessaufnehmers aufgenommenen Messsignal abgeleitet.In one embodiment of the sensor unit, the measured variable is derived from the measuring signal recorded by means of the flow measuring transducer.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit weist die Sensoreinheit eine Komponente mit Pumpfunktionalität auf, die dazu dient, den Messstoff dem Sensorelement zuzuführen.In one embodiment of the sensor unit, the sensor unit has a component with pump functionality, which serves to supply the medium to the sensor element.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit weist die Sensoreinheit wenigstens eine Austrittsöffnung auf, die dazu dient, den in die Sensoreinheit aufgenommenen Messstoff abzuführen.In one embodiment of the sensor unit, the sensor unit has at least one outlet opening, which serves to dissipate the measured substance received in the sensor unit.

In einer Ausführungsform der Sensoreinheit ist die Eintrittsöffnung und/oder die Austrittsöffnung der Sensoreinheit durch einen Filter abgedeckt, welcher Filter zur Filtrierung des Messstoffs dient.In one embodiment of the sensor unit, the inlet opening and / or the outlet opening of the sensor unit is covered by a filter, which filter serves to filter the medium.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit wird die Messgröße kontinuierlich oder diskontinuierlich bestimmt.In a further embodiment of the sensor unit, the measured variable is determined continuously or discontinuously.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit weist die Sensoreinheit ein, vorzugsweise längliches, Gehäuse auf, an dessen einem Ende sich die Eintritts- und/oder die Austrittsöffnung befindet.In a further embodiment of the sensor unit, the sensor unit has a, preferably elongated, housing, at one end of which the inlet and / or the outlet opening is located.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit ist die Kommunikationsschnittstelle, vorzugsweise an dem gegenüberliegenden Ende, des, besonders bevorzugt länglichen, Gehäuses der Sensoreinheit angeordnet.In a further embodiment of the sensor unit, the communication interface, preferably at the opposite end, of the, particularly preferably elongated, housing of the sensor unit is arranged.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit ist die Sensoreinheit, insbesondere das Gehäuse der Sensoreinheit, modular aufgebaut, so dass das Sensorelement, die Komponente mit Pumpfunktionalität und/oder der Filter, vorzugsweise unabhängig voneinander, austauschbar sind.In a further embodiment of the sensor unit, the sensor unit, in particular the housing of the sensor unit, has a modular structure, so that the sensor element, the component with pump functionality and / or the filter are preferably interchangeable.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit sind die Module der Sensoreinheit physikalisch, vorzugsweise mechanisch, miteinander verbindbar.In a further embodiment of the sensor unit, the modules of the sensor unit are physically, preferably mechanically, connected to one another.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit dient die Kommunikationsschnittstelle dazu, das von dem Sensorelement aufgenommene Messsignal vermittels eines digitalen Kommunikationsprotokolls an die übergeordnete Einheit zu übertragen.In a further embodiment of the sensor unit, the communication interface serves to transmit the measurement signal recorded by the sensor element to the higher-order unit by means of a digital communication protocol.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit handelt es sich bei der Sensoreinheit um eine handhaltbare Sensoreinheit, bzw. eine Sensoreinheit mit einem handhaltbaren Gehäuse.In a further embodiment of the sensor unit, the sensor unit is a hand-held sensor unit, or a sensor unit with a hand-held housing.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit ist die Sensoreinheit wenigstens teilweise in den Messstoff eintauchbar, um den Messstoff aufnehmen und die Messgröße zu bestimmen.In a further embodiment of the sensor unit, the sensor unit is at least partially submerged in the medium to receive the medium and to determine the measured variable.

Hinsichtlich der Verwendung wird die Aufgabe durch die Verwendung einer Sensoreinheit nach wenigstens einer der vorherigen Ausführungsformen zur Bestimmung der Dichte, der Viskosität und/oder der Konzentration einer Komponente eines Messstoffs gelöst.With regard to use, the object is achieved by the use of a sensor unit according to at least one of the preceding embodiments for determining the density, the viscosity and / or the concentration of a component of a medium.

Bei dem Messstoff kann es sich bspw. um einen mehrkomponentigen insbesondere einen sog. binären d. h. zweikomponentigen Messstoff wie bspw. ein Gemisch handeln. Bspw. kann aus der Dichte des Messstoffs dann die Konzentration (zumindest) einer der Komponenten des Messstoffs bestimmt werden.The measured substance may be, for example, a multi-component, in particular a so-called binary d. H. two-component medium such as a mixture act. For example. can be determined from the density of the medium then the concentration (at least) one of the components of the medium.

Die vorgeschlagene Sensoreinheit kann bspw. vermittels eines Prozessanschlusses wenigstens teilweise durch eine Öffnung in einer Wandung eines Behältnisses/Rohrleitung einbringbar sein. Zu diesem Zweck weist die Sensoreinheit bspw. entsprechend genormte Verbindungselemente vorzugsweise an dem Gehäuse der Sensoreinheit auf.By way of example, the proposed sensor unit can be insertable at least partially through an opening in a wall of a container / pipeline by means of a process connection. For this purpose, the sensor unit has, for example, correspondingly standardized connecting elements, preferably on the housing of the sensor unit.

Außerdem kann die vorgeschlagene Sensoreinheit im Labor verwendet werden; hierzu ist dann kein Prozessanschluss erforderlich. Die Sensoreinheit kann per Hand in ein Becherglas oder ein anderes Laborbehältnis getaucht werden.In addition, the proposed sensor unit can be used in the laboratory; For this purpose, no process connection is required. The sensor unit can be immersed by hand in a beaker or another laboratory container.

Die Sensoreinheit kann vorzugsweise an dem Ende des Gehäuses an dem die Kommunikationsschnittstelle angeordnet ist auch einen Prozessanschluss aufweisen, der zum Verbinden der Sensoreinheit mit dem Behältnis dient.The sensor unit may preferably have at the end of the housing on which the communication interface is arranged also a process connection, which serves for connecting the sensor unit to the container.

Die Verbindung zwischen den Modulen der Sensoreinheit kann bspw. auch durch magnetische Verbindungselemente erfolgen. Es ist aber auch eine rein mechanische Verbindung zwischen den Modulen möglich.The connection between the modules of the sensor unit can, for example, also be done by magnetic connecting elements. But it is also a purely mechanical connection between the modules possible.

Die Auswertung des von dem Sensorelement aufgenommenen Messsignals kann bereits in der Sensoreinheit erfolgen indem die Messgröße, durch eine in der Sensoreinheit angeordnete bspw. elektrisch und/oder elektronische Auswerteeinheit berechnet wird.The evaluation of the measurement signal recorded by the sensor element can already take place in the sensor unit by calculating the measured variable, for example by means of an electrical and / or electronic evaluation unit arranged in the sensor unit.

In einer weiteren Ausführungsform der Sensoreinheit handelt es sich bei der übergeordneten Einheit um einen Transmitter, der zur Bestimmung der Messgröße anhand des von dem Sensorelement aufgenommen Messsignals dient. Der Messwert kann zusätzlich aus dem Messsignal direkt in der Sensoreinheit berechnet werden. Der Transmitter ist kann dann bspw. nur noch ein Anzeigeeinheit dienen. Es wäre also auch denkbar die Sensoreinheit direkt an ein Prozessleitsystem o. ä. anzuschließen. Die Sensoreinheit kann auch direkt an einen PC angeschlossen werden.In a further embodiment of the sensor unit, the higher-order unit is a transmitter which serves to determine the measured variable on the basis of the measurement signal received by the sensor element. Of the The measured value can additionally be calculated from the measurement signal directly in the sensor unit. The transmitter can then serve, for example, only one display unit. It would therefore also be possible to connect the sensor unit directly to a process control system or the like. The sensor unit can also be connected directly to a PC.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings.

Es zeigt:It shows:

1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Sensoreinheit, 1 FIG. 2: a schematic representation of an embodiment of the proposed sensor unit, FIG.

2: eine schematische Darstellung eines Messaufbaus umfassend eine Ausführungsform der vorgeschlagenen Sensoreinheit in einem Labor, und 2 a schematic representation of a measurement setup comprising an embodiment of the proposed sensor unit in a laboratory, and

3: eine schematische Darstellung eines Messaufbaus umfassend eine Ausführungsform der vorgeschlagenen Sensoreinheit in einem Prozess. 3 : a schematic representation of a measurement setup comprising an embodiment of the proposed sensor unit in a process.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer vorgeschlagenen Sensoreinheit 1. 1 shows a schematic representation of a proposed sensor unit 1 ,

Die Sensoreinheit 1 weist ein Gehäuse 8 mit einer länglichen Form auf. Die Sensoreinheit 1 umfasst einen länglichen Gehäuseschaft 8a und gem. der in 1 gezeigten Ausführungsform ein daran angrenzendes Verbindungselement 9, das zum physikalischen, insbesondere mechanischen, Befestigen der Sensoreinheit 1 an eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle, wie bspw. ein Kabel oder einen Messumformer, dient. Bei dem Verbindungselement 9 kann es sich bspw. um einen Teil einer Steckverbindung wie bspw. einen Stecker oder eine Buchse handeln. Es ist aber auch eine Sensoreinheit 1 bzw. ein Gehäuse 8 einer Sensoreinheit 1 ohne ein derartiges lösbares Verbindungselement 9 möglich.The sensor unit 1 has a housing 8th with an elongated shape. The sensor unit 1 includes an elongated housing shaft 8a and gem. the in 1 shown embodiment, an adjoining connecting element 9 for the physical, in particular mechanical, fastening of the sensor unit 1 to a corresponding communication interface, such as a cable or a transmitter used. At the connecting element 9 It may, for example, be a part of a plug connection such as a plug or a socket. But it is also a sensor unit 1 or a housing 8th a sensor unit 1 without such a releasable connection element 9 possible.

An einem Ende des Gehäuseschafts 8a weist das Gehäuse 8 einen Boden 11 auf. In den Boden 11 sind eine Eintritts- und eine Austrittöffnung, die in das Gehäuseinnere des Gehäuses 8 führen, vorgesehen. Die Eintrittsöffnung führt in einen ersten Kanal 3 im inneren des Gehäuses 8, der dazu dient, den Messstoff 2 aufzunehmen. Die Austrittsöffnung führt zu einem zweiten Kanal 4 im inneren des Gehäuses, der dazu dient, den Messstoff 2 aus dem Gehäuse 8 auszuführen. Die Sensoreinheit 1 bzw. das Gehäuse 8 der Sensoreinheit 1 und besonders bevorzugt der Gehäuseschaft 8a des Gehäuses 8 der Sensoreinheit 1 weisen besonders bevorzugt eine zylindrische insbesondere kreiszylindrische Form auf.At one end of the housing shaft 8a shows the case 8th a floor 11 on. In the ground 11 are an inlet and an outlet opening in the housing interior of the housing 8th lead, provided. The inlet opening leads into a first channel 3 inside the case 8th which serves the medium 2 take. The exit opening leads to a second channel 4 inside the housing, which serves to measure the medium 2 out of the case 8th perform. The sensor unit 1 or the housing 8th the sensor unit 1 and particularly preferably the housing shaft 8a of the housing 8th the sensor unit 1 particularly preferably have a cylindrical, in particular circular cylindrical shape.

Ferner ist eine Pumpe 5 in dem Gehäuse 8 angeordnet, die zum Befördern des Messstoffs 2 in den ersten Kanal 3 bzw. zum Zuführen des Messstoffs 2 zu einem ebenfalls in dem Gehäuse 8 angeordneten Sensorelement 6 dient. Alternativ zu der in 1 gezeigten Ausführungsform kann das Sensorelement 6 auch zwischen der Pumpe 5 und dem Boden 11 der Sensoreinheit 1 angeordnet sein.Further, a pump 5 in the case 8th arranged for transporting the medium 2 in the first channel 3 or for feeding the medium 2 to one also in the case 8th arranged sensor element 6 serves. Alternatively to the in 1 In the embodiment shown, the sensor element 6 also between the pump 5 and the floor 11 the sensor unit 1 be arranged.

Der erste Kanal 3 beginnt dabei mit der Eintrittsöffnung und mündet an das Sensorelement 6, während der zweite Kanal 4 am Sensorelement 6 beginnt und an der Austrittsöffnung im Boden 11 der Sensoreinheit 1 endet.The first channel 3 starts with the inlet opening and opens to the sensor element 6 while the second channel 4 on the sensor element 6 begins and at the exit opening in the ground 11 the sensor unit 1 ends.

Bei dem Sensorelement 1 handelt es sich bevorzugt um einen mikroelektromechanisches Sensorelement 1 in Form eines Durchflussmessaufnehmer. Bei dem Durchflussmessaufnehmer handelt es sich bevorzugt um einen auf dem Coriolis-Messprinzip beruhenden Durchflussmessaufnehmer. Derartige Messaufnehmer werden bspw. von der Firma ISSYS vertrieben und sind in der Veröffentlichung „IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS; VOL. 56; NO. 4; APRIL 2009” beschrieben. Genannte Durchflussmessaufnehmer werden zur Bestimmung einer Messgröße zu (Resonanz-)Schwingungen angeregt. Aus bspw. der Resonanzfrequenz des Durchflussmessaufnehmers kann dann auf den durch den Messaufnehmer strömenden Massendurchfluss des Messstoffs 2 oder die Dichte des Messstoffs 2 oder damit in einem Zusammenhang stehende Größen geschlossen werden.In the sensor element 1 it is preferably a microelectromechanical sensor element 1 in the form of a flowmeter. The flowmeter is preferably a flowmeter based on the Coriolis measuring principle. Such sensors are marketed, for example, by the company ISSYS and are described in the publication "IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS; VOL. 56; NO. 4; APRIL 2009 ". Mentioned flow sensors are excited to (resonant) vibrations to determine a measurand. From, for example, the resonant frequency of the flowmeter can then on the mass flow of the medium flowing through the sensor 2 or the density of the medium 2 or related variables are closed.

Ferner ist bekannt geworden, einen Temperaturfühler in einen derartigen mikroelektromechanischen Durchflussmessaufnehmer zu integrieren.Furthermore, it has become known to integrate a temperature sensor in such a microelectromechanical flowmeter.

Ferner ist in der Sensoreinheit 1 gem. der vorliegenden Ausführungsform eine Auswerteeinheit, nicht gezeigt, vorgesehen, die zur Vorverarbeitung des von dem Sensorelement 6 aufgenommenen Messsignals dient. Diese Auswerteeinheit ist mit dem Sensorelement bspw. über eine Leitung verbunden über die das von dem Sensorelement aufgenommene Messsignal an die Auswerteeinheit übertragen wird. Diese Auswerteeinheit kann in der Sensoreinheit 1 angeordnet sein und aus elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bestehen, insbesondere einen Mikroprozessor und/oder einen Mikrocontroller umfassen. Vorzugsweise ist diese Auswerteeinheit dann in einem dem Boden gegenüberliegenden Teil des Gehäuses 8 der Sensoreinheit 1 angeordnet.Further, in the sensor unit 1 gem. In the present embodiment, an evaluation unit, not shown, is provided, which is used for preprocessing of the sensor element 6 recorded measuring signal is used. This evaluation unit is connected to the sensor element, for example, via a line via which the measurement signal received by the sensor element is transmitted to the evaluation unit. This evaluation unit can be in the sensor unit 1 be arranged and consist of electrical and / or electronic components, in particular a microprocessor and / or a microcontroller include. Preferably, this evaluation unit is then in a part of the housing opposite the bottom 8th the sensor unit 1 arranged.

Ferner ist eine Kommunikationseinheit, nicht gezeigt, vorgesehen, die zur Datenübertragung mit einer übergeordneten Einheit wie bspw. einem Messumformer oder einem Leitsystem dient. Zumindest aber ist eine Kommunikationsschnittstelle 10 vorgesehen, die zur Datenübertragung mit einer übergeordneten Einheit dient.Further, a communication unit, not shown, is provided, which serves for data transmission with a higher-level unit, such as a transmitter or a control system. But at least there is a communication interface 10 provided, which serves for data transmission with a higher-level unit.

Bei der Kommunikationseinheit, die bevorzugt in einem Gehäuseteil an dem dem Boden 11 gegenüberliegenden Ende der Sensoreinheit 1 angeordnet ist, handelt es sich bevorzugt um eine Kommunikationseinheit zur digitalen Datenübertragung. Ferner handelt es sich bei der Kommunikationsschnittstelle 10 bevorzugt um eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle 10, die bspw. auf der induktiven Kopplung beruht. Die Kommunikationsschnittstelle 10 kann ferner nicht nur zur Datenübertragung sondern auch zur Energieversorgung des Sensorelements 1 dienen. Eine solche Kommunikationsschnittstelle 10, die in eine Steckverbindung integriert ist, ist bspw. in der Europäischen Patentanmeldung EP 1206012 A2 offenbart. In the communication unit, which preferably in a housing part on the ground 11 opposite end of the sensor unit 1 is arranged, it is preferably a communication unit for digital data transmission. Furthermore, it is the communication interface 10 preferably a wireless communication interface 10 , which is based, for example, on the inductive coupling. The communication interface 10 Furthermore, not only for data transmission but also for the power supply of the sensor element 1 serve. Such a communication interface 10 , which is integrated into a plug connection, is, for example, in the European patent application EP 1206012 A2 disclosed.

Die Eintritts- und/oder die Austrittsöffnung der Sensoreinheit 1 kann wie in 1 gezeigt durch einen Filter 11a abgedeckt sein, welcher Filter 11a zur Filtrierung des Messstoffs 2 dient.The inlet and / or the outlet opening of the sensor unit 1 can be like in 1 shown by a filter 11a be covered, which filter 11a for filtration of the medium 2 serves.

Die vorgeschlagene Sensoreinheit 1 ist zur Bestimmung der Dichte, Viskosität und/oder Konzentration zumindest einer Komponente sowohl von Flüssigkeiten als auch von Gasen geeignet und kann dazu verwendet werden. Die Sensoreinheit 1 kann ferner wenigstens teilweise in den Messstoff 2 eingetaucht werden und die Messgröße somit direkt im Messstoff 2 gemessen werden. Durch die Pumpe 5 kann der Messstoff 2 angesaugt werden und den Messstoffkanal des Durchflussmesssaufnehmer geleitet werden. Bei der Pumpe 5 handelt es sich bevorzugt um eine sog. Mikropumpe. Der erste Kanal 3 und der zweite Kanal 4 in dem Gehäuse 8 der Sensoreinheit 1 sind dabei durch den Messstoffkanal des Sensorelements 6 miteinander verbunden.The proposed sensor unit 1 is suitable for determining the density, viscosity and / or concentration of at least one component of both liquids and gases and may be used therefor. The sensor unit 1 can also at least partially in the medium 2 be immersed and the measured variable thus directly in the medium 2 be measured. Through the pump 5 can the medium 2 be sucked and passed the medium channel of the flowmeter. At the pump 5 it is preferably a so-called micropump. The first channel 3 and the second channel 4 in the case 8th the sensor unit 1 are thereby through the medium channel of the sensor element 6 connected with each other.

Der optional verwendbare Messstofffilter 11a dient zur Verblockung der Eintritts- bzw. Austrittöffnung und/oder des ersten bzw. zweiten Kanals 3, 4 durch Festkörper, die evt. in dem Messstoff 2 enthalten sind. Ferner ist es möglich die Sensoreinheit 1 modular auszugestalten, so dass das Sensorelement 6, die Pumpe 5 und/oder der Filter 11a einzeln gewechselt werden können.The optionally usable media filter 11a serves to block the inlet or outlet opening and / or the first and second channel 3 . 4 by solids, possibly in the medium 2 are included. Further, it is possible the sensor unit 1 modular design, so that the sensor element 6 , the pump 5 and / or the filter 11a can be changed individually.

Die vorgeschlagene Sensoreinheit 1 kann zudem zur kontinuierlichen Messung der Messgröße verwendet werden. So kann die Messgröße kontinuierlich auf Veränderungen hin überwacht werden. Dies ist insbesondere bei Anwendungen in einer Prozessumgebung, wie sie bspw. in einer industriellen Anlage vorliegt, vorteilhaft.The proposed sensor unit 1 can also be used for continuous measurement of the measured variable. Thus, the measured variable can be continuously monitored for changes. This is particularly advantageous in applications in a process environment, as it is, for example, in an industrial plant, advantageous.

Andererseits kann die Sensoreinheit 1 auch nur für eine einzelne Messung oder mehrer zeitlich beabstandete Messungen der Messgröße verwendet werden. Derartige Anwendungsbereiche liegen eher in einer Laborumgebung vor.On the other hand, the sensor unit 1 also be used only for a single measurement or a plurality of time-spaced measurements of the measured variable. Such applications are more likely in a laboratory environment.

Die übergeordnete Einheit, bei der es sich bspw. um eine Auswerteeinheit 17 wie bspw. einen Messumformer handeln kann, kann ein Programm enthalten, das zur Bedienung, Steuerung, Kalibrieren und/oder Auslesen der Sensoreinheit 1 dient. Die Bedienung, Steuerung, Kalibrierung und/oder das Auslesen der Sensoreinheit 1 erfolgt dann durch eine Datenübertragung über die Kommunikationsschnittstelle 10 der Sensoreinheit 1.The higher-level unit, which is, for example, an evaluation unit 17 How, for example, a transmitter can act may include a program for operating, controlling, calibrating and / or reading the sensor unit 1 serves. The operation, control, calibration and / or reading out of the sensor unit 1 then takes place by a data transfer via the communication interface 10 the sensor unit 1 ,

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Messaufbaus zur Bestimmung der Dichte, Viskosität, und/oder Konzentration einer Komponente eines Messstoffs 2 vermittels einer vorgeschlagenen Sensoreinheit 1 in einer Laborumgebung. 2 shows a schematic representation of a measurement setup for determining the density, viscosity, and / or concentration of a component of a medium 2 by means of a proposed sensor unit 1 in a laboratory environment.

Der Messstoff 2 befindet sich dabei in einem Gefäß 12. Die Sensoreinheit 1 wird vermittels eines Stativs mit einer Sensorhalterung 16 teilweise in den Messstoff 2 getaucht. Dabei ist der Gehäuseschaft 8a und der Boden 11 der Sensoreinheit 1 wenigstens teilweise in den Messstoff 2 eingetaucht und befindet sich in Kontakt mit dem Messstoff 2. Die Sensoreinheit ist über ein Kabel 13 mit einer übergeordneten Einheit, wie bspw. einer Auswerteeinheit, bei der es sich gem. dem Ausführungsbeispiel in 2 um ein Bediengerät 15 in Form einer Recheneinheit besonders bevorzugt um einen Computer handelt, verbunden.The medium 2 is in a vessel 12 , The sensor unit 1 is by means of a tripod with a sensor holder 16 partly in the medium 2 dipped. Here is the housing shaft 8a and the ground 11 the sensor unit 1 at least partially into the medium 2 submerged and is in contact with the medium 2 , The sensor unit is via a cable 13 with a higher-level unit, such as, for example, an evaluation unit in which it acc. the embodiment in 2 to an operator panel 15 in the form of an arithmetic unit particularly preferably involves a computer connected.

Ferner ist gem. 2 eine Einheit 14 zur Umsetzung des von der Sensoreinheit 1 verwendeten Kommunikationsprotokolls auf ein von dem Bediengerät 15 verarbeitbares Protokoll wie bspw. USB-Protokoll vorgesehen. Diese Einheit 14 kann in das Verbindungskabel 13 integriert sein bzw. in die Kommunikationsverbindung zwischen der Sensoreinheit 1 und der übergeordnete Einheit geschaltet sein.Furthermore, gem. 2 one unity 14 for the implementation of the sensor unit 1 used communication protocol to one of the HMI device 15 processable protocol such as USB protocol provided. This unit 14 can in the connection cable 13 be integrated or in the communication connection between the sensor unit 1 and the parent unit.

Auf dem Bediengerät 15 kann eine Auswertesoftware, die zur Bedienung, Kalibrierung und/oder zum Auslesen der Sensoreinheit 1 dient, installiert sein.On the HMI device 15 can be an evaluation software for operating, calibrating and / or reading the sensor unit 1 serves to be installed.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Messaufbaus in einer Prozessumgebung, wie sie bspw. in einer industriellen Anlage vorliegt. 3 shows a schematic representation of a measurement setup in a process environment, such as exists in an industrial plant, for example.

Die Sensoreinheit 1 ist dabei vermittels einer Armatur 19 befestigt und wenigstens teilweise in den Messstoff 2, der sich in eines Gefäß 12 wie einer Rohrleitung oder einem Tank befindet, eingetaucht.The sensor unit 1 is by means of a fitting 19 attached and at least partially in the medium 2 who is in a vessel 12 immersed like a pipeline or a tank.

Die Sensoreinheit 1 ist über ein Verbindungskabel 13 mit einer Auswerteeinheit 17 wie bspw. einem Messumformer, auch als Transmitter bezeichnet, verbunden. Die Auswerteeinheit 17 kann über ein weiteres Kabel 13a mit einer übergeordneten Einheit 18 wie bspw. einem Leitsystem verbunden sein. Alternativ kann die Auswerteeinheit 17 mit einem Aktor wie bspw. einem Ventil verbunden sein.The sensor unit 1 is via a connection cable 13 with an evaluation unit 17 such as, for example, a transmitter, also referred to as a transmitter connected. The evaluation unit 17 can over another cable 13a with a parent unit 18 such as being connected to a control system. Alternatively, the evaluation unit 17 be connected to an actuator such as a valve.

Die Sensoreinheit 1 insbesondere das Gehäuse 8 der Sensoreinheit und besonders bevorzugt der Gehäuseschaft 8a können dabei gem. den in den Normen DIN 19261 oder 19262 oder 19263 angegebenen Abmessungen ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Gehäuse der Sensoreinheit einen Durchmesser bspw. von 12 mm und/oder eine Länge von 120 mm aufweisen, um mit entsprechend normierten (bestehenden) Installationen und Prozessanschlüssen verbindbar zu sein. Derartige Installationen und Halterungen sowie Prozessanschlüsse für Sensoreinheiten sind aus dem Stand der Technik bspw. für pH-Sensoren bekannt geworden. Diese Ausgestaltung der Sensoreinheit erlaubt es dann, die bestehenden Installationen und Gerätschaften in Verbindung mit der vorgeschlagenen Sensoreinheit 1 zu nutzen.The sensor unit 1 in particular the housing 8th the sensor unit and particularly preferably the housing shaft 8a can gem. in the standards DIN 19261 or 19262 or 19263 be configured dimensions specified. In particular, the housing of the sensor unit may have a diameter, for example, of 12 mm and / or a length of 120 mm in order to be connectable to correspondingly standardized (existing) installations and process connections. Such installations and mountings as well as process connections for sensor units have become known from the prior art, for example, for pH sensors. This embodiment of the sensor unit then allows the existing installations and equipment in conjunction with the proposed sensor unit 1 to use.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Sensoreinheitsensor unit
22
MessstoffMedium
33
erster Kanalfirst channel
44
zweiter Kanalsecond channel
55
Pumpepump
66
Sensorelementsensor element
77
Leitungmanagement
88th
Gehäusecasing
8a8a
Gehäuseschafthousing shaft
99
Verbindungselementconnecting element
1010
KommunikationsschnittstelleCommunication Interface
1111
Bodenground
11a11a
Filterfilter
1212
Behältniscontainer
1313
Verbindungskabelconnection cable
1414
Protokollwandlerprotocol converter
1515
Bediengerätcontrol unit
1616
Stativ mit Halterung für SensoreinheitTripod with holder for sensor unit
1717
Auswerteeinheitevaluation
1818
LeitsystemControl System
1919
Armaturfitting
2020
Flanschflange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • EP 1206012 A2 [0048] EP 1206012 A2 [0048]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN 19261 [0062] DIN 19261 [0062]
  • 19262 [0062] 19262 [0062]
  • 19263 [0062] 19263 [0062]

Claims (19)

Sensoreinheit (1) zur Bestimmung einer Messgröße eines Messstoffs (2), wobei es sich bei der Messgröße um die Dichte des Messstoffs, die Viskosität des Messstoffs und/oder die Konzentration zumindest einer Komponente des Messstoffs (2) handelt, wobei die Sensoreinheit (1) derart dimensioniert, vorzugsweise handhaltbar, ist, dass sie wenigstens teilweise in ein Behältnis (12) einbringbar ist, welches Behältnis (12) dazu dient, den Messstoff (2) aufzunehmen, wobei es sich bei der Sensoreinheit (1) um eine messstoffberührende Sensoreinheit (1) handelt, die eine Eintrittsöffnung aufweist, die dazu dient, den Messstoff (2) aufzunehmen und einem Sensorelement (6) zuzuführen, wobei das Sensorelement (6) zur Aufnahme der Messgröße dient und in der Sensoreinheit (1) angeordnet ist.Sensor unit ( 1 ) for determining a measured variable of a medium ( 2 ), wherein the measured variable is the density of the medium, the viscosity of the medium and / or the concentration of at least one component of the medium ( 2 ), wherein the sensor unit ( 1 ) dimensioned, preferably hand-held, is that it at least partially in a container ( 12 ), which container ( 12 ) serves, the medium ( 2 ), wherein the sensor unit ( 1 ) around a wetted sensor unit ( 1 ), which has an inlet opening, which serves the medium ( 2 ) and a sensor element ( 6 ), wherein the sensor element ( 6 ) is used to record the measured variable and in the sensor unit ( 1 ) is arranged. Sensoreinheit (1) nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinheit (1) eine Kommunikationsschnittstelle (10) aufweist, die zur Übertragung eines von dem Sensorelement (6) aufgenommen Messsignals an eine übergeordnete Einheit (15, 17, 18) dient.Sensor unit ( 1 ) according to claim 1, wherein the sensor unit ( 1 ) a communication interface ( 10 ) for transmission of one of the sensor element ( 6 ) recorded measurement signal to a higher-level unit ( 15 . 17 . 18 ) serves. Sensoreinheit (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem Sensorelement (6) um ein auf dem Vibrationsprinzip beruhendes Sensorelement (6) handelt.Sensor unit ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the sensor element ( 6 ) around a sensor based on the vibration principle ( 6 ). Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Sensorelement (6) um ein mikroelektromechanisches Sensorelement (6) handelt.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 6 ) around a microelectromechanical sensor element ( 6 ). Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Sensorelement (6) um einen Durchflussmessaufnehmer handelt.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 6 ) is a flowmeter. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Sensorelement (6) um ein auf dem Coriolisprinzip beruhenden Durchflussmessaufnehmer handelt.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 6 ) is a flowmeter based on the Coriolis principle. Sensoreinheit (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Messgröße aus dem vermittels des Durchflussmessaufnehmers aufgenommenen Messsignal abgeleitet wird.Sensor unit ( 1 ) according to one of claims 5 or 6, wherein the measured variable is derived from the measuring signal recorded by means of the flowmeter. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (1) eine Komponente (5) mit Pumpfunktionalität aufweist, die dazu dient, den Messstoff (2) dem Sensorelement (6) zuzuführen.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 1 ) a component ( 5 ) with pumping functionality, which serves the medium ( 2 ) the sensor element ( 6 ). Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (1) wenigstens eine Austrittsöffnung aufweist, die dazu dient, den in die Sensoreinheit (1) aufgenommenen Messstoff (2) abzuführen.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 1 ) has at least one outlet opening, which serves to enter the sensor unit ( 1 ) ( 2 ) dissipate. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Eintrittsöffnung und/oder die Austrittsöffnung der Sensoreinheit (1) durch einen Filter (11a) abgedeckt ist, welcher Filter (11a) zur Filtrierung des Messstoffs (2) dient.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the inlet opening and / or the outlet opening of the sensor unit ( 1 ) through a filter ( 11a ), which filter ( 11a ) for filtering the medium ( 2 ) serves. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Messgröße kontinuierlich oder diskontinuierlich bestimmt wird.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the measured variable is determined continuously or discontinuously. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (1) ein, vorzugsweise längliches, Gehäuse (8) aufweist, an dessen einem Ende (11) sich die Eintritts- und/oder die Austrittsöffnung befindet.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 1 ), preferably elongated, housing ( 8th ), at one end ( 11 ) is the inlet and / or outlet opening. Sensoreinheit (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Kommunikationsschnittstelle (10), vorzugsweise an dem gegenüberliegenden Ende, des, besonders bevorzugt länglichen, Gehäuses (8) der Sensoreinheit (1) angeordnet ist.Sensor unit ( 1 ) according to the preceding claim, wherein the communication interface ( 10 ), preferably at the opposite end, of the, particularly preferably elongated, housing ( 8th ) of the sensor unit ( 1 ) is arranged. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (1), insbesondere das Gehäuse (8) der Sensoreinheit (11), modular aufgebaut ist, so dass das Sensorelement (6), die Komponente (5) mit Pumpfunktionalität und/oder der Filter (11a), vorzugsweise unabhängig voneinander, austauschbar sind.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 1 ), in particular the housing ( 8th ) of the sensor unit ( 11 ), is modular, so that the sensor element ( 6 ), the component ( 5 ) with pump functionality and / or the filter ( 11a ), preferably independently of each other, are interchangeable. Sensoreinheit (1) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Module der Sensoreinheit (1) physikalisch, vorzugsweise mechanisch, miteinander verbindbar sind.Sensor unit ( 1 ) according to the preceding claim, wherein the modules of the sensor unit ( 1 ) are physically, preferably mechanically, connected to one another. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kommunikationsschnittstelle (10) dazu dient, das von dem Sensorelement (6) aufgenommene Messsignal vermittels eines digitalen Kommunikationsprotokolls an die übergeordnete Einheit (15, 17, 18) zu übertragen.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the communication interface ( 10 ) is used by the sensor element ( 6 ) recorded measuring signal by means of a digital communication protocol to the parent unit ( 15 . 17 . 18 ) transferred to. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei der Sensoreinheit (1) um eine handhaltbare Sensoreinheit (1), bzw. eine Sensoreinheit (1) mit einem handhaltbaren Gehäuse (8), handelt.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 1 ) to a hand-held sensor unit ( 1 ), or a sensor unit ( 1 ) with a hand-held housing ( 8th ), acts. Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sensoreinheit (1) wenigstens teilweise in den Messstoff (2) eintauchbar ist, um den Messstoff (2) aufnehmen und die Messgröße zu bestimmen.Sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor unit ( 1 ) at least partially into the medium ( 2 ) is submersible to the medium ( 2 ) and to determine the measured variable. Verwendung einer Sensoreinheit (1) nach einem der vorherigen Ansprüche zur Bestimmung der Dichte, der Viskosität und/oder der Konzentration zumindest einer Komponente eines Messstoffs (2).Use of a sensor unit ( 1 ) according to one of the preceding claims for the determination of Density, viscosity and / or concentration of at least one component of a medium ( 2 ).
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