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In der Prozessmesstechnik werden, insbesondere zur Automation chemischer oder verfahrenstechnischer Prozesse und/oder zur Steuerung industrieller Anlagen, prozessnah installierte Messgeräte, sogenannte Feldgeräte, eingesetzt. Als Sensoren ausgestaltete Feldgeräte können beispielsweise Prozessmessgrößen wie Druck, Temperatur, Durchfluss, Füllstand oder Messgrößen der Flüssigkeits- und/oder Gasanalyse wie zum Beispiel pH-Wert, Leitfähigkeit, Konzentrationen bestimmter Ionen, chemischer Verbindungen und/oder Konzentrationen oder Partialdrucke von Gasen, überwachen.
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In einer Prozessanlage kommt häufig eine Vielzahl unterschiedlichster Sensoren zum Einsatz. Ein an einem bestimmten Einbauort im Prozess angeordneter Sensor, beispielsweise ein an einem bestimmten Einbauort installierter, zur Erfassung einer oder mehrerer Messgrößen ausgestalteter Sensor, bildet eine Messstelle.
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Ein Sensor weist in der Regel einen Messaufnehmer auf, der dazu ausgestaltet ist, die zu überwachende Messgröße zu erfassen und ein mit dem aktuellen Wert der Messgröße korreliertes elektrisches Messsignal zu erzeugen. Zur weiteren Verarbeitung des Messsignals dient eine, heute zumeist elektronische, Auswertungsschaltung, die dazu ausgestaltet ist, das elektrische Messsignal weiter aufzubereiten, beispielsweise zu digitalisieren, in einen Messwert der Messgröße und/oder in eine von dem Messwert abgeleitete Größe umzurechnen, und gegebenenfalls an eine übergeordnete Einheit auszugeben. Die Auswertungsschaltung kann neben der Messwertbildung und Messwert-Weiterleitung weitergehende Funktionen umfassen, zum Beispiel kann sie dazu ausgestaltet sein, eine weitergehende Auswertung der Messwerte oder eine Sensordiagnose durchzuführen, bei der ein aktueller Zustand des Sensors bestimmt wird und/oder eine Vorhersage der Restlebensdauer des Sensors erfolgt.
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Bei Sensoren der vorgenannten Art ist die jeweilige Auswertungsschaltung häufig mit einer von der jeweiligen Messstelle zumeist räumlich entfernt angeordneten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung verbunden, an die die vom jeweiligen Sensor erzeugten Messwerte, diagnoserelevante Daten oder sonstige Sensordaten weitergegeben werden. Die übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung kann insbesondere eine oder mehrere elektronische Prozesssteuerungen aufweisen, beispielsweise eine oder mehrere vor Ort installierte Messumformer, einen Prozessleitrechner oder eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS).
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Zur Datenübertragung dienen häufig in solchen industriellen Messanordnungen zumindest abschnittsweise Feldbussysteme, wie zum Beispiel FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS, Modbus etc. oder beispielsweise auch Netzwerke auf Basis des Ethernet-Standards sowie die entsprechenden, zumeist anwendungsübergreifend standardisierten, Übertragungsprotokolle.
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Aus
WO2005/031339 ist ein Flüssigkeitssensor bekannt, der über eine Kupplung über einem Messumformer und weiter mit einer übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist. Der Sensor umfasst einen Messaufnehmer, eine Sensorschaltung, welche eine Vorverarbeitungsschaltung zum Vorverarbeiten der mittels des Messaufnehmers erzeugten analogen Messsignale, einen Analog-/Digital-Wandler zum Wandeln der erfassten analogen Messsignale in digitale Messsignale und eine erste Schnittstelle zum Übertragen der digitalen Messsignale an den übergeordneten Messumformer. Die Kupplung weist ein sensorseitiges primäres Kupplungselement und ein dazu komplementäres sekundäres Kupplungselement auf, das mit dem Messumformer verbunden ist. Die erste Schnittstelle ist dazu ausgestaltet, die digitalen Messsignale über die Kupplung an den Messumformer zu übertragen. Das sekundäre Kupplungselement umfasst eine weitere elektronische Schaltung, welche eine zweite, zur ersten Schnittstelle komplementäre, Schnittstelle umfasst, die dazu ausgestaltet ist, die von der ersten Schnittstelle übertragenen Messsignale zu empfangen. Die zweite Schnittstelle kann außerdem Daten sowie Energie über die Kupplung an die erste Schnittstelle des Sensors übertragen. Die Übertragung von Energie und Daten erfolgt bei dem aus
WO 2005/031339 A1 bekannten Sensor berührungslos mittels einer induktiven Kopplung der ersten und zweiten Schnittstelle. Dies gewährleistet auch eine galvanische Entkopplung des Sensors von dem Messumformer.
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Messumformer weisen herkömmlich Anzeigemittel, z. B. ein Display, und Eingabemittel, z. B. in Form einer Tastatur oder eines oder mehrerer Dreh-/Drückschalter auf, mittels derer ein Benutzer Messwerte und Sensordaten ablesen kann bzw. Parameter oder Befehle eingeben kann.
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In jüngerer Zeit sind Messanordnungen bekannt geworden, welche ohne einen herkömmlichen, über Eingabe- und Anzeigemittel verfügenden Messumformer auskommen. In
DE 10 2011 107 717 A1 ist ein Sensor zur Flüssigkeits- oder/und Gasanalyse beschrieben, der mit einer Mess- oder/und Auswertungsschaltung beziehungsweise mit einem übergeordneten Leitsystem in Verbindung steht. Der Sensor weist ein Sensorgehäuse auf, in dem Schaltungsmittel für das Erfassen, Aufbereiten und Weiterleiten von Messwerten an die Mess- oder/und Auswertungsschaltung beziehungsweise an das Leitsystem vorgesehen sind. Diese Schaltungsmittel umfassen eine analoge Sensorelektronik, ein Analog-/Digital-Wandler zum Wandeln der erfassten analogen Messwerte in digitale Messwerte, eine Recheneinheit und Kommunikationsmittel zum Aufbereiten und Weiterleiten der digitalen Messwerte an die Mess- oder/und Auswertungsschaltung beziehungsweise an das Leitsystem nach einem Standard-Kommunikations-Protokoll der Prozesstechnik, beispielsweise HART, PROFIBUS PA, PROFIBUS DB oder Foundation Fieldbus. Ziel des in
DE 10 2011 107 717 A1 dargestellten Sensoraufbaus ist es, soviel Elektronik wie möglich in den Sensor zu integrieren. So ist die im Sensorgehäuse angeordnete Sensorelektronik nicht nur zur Erfassung und gegebenenfalls Digitalisierung der von einem Messaufnehmer des Sensors erfassten Messwerte ausgestaltet, sondern dient darüber hinaus zur weiteren Verarbeitung und Umsetzung der Messwerte in ein von der Leitstelle verarbeitbares Standard-Kommunikations-Protokoll.
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Sensoren der Flüssigkeits- und/oder Gasanalyse müssen während ihrer Lebensdauer in der Regel von Zeit zu Zeit gewartet, insbesondere kalibriert oder regeneriert, werden. Zu diesem Zweck wird häufig der zu wartende Sensor von der Messstelle entfernt und die Wartungsmaßnahme an einem anderen Ort, beispielsweise im Labor, durchgeführt. In der Zwischenzeit kann die Messstelle mit einem anderen, typgleichen, Sensor weiter betrieben werden. Die Lebensdauer von Sensoren zur Flüssigkeits- und/oder Gasanalyse ist darüber hinaus, je nach den Besonderheiten der Messstelle, beschränkt und kann beispielsweise zwischen wenigen Tagen bis hin zu einigen Monaten betragen. Dies führt dazu, dass die Sensoren einer Messstelle regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Ein Nachteil einer Messanordnung, bei der so viel Elektronik wie möglich im Sensor untergebracht ist, besteht somit darin, dass bei jedem Sensoraustausch nicht nur im Sensor gespeicherte Daten, sondern auch messstellenspezifisch angepasste Parameter und messstellenspezifischer Programmcode wieder von der Messstelle entfernt werden. Diese Parameter bzw. dieser Programmcode müssen einem nachfolgenden Sensor erneut zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus ist die Lebensdauer der Bauteile einer Sensorelektronik deutlich länger als die übliche Lebensdauer des Messaufnehmers des Sensors. Es ist daher unökonomisch, diese Bauteile mit derselben Frequenz auszutauschen wie den Messaufnehmer.
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In
EP 2 233 994 A2 ist eine Messanordnung beschrieben, die einen intelligenten Prozesssensor umfasst, welcher lösbar mit einem Elektronikmodul verbindbar ist. Das Elektronikmodul umfasst einen Mikroprozessor mit einer Speichereinheit, eine Mehrzahl von digitalen Schnittstellen und ein Mittel zur Weiterleitung von analogen Signalen von dem Prozesssensor an ein Prozessleitsystem. Der Prozesssensor dient der Bestimmung mindestens einer chemischen oder physikalischen Messgröße eines Messmediums und umfasst neben einem Messaufnehmer zur Erfassung dieser Messgröße eine mit dem Messaufnehmer untrennbar verbundene Elektronikeinheit, umfassend ein Mittel zur Überwachung des Sensorzustandes, ein Mittel zur Digitalisierung der analogen Messdaten aus der Sensoreinheit, ein Mittel zur Weiterleitung der analogen und digitalisierten Daten, mindestens einer analogen Schnittstelle und mindestens eine digitale Schnittstelle zur Verbindung des Prozesssensors mit dem Prozessleitsystem sowie eine galvanische Trennung zwischen dem Messmedium und den Schnittstellen. Die untrennbar mit dem Messaufnehmer verbundene Elektronikeinheit dient dazu Messdaten zu verarbeiten, den Sensorzustand zu überwachen und die sensorrelevanten Daten zu speichern. Generell übernimmt sie somit Funktionen eines ansonsten im Bereich der Analysemesstechnik üblichen Messumformers. Das Elektronikmodul dient dazu, die vom intelligenten Sensor zur Verfügung gestellten Daten und Diagnoseinformationen über eine oder mehrere Schnittstellen, zum Beispiel an ein Prozessleitsystem oder ein mobiles Bediengerät nach einem von dem Prozessleitsystem bzw. dem mobilen Bediengerät verarbeitbaren Kommunikationsprotokoll auszugeben. Da auch hier wesentliche Messumformer-Funktionalitäten durch eine mit dem Messaufnehmer festverbundenen Elektronik bereitgestellt werden, weist die aus
EP 2 233 994 A2 bekannte Messanordnung im Wesentlichen dieselben Nachteile auf, wie die in
DE 10 2011 107 717 A1 beschriebene Vorrichtung.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messanordnung anzugeben, die die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik mindestens teilweise überwindet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messanordnung gemäß Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäße Messanordnung umfasst:
- – einen Sensor, insbesondere zur Flüssigkeits- und/oder Gasanalyse, welcher dazu ausgestaltet ist, ein mit einer Messgröße korreliertes Messsignal zu erzeugen und über eine erste Schnittstelle auszugeben,
- – ein über eine zur ersten Schnittstelle komplementäre und mit der ersten Schnittstelle wieder trennbar verbundene zweite Schnittstelle mit dem Sensor in Verbindung stehende Auswertungsschaltung, welche mindestens eine Recheneinrichtung und einen der Recheneinrichtung zugeordneten Speicher, sowie eine, insbesondere als Feldbus-Schnittstelle ausgestaltete, dritte Schnittstelle umfasst,
- – eine erste, insbesondere als übergeordnetes Leitsystem ausgestaltete, übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung, mit der die Auswertungsschaltung über die dritte Schnittstelle in Verbindung steht, wobei in dem der Recheneinrichtung der Auswertungsschaltung zugeordneten Speicher ein von der Recheneinrichtung ausführbares Computerprogramm abgelegt ist, das der weiteren Verarbeitung des Messsignals, insbesondere der Berechnung eines Messwerts anhand des Messsignals, sowie der Übermittlung des weiter verarbeiteten Messsignals über die zweite Schnittstelle an eine erste übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung dient; und
- – eine zweite mit der Auswertungsschaltung, insbesondere über eine Funkverbindung, drahtlos in Verbindung stehende übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung.
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Die Auswertungsschaltung kann beispielsweise dazu ausgestaltet sein, ein vom Sensor geliefertes Messsignal weiterzuverarbeiten, insbesondere anhand des Messsignals einen Messwert der von der Messanordnung zu überwachenden Messgröße zu bestimmen, den berechneten Messwert in ein Signal nach einem von der ersten und/oder zweiten Datenverarbeitungseinrichtung verarbeitbaren Kommunikationsprotokoll umzusetzen und an diese weiterzuleiten. Die Auswertungsschaltung kann darüber hinaus dazu ausgestaltet sein, den Sensorzustand zu überwachen bzw. einen aktuellen Sensorzustand, zum Beispiel eine Restlebensdauer oder einen aktuellen Zählerstand, zu ermitteln, sowie sensor- oder messstellenbezogene Daten und Parameter zu speichern, wobei einem oder mehrerer der genannten Zwecke dienende Computerprogramme in einem Speicher der Auswertungsschaltung abgelegt sind. Die Recheneinrichtung kann beispielsweise ein Mikroprozessor sein.
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In einer Ausgestaltung sind der Sensor und die Auswertungsschaltung miteinander mittels einer lösbaren Steckverbindung zur Übertragung von Daten und Energie verbunden, wobei die Steckverbindung ein sensorseitiges primäres Kupplungselement und ein dazu komplementäres, auswertungsschaltungsseitiges sekundäres Kupplungselement umfasst, wobei das sekundäre Kupplungselement ein Gehäuse aufweist, in welchem die Auswertungsschaltung angeordnet ist. Die Kupplungselemente können insbesondere ein Stecker bzw. eine Buchse einer Steckverbindung sein.
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Indem die der Weiterverarbeitung des Sensorsignals dienende Auswertungsschaltung trennbar mit dem Sensor verbunden ist, z. B. indem sie in einem Kupplungselement der lösbaren Steckverbindung integriert ist, das mit einem dazu komplementären, fest mit dem Sensor verbundenen sensorseitigen Kupplungselement lösbar verbunden werden kann, ist es möglich, den Sensor gegen einen typgleichen Sensor auszutauschen, ohne dass dem zuvor an der Messstelle angeschlossenen Sensor verfügbare Daten und Computerprogramme verloren gehen oder zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen, diese Daten oder Computerprogramme dem neuen Sensor zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus kann eine mit dem Sensor fest verbundene, zur Generierung und zur Ausgabe des Messsignals ausgestaltete, insbesondere elektronische, Sensorschaltung verhältnismäßig einfach aufgebaut sein, so dass die beim Erreichen des Lebensendes des Sensors gleichzeitig zu entsorgende Sensorschaltung aus wenigen und/oder preisgünstigen Bauteilen ausgestaltet sein kann. Indem die Auswerteelektronik in einem Gehäuse des Kupplungselements untergebracht isst, ist die Messanordnung insgesamt kompakt.
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Dadurch, dass die Auswertungsschaltung zur Kommunikation mit der ersten und/oder zweiten Datenverarbeitungseinrichtung ausgestaltet ist, kann eine Bedienung des Sensors oder der Messstelle, insbesondere das Abrufen von Messwerten oder in einem Speicher der Auswertungsschaltung abgelegter, sensorspezifischer oder messstellenspezifischer, Daten oder Parameter sowie die Eingabe von Konfigurationsparametern oder von Befehlen wahlweise mittels der ersten oder mittels der zweiten Datenverarbeitungseinrichtung erfolgen. Hierzu können die erste und/oder die zweite Datenverarbeitungseinrichtung entsprechende Anzeige- und Eingabemittel, insbesondere ein HMI (Human Maschine Interface), aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, auf einen an der Messstelle fest installierten Messumformer, der über eigene Anzeige-/Eingabemittel verfügt, zu verzichten.
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Das Gehäuse des sekundären Kupplungselements kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Auswertungsschaltung, insbesondere unter flüssigkeitsdichter oder spritzwasserfester Abdichtung der Auswertungsschaltung, gegen Umwelteinflüsse einschließen. Das Gehäuse des sekundären Kupplungselements kann beispielsweise einstückig als Kunststoffspritzgussteil ausgestaltet sein, dass an einem Ende, insbesondere hermetisch, dicht mit einem Kabel verbunden ist, welches die im Innern des Gehäuse angeordnete Auswertungsschaltung kontaktiert und mit der übergeordneten ersten Datenverarbeitungseinrichtung verbindet.
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Das Gehäuse des sekundären Kupplungselements kann mindestens abschnittsweise als Hohlzylinder mit einem äußeren Durchmesser von weniger als 20 mm ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Außendurchmesser des Hohlzylinders größer als 10 mm sein. Das sensorseitige Kupplungselement kann entsprechend ebenfalls mindestens abschnittsweise als Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser von weniger als 20 mm ausgestaltet sein, wobei der Außendurchmesser aber größer als 10 mm ist. Vorzugsweise geht der senkrecht zu einer Sensorachse bzw. zu einer Rotationssymmetrieachse des Kupplungselements gemessene Außendurchmesser des Kupplungselements an keiner Stelle einen über 20 mm hinausgehenden Außendurchmesser auf. Dies ermöglicht es, den Sensor sowie die Steckverbindung in einer in der Prozesstechnik üblicherweise verwendeten Standard-Armatur einzusetzen. Vorteilhaft ist es darüber hinaus, die Auswertungsschaltung mindestens teilweise auf einer mehrlagigen Leiterkarte, einer Multilayer-Platine oder einer flexiblen Leiterplatte beziehungsweise einer Starrflex-Leiterplatte anzuordnen. Auf diese Weise ist eine noch kompaktere Ausgestaltung der Steckverbindung, insbesondere des sekundären Kupplungselements, möglich.
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Das sekundäre und/oder das primäre Kupplungselement kann ein Anzeigeelement, welches insbesondere mindestens eine LED (Leuchtdiode, Abkürzung des englischsprachigen Fachbegriffes light-emitting diode), umfassen kann, zur Visualisierung eines Kommunikationszustands oder eines Systemzustands, insbesondere eines Zustands des Sensors, aufweisen. Das Anzeigeelement kann beispielsweise verschiedenfarbige LEDs umfassen, wobei unterschiedliche Farben verschiedene Kommunikationszustände anzeigen. Wird nur eine einzelne LED verwendet, kann die Signalisierung verschiedener Kommunikationszustände durch verschiedenartige Blinkrhythmen angezeigt werden.
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Die zweite übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung kann dazu ausgestaltet sein, über eine Funkverbindung nach einem Bluetooth-Standard, insbesondere nach einem energiesparenden Modus (HOLD, SNIFF, PARK) oder nach dem Bluetooth Low Energy Protokoll mit der Auswertungsschaltung zu kommunizieren. Hierzu kann die Auswertungsschaltung einen, vorzugsweise ebenfalls innerhalb des Gehäuses des sekundären Kupplungselements angeordneten, Funk-Transceiver umfassen.
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Die Feldbus-Schnittstelle der Auswertungsschaltung kann dazu ausgestaltet sein, Daten, insbesondere die weiterverarbeiteten Messwerte, von der Auswertungsschaltung an die erste übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung über einen Feldbus als Signal nach einem Protokoll zu übertragen, das einem der folgenden Standards genügt: HART, PROFIBUS PA, PROFIBUS DB, Foundation Fieldbus, Modbus. Entsprechend kann die Feldbus-Schnittstelle dazu ausgestaltet sein, Daten von der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung über den Feldbus als Signal nach einem Protokoll zu empfangen, das einem der genannten Standards genügt. Die Feldbus-Schnittstelle kann insbesondere dazu ausgestaltet sein, eine Kommunikation der Auswertungsschaltung mit der übergeordneten Einheit über ein 4 ... 20 mA/HART-Signal zu ermöglichen.
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Die zweite übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung kann insbesondere tragbar ausgestaltet sein. Beispielsweise kann als zweite Datenverarbeitungseinrichtung ein Handheld, wie beispielsweise das von der Endress + Hauser Firmengruppe unter der Bezeichnung Field Expert vertriebene Handheld, ein Smartphone, ein Tablet PC, ein Notebook, oder ein anderer tragbarer Minicomputer dienen.
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Als zweite Datenverarbeitungseinrichtung kann auch eine Displayeinrichtung dienen. Als Displayeinrichtung kann beispielsweise ein zur drahtlosen Kommunikation mit der Auswertungsschaltung und/oder der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung ausgestaltetes Display dienen.
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Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung kann auch als ein für den Einsatz im Ex-Bereich eingerichtetes Handheld oder eine für den Einsatz im Ex-Bereich eingerichtete, zur drahtlosen Kommunikation mit der Auswertungsschaltung ausgestaltete Displayeinrichtung sein.
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Die zweite übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung kann insbesondere zur Bedienung des Sensors vor Ort, das heißt im Feld, dienen. Zu diesem Zweck ist die Auswertungsschaltung dazu ausgestaltet, den Messwert, aktuelle Konfigurationsparameter, die sensor- oder messstellenbezogen ausgewählt sein können, sowie Menüstrukturdaten an die zweite Datenverarbeitungseinrichtung zu übertragen. Umgekehrt kann die zweite übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung dazu ausgestaltet sein, von einem Benutzer vorgegebene, sensor- oder messstellenspezifische, Konfigurationsparameter an die Auswertungsschaltung zu übertragen. Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung kann ein Computerprogramm, insbesondere eine sogenannte App, umfassen, die eine HMI-Funktionalität zur Verfügung stellt. Unter einer HMI-Funktionalität ist insbesondere zu verstehen, dass die App dazu ausgestaltet ist, auf einem Display der Datenverarbeitungseinrichtung eine Menüstruktur darzustellen, mittels derer ein Benutzer sich Messdaten oder andere von der Auswertungsschaltung zur Verfügung gestellten Daten ansehen kann, beziehungsweise mittels einer Eingabe über Eingabemittel der zweiten Datenverarbeitungseinrichtung, zum Beispiel ein Touch-Display oder eine Tastatur, Konfigurationsparameter oder Befehle einzugeben. In heutzutage üblichen Betriebssystemen von Smartphones, mobilen Minicomputern oder Tablet-PC sind derartige Programme entweder vorinstalliert oder können leicht nachinstalliert werden, beispielsweise über eine zentrale Vertriebsplattform des Smartphone- oder des Sensorherstellers.
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Die zweite Datenverarbeitungseinrichtung kann zusätzlich eine Kommunikationsschnittstelle zu einem Funknetz, wie WLAN, GSM oder UMTS, aufweisen. Dies erlaubt eine Verbindung der zweiten Datenverarbeitungseinrichtung zu einem firmenweiten Intranet des Betreibers der Messanordnung oder des Sensorherstellers oder auch eine Verbindung zum Internet. Über diese Kommunikationsschnittstelle kann die zweite Datenverarbeitungseinrichtung zusätzliche Informationen über den Sensor oder zusätzliche Computerprogramm-Pakete laden.
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Das von der Recheneinrichtung ausführbare Computerprogramm, das in einem der Recheneinrichtung zugeordneten Speicher der Auswertungsschaltung abgelegt ist, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung modular aufgebaut. Das Computerprogramm umfasst dabei ein allgemeines Modul, das dazu ausgestaltet ist, den Sensortyp des mit der Auswertungsschaltung verbundenen Sensors zu erkennen. Dies kann beispielsweise mittels einer von dem Sensor an die Auswertungsschaltung übermittelten Sensoridentifizierung erfolgen. Das Computerprogramm umfasst darüber hinaus mindestens ein für den der Sensoridentifizierung entsprechenden Sensortyp spezifisches Modul, im Folgenden auch als sensortypspezifisches Computerprogramm-Modul bezeichnet, wobei das allgemeine Modul des Computerprogramms dazu ausgestaltet ist, anhand des erkannten Sensortyps das für diesen Sensortyp vorgesehene spezifische Modul in einen dafür vorgesehen Speicherbereich des der Recheneinrichtung zugeordneten Speichers zu laden, so dass es von der Recheneinrichtung ausgeführt werden kann.
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Die Auswertungsschaltung kann einen ersten, zum Beispiel als SPI-Flashspeicher ausgestalteten, Zusatzspeicher aufweisen, in dem derartige sensortypspezifische Computerprogramm-Module für eine Vielzahl verschiedener mit der Auswertungsschaltung verbindbare Sensortypen dauerhaft gespeichert sind, wobei die Recheneinrichtung dazu ausgestaltet ist, anhand der von dem mit der Auswertungsschaltung verbundenen Sensor erhaltenen Sensoridentifizierung ein dem Sensortyp zugeordnetes sensortypspezifisches Computerprogramm-Modul aus dem ersten Zusatzspeicher in dem der Recheneinheit zugeordneten Speicher zu installieren. Dies erlaubt einen Plug-and-Play Betrieb der Messanordnung.
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Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass der erste Zusatzspeicher als Massenspeicher ausgestaltet sein kann, der eine Vielzahl verschiedener sensortypspezifischer Computerprogramm-Module zum Betrieb einer Vielzahl unterschiedlicher Sensortypen vorhalten kann. Da diese Programme nicht im internen Speicher der Recheneinrichtung vorgehalten werden müssen, kann die Recheneinrichtung durch einen relativ einfachen und preisgünstigen Mikroprozessor realisiert sein.
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Die Auswertungsschaltung kann einen zweiten zur persistenten Speicherung von Daten ausgestalteten Zusatzspeicher, insbesondere einen EEPROM, aufweisen. Beispielsweise kann die Recheneinrichtung dazu ausgestaltet sein, Daten, insbesondere während des Betriebs anfallende Diagnosedaten oder Konfigurationsdaten, in dem zweiten Zusatzspeicher abzulegen.
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Ein als zweiter Zusatzspeicher dienender EEPROM kann derart ausgestaltet sein, dass er stromsparend betreibbar ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die dritte Schnittstelle, über die die Auswertungsschaltung mit der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, eine Zweileiter-Schnittstelle ist. Es ist in diesem Fall vorteilhaft, Daten, die sich während des Betriebs des Sensors ändern können, wie beispielsweise Konfigurationsdaten, Zählerstände oder Kalibrierparameter, nicht im der Recheneinrichtung zugeordneten, internen Flashspeicher abzulegen, sondern im zweiten Zusatzspeicher, da die Auswertungsschaltung und der Sensor lediglich über die als Feldbus-Schnittstelle ausgestaltete dritte Schnittstelle mit Energie versorgt werden, und somit nur eine begrenzte Leistung zur Verfügung steht, die gleichzeitig für den Betrieb des Sensors, d. h. insbesondere zur Erfassung der Messgröße und Wandlung in ein Messsignal, genutzt werden muss.
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In einer weiteren Ausgestaltung, die insbesondere für den Fall von Vorteil ist, dass die dritte Schnittstelle, über die die Auswertungsschaltung mit der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, eine Zweileiter-Schnittstelle ist, kann die Auswertungsschaltung dazu ausgestaltet sein, während der Durchführung einer Aktualisierung eines in einem Speicher der Auswertungsschaltung abgelegten Computerprogramm-Moduls und/oder eines oder mehrerer, insbesondere aller, in einem Speicher der Auswertungsschaltung abgelegter sensortypspezifischer Computerprogramm-Module ein aktuell der Auswertungsschaltung zur Verfügung stehendes Leistungsbudget zu berücksichtigen. Hierzu können beispielsweise Lade- und Speicher-Vorgänge verlangsamt oder über einen bestimmten Zeitraum deaktiviert werden. Daneben kann die Auswertungsschaltung dazu ausgestaltet sein, während einer Aktualisierung von Computerprogramm-Modulen die Erfassung von Messsignalen und/oder die weitere Verarbeitung von Messsignalen und/oder die Übermittlung des weiter verarbeiteten Messsignals an die erste und/oder zweite Datenverarbeitungseinrichtung zu unterbrechen. Somit steht die gesamte über die dritte Schnittstelle der Auswertungsschaltung zur Verfügung gestellte Energie bzw. Leistung für die Aktualisierung der betreffenden Computerprogramm-Module zur Verfügung.
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Die Auswertungsschaltung kann zusätzlich oder alternativ auch dazu ausgestaltet sein, während der Durchführung einer Aktualisierung eines in der Recheneinrichtung enthaltenen Computerprogramm-Moduls und/oder eines oder mehrerer, insbesondere aller, in einem Speicher der Auswertungsschaltung abgelegter sensortypspezifischer Computerprogramm-Module einen Strom des über die dritte Schnittstelle an die erste übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung ausgegebenen Signals auf eine Stromstärke einzustellen, die oberhalb eines Messbereiches liegt und/oder einen Fehler signalisiert. Dies ist ebenfalls für den Fall von Vorteil, dass die dritte Schnittstelle, über die die Auswertungsschaltung mit der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, eine Zweileiter-Schnittstelle ist. Für den Fall, dass die Schnittstelle einen 4 ... 20 mA/HART-Stromausgang aufweist, kann beispielsweise über die Schnittstelle ein Fehlerstrom von mehr als 20 mA, insbesondere 20,5 mA, ausgegeben werden. Damit steht für die Aktualisierung der betreffenden Computerprogramm-Module eine möglichst hohe Leistung zur Verfügung.
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Die Auswertungsschaltung kann dazu ausgestaltet sein, bei einer Aktualisierung eines oder mehrerer Computerprogramm-Module, insbesondere bei einer Aktualisierung aller Computerprogramm-Module, eine aktuelle Version des oder der zu aktualisierenden Computerprogramm-Module in einem ersten Schritt vollständig in einen Speicher der Auswertungsschaltung zu laden und erst nachdem die aktuelle Version oder die aktuellen Versionen vollständig geladen sind, in einem zweiten Schritt in einem Speicher der Auswertungsschaltung vorhandene, zu aktualisierende Computerprogramm-Module zu überschreiben. Dies hat den Vorteil, dass für den Fall einer fehlerhaften, insbesondere unvollständigen Übertragung der zu aktualisierenden Computerprogramm-Module an die Auswertungsschaltung die bereits vorhandenen, zu aktualisierenden Computerprogramm-Module unangetastet und damit funktionsfähig bleiben, so dass die Messanordnung zunächst mit den vorhandenen Computerprogramm-Modulen weiter betrieben werden kann. Dies erlaubt eine zerstörungsfreie Aktualisierung von Computerprogramm-Modulen der Auswertungsschaltung.
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Zur Aktualisierung von Computerprogramm-Modulen können die entsprechenden aktuellen Computerprogramm-Module von dem Sensor oder einem zur zweiten Schnittstelle der Auswertungsschaltung kompatiblen Gerät über die zweite Schnittstelle, von der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung über die dritte Schnittstelle oder per Funk mittels der zweiten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung an die Auswertungsschaltung übertragen werden.
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Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Sensor zur Messung des pH-Werts, der Leitfähigkeit, des Sauerstoffgehalts, einer Ionenkonzentration, des Chlorgehalts, des Ozongehalts, der Trübung oder eines Feststoffgehalts einer Flüssigkeit handeln.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Messanordnung mit einem Sensor, einer Auswertungsschaltung, einer übergeordneten ersten Datenverarbeitungseinrichtung, und einer über Funk mit der Auswertungsschaltung verbundenen zweiten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung;
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2 eine schematische Detaildarstellung des Sensors und der Auswertungsschaltung der in 1 dargestellten Messanordnung;
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3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Messanordnung mit einem Sensor, einer Auswertungsschaltung, einer übergeordneten ersten Datenverarbeitungseinrichtung, und einer über Funk mit der Auswertungsschaltung verbundenen zweiten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung;
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4 eine schematische Detaildarstellung des Sensors und der Auswertungsschaltung der in 3 dargestellten Messanordnung.
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In 1 ist schematisch eine Messanordnung 1 dargestellt. Die Messanordnung 1 umfasst einen Sensor 3 mit einem Messaufnehmer 5 und einem fest mit dem Messaufnehmer 5 verbundenen sensorseitigen primären Kupplungselement 7, das ein Gehäuse aufweist, in dem eine Sensorschaltung 6 untergebracht ist. Die Sensorschaltung 6 umfasst insbesondere eine erste Schnittstelle S1, über die der Sensor 3 ein Messsignal an eine zweite, zu der ersten Schnittstelle S1 komplementäre, Schnittstelle S2 einer in dem sekundären Kupplungselement 9 untergebrachten Auswertungsschaltung 8 übertragen kann. Das sekundäre Kupplungselement 9 umfasst ein zweites Gehäuse, das die Auswertungsschaltung 8, insbesondere flüssigkeitsdicht, umgibt und so vor Umwelteinflüssen schützt. Auch das Gehäuse des sensorseitigen Kupplungselements 7 ist flüssigkeitsdicht abgeschlossen und schützt so die Sensorschaltung 6 vor Umwelteinflüssen. Die Auswertungsschaltung 8 ist als elektronische Schaltung ausgestaltet, die innerhalb des Gehäuses des sekundären Kupplungselements 9 auf einer, insbesondere mehrlagigen, Platine, einer flexiblen Leiterkarte oder einer Starrflexleiterkarte angeordnet sein kann.
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Die Auswertungsschaltung 8 ist mit einer ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11, bei der es sich beispielsweise um ein, insbesondere eine SPS umfassendes, Prozessleitsystem, handeln kann, verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise mittels eines Feldbusses 13 realisiert sein. Denkbar ist dabei sowohl eine drahtgebundene Verbindung als auch eine drahtlose Verbindung. Zur Übermittlung von Daten von der Auswertungsschaltung 8 an die erste übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 11 über den Feldbus 13 bzw. zum Empfangen von Daten von der übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11 durch die Auswertungsschaltung 8 weist diese eine Feldbus-Schnittstelle S3 auf. Über die Schnittstelle S3 werden der Sensor 3 einschließlich der Sensorschaltung 6, sowie die Auswertungsschaltung 8 von der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11 mit Energie versorgt.
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Die Datenkommunikation zwischen der Auswertungsschaltung 8 und der übergeordneten ersten Datenverarbeitungseinrichtung 11 erfolgt mittels eines Kommunikationsprotokolls, das von der übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11 verarbeitet werden kann, beispielsweise mittels eines Standard-Feldbus-Kommunikationsprotokolls wie HART-, PROFIBUS PA, PROFIBUS DB, Foundation Fieldbus, Modbus. Ist die Verbindung 13 als drahtlose Verbindung realisiert, kann die Kommunikation beispielsweise nachdem Wireless HART Standard erfolgen. Im vorliegenden Beispiel ist die Schnittstelle S3 dazu ausgestaltet eine Kommunikation der Auswertungsschaltung mit der übergeordneten Einheit über ein 4 ... 20 mA/HART-Signal zu ermöglichen und umfasst einen Zweileiter-Stromausgang. Gleichermaßen lässt sich die hier beschriebene Erfindung aber auch mit einer Messanordnung realisieren, bei der die Auswertungsschaltung über einen Vierleiter-Stromausgang verfügt und bei der die Kommunikation mittels eines 4 ... 20 mA/HART-Signals oder mittels eines der anderen genannten Standard-Feldbus-Kommunikationsprotokolle erfolgt.
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Die durch die Kupplungselemente 7 und 9 gebildete Steckverbinderkupplung ist im vorliegenden Beispiel als induktive Kupplung ausgestaltet. Beide Kupplungsteile umfassen jeweils eine Spule zwischen denen Energie und Daten induktiv übertragen werden können. Dies hat den Vorteil, dass die Steckverbinderkupplung gleichzeitig eine galvanische Trennung des Sensors 3 von der übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11 beziehungsweise der Auswertungsschaltung 8 gewährleistet. Alternativ kann die Steckverbinderkupplung aber auch als galvanisch koppelnde Steckverbindung ausgestaltet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, eine galvanische Trennung innerhalb der Sensorschaltung 6 oder innerhalb der die Auswertungsschaltung 8 bildenden elektronischen Schaltung vorzusehen.
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Das sekundäre Kupplungselement 9 weist eine optische Anzeige 21 auf, die z. B. eine LED umfassen kann, zur visuellen Anzeige eines Zustands der Kommunikationsverbindung, über die durch die Kupplungselemente 7, 9 hergestellte Steckverbinderkupplung. Die Anzeige kann beispielsweise als mehrfarbige LED ausgestaltet sein. In diesem Fall entspricht eine Farbe einem bestimmten Zustand der Kommunikationsverbindung. In einer Variante kann die optische Anzeige 21 auch dazu dienen, Sensorzustände, z. B. einen Sensordefekt, oder andere Systemzustände anzuzeigen. Es ist auch möglich, eine nur einfarbige LED zu verwenden. In diesem Fall können voneinander verschiedene Blinkfrequenzen zur Visualisierung der System- oder Kommunikationszustände dienen.
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Die Auswertungsschaltung 8 verfügt über eine weitere Schnittstelle S4, die im vorliegenden Beispiel als Funkschnittstelle ausgestaltet ist. Sie umfasst einen Funk-Transceiver, der dazu ausgestaltet ist, mit einer zweiten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 15 per Funk, beispielsweise nach einem Bluetooth- oder Bluetooth LE Standard, zu kommunizieren. Die zweite übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 15 ist im vorliegenden Beispiel als Smartphone ausgestaltet. Sie weist neben einer zur Funkkommunikation mit der Schnittstelle S4 der Auswertungsschaltung 8, beispielsweise nach einem Bluetooth- oder Bluetooth LE Standard, ausgestalteten Funkschnittstelle eine Internetschnittstelle auf, über die sie beispielsweise per WLAN, GSM oder UMTS mit einem Funknetzwerk 17, insbesondere einem Intranet oder dem Internet, kommunizieren kann.
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Das als zweite übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 15 dienende Smartphone umfasst ein Anzeige- und Eingabemittel 19, das im vorliegenden Beispiel als Touch-Screen ausgestaltet ist. In einem Speicher der Datenverarbeitungseinrichtung 15 ist eine als App ausgestaltete Bediensoftware abgelegt, die von der Datenverarbeitungseinrichtung 15 ausführbar ist. Die Bediensoftware ist dazu ausgestaltet ein HMI zur Verfügung zu stellen, das mittels eines oder mehrerer Menüs Mess- und Sensordaten und/oder Messstellenparameter anzeigt und einem Benutzer die Möglichkeit zur Eingabe oder Auswahl von Parametern und zur Eingabe oder Auswahl von Befehlen an die Auswertungsschaltung zur Verfügung stellt.
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In 2 sind schematisch die beiden Kupplungselemente 7 und 9 mit den darin angeordneten Schaltungskomponenten der Sensorschaltung 6 und der Auswertungsschaltung 8 dargestellt. Die Sensorschaltung 6 umfasst eine analoge Messschaltung SE, die in Zusammenwirkung mit dem Messaufnehmer 5 ein analoges Messsignal als Messspannung oder Messstrom erzeugt. Das Messsignal wird vom Analog/Digital-Wandler A/D1 digitalisiert und an einen ersten Mikroprozessor μC1 ausgegeben, der dazu ausgestaltet ist, das Messsignal zur Übertragung über die Schnittstelle S1 an die Schnittstelle 2 der Auswertungsschaltung 8 vorzubereiten. Der erste Mikroprozessor μC1 umfasst einen internen Speicher. Darüber hinaus kann die Sensorschaltung 6 mindestens einen weiteren Zusatzspeicher (nicht in den Figuren dargestellt) umfassen, auf den der erste Mikroprozessor μC1 zugreifen kann. In diesem Speicher können insbesondere sensorspezifische Parameter, z. B. aktuelle Kalibrierparameter, z. B. die eine Sensorkennlinie charakterisierenden Parameter Nullpunkt und Steilheit, sowie Zählerstände, enthalten sein. Die Auswertungsschaltung 8 weist einen zweiten Mikroprozessor μC2 auf, der unter anderem dazu ausgestaltet ist, aus dem Messsignal einen Messwert der Messgröße zu berechnen.
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Der Mikroprozessor μC2 weist einen internen Flashspeicher F1 und einen internen RAM R auf. Darüber hinaus kann er auf einen ersten Zusatzspeicher SPI zugreifen, der als Massenspeicher ausgestaltet ist. Er kann außerdem auf einen zweiten Zusatzspeicher F2 zugreifen, in dem dauerhaft zu speichernde Konfigurationsdaten oder sonstige sensor- oder messstellenbezogene Daten, die sich während der Betriebsdauer des Sensors 3 ändern können, abgelegt sind. Der Mikroprozessor μC2 ist außerdem mit der Schnittstelle S3 zur übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11 und der Schnittstelle S4, welche der Funkkommunikation mit der zweiten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 15 dient, verbunden.
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Die hier gezeigte Messanordnung erlaubt einen Plug-and-Play-Betrieb:
Im internen Speicher F1 des zweiten Mikroprozessors μC2 ist ein erstes, allgemeines Computerprogramm-Modul abgelegt, das dazu ausgestaltet ist, anhand einer vom Sensor 3 erhaltenen Identifizierung den Sensortyp des Sensors 3 zu ermitteln. Im ersten Zusatzspeicher SPI sind eine Vielzahl von jeweils einem Sensortyp zugeordneten, für diesen Sensortyp spezifischen Programmmodule enthalten, welche der Bestimmung eines Messwerts aus einem Messsignal des entsprechenden Sensortyps und/oder der Bereitstellung von Diagnosefunktionalitäten für Sensoren des zugeordneten Sensortyps oder weiteren Betriebsfunktionen für den entsprechenden Sensortyp dienen. Das erste Computerprogramm-Modul ist dazu ausgestaltet, anhand des ermittelten Sensortyps mindestens ein dem Sensortyp zugeordnetes weiteres Programmmodul aus dem zweiten Zusatzspeicher SPI in den dafür vorgesehenen Speicherbereich des internen Speichers F1 zu laden.
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Bei Inbetriebnahme eines neuen Sensors kann somit anhand der von dem Sensor zur Verfügung gestellten Identifizierung des Sensortyps das zum Betreiben des Sensors erforderliche spezifische Computerprogramm-Modul geladen und mittels der Auswertungsschaltung 8 ausgeführt werden.
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Zur Wartung des Sensors 3 kann dieser von der Auswertungsschaltung 8 durch Trennen der Steckverbindung entfernt und an einem anderen Ort, z. B. in einem Labor, gewartet und/oder kalibriert werden. Ein während dieser Zeit mit der Auswertungsschaltung 8 verbundener Sensor vom gleichen Sensortyp kann mittels der Auswertungsschaltung 8 ohne weitere Parametrierung oder sonstiger Maßnahmen sofort in Betrieb genommen werden. Bei der Kalibrierung im Labor können die aktuell ermittelten Kalibrierdaten, insbesondere Nullpunkt und Steilheit einer (linearen) Sensorkennlinie in einem Speicher des ersten Mikroprozessors μC1 der Sensorschaltung 6 oder einem (nicht in den Figuren dargestellten) Zusatzspeicher, auf den der erste Mikroprozessor μC1 der Sensorschaltung 6 zugreifen kann, abgelegt werden. Bei Anschluss des Sensors 3 an die Auswertungsschaltung mittels der Steckverbindung kann der zweite Mikroprozessor μC2 über die zweite Schnittstelle die aktuellen Kalibrierdaten laden und in dem zweiten Zusatzspeicher F2 ablegen, so dass sie für die Berechnung von Messwerten aus den Messsignalen des Sensors 3 zur Verfügung stehen. Auch weitere Sensordaten, insbesondere diagnoserelevante Daten, können auf diese Weise von der Sensorschaltung 6 der Auswertungsschaltung 8 zur Verfügung gestellt werden.
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Eine Kalibrierung des Sensors 3 kann auch mittels der zweiten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 15 vor Ort durchgeführt werden, ohne dass der Sensor 3 von der Auswertungsschaltung 8 getrennt werden muss.
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Eine Aktualisierung von in einem der Speicher F2, SPI der Auswertungsschaltung 8 abgelegten Computerprogramm-Modulen oder eine Parametrierung und/oder Konfigurierung kann grundsätzlich über die zweite Schnittstelle S2, die dritte Schnittstelle S3 oder die Funkschnittstelle S4 erfolgen. Im ersten Fall kann ein neu an die zweite Schnittstelle anzuschließender Sensor 3 in einem Speicher der Sensorschaltung aktuelle Computerprogramm-Module oder Parameter aufweisen, die nach Verbindung der Steckverbindung von der Sensorschaltung über die erste und zweite Schnittstelle 51, S2 an die Auswertungsschaltung 8 übertragen werden können. Alternativ ist es auch möglich, an die zweite Schnittstelle S2 der Auswertungsschaltung ein Service-Gerät anzuschließen, das über eine zu der zweiten Schnittstelle kompatible Schnittstelle verfügt, die identisch ausgestaltet sein kann wie die erste Schnittstelle S1 des Sensors 3. Das Service-Gerät kann eine Recheneinrichtung und einen Speicher aufweisen, auf den die Recheneinrichtung zugreifen kann, und in dem aktuelle Computerprogramm-Module oder Parameter abgelegt sind. Diese können nach Herstellung der Verbindung zwischen dem Service-Gerät und der Auswertungsschaltung 8 an die Auswertungsschaltung 8 übertragen und in einem Speicher der Auswertungsschaltung 8 installiert werden.
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Die Auswertungsschaltung 8 ist dazu ausgestaltet, bei einer Aktualisierung aller in den Speichern SPI, F1 der Auswertungsschaltung 8 vorhandenen Computerprogramm-Module, was einem Firmware-Update entspricht, oder bei einer Aktualisierung einzelner Computerprogramm-Module den Messbetrieb der Messanordnung 1 zu unterbrechen. Somit steht die gesamte über die dritte Schnittstelle S3 der Auswertungsschaltung zur Verfügung gestellte Energie bzw. Leistung für die Aktualisierung der betreffenden Computerprogramm-Module zur Verfügung.
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Zusätzlich ist die Auswertungsschaltung 8 dazu ausgestaltet, während der Aktualisierung das über den Zweileiter-Stromausgang der Schnittstelle S3 ausgegebene Stromsignal auf einen Fehlerstrom von mehr als 20 mA einzustellen. Damit steht für die Aktualisierung der betreffenden Computerprogramm-Module eine möglichst hohe Leistung zur Verfügung.
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In 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel eine Messanordnung 100 gezeigt, die einen Sensor 3, ein mit dem Sensor 3 lösbar verbundenes Kupplungselement 9 und einen eine Auswertungsschaltung 8 umfassenden Kompakttransmitter 23 aufweist, der mit einer ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11, die hier als Leitsystem ausgestaltet ist, und mittels einer Funkverbindung auch mit einer zweiten, hier als Smartphone ausgestalteten, übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 15 verbunden ist. Merkmale der Messanordnung 100, die identisch ausgestaltet sind wie entsprechende Merkmale der Messanordnung 1 gemäß dem in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, sind mit identischen Bezugszeichen versehen.
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Der Sensor 3 umfasst einen Messaufnehmer 5 sowie eine in dem primärseitigen Kupplungselement 7 enthaltene Sensorschaltung 6, die eine erste Schnittstelle S1 umfasst. Das sekundäre Kupplungselement 9 umfasst eine Schaltung, welche eine zweite, zur ersten Schnittstelle S1 komplementäre Schnittstelle S2 und eine weitere Schnittstelle S6 umfasst. Die Schaltung ist insbesondere dazu ausgestaltet, über die Schnittstelle S2 erhaltene Signale des Sensors 3 zu empfangen, gegebenenfalls aufzubereiten und über die Schnittstelle S6 an den Kompakttransmitter 23 weiterzugeben sowie von dem Kompakttransmitter 23 über die Schnittstelle S6 erhaltene Signale zu empfangen, gegebenenfalls aufzubereiten und über die Schnittstelle S2 an die Sensorschaltung 6 weiterzugeben. Die Schnittstellen S1 und S2 sind, wie im Ausführungsbeispiel der 1 als induktive Schnittstellen ausgestaltet und die Kupplungselement 7 und 9 sind als lösbare Steckverbindung ausgestaltet.
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Die Verbindung zwischen der Schnittstellen S6 des Kupplungselements 9 und der dazu komplementären Schnittstelle S7 des Kompakttransmitters 23 ist im hier gezeigten Beispiel als feste Kabelverbindung ausgestaltet. Der Kompakttransmitter 23 umfasst ein Gehäuse, welches im vorliegenden Beispiel als Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser von mehr als 10 mm und weniger als 20 mm ausgestaltet ist. Das Gehäuse kann beispielsweise als Spritzgussteil aus Kunststoff hergestellt sein. Der Kompakttransmitter 23 verfügt weder über Anzeige- noch über Eingabemittel. In dem Gehäuse des Kompakttransmitters 23 ist die Auswertungsschaltung 8 angeordnet, die insbesondere zur Bestimmung eines Messwerts aus einem von dem Sensor 3 über die Steckverbindung übertragenen Messsignal, sowie gegebenenfalls zur weiteren Verarbeitung des Messsignals und zur Weiterleitung des Messsignals bzw. des weiter verarbeiteten Messsignals an die erste übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 11 und/oder an die zweite übergeordnete Datenverarbeitungseinrichtung 15 dient. Die Auswertungsschaltung 8 entspricht in Aufbau und Funktion der anhand des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1 und 2 beschriebenen Auswertungsschaltung 8. Die Auswertungsschaltung 8 ist über einen Feldbus 13 mit der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11 und über eine Funkverbindung mit der zweiten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 15 verbunden.
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Ein Vorteil dieser Ausgestaltung gegenüber dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass dadurch, dass die Auswertungsschaltung 8 statt in dem sekundären Kupplungselement 9 im Kompakttransmitter 23 untergebracht ist. Dies erlaubt es, das Gehäuse des Kupplungselements 9 verhältnismäßig klein auszugestalten, so dass der Sensor 3 mit der aus dem primären und sekundären Kupplungselement 7, 9 bestehenden Steckverbinderkupplung in den meisten herkömmlichen Armaturen untergebracht werden kann. Trotzdem bleibt der Gesamtaufbau durch die geringen Gehäuseabmessungen des Kompakttransmitters 23 insgesamt kompakt.
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In 4 sind schematisch das primäre Kupplungselement 7, das sekundäre Kupplungselement 9 und der Kabeltransmitter 23 im Detail schematisch dargestellt. Das primäre Kupplungselement 7 ist fest mit dem Messaufnehmer 5 verbunden und umfasst die Sensorschaltung 6, die in Aufbau und Funktion identisch wie die Sensorschaltung 6 des ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 ausgestaltet ist. Das sekundäre Kupplungselement 6 umfasst einen Mikroprozessor μC3, der mit der sensorseitigen Schnittstelle S2 und der kabeltransmitterseitigen Schnittstelle S6 verbunden ist. Der Kabeltransmitter 23 umfasst die Auswertungsschaltung 8, die, wie bereits erwähnt, im Wesentlichen identisch ausgestaltet ist wie die Auswertungsschaltung 8 des ersten Ausführungsbeispiels. Die Auswertungsschaltung 8 umfasst hier jedoch eine sensorseitige Schnittstelle S7, die mit der Schnittstelle S6 des sekundären Kupplungselements 9 zur Übertragung von Energie und Daten verbunden ist. Die Auswertungsschaltung 8 umfasst außerdem eine Funkschnittstelle S4 über die die Auswertungsschaltung 8 mit der als Smartphone ausgestalteten zweiten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 15 kommunizieren kann. Daneben umfasst die Auswertungsschaltung 8 eine als Feldbusschnittstelle ausgestaltete, Schnittstelle S3 zu der ersten übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung 11. Im vorliegenden Beispiel ist die Schnittstelle S3 dazu ausgestaltet eine Kommunikation der Auswertungsschaltung mit der übergeordneten Einheit über ein 4 ... 20 mA/HART-Signal zu ermöglichen und umfasst einen Zweileiter-Stromausgang. Über die Schnittstelle S3 werden der Sensor 3, das Kupplungselement 9 und der Kompakttransmitter 23 mit Energie versorgt.
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Der Messbetrieb, sowie die Aktualisierung von in den Speichern F1, F2, SPI der Auswertungsschaltung 8 gespeicherten Computerprogramm-Modulen und Parametern oder sonstigen Daten erfolgt in gleicher Weise wie anhand des in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Auch im vorliegenden Beispiel ist ein Plug-and-Play-Betrieb möglich, indem ein Sensor 3 an das sekundäre Kupplungselement angeschlossen wird und über die Schnittstelle 1, das sekundäre Kupplungselement 9 und die sensorseitige Schnittstelle S7 der Auswertungsschaltung 8 eine Identifikation übermittelt wird. Anhand der Identifikation wird ein dem Sensortyp des Sensors 3 zugeordnetes, sensorspezifisches Computerprogramm-Modul aus dem Zusatzspeicher SPI in den internen Speicher F1 des Mikroprozessors μC2 geladen und von diesem ausgeführt, um den Sensor 3 zu betreiben. Auch die Verwaltung der über die Feldbusschnittstelle S3 zur Verfügung stehenden Energie während der Aktualisierung von Computerprogramm-Modulen kann in gleicher Weise erfolgen, wie anhand des in 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2005/031339 [0006]
- WO 2005/031339 A1 [0006]
- DE 102011107717 A1 [0008, 0008, 0010]
- EP 2233994 A2 [0010, 0010]
