DE102015121412A1 - Measuring system of process automation technology - Google Patents

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André Pfeifer
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    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404—Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Messsystem der Prozessautomatisierungstechnik zur Messung mehrerer Prozessgrößen eines Mediums in einer Leitung, umfassend einen Sensorkörper (1) zum Anbringen an einer Leitung, so dass der Sensorkörper (1) zumindest teilweise in ein in der Leitung geführtes Medium hineinragt, wobei der Sensorkörper (1) einen ersten Sensor zum Ermitteln mindestens einer Prozessgröße des Mediums in der Leitung aufweist, wobei der Sensorkörper (1) einen zweiten Sensor aufweist, der eine Deformation des Sensorkörpers (1) in elektrische Signale umwandelt, so dass mindestens eine Prozessgröße des Mediums aus den elektrischen Signalen mittels einer Auswerteeinheit ermittelbar ist.The invention relates to a measuring system of the process automation technology for measuring a plurality of process variables of a medium in a conduit, comprising a sensor body (1) for attachment to a conduit, so that the sensor body (1) at least partially protrudes into a guided in the conduit medium, wherein the sensor body (1) has a first sensor for determining at least one process variable of the medium in the line, wherein the sensor body (1) comprises a second sensor, which converts a deformation of the sensor body (1) into electrical signals, so that at least one process variable of the medium the electrical signals can be determined by means of an evaluation unit.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem der Prozessautomatisierungstechnik zur Messung mehrerer Messgrößen eines Mediums in einer Leitung.The invention relates to a measuring system of process automation technology for measuring a plurality of measured quantities of a medium in a line.

Ein Sensor ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften (physikalisch z. B. Wärmemenge, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schallfeldgrößen, Helligkeit, Beschleunigung oder chemisch z. B. pH-Wert, Ionenstärke, elektrochemisches Potential) als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgeformt.A sensor is a technical component that quantitatively measures certain physical or chemical properties (physical eg amount of heat, temperature, humidity, pressure, sound field parameters, brightness, acceleration or chemical eg pH value, ionic strength, electrochemical potential) can capture. These quantities are detected by means of physical or chemical effects and converted into a further processable electrical signal.

Für jede dieser Eigenschaften gibt es einen separaten Sensor, der in einen Messaufbau eingebaut werden muss. Sollen mehrere Eigenschaften eines Mediums als Messgrößen gleichzeitig gemessen werden, so muss ein Sensor für jede Messgröße des Mediums in den Messaufbau eingebaut werden. Dies ist mit hohen Einbau- und Wartungskosten verbunden.For each of these properties there is a separate sensor that must be installed in a test setup. If several properties of a medium are to be measured simultaneously as measured variables, a sensor must be installed in the test setup for each measured variable of the medium. This is associated with high installation and maintenance costs.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Sensor anzugeben, der in der Lage ist gleichzeitig mehrere Messgrößen eines Mediums zu bestimmen und kostengünstig herstellbar ist.The object of the invention is to specify a sensor which is capable of simultaneously determining a plurality of measured variables of a medium and can be produced cost-effectively.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ein Messsystem der Prozessautomatisierungstechnik zur Messung mehrerer Messgrößen eines Mediums in einer Leitung, umfassend einen Sensorkörper zum Anbringen an einer Leitung, so dass der Sensorkörper zumindest teilweise in ein in der Leitung geführtes Medium hineinragt, wobei der Sensorkörper einen ersten Sensor zum Ermitteln mindestens einer Prozessgröße des Mediums in der Leitung aufweist, wobei der Sensorkörper einen zweiten Sensor aufweist, der eine Deformation des Sensorkörpers in elektrische Signale umwandelt, so dass mindestens eine Messgröße des Mediums aus den elektrischen Signalen mittels einer Auswerteeinheit ermittelbar ist.The object is achieved by the subject matter of the invention. The invention relates to a measuring system of the process automation technology for measuring a plurality of measured quantities of a medium in a line, comprising a sensor body for attachment to a line, so that the sensor body protrudes at least partially into a guided in the conduit medium, wherein the sensor body comprises a first sensor for determining at least one process variable of the medium in the line, wherein the sensor body comprises a second sensor which converts a deformation of the sensor body into electrical signals, so that at least one measured variable of the medium from the electrical signals can be determined by means of an evaluation unit.

Da der Sensorkörper kompakt ist und gleichzeitig in der Lage ist mehrere Messgrößen zu messen und einfach an eine Leitung anbringbar ist, ist der Sensorkörper kostengünstig herzustellen.Since the sensor body is compact and at the same time is able to measure a plurality of measured variables and can be easily attached to a line, the sensor body can be produced inexpensively.

Gemäß einer vorteilhaften Variante weist der Sensorkörper einen Prozessanschluss auf, der an einem Seitenflansch der Leitung anschließbar ist.According to an advantageous variant, the sensor body has a process connection which can be connected to a side flange of the line.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der erste Sensor als ein Leitfähigkeitssensor, insbesondere als konduktiver Leitfähigkeitssensor oder als ein pH- oder ein Sauerstoff- Sensor, insbesondere als amperometrischer Sauerstoff-Sensor ausgestaltet.According to an advantageous embodiment, the first sensor is designed as a conductivity sensor, in particular as a conductive conductivity sensor or as a pH or an oxygen sensor, in particular as an amperometric oxygen sensor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Sensor als ein Durchflusssensor ausgestaltet, der einen Durchfluss, insbesondere eine Durchflussgeschwindigkeit des Mediums anzeigt oder als ein pH- oder ein Sauerstoff- Sensor, insbesondere als amperometrischer Sauerstoff-Sensor ausgestaltet. Es gibt ein Synergieeffekt zwischen Leitfähigkeitssensoren und amperometrische Sauerstoff-Sensoren, da amperometrische Sauerstoff-Sensoren eine Mindestströmung benötigen, um stabile Messwerte zu generieren.According to an advantageous embodiment, the second sensor is designed as a flow sensor which displays a flow, in particular a flow rate of the medium or as a pH or an oxygen sensor, in particular designed as an amperometric oxygen sensor. There is a synergistic effect between conductivity sensors and amperometric oxygen sensors because amperometric oxygen sensors require a minimum flow to generate stable readings.

Gemäß einer günstigen Weiterbildung umfasst der zweite Sensor mindestens einen Dehnungsmesstreifen, der eine Deformation des Sensorkörpers in elektrische Signale umwandelt.According to a favorable development, the second sensor comprises at least one strain gauge, which converts a deformation of the sensor body into electrical signals.

Gemäß einer günstigen Variante ist die Auswerteeinheit als eine Brückenschaltung, insbesondere eine Vollbrückenschaltung zur Auswertung der elektrischen Signale des zweiten Sensors ausgestaltet.According to a favorable variant, the evaluation unit is designed as a bridge circuit, in particular a full-bridge circuit for evaluating the electrical signals of the second sensor.

Gemäß einer günstigen Ausführungsform umfasst der zweite Sensor einen Lichtsender und einen Lichtempfänger, wobei der Lichtsender und der Lichtempfänger dermaßen angeordnet sind, dass eine durch den Durchfluss des Mediums hervorgerufene Deformation des Sensorkörpers eine Änderung der Strahlrichtung des Lichtsenders zur Folge hat.According to a favorable embodiment, the second sensor comprises a light emitter and a light receiver, wherein the light emitter and the light receiver are arranged such that a deformation of the sensor body caused by the flow of the medium results in a change of the beam direction of the light emitter.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist ein Reflektor vorgesehen, der das Licht des Lichtsenders in Richtung des Lichtempfängers reflektiert.According to a favorable embodiment, a reflector is provided which reflects the light of the light emitter in the direction of the light receiver.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Sensorkörper Kunststoff auf. Kunststoffgehäuse sind flexibel. Daher ist eine Deformation besser messbar.According to an advantageous embodiment, the sensor body on plastic. Plastic housings are flexible. Therefore, a deformation is better measurable.

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

1a: einen Längsschnitt eines Messsystems mit Dehnungsmessstreifen, die an einer Innenwandung des Sensorkörpers angeordnet sind, 1a FIG. 2: a longitudinal section of a measuring system with strain gauges arranged on an inner wall of the sensor body, FIG.

1b: einen Längsschnitt eines Messsystems entsprechend 1a, das in ein strömendes Medium hineinragt, 1b : a longitudinal section of a measuring system accordingly 1a which protrudes into a flowing medium,

2a: zeigt einen Längsschnitt eines Messsystems entsprechend 1a mit einem optischen System zur Bestimmung des Durchflusses, und 2a : shows a longitudinal section of a measuring system accordingly 1a with an optical system for determining the flow, and

2b: einen Längsschnitt eines Messsystems entsprechend 2a, das in ein strömendes Medium hineinragt. 2 B : a longitudinal section of a measuring system accordingly 2a which protrudes into a flowing medium.

1a zeigt einen Längsschnitt eines Messsystems 7 der Prozessautomatisierungstechnik zur Messung mehrerer Prozessgrößen eines Mediums (nicht dargestellt) in einer Leitung (nicht dargestellt). Das Messsystem 7 umfasst einen Sensorkörper 1 der einen ersten Sensor aufweist, der als ein konduktiver Leitfähigkeitssensor ausgestaltet ist (nicht dargestellt). 1a shows a longitudinal section of a measuring system 7 the process automation technology for measuring a plurality of process variables of a medium (not shown) in a line (not shown). The measuring system 7 includes a sensor body 1 comprising a first sensor configured as a conductive conductivity sensor (not shown).

Der Sensorkörper 1 weist einen zweiten Sensor auf, der zwei Dehnungsmessstreifen 2 umfasst. Die Dehnungsmessstreifen 2 sind an einer Innenwandung des Sensorkörpers 1 angeordnet und an einer Auswerteeinheit (nicht dargestellt) angeschlossen, die als eine Vollbrückenschaltung ausgestaltet ist und zur Auswertung der elektrischen Signale der Dehnungsmessstreifen 2 dient. Ferner weist der Sensorkörper 1 einen Prozessanschluss 8 auf, der an einem Seitenflansch der Leitung anschließbar ist.The sensor body 1 has a second sensor, the two strain gauges 2 includes. The strain gauges 2 are on an inner wall of the sensor body 1 arranged and connected to an evaluation unit (not shown), which is designed as a full bridge circuit and for the evaluation of the electrical signals of the strain gauges 2 serves. Furthermore, the sensor body 1 a process connection 8th on, which is connectable to a side flange of the line.

1b zeigt einen Längsschnitt eines Messsystems 7 entsprechend 1a, wobei der Sensorkörper 1 mittels des Prozessanschlusses 8 an einem Seitenflansch (nicht dargestellt) der Leitung angeschlossen ist, so dass der Sensorkörper 1 einem strömenden Medium ausgesetzt ist. Das strömende Medium bewirkt einen Staudruck 3 auf einer Oberfläche des Sensorkörpers 1, so dass der Sensorkörpers 1 deformiert wird. 1b shows a longitudinal section of a measuring system 7 corresponding 1a , wherein the sensor body 1 by means of the process connection 8th on a side flange (not shown) of the line is connected, so that the sensor body 1 exposed to a flowing medium. The flowing medium causes a back pressure 3 on a surface of the sensor body 1 so that the sensor body 1 is deformed.

Die Dehnungsmessstreifen 2 wandeln die Deformation des Sensorkörpers 1 in elektrische Signale um, so dass aus den elektrischen Signalen mittels einer Auswerteeinheit die Strömung bzw. die Strömungsgeschwindigkeit ermittelbar ist.The strain gauges 2 change the deformation of the sensor body 1 into electrical signals, so that from the electrical signals by means of an evaluation unit, the flow or the flow velocity can be determined.

2a zeigt einen Längsschnitt eines Messsystems 7 entsprechend 1a mit einem optischen System zur Bestimmung des Durchflusses des Mediums. Das optische System umfasst einen Lichtsender 4, einen Lichtempfänger 5 und einen Reflektor 6. Der Lichtsender 4 sendet Licht aus, das von dem Reflektor 6 in Richtung des Lichtempfängers 5 reflektiert wird. 2a shows a longitudinal section of a measuring system 7 corresponding 1a with an optical system for determining the flow of the medium. The optical system includes a light emitter 4 , a light receiver 5 and a reflector 6 , The light transmitter 4 emits light coming from the reflector 6 in the direction of the light receiver 5 is reflected.

2b zeigt einen Längsschnitt eines Messsystems 7 entsprechend 2a, welches in einem strömenden Medium gehalten ist. Aufgrund des Durchflusses des Mediums entsteht ein Staudruck 3 an der Oberfläche des Sensorkörpers 1, welches eine Deformation des Sensorkörpers 1 zur Folge hat. Der Lichtsender 4, der Lichtempfänger 5 und der Reflektor 6 sind dermaßen angeordnet, dass eine Deformation des Sensorkörpers 1, eine Änderung der Strahlrichtung des Lichtsenders 4 zur Folge hat. Die Änderung der Strahlrichtung ist ein Maß für die Durchflussgeschwindigkeit und wird von einer Auswerteeinheit entsprechend registriert und ausgewertet. 2 B shows a longitudinal section of a measuring system 7 corresponding 2a , which is held in a flowing medium. Due to the flow of the medium creates a back pressure 3 on the surface of the sensor body 1 , which is a deformation of the sensor body 1 entails. The light transmitter 4 , the light receiver 5 and the reflector 6 are arranged so that a deformation of the sensor body 1 , a change in the beam direction of the light emitter 4 entails. The change in the jet direction is a measure of the flow rate and is registered and evaluated accordingly by an evaluation unit.

Die Auswerteeinheit ist dasselbe Gerät, das auch die Messwerte des Leitfähigkeitssensors auswertet. Dadurch wird das Messsystem noch kompakter und die Auswerteeinheit kann die Messwerte des ersten und zweiten Sensors zueinander in Beziehung setzen, z.B. für Diagnosezwecke oder zur genaueren Messwertbestimmung.The evaluation unit is the same device that also evaluates the measured values of the conductivity sensor. As a result, the measuring system becomes even more compact and the evaluation unit can relate the measured values of the first and second sensors to one another, e.g. for diagnostic purposes or for more accurate measured value determination.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Sensorkörper sensor body
22
Dehnungsmesstreifen Strain gauges
33
Staudruck backpressure
44
Lichtsender light source
55
Lichtempfänger light receiver
66
Reflektor reflector
77
Messsystem measuring system
88th
Prozessanschluss process connection

Claims (9)

Messsystem der Prozessautomatisierungstechnik zur Messung mehrerer Prozessgrößen eines Mediums in einer Leitung, umfassend einen Sensorkörper (1) zum Anbringen an einer Leitung, so dass der Sensorkörper (1) zumindest teilweise in ein in der Leitung geführtes Medium hineinragt, wobei der Sensorkörper (1) einen ersten Sensor zum Ermitteln mindestens einer Prozessgröße des Mediums in der Leitung aufweist, wobei der Sensorkörper (1) einen zweiten Sensor aufweist, der eine Deformation des Sensorkörpers (1) in elektrische Signale umwandelt, so dass mindestens eine Prozessgröße des Mediums aus den elektrischen Signalen mittels einer Auswerteeinheit ermittelbar ist.Measuring system of process automation technology for measuring a plurality of process variables of a medium in a line, comprising a sensor body ( 1 ) for attachment to a conduit so that the sensor body ( 1 ) projects at least partially into a medium conducted in the conduit, wherein the sensor body ( 1 ) has a first sensor for determining at least one process variable of the medium in the conduit, wherein the sensor body ( 1 ) has a second sensor which detects a deformation of the sensor body ( 1 ) is converted into electrical signals, so that at least one process variable of the medium from the electrical signals can be determined by means of an evaluation unit. Messsystem nach Anspruch 1, wobei der Sensorkörper (1) einen Prozessanschluss (8) aufweist, der an einer Seitenflansch der Leitung anschließbar ist.Measuring system according to claim 1, wherein the sensor body ( 1 ) a process connection ( 8th ), which is connectable to a side flange of the line. Messsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Sensor als ein Leitfähigkeitssensor, insbesondere ein konduktiver Leitfähigkeitssensor oder als ein pH- oder ein Sauerstoff- Sensor, insbesondere als amperometrischer Sauerstoff-Sensor ausgestaltet ist.Measuring system according to claim 1 or 2, wherein the first sensor is configured as a conductivity sensor, in particular a conductive conductivity sensor or as a pH or an oxygen sensor, in particular as an amperometric oxygen sensor. Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Sensor als ein Durchflusssensor ausgestaltet ist, der einen Durchfluss, insbesondere eine Durchflussgeschwindigkeit des Mediums anzeigt.Measuring system according to at least one of the preceding claims, wherein the second sensor is designed as a flow sensor, which indicates a flow, in particular a flow rate of the medium. Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Sensor mindestens ein Dehnungsmesstreifen (2) umfasst, der eine Deformation des Sensorkörpers (1) in elektrische Signale umwandelt.Measuring system according to at least one of the preceding claims, wherein the second sensor at least one strain gauge ( 2 ), which is a deformation of the sensor body ( 1 ) is converted into electrical signals. Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit als eine Brückenschaltung, insbesondere eine Vollbrückenschaltung zur Auswertung der elektrischen Signale des zweiten Sensors ausgestaltet ist.Measuring system according to at least one of the preceding claims, wherein the evaluation unit is designed as a bridge circuit, in particular a full-bridge circuit for evaluating the electrical signals of the second sensor. Messsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Sensor einen Lichtsender (4) und einen Lichtempfänger (5) umfasst, und wobei der Lichtsender (4) und der Lichtempfänger (5) dermaßen angeordnet sind, dass eine durch den Durchfluss des Mediums hervorgerufene Deformation des Sensorkörpers (1) eine Änderung der Strahlrichtung des Lichtsenders (4) zur Folge hat.Measuring system according to at least one of claims 1 to 4, wherein the second sensor comprises a light transmitter ( 4 ) and a light receiver ( 5 ), and wherein the light emitter ( 4 ) and the light receiver ( 5 ) are arranged so that a caused by the flow of the medium deformation of the sensor body ( 1 ) a change in the beam direction of the light emitter ( 4 ). Messsystem nach Anspruch 7, wobei ein Reflektor (6) vorgesehen ist, der das Licht des Lichtsenders (4) in Richtung des Lichtempfängers (5) reflektiert.Measuring system according to claim 7, wherein a reflector ( 6 ) is provided, the light of the light emitter ( 4 ) in the direction of the light receiver ( 5 ) reflected. Messsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensorkörper (1) Kunststoff aufweist.Measuring system according to at least one of the preceding claims, wherein the sensor body ( 1 ) Plastic.
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