DE102016113763A1 - Sensoranordnung zum Einsatz in der Prozessautomatisierung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Sensoranorsdnung (10) zum Einsatz in der Prozessautomatisierung, mit – einem Sensor (1), umfassend einen ersten Kupplungskörper (2), mit • zumindest einem Sensorelement (4) zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung, und • einer ersten Schnittstelle (3) zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Signals, – einem Anschlusselement (11) zur Übertragung des Signals an eine übergeordnete Einheit (6), umfassend • einen zum ersten Kupplungskörper (2) komplementären, zweiten Kupplungskörper (12), mit einer, zur ersten Schnittstelle (3) komplementären zweiten Schnittstelle (13), wobei die erste und zweite Schnittstelle (3, 13) zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor (1) und übergeordneter Einheit (6) ausgestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) mindestens eine Lichtquelle (15) zum Umwandeln des von der Messgröße abhängigen Signals in Licht einer der Messgröße entsprechenden Farbe aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zum Einsatz in der Prozessautomatisierung umfassend einen Sensor und ein Anschlusselement.
- Sensoren der Prozessautomatisierung werden mittels einer mechanischen Kupplung, häufig mittels eines Bajonettverschlusses, an ein Anschlusselement angeschlossen. Das Anschlusselement umfasst einen Kabelansatz und ein Kabel. Das Kabel wiederum ist mit einer übergeordnete Einheit, etwa einem Messumformer oder einer Leitstelle verbunden. Am Sensor und Anschlusselement befindet sich jeweils eine Schnittstelle, etwa induktiv oder optisch ausgestaltet, über die der Sensor mit Energie versorgt wird und eine Kommunikation vom Sensor zum Anschlusselement bzw. zur übergeordneten Einheit gewährleistet wird.
- Für die Überwachung, Steuerung und/oder Regelung vieler chemischer Reaktionen spielt der pH-Wert eine große Rolle. Dafür ist es notwendig einen exakten pH-Wert einzustellen. Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen pH-Glassensoren, welche für verschiedenste Anwendungen zur Verfügung stehen. Eine Bestimmung des jeweiligen pH-Wertes einer Lösung mit einem Sensor ist in der Regel nur über das Ablesen eines Zahlenwertes an einem Messumformer möglich.
- Unter anderem können diese pH-Glassensoren auch im Laborbereich eingesetzt werden. Es werden Messumformer verwendet, bei denen bis zu 8 pH-Sensoren angeschlossen werden können. Damit sich der Anwender auch nur einen ungefähren Eindruck vom Messwert machen kann, muss dieser den Messwert ablesen. Häufig müssen noch entsprechende Einstellungen in der Menüführung vorgenommen werden.
- Nachteilig an solchen pH-Sensoren ist, dass eine schnelle Ermittlung des pH-Wertes für den Anwender nicht möglich ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pH-Sensor bereitzustellen, der eine schnellere Ermittlung des pH-Wertes für den Anwender erlaubt.
- Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist eine Sensoranordnung zum Einsatz in der Prozessautomatisierung, mit
- – einem Sensor, umfassend einen ersten Kupplungskörper, mit • zumindest einem Sensorelement zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung, und • einer ersten Schnittstelle zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Signals,
- – einem Anschlusselement zur Übertragung des Signals an eine übergeordnete Einheit, umfassend • einen zum ersten Kupplungskörper komplementären zweiten Kupplungskörper, mit einer zur ersten Schnittstelle komplementären zweiten Schnittstelle, wobei die erste und zweite Schnittstelle zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor und übergeordneter Einheit ausgestaltet sind,
- Ein pH-Sensor, der optisch über Farbänderung das breite Spektrum der pH-Werte von 0 bis 14, anlog dem Messbereich des Unitestpapiers, visualisiert, bringt dabei viele Vorteile. Beim exakten Einstellen des pH-Werts einer Lösung nähert man sich durch Zugabe von sauren bzw. alkalischen Medien dem Sollwert an. Lässt sich jetzt diese Annäherung über einen optischen Farbverlauf am Sensor beobachten, ist ein sehr komfortables Zu-Dosieren der jeweiligen Chemikalie möglich. Der ständig abgleichende Kontrollblick zur Messgerätanzeige entfällt. Nähert man sich jedoch dem gewünschten pH-Wert ist es sofort möglich, die genaue Einstellung über den angezeigten Messwert des pH-Sensors am Messumformer vorzunehmen.
- Ferner ändert sich im Verlauf von vielen chemischen Reaktionen der pH-Wert. Mit einem pH-Sensor, der über ein Lichtsignal den pH-Wert visualisiert darstellt, lässt sich auch aus einer gewissen Distanz der Fortschritt der Reaktion beobachten. Das bedeutet, dass das ständige Kontrollieren über das Messgerät entfällt. Aber auch hier lässt sich im Bedarfsfall, d.h. sobald man in die Nähe des gewünschten Reaktionsendes kommt, der genaue Messwert über den kalibrierten Sensor ermitteln.
- Das Anzeigen eines breiten pH-Spektrums durch eine optische Realisierung kombiniert mit präziser Messtechnik bewirkt eine enorme Erleichterung in der Laborarbeit.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die optische Realisierung der Lichtquelle mindestens eine rote, mindestens eine grüne und mindestens eine blaue Leuchtdiode.
- Gemäß einer vorteilhaften Variante ist die mindestens eine Lichtquelle an dem zweiten Kupplungskörper oder an dem Sensorelement angeordnet.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Sensorelement Glas, wobei die mindestens eine Lichtquelle dermaßen in dem zweiten Kupplungskörper angeordnet sind, dass das emittierte Licht in das Glas des Sensorelements geleitet und von dem Glas emittiert wird.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die mindestens eine Lichtquelle einen Diffusor auf, welcher dermaßen angeordnet ist, dass das emittierte Licht diffus ausgestrahlt wird.
- Gemäß einer günstigen Ausgestaltung weist der Sensor einen Mikrocontroller zum Ansteuern der lichtemittierenden Mittel auf.
- Gemäß einer günstigen Variante sind Messwerte, die zu Farbumschlägen von pH-Indikatoren korrespondieren im Mikrocontroller hinterlegt.
- Gemäß einer günstigen Ausführungsform sind die korrespondierenden Farbumschläge von einem Anwender wählbar.
- Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist die Messgröße der pH-Wert, wobei die Farbe, die der Messgröße entspricht, die Farbe eines pH-Indikators bei dem ermittelten pH-Wert ist.
- Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 : eine schematische Skizze einer Sensoranordnung, -
2 : eine elektronische Schaltung zur Darstellung der vom pH-Wert abhängigen Farbe, und -
3 : eine Zeichnung eines Sensors entsprechend1 . -
1 zeigt eine schematische Skizze einer Sensoranordnung10 . Die Sensoranordnung10 umfasst einen Sensor1 und einen Anschlusselement11 . Über eine Schnittstelle3 kommuniziert ein Sensor1 mit einer übergeordneten Einheit6 . In diesem Ausführungsbeispiel ist die übergeordnete Einheit6 als Transmitter ausgestaltet. Der Transmitter wiederum ist mit einem Leitsystem (nicht dargestellt) verbunden. In dieser Ausgestaltung kommuniziert der Sensor1 direkt mit einem Leitsystem. Am Transmitter ist sensorseitig ein Kabel8 angeschlossen, dessen anderes Ende eine zur ersten Schnittstelle3 komplementäre zweite Schnittstelle13 umfasst. - Das Anschlusselement
11 umfasst das Kabel8 samt Schnittstelle13 . Die Schnittstellen3 ,13 sind als galvanisch getrennte, insbesondere als induktive Schnittstellen ausgestaltet, die mittels einer mechanischen Steckverbindung miteinander koppelbar sind. Die mechanische Steckverbindung ist hermetisch dicht, so dass von außen keine Flüssigkeit, etwa das zu messende Medium, Luft oder Staub eindringen kann. - Über die Schnittstellen
3 ,13 werden Daten (bidirektional) und Energie (unidirektional, d.h. von Transmitter zu Sensor1 ) gesendet. Die Sensoranordnung10 wird überwiegend in der Prozessautomatisierung angewendet. - Der Sensor
1 weist ein Sensorelement4 zum Erfassen einer Messgröße auf. Das Sensorelement4 erzeugt in Abhängigkeit der zu messenden Messgröße erste elektrische Signale, welche über die erste und zweite Schnittstelle3 ,13 an die Datenverarbeitungseinheit14 gesendet werden. Die Datenverarbeitungseinheit14 ermittelt aus den ersten elektrischen Signalen eine Messgröße (z. B. den pH-Wert) und sendet von der Messgröße abhängige zweite elektrische Signale an die übergeordnete Einheit6 , damit die übergeordnete Einheit6 die Messgröße anzeigen kann. Andererseits sendet die Datenverarbeitungseinheit14 ein der ermittelten Messgröße entsprechendes drittes elektrisches Signal über die erste und zweite Schnittstelle3 ,13 an den Sensor1 zurück. - Der Sensor
1 weist eine Lichtquelle15 zum Umwandeln des dritten elektrischen Signals in Licht einer der Messgröße entsprechenden Farbe, auf. Die Lichtquelle15 umfasst RGB-LEDs (rote, grüne, blaue Leuchtdioden), die in einem LED-Gehäuse miteinander so kombiniert werden, dass sich ihr Licht gut mischt und damit bei entsprechender Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden von außen als weiß erscheint. Zur besseren Lichtmischung sind meist zusätzliche optische Komponenten wie ein Diffusor vorgesehen. Bei dieser Kombination von Leuchtdioden ist durch eine entsprechende Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden auch andersfarbiges Licht herstellbar, auch fließende Farbübergänge sind möglich. -
2 zeigt eine elektronische Schaltung9 zur Darstellung des von der Messgröße abhängigen Signals in einer vom pH-Wert abhängigen Farbe. Die Schaltung umfasst einen Mikrocontroller5 zum Ansteuern der Lichtquelle15 , die als eine rote, eine grüne und eine blaue Leuchtdiode ausgestaltet sind. Der Mikrocontroller5 empfängt das dritte elektrische Signal und wandelt durch Ansteuerung der Lichtquelle15 , diese in eine von der Messgröße abhängige Farbe, die mittels der Lichtquelle15 angezeigt wird. - Die elektronische Schaltung
9 kann in dem Sensor oder in dem Kupplungskörper des Sensors angeordnet sein (siehe1 ). Bevorzugt ist jedoch die elektronische Schaltung9 dermaßen in dem Kupplungskörper des Sensors angeordnet, dass das emittierte Licht durch den glasförmigen Körper des Sensorelements ausgestrahlt wird. - Im Mikrocontroller
5 sind die Farbumschläge unterschiedlicher pH-Indikatoren hinterlegt, welche über einen Indexeintrag ausgewählt werden können. Je nach Anwendung kann der Anwender einen pH-Indikator mit seinen hinterlegten Farbumschlägen auswählen. - Die Anwendungen im nicht industriellen Bereich sind folgende. Das erste Beispiel bezieht sich auf einen Swimmingpool. Der optimale Bereich für den pH-Wert in einem Pool liegt zwischen pH 7,0 und 7,4. Durch die Zugabe von Chlor zur Desinfektion verschiebt sich dieser in den alkalischen Bereich. Da der exakte Wert dabei weniger von Interesse ist, wird die Messung häufig mit Teststreifen durchgeführt, welche je nach pH-Wert eine bestimmte Färbung annehmen.
- Ferner können durch das oben beschriebene Verfahren vorhandene pH-Sensoren so modifiziert werden, dass diese dem Anwender die farbliche Interpretation der Messgröße in gewohnter Form liefern ohne dass ein Messumformer verwendet werden muss.
- Eine weitere Anwendung ist die farbliche Überwachung der Messgröße in Aquarien. Des Weiteren können durch die Kombination der hermetisch dichten pH-Messung mit einer farblichen Visualisierung der Messgröße neue Anwendungen erschlossen werden.
-
3 zeigt eine Zeichnung eines Sensors1 entsprechend1 . Der Sensor1 weist einen ersten Kupplungskörper2 mit einer ersten Schnittstelle3 auf. Auf einer der ersten Schnittstelle3 gegenüberliegende Seite des ersten Kupplungskörpers3 ist ein Sensorelement4 zum Erfassen einer Messgröße angeordnet. Eine Lichtquelle15 zum Erzeugen von Licht in einer der Messgröße entsprechenden Farbe, befindet sich ebenfalls auf der das Sensorelement4 aufweisenden Seite des Kupplungskörpers2 . - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sensor
- 2
- Erster Kupplungskörper
- 3
- Erste Schnittstelle
- 4
- Sensorelement
- 5
- Mikrocontroller
- 6
- Einheit
- 7
- Kabelansatz
- 8
- Kabel
- 9
- Schaltung
- 10
- Sensoranordnung
- 11
- Anschlusselement
- 12
- Zweiter Kupplungskörper
- 13
- Zweite Schnittstelle
- 14
- Datenverarbeitungseinheit
- 15
- Lichtquelle
der Sensor mindestens eine Lichtquelle zum Umwandeln des von der Messgröße abhängigen Signals in Licht einer der Messgröße entsprechenden Farbe aufweist.
Claims (9)
- Sensoranordnung (
10 ) zum Einsatz in der Prozessautomatisierung, mit – einem Sensor (1 ), umfassend einen ersten Kupplungskörper (2 ), mit • zumindest einem Sensorelement (4 ) zum Erfassen einer Messgröße der Prozessautomatisierung, und • einer ersten Schnittstelle (3 ) zur Übertragung eines von der Messgröße abhängigen Signals, – einem Anschlusselement (11 ) zur Übertragung des Signals an eine übergeordnete Einheit (6 ), umfassend • einen zum ersten Kupplungskörper (2 ) komplementären zweiten Kupplungskörper (12 ), mit einer zur ersten Schnittstelle (3 ) komplementären zweiten Schnittstelle (13 ), wobei die erste und zweite Schnittstelle (3 ,13 ) zur bidirektionalen Kommunikation zwischen Sensor (1 ) und übergeordneter Einheit (6 ) ausgestaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1 ) mindestens eine Lichtquelle (15 ) zum Umwandeln des von der Messgröße abhängigen Signals in Licht einer der Messgröße entsprechenden Farbe aufweist. - Sensoranordnung nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Lichtquelle (
15 ) mindestens eine rote, mindestens eine grüne und mindestens eine blaue Leuchtdiode umfasst. - Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Lichtquelle (
15 ) an dem zweiten Kupplungskörper (2 ) oder an dem Sensorelement (4 ) angeordnet ist. - Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sensorelement (
4 ) Glas umfasst und wobei die mindestens eine Lichtquelle (15 ) dermaßen in dem zweiten Kupplungskörper (2 ) angeordnet ist, dass das emittierte Licht in das Glas des Sensorelements (4 ) geleitet und von dem Glas emittiert wird. - Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Lichtquelle (
15 ) einen Diffusor aufweist, welcher dermaßen angeordnet ist, dass das emittierte Licht diffus ausgestrahlt wird. - Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (
1 ) einen Mikrocontroller (5 ) zum Ansteuern der mindestens einen Lichtquelle (15 ) aufweist. - Sensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Messwerte, die zu Farbumschlägen von pH-Indikatoren korrespondieren im Mikrocontroller (
5 ) hinterlegt sind. - Sensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die korrespondierenden Farbumschläge von einem Anwender wählbar sind.
- Sensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messgröße der pH-Wert ist und wobei die Farbe, die der Messgröße entspricht, die Farbe eines pH-Indikators bei dem ermittelten pH-Wert ist.
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