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Die Erfindung betrifft ein Sensorkopfmodul für einen Sensor der Prozess- und Automatisierungstechnik, sowie ein Verfahren zur kontinuierlichen Datenerfassung mit einem Sensorkopfmodul.
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In der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik werden Feldgeräte zur Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen, insbesondere von physikalischen oder chemischen Prozessgrößen, eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Das Feldgerät umfasst dabei typischerweise zumindest eine zumindest teilweise und zeitweise mit dem Prozess in Berührung kommende und für die zumindest eine Prozessgröße sensitive Sensoreinheit. Von dem Feldgerät bzw. der Sensoreinheit eines Feldgeräts wird dazu Energie, beispielsweise in Form einer Strom- und/oder Spannungsquelle, benötigt. Die Energie wird dabei oftmals von einer externen Energieversorgungseinheit über einen Prozessanschluss bereitgestellt. Der Prozessanschluss kann gleichzeitig der Übermittelung der von der Sensoreinheit erzeugten Messsignale an eine übergeordnete Einheit dienen.
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Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress + Hauser Gruppe hergestellt und vertrieben. Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräten, Druckmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Temperaturmessgeräten, Grenzstandsmessgeräten und/oder Analysemessgeräten. Analysemessgeräte sind im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff- und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photometrische Sensoren, und/oder ionenselektive Elektroden.
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Für viele Feldgeräte gibt es Situationen, in denen die Sensoreinheit von der externen Energieversorgungseinheit entkoppelt ist. Daher können in diesem Zeitraum keine Daten, insbesondere keine Messdaten, erfasst werden.
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Dies betrifft zunächst den Zeitraum vor Inbetriebnahme des Feldgeräts. Im Rahmen der Qualitätskontrolle wird zunächst bei dem Hersteller das Feldgerät und insbesondere seine Sensoreinheit überprüft und/oder kalibriert. Erst nach der bestandenen Qualitätskontrolle erfolgt eine Auslieferung des Feldgeräts zu dem Anwender, bei dem es dann in einer Prozessanlage eingebaut wird. Während des Zeitraumes der Auslieferung wird das Feldgerät bzw. die Sensoreinheit des Feldgeräts nicht mit Energie versorgt, so dass auch keine Erfassung von Messdaten erfolgen kann. Je nach Länge und/oder Dauer des Transports können während des Transports Bedingungen auftreten, welche der Sensoreinheit des Feldgeräts und/oder dem Feldgerät Schaden zufügen. Ohne genaue Information über die bei dem Transport herrschenden Bedingungen ist eine genaue Beurteilung der Schadensursache schwierig. Hierzu ist zum Beispiel in der britischen Offenlegungsschrift
GB 2 361 064 A ein Datenlogger angegeben, mit dem die verbleibende Lebensdauer eines Produktes abgeschätzt wird.
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Des Weiteren muss für viele Feldgeräte in regelmäßigen Abständen die Sensoreinheit gereinigt werden, insbesondere für den Fall dass das Feldgerät beispielsweise in der chemischen oder Lebensmittel verarbeitenden Industrie betrieben wird. Um die Sensoreinheit von Bakterien und anderen Mikroorganismen zu säubern, hat sich das Autoklavieren als Methode der Sterilisation bewährt. Die Sensoreinheit wird dazu unter hoher Temperatur (ca. 140 °C) und hohem Druck mit Hilfe von Wasserdampf gereinigt. Das Autoklavieren wird in der pharmazeutischen Industrie, der Lebensmittelindustrie und der Medizintechnik, aber auch in anderen Bereichen eingesetzt, insbesondere für Analysemessgeräte. Die Bedingungen beim Autoklavieren beanspruchen die Sensoreinheit und verringern deren Lebensdauer. Typischerweise kann die Sensoreinheit daher nur einer begrenzten Anzahl derartiger sogenannter Autoklavierzyklen unterzogen werden; zur genauen Beurteilung der Lebensdauer ist daher die Anzahl der Autoklavierzyklen eine wichtige Kenngröße. So ist zum Beispiel in der
DE 10 2013 102 277 A1 ein System zum Zählen und Speichern der Autoklavierzyklen angegeben, wobei der Zähler und Speicher von einer autarken Energiegewinnungseinrichtung mit Energie versorgt wird.
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Über die bloße Anzahl der Autoklavierzyklen hinaus sind zur Beurteilung der Lebensdauer und des Ansprechverhaltens auch die beim Autoklavieren tatsächlich vorliegenden Bedingungen wichtig, denen die Sensoreinheit ausgesetzt ist, wie Temperatur, Druck, Feuchte usw. Auch ist die tatsächliche Dauer des Autoklavierzyklus von Interesse, da diese in der Praxis weder immer gleich lang ist, noch unbedingt der im Stand der Technik empfohlenen optimalen Dauer eines Autoklavierzyklus entspricht.
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Da die von der Sensoreinheit erfassten Messdaten immer auch ein Indiz für die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit selbst sind, ist hierbei gegebenenfalls auch die kontinuierliche Messung der Wert der Prozessgröße, für welche die Sensoreinheit sensitiv ist, zur Beurteilung der Sensoreinheit von Interesse.
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Zum anderen kann auch während eines Messbetrieb ein unvorhergesehener Ausfall der Energieversorgungseinheit und/oder eine Trennung der Verbindung zwischen Sensoreinheit und Energieversorgungseinheit dazu führen, dass die Prozessgröße nicht mehr von dem Feldgerät bestimmt und/überwacht werden kann. Auch hier ist es zur kontinuierlichen Überwachung der Prozessgröße und/oder der Sensoreinheit wünschenswert. Eine kontinuierliche Überwachung der Prozessgröße ist unter sicherheitsrelevanten Gesichtspunkten von Belang. Da bei einer Abtrennung des Prozessanschlusses gegebenenfalls keine Messdaten mehr an eine übergeordnete Einheit übertragen werden können, entfällt dadurch auch die Möglichkeit der Prozessregelung und/oder Steuerung anhand der von der Sensoreinheit erfassten Messdaten. Gerade in dieser Situation ist es hilfreich, die tatsächlich vorliegende Prozessgröße zu kennen.
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In all diesen Situationen ist es wünschenswert, dass, falls die Sensoreinheit von der externen Energieversorgungseinheit entkoppelt ist (d.h. die Sensoreinheit nicht über den Prozessanschluss von der externen Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt ist), eine kontinuierliche und lückenlose Erfassung von Daten sowie gegebenenfalls eine Anzeige von Daten erfolgen kann. In der Offenlegungsschrift
DE 103 44 262 A1 ist diesbezüglich ein Steckmodul bestehend aus einem Sensormodul und einem Sensormodulkopf angegeben, welches zur Anzeige von im Sensormodul gespeicherten Daten dient, so dass sensorspezifische Informationen sensornah angezeigt werden können. Das Steckmodul der Offenlegungsschrift ist allerdings nur zur Anzeige und nicht zur automatisierten Erfassung von Daten ausgestaltet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, welche die Sensoreinheit in einem Überwachungsbetrieb zur automatisierten Erfassung von Daten befähigt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch das Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Sensorkopfmodul, aufweisend: ein Aufsatzmodul sowie eine Sensoreinheit, wobei das Aufsatzmodul eine interne Energiespeichereinheit aufweist und mit der Sensoreinheit verbindbar ist, wobei die Sensoreinheit im Messbetrieb zumindest eine Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht, wobei im Messbetrieb eine externe Energieversorgungseinheit die Sensoreinheit über einen Prozessanschluss mit elektrischer Energie versorgt, und wobei für den Fall, dass die Sensoreinheit mit dem Aufsatzmodul verbunden ist und von der externen Energieversorgungseinheit entkoppelt ist, das Sensorkopfmodul in einem Überwachungsbetrieb automatisiert Daten erfasst, wobei die interne Energiespeichereinheit die zur automatisierten Erfassung der Daten benötigte elektrische Energie liefert. Durch die automatisiert erfassten Daten ist eine lückenlose Überwachung über die ganze Lebens bzw. Einsatzspanne der Sensoreinheit gewährleistet
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Die Verbindung zwischen Aufsatzmodul und Sensoreinheit ist also zum einen eine mechanische Verbindung, so dass das Aufsatzmodul und die Sensoreinheit eine fest verbundene Einheit (das Sensorkopfmodul) bilden. Zum anderen besteht auch eine nicht-mechanische Verbindung, wobei mittels der nicht-mechanischen Verbindung die Energieversorgung der Sensoreinheit mittels der im Aufsatzmodul angeordneten, internen Energiespeichereinheit erfolgt (also beispielsweise eine Steckverbindung, siehe Unteransprüche). Im Rahmen dieser Anmeldung wird im Folgenden „Verbindung“ bzw. „verbunden“ immer sowohl als mechanische und nicht-mechanische Verbindung interpretiert.
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Die externe Energieversorgungseinheit zur Versorgung mit elektrischer Energie ist dabei in der Regel als eine Strom und/oder Spannungsquelle ausgestaltet, die beispielsweise in einer Leitwarte angeordnet ist.
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Ist das Feldgerät eingebaut, wird die Sensoreinheit in der Regel über den Prozessanschluss von der externen Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt; so dass sich die Sensoreinheit in dem Messbetrieb befindet, in welchem sie die Prozessgröße misst. Ist dagegen die Sensoreinheit von der externen Energieversorgungseinheit entkoppelt, so befindet sich die das Sensorkopfmodul in dem Überwachungsbetrieb, in welchem automatisiert Daten erfasst werden (im Stand der Technik auch als Datenlogging bezeichnet).
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Entkoppelt bedeutet im Rahmen der Anmeldung, dass die Sensoreinheit nicht über den Prozessanschluss von der externen Energieversorgungseinheit mit Energie versorgt. Dies kann im Rahmen dieser Anmeldung durch eine tatsächliche räumliche Trennung zwischen Sensoreinheit und externer Energieversorgungseinheit, aber auch bloß durch die nicht vorhandene nicht-mechanische Verbindung zwischen Sensoreinheit und externer Energieversorgungseinheit verursacht sein.
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Das Aufsatzmodul ist dabei auf die Sensoreinheit aufgesetzt. Im Rahmen der Erfindung ist es einerseits möglich, die Sensoreinheit alternativ mit dem Prozessanschluss oder dem Aufsatzmodul zu verbinden. In diesem Fall ist die Sensoreinheit nur mit dem Aufsatzmodul verbunden, wenn es vom Prozessanschluss räumlich getrennt ist, wie beispielsweise für die eingangs genannten Zeiträume für Transport und/oder der Reinigung der Sensoreinheit.
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In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das Aufsatzmodul im Prinzip permanent mit der Sensoreinheit verbunden. In diesem Fall ist in dem im Prozessanschluss eingebauten Zustand die Sensoreinheit über das Aufsatzmodul mit dem Prozessanschluss verbunden. Dadurch kann die interne, im Aufsatzmodul angeordnete Energieversorgungseinheit die Sensoreinheit sowohl bei einer räumlichen Trennung vom Prozessanschluss, als auch bei einem Ausfall der externen Energieversorgungseinheit und/oder dem Ausfall der Energieübertragung zwischen der externen Energieversorgungseinheit und der Sensoreinheit mit Energie versorgen. Anhand des Aufsatzmoduls wird in dieser bevorzugten Varianter daher auch die Redundanz der Energieversorgung für die Sensoreinheit gewährleistet.
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Die Energieversorgungseinheit ist dabei beispielsweise als Batterie ausgestaltet, welche in der zweiten, bevorzugten Variante ggf. auch bei einer Verbindung mit dem Prozessanschluss aufgeladen werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Aufsatzmodul mit der Sensoreinheit mittels einer lösbaren Verbindung reversibel verbindbar. In dieser Ausgestaltung kann das Aufsatzmodul also beliebig oft mit der Sensoreinheit verbunden und getrennt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei den von dem Sensorkopfmodul automatisiert erfassten Daten um Messdaten bezüglich der zumindest einen Prozessgröße. Dies bedeutet, dass in dem Überwachungsbetrieb die Prozessgröße weiterhin gemessen und erfasst werden kann. Selbst wenn die erfassten Messdaten nicht mehr wie im Messbetrieb zur Prozessregelung- und/oder Steuerung herangezogen werden können, ist damit eine lückenlose Überwachung der Prozessgröße sichergestellt. Auch für die nicht-prozessnahen Situation der Reinigung und/oder Transport ist eine lückenlose Erfassung der Prozessgröße hilfreich, da die von der Sensoreinheit erfassten Messdaten immer auch ein Indiz für die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit selbst sind.
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In einer bevorzugten Weiterbildung handelt es sich bei den von dem Sensorkopfmodul automatisiert erfassten Daten um Messdaten bezüglich zumindest einer zusätzlichen Messgröße. Hierfür weist das Aufsatzmodul und/oder die Sensoreinheit ein für die zusätzliche Messgröße sensitives Sensorelement auf. Bei der zusätzlichen Messgröße handelt es sich um zumindest eine der folgenden Messgrößen: Beschleunigung, Lage, Feuchte, Druck, Temperatur.
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Die zumindest eine zusätzliche Messgröße ist dabei von der Prozessgröße/den Prozessgrößen verschieden. Das für die zusätzliche Messgröße sensitive Sensorelement der Sensoreinheit muss dabei nicht unbedingt als zusätzliches Sensorelement ausgestaltet sein. Beispielsweise sind für die Temperatur sensitive Sensorelemente auf besonders einfache Art und Weise in Sensoreinheiten für andere Prozessgrößen integrierbar. So kann ein Thermoelement alleine schon durch die Verwendung bestimmter Materialpaarungen (beispielsweise der elektrischen Zuleitungen) der Sensoreinheit ausgebildet sein; oder die Verwendung von kaltleitenden Material erlaubt die Messung eines temperaturabhängigen Widerstandes.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist/weisen das Aufsatzmodul und/oder die Sensoreinheit ein Empfängerelement zum Empfang elektromagnetischer Wellen und/oder einen Zeitgeber auf. Bei den von dem Sensorkopfmodul automatisiert erfassten Daten handelt es sich um Daten bezüglich zumindest einer zusätzlichen Größe. Bei der zusätzlichen Größe kann es sich um die Geoposition, das Datum und/oder die Zeitspanne, in welcher sich das Sensorkopfmodul sich im Überwachungsbetrieb befindet, handeln. Das Empfängerelement kann zum Beispiel eine Antenne sein. Der Zeitgeber kann zum Beispiel als eine Quarz-Kristall oder als ein anderer aus dem Stand der Technik bekannter Zeitgeber ausgestaltet sein. In dieser Ausgestaltung ist die zusätzliche Größe also keine Messgröße, welche etwa von den in der Prozessanlage spezifischen, vorliegenden Bedingungen abhinge. Mittels der zusätzlichen Größen wird beispielsweise automatisiert erfasst, wann sich die Sensoreinheit wo befindet und wie lange sich das Sensorkopfmodul sich im Überwachungsbetrieb befindet. Diese Information kann vorteilhaft mit der Ausgestaltung kombiniert werden, in der Messdaten bezüglich einer zusätzlichen Messgröße wie zum Beispiel der Temperatur automatisiert erfasst werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Aufsatzmodul und/oder die Sensoreinheit eine Speichereinheit auf, wobei das Aufsatzmodul und/oder die Sensoreinheit dazu ausgestaltet sind/ist, die automatisiert erfassten Daten in der Speichereinheit zu speichern.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Speichereinheit zumindest ein vorgebbarer oberer und/oder unterer Grenzwert hinterlegt. Die Sensoreinheit und/oder das Aufsatzmodul sind dazu ausgestaltet ein Über- und/oder Unterschreiten des Grenzwertes/der Grenzwerte der automatisiert erfassten Daten festzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind/ist die Sensoreinheit und/oder das Aufsatzmodul dazu ausgestaltet, den Zeitpunkt und/oder die Häufigkeit des Über- und/oder Unterschreiten des Grenzwerts/der Grenzwerte festzustellen und in der Speichereinheit zu speichern.
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In dieser vorteilhaften Weiterbildung kann zum Beispiel nur gespeichert werden, wie oft (und gegebenenfalls zusätzlich zu welchem Zeitpunkt, in Kombination mit einer vorherigen Ausgestaltung) der Grenzwert/die Grenzwerte unter und/oder überschritten werden.
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Durch die automatisiert erfassten Daten ist zwar eine lückenlose Überwachung über die ganze Lebensspanne der Sensoreinheit gewährleistet. Andererseits wird oftmals die genaue Information über alle Daten im Nachhinein nicht benötigt: es ist nur relevant, wann und wie oft ein bestimmter Grenzwert über und/oder unterschritten wurde. In dieser Ausgestaltung kann daher nur diese relevante Information gespeichert werden. Dadurch kann der von den automatisiert erfassten Daten benötigte Speicherplatz drastisch reduziert werden, und damit gegebenenfalls das Aufsatzmodul wesentlich kompakter ausführen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Aufsatzmodul eine Anzeigeeinheit auf. Die Anzeigeneinheit dazu ausgestaltet ist, das Über- und/oder Unterschreiten des Grenzwerts/der Grenzwerte und/oder die Häufigkeit des Über- und/oder Unterschreiten des Grenzwerts/der Grenzwerte anzuzeigen. Damit ist am Aufsatzmodul direkt erkennbar, ob Grenzwerte unter-und/oder überschritten wurden, ohne dass die Speichereinheit ausgelesen werden muss.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung handelt es sich bei der reversibel lösbaren Verbindung zwischen Aufsatzmodul und Sensoreinheit um eine Steckverbindung, eine Schraubverbindung und/oder eine magnetische Verbindung.
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In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Verbindung zwischen Aufsatzmodul und Sensoreinheit und/oder zwischen Aufsatzmodul und Prozessanschluss und/oder zwischen Sensoreinheit und Prozessanschluss aus einem am Aufsatzmodul und/oder an der Sensoreinheit und/oder dem Prozessanschluss angeordneten flüssigkeitsdichten Verbindungselement gebildet. Das Verbindungselement ist bevorzugt einteilig ausgeführt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Erfassung von Daten mit einem erfindungsgemäßen Sensorkopfmodul. Im Messbetrieb wird von der Sensoreinheit zumindest eine Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht, wobei im Messbetrieb die Sensoreinheit von einer externen Energieversorgungseinheit über einen Prozessanschluss mit elektrischer Energie versorgt wird. Für den Fall, dass die Sensoreinheit mit dem Aufsatzmodul verbunden ist und von der externen Energieversorgungseinheit entkoppelt ist, befindet sich das Sensorkopfmodul in einen Überwachungsbetrieb, in welchem automatisiert Daten erfasst werden, wobei die dafür benötigte elektrische Energie von der internen Energiespeichereinheit geliefert wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens werden für den Fall, dass die Sensoreinheit anhand des Prozessanschlusses mit einer übergeordneten Einheit verbunden ist, die in der Speichereinheit gespeicherten und automatisiert erfassten Daten anhand des Prozessanschlusses an die übergeordnete Einheit übertragen. Die übergeordnete Einheit kann, muss aber nicht an der im Wesentlichen selben Stelle wie die externe Energieversorgungseinheit angeordnet sein. Die an die übergeordnete Einheit übertragenen, automatisiert erfassten Daten werden bevorzugt in der übergeordneten Einheit weiterverarbeitet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt für den Fall, dass Daten zwischen dem Aufsatzmodul und der Sensoreinheit und/oder zwischen dem Aufsatzmodul und der übergeordneten Einheit übertragen werden die Übertragung der Daten magnetisch-induktiv. Für den Fall, dass Energie zwischen der Energiespeichereinheit des Aufsatzmoduls und der Sensoreinheit und/oder zwischen dem Aufsatzmodul und/oder der Sensoreinheit und der externen Energieversorgungseinheit übertragen wird, erfolgt die Übertragung der Energie magnetisch-induktiv.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird anhand der automatisiert erfassten Daten im Rahmen einer Maßnahme zur vorausschauenden Instandhaltung der Sensoreinheit gewisse Eigenschaften der Sensoreinheit bestimmt. Bei den Eigenschaften handelt es sich um zumindest eine der folgenden Eigenschaften:
- - die Funktionalität der Sensoreinheit;
- - die von der Sensoreinheit zum Erreichen der Funktionalität benötigte Regenerationszeit;
- - die Güte eines Reinigungsprozesses, welchem die Sensoreinheit unterzogen wurde;
- - das Ansprechverhalten der Sensoreinheit;
- - die Lebensdauer der Sensoreinheit.
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In dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung werden die automatisiert erfasst Daten also zur Bewertung der Sensoreinheit verwendet, wobei die Bewertung mittels der oben genannten Eigenschaften erfolgt. Die Bewertung kann dabei auch anhand einer in der Speichereinheit gespeicherten Auswerteprozedur der Daten erfolgen.
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Bei dem Ansprechverhalten der Sensoreinheit handelt es sich z.B. um eine Ansprechzeit.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung werden die Eigenschaften auch mittels der Anzeigeeinheit angezeigt.
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In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung wird die Maßnahme der vorrausschauenden Instandhaltung anhand der Betätigung eines Schalters am Aufsatzmodul und/oder an der Sensoreinheit und/oder anhand von Near Field Communication und/oder Kommunikation über Bluetooth mit dem Aufsatzmodul und/oder der Sensoreinheit ausgelöst. Andere ähnliche aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeiten der Kommunikation liegen der fachkundigen Person nahe.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1a, 1b: Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorkopfmoduls
- 2: Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Datenerfassung mit einem Sensorkopfmodul
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In 1a und 1b ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensorkopfmoduls dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. In 1a ist dargestellt: die Sensoreinheit 1, welche die Prozessgröße 41 in einem Messbetrieb MB misst. In dieser Ausgestaltung ist die Sensoreinheit 2 mittels der reversibel lösbaren Verbindung 21 mit dem Aufsatzmodul 1 verbunden, wobei das Aufsatzmodul 1 wiederum über den Prozessanschluss 6 mit der externen Energieversorgungseinheit 5 und der übergeordneten Einheit 14 verbunden ist . Anhand einer Verbindung 16 wie beispielsweise einer Zweidrahtleitung werden Messdaten 71 bezüglich der Prozessgröße 41 bzw. Energie E zwischen der Sensoreinheit 2 und der übergeordneten Einheit 14 bzw. der externen Energieversorgungseinheit 5 übertragen. Selbstverständlich können die externe Energieversorgungseinheit 5 und die übergeordneten Einheit 14 auch an zwei unterschiedlichen Orten angeordnet sein. Bei der externen Energieversorgungseinheit 5 handelt es sich zum Beispiel um eine Strom und/oder Spannungsquelle, und bei der übergeordneten Einheit 14 zum Beispiel um eine speicherprogrammierte Steuerungseinheit (SPS), welche zur Steuerung und/oder Regelung des Prozesses anhand der zumindest einen Prozessgröße 14 ausgestaltet ist. Im Falle der in 1a gezeigten Ausgestaltung besteht auch die Möglichkeit, die Batterie 3 über den Prozessanschluss 6 mittels der Leitung zwischen Prozessanschluss 6 und externer Energieversorgungseinheit 5 aufzuladen, um so zusätzlich Energie E in der internen Energiespeichereinheit 3 speichern zu können.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist im Messbetrieb MB die Sensoreinheit 2 direkt mit dem Prozessanschluss 6 verbunden. In dieser Ausgestaltung wird das Aufsatzmodul 1 nur für den Fall, dass die Sensoreinheit 2 nicht mehr mit dem Prozessanaschluss 6 verbunden ist, auf die Sensoreinheit 2 aufgesetzt, beispielsweise während des Transports, des Autoklavierens, der Wartung, etc.
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In 1b ist das Aufsatzmodul 1 sowie seine Merkmale im Detail dargestellt, wobei die Verbindung zwischen Aufsatzmodul 1 und Prozessanschluss 6 nicht mehr dargestellt ist. Das Sensorkopfmodul bestehend aus Aufsatzmodul 1 und Sensoreinheit 2 befindet sich im Überwachungsbetrieb UB, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoreinheit 2 von der externen Energieversorgungseinheit 5 entkoppelt ist und daher nicht mehr von ihr mit Energie E versorgt werden kann. Dies kann aus unterschiedlichen Gründen auftreten, beispielsweise vor Inbetriebnahme, beim Autoklavieren und/oder bei anderen Wartungs-/Reinigungsprozeduren, in denen die Sensoreinheit 2 aus dem Prozess entnommen und von Prozessanschluss 6 entfernt werden muss. In diesem Fall wurde die Verbindung zwischen Aufsatzmodul 1 und Prozessanschluss 6 gelöst, Aber auch im Falle eines unvorhergesehenen Ausfalls der externen Energieversorgungseinheit 5 und/oder einer unvorhergesehenen Durchtrennung der Verbindung 16 zwischen der externen Energieversorgungseinheit 5 und der Sensoreinheit 2, wie beispielsweise im Falle eines Kabelbruchs der Zweidrahtleitung.
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Im Überwachungsbetrieb UB werden nun mittels des Aufsatzmoduls 1 automatisiert Daten 7 erfasst. Dafür weist das Aufsatzmodul 1 eine interne Energiespeichereinheit 3 auf, beispielsweise in Form einer Batterie, welche die Sensoreinheit 2 und/oder das Aufsatzmodul 1 mit Energie E versorgt. Das Aufsatzmodul 1 ist mittels des flüssigkeitsdichten Verbindungselement 13 mit der Sensoreinheit 2 verbunden, und stellt der Sensoreinheit 2 anhand der internen Energiespeichereinheit 3 die zur automatisierten Erfassung von Messdaten 71 bezüglich der der Prozessgröße 41 benötigte Energie E bereit.
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Gegebenenfalls weist das Aufsatzmodul 1 noch ein zusätzliches Sensorelement 8 (beispielsweise einen Temperatursensor, oder einen Feuchtesensor, oder einen Drucksensor, oder einen Leitfähigkeitssensor, oder eine pH-Sonde, oder einen Beschleunigungs- und Lagesensor oder eine Kombination dieser Sensorelemente ) auf, welches eine zusätzliche Messgröße 42 misst. Gleichzeitig ist im Aufsatzmodul 1 noch ein Zeitgeber 92 vorgesehen, welcher die Zeitspanne erfasst, in welcher die Sensoreinheit 1 sich im Überwachungsmodus 10 befindet; sowie ein Empfängerelement 91, welches zum Empfang elektromagnetischer Wellen ausgestaltet ist. Das Empfängerelement 91 kann zum Beispiel durch eine oder mehrere Antennen ausgebildet sein.
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In einer Ausgestaltung kann durch eine Anzeigeeinheit 12 signalisiert werden, ob die Messdaten 71 bezüglich der Prozessgröße 41, und/oder die Messdaten 72 bezüglich der Messgröße 42 und/oder die Daten 73 bezüglich der zusätzliche Größe 43 im Überwachungsbetrieb UB bestimmte Grenzwerte 11 unter- und/oder überschritten wurden. Hierfür weist die Speichereinheit 10 des Aufsatzmoduls 1 beispielsweise eine einen Mikrokontroller umfassende Elektronik auf, in welcher Grenzwerte 11 hinterlegt sind, beispielsweise bezüglich einer minimalen und/oder maximalen Temperatur, welcher die Sensoreinheit mindestens bzw. höchstens ausgesetzt sein sollte. Auch der Zeitpunkt 11a und/oder die Häufigkeit 11b des Unter- und/oder Überschreitens des Grenzwerts/der Grenzwerte im Überwachungsmodus UM kann in einer Variante der Erfindung an der Anzeigeeinheit angezeigt werden. Die Anzeigeeinheit 12 kann dabei als ein LCD-Display ausgestaltet sein, oder einfach auch durch eine oder mehrere LEDs unterschiedlicher Farben.
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Die Speichereinheit 10 sowie das/die zusätzliche/n Sensorelement/e und/oder der Zeitgeber 92 und/oder das Empfängerelement 91 können selbstverständlich auch in der Sensoreinheit 2 angeordnet sein. Für den Fall, dass die Speichereinheit 10 wie im hier gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Aufsatzmodul 1 angeordnet ist, können die darin gespeicherten Werte bezüglich der automatisiert erfassten Daten7 separat ausgelesen werden, beispielsweise per Near Field Communication 17 mit dem Aufsatzmodul 1.
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Alternativ können sie auch anhand der in 1a gezeigten Ausführungsform über den Prozessanschluss 6 selbst übertragen werden, zum Beispiel wenn die Sensoreinheit 1 zu einem späteren Zeitpunkt wieder mit der übergeordneten Einheit 14 verbunden ist und dann auch mit der externen Energieversorgungseinheit 5 gekoppelt ist, d.h. von dem Überwachungsbetreib UB wieder in den Messbetrieb MB gewechselt ist.
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Mittels des Sensorkopfmoduls bzw. des Aufsatzmoduls 1 und der Sensoreinheit 2 wird also eine kontinuierliche und lückenlose automatisierte Erfassung von Daten 7 (Messdaten und ggf. Daten) d.h. ein Datenlogging erreicht, wobei anhand der automatisiert erfassten Daten7 eine Beurteilung der Sensoreinheit 1 erfolgen kann.
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In 2 ist ferner schematisch dargestellt, wie die automatisiert erfassten Daten 7 im Rahmen der Erfindung in einer vorteilhaften Ausgestaltung weiterverarbeitet werden. Anhand der automatisiert erfassten Daten 7 lässt sich abschätzen, wann die Sensoreinheit 2 wieder ihre Funktionstüchtigkeit erreicht. Auch die Lebensdauer kann anhand der automatisiert erfassten Daten 7 bewertet werden. Dazu sind in der Speichereinheit 10 bzw. einem Mikrocontroller beispielsweise Kennlinien hinterlegt, welche die Güte, das Ansprechverhalten, die restliche Lebensdauer und/oder die Funktionalität in Abhängigkeit von der/den Prozessgröße/n 41 und/oder den zusätzlichen Messgrößen 42, beschreiben. Der Mikrocontroller kann daher mittels der Messdaten 71 bezüglich der Prozessgröße 41 und/oder der Messdaten 72 bezüglich der zusätzlichen Messgrößen 42 sowie der hinterlegten Kennlinien die Güte, das Ansprechverhalten, die restliche Lebensdauer und/oder die Funktionalität abschätzen. Darüber hinaus kann auch die von der Sensoreinheit 2 zum Erreichen der Funktionalität benötigte Regenerationszeit und/oder die restliche Lebensdauer bestimmt werden. Diese kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung gegebenenfalls an der Anzeigeeinheit 12 angezeigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufsatzmodul
- 2
- Sensoreinheit
- 21
- reversibel lösbaren Verbindung zwischen 1 und 2
- 3
- interne Energiespeichereinheit
- 41
- Prozessgröße
- 42
- zusätzliche Messgröße
- 43
- zusätzliche Größe
- 5
- externe Energieversorgungseinheit
- 6
- Prozessanschluss
- 7
- automatisiert erfasste Daten
- 71
- Messdaten von 41
- 72
- Messdaten von 42
- 73
- Daten bezüglich 43
- 8
- Sensorelement
- 91
- Empfängerelement
- 92
- Zeitgeber
- 10
- Speichereinheit
- 11
- Grenzwert
- 11a
- Zeitpunkt des Über und/oder Unterschreiten von 11
- 11b
- Häufigkeit des Über und/oder Unterschreiten von 11
- 12
- Anzeigeeinheit
- 13
- flüssigkeitsdichten Verbindungselement
- 14
- übergeordnete Einheit
- 15
- Maßnahme der vorrausschauenden Instandhaltung
- 16
- Leitung zwischen 6 und 14
- 17
- Near Field Communication
- E
- elektrische Energie
- UB
- Überwachungsbetrieb
- MB
- Messbetrieb
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2361064 A [0005]
- DE 102013102277 A1 [0006]
- DE 10344262 A1 [0010]
