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Die Erfindung betrifft ein kontaktloses Sensoridentifikationssystem, eine Armatur für ein Sensoridentifikationssystem und einen elektrochemischen Sensor für ein Sensoridentifi kationssystem .
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In der Analysemesstechnik, insbesondere im Bereich der Wasserwirtschaft, der Umweltanalytik, im industriellen Bereich, z.B. in der Lebensmitteltechnik, der Biotechnologie und der Pharmazie, sowie für verschiedenste Laboranwendungen sind Messgrößen wie der pH-Wert, die Leitfähigkeit, oder auch die Konzentration von Analyten, wie beispielsweise Ionen oder gelösten Gasen in einem gasförmigen oder flüssigen Messmedium von großer Bedeutung. Diese Messgrößen können beispielsweise mittels elektrochemischer Sensoren erfasst und/oder überwacht werden, wie zum Beispiel optische, potentiometrische, amperometrische, voltammetrische oder coulometrische Sensoren, oder auch Leitfäh igkeitssensoren.
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Um den Sensor mit dem Messmedium in Kontakt zu bringen, werden in der Regel Armaturen verwendet, in denen der Sensor aufgenommen wird, so dass der Sensor an einer vorbestimmten Position im Messmedium angeordnet wird. Häufig sollen verschiedene Parameter des Messmediums, beispielsweise Ammonium, Nitrat, Kalium oder Chlorid ermittelt werden. Jedoch misst ein Sensor in der Regel nur eine Messgröße. Aus diesem Grund gibt es Armaturen, in welchen eine Vielzahl an Sensoren gleichzeitig untergebracht werden können.
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Die von den verschiedenen Sensoren ermittelten Messwerte werden üblicherweise über ein Datenkabel an einen Transmitter übermittelt. Der Transmitter weist verschiedene Signaleingänge auf, so dass jedem Sensor ein separater Signaleingang zugeordnet werden kann. Beispielsweise erwartet der Transmitter an einem ersten Signaleingang einen Messwert für einen pH-Wert des Messmediums und an dem zweiten Signaleingang einen Messwert für einen Sauerstoffgehalt des Messmediums.
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Der Transmitter verfügt über keine automatische Erkennung des an den Signaleingang des Transmitters angeschlossenen Sensors. Aus diesem Grund muss dem Transmitter bisher durch eine Benutzereingabe mitgeteilt werden, welcher Sensor mit welchem Signaleingang des Transmitters verbunden ist. Wird jedoch eine fehlerhafte Zuweisung vorgenommen, so werden falsche Messwerte am Transmitter angezeigt.
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Aus diesem Grund ist es von äußerster Wichtigkeit, jegliche Verwechslung der Sensoren mit den Signaleingängen des Transmitters beim Zuweisen zu verhindern.
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Um die Verwechslungsgefahr beim Zuweisen zu reduzieren, wurden Armaturen und Sensoren entwickelt, welche mittels eines elektrischen Kontakts zwischen Sensor und Armatur eine Identifikation des angeschlossenen Sensors ermöglichen.
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Jedoch sind elektrische Kontakte zwischen der Armatur und dem Sensor nachteilig, da ein Eindringen von Messflüssigkeit in die Armatur nicht ausgeschlossen werden kann, wodurch der elektrische Kontakt ein fehlerhaftes Identifikationssignal auslösen würde.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige Identifikation von einem Sensor in einer Armatur zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sensoridentifikationssystem gemäß Anspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Sensoridentifikationssystem umfasst:
- - eine Armatur mit einem ersten Steckplatz zum Empfangen eines ersten Sensors, wobei im ersten Steckplatz mindestens ein erster Magnetsensor angeordnet ist,
- - einen ersten Sensor zum Erzeugen eines Messsignals, wobei der erste Sensor mindestens einen ersten Permanentmagneten aufweist,
wobei der erste Magnetsensor dazu geeignet ist, den ersten Permanentmagneten zu erkennen, wenn der erste Sensor im ersten Steckplatz angeordnet ist,
- - einen Transmitter mit einem ersten Signaleingang, wobei der erste Signaleingang mit dem ersten Steckplatz verbunden ist, um das Messsignal zu empfangen,
wobei der erste Magnetsensor mit dem Transmitter verbunden ist und dazu geeignet ist, ein erstes Identifikationssignal an den Transmitter zu senden, wenn der erste Sensor im ersten Steckplatz angeordnet ist.
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Anhand des erfindungsgemäßen Sensoridentifikationssystems wird ermöglicht, dass ein in der Armatur aufgenommener Sensor eindeutig erkannt wird. Somit wird das vom Sensor erzeugte Messsignal einer dem Sensor spezifischen Messgröße zuordenbar, was letztlich dazu führt, dass Fehlbedienungen durch eine falsche Eingabe des verwendeten Sensors vermieden werden. Somit wird ein kontaktloses sicheres Erkennen des verwendeten Sensors möglich. Eine Benutzereingabe wird überflüssig.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der erste Steckplatz des Weiteren einen zweiten Magnetsensor. Der erste Magnetsensor ist an einer ersten Position im ersten Steckplatz angeordnet und der zweite Magnetsensor ist an einer von der ersten Position verschiedenen zweiten Position im ersten Steckplatz angeordnet. Der erste Permanentmagnet des ersten Sensors ist derart angeordnet, dass der erste Permanentmagnet vom ersten Magnetsensor detektierbar ist, wenn der erste Sensor im ersten Steckplatz angeordnet ist. Das Sensoridentifikationssystem umfasst des Weiteren einen zweiten Sensor, wobei der zweite Sensor einen ersten Permanentmagnet und einen zweiten Permanentmagnet aufweist. Der erste Permanentmagnet des zweiten Sensors ist derart angeordnet, dass der erste Permanentmagnet vom ersten Magnetsensor detektierbar ist, wenn der zweite Sensor im ersten Steckplatz angeordnet ist. Der zweite Permanentmagnet des zweiten Sensors ist derart angeordnet, dass der zweite Permanentmagnet vom zweiten Magnetsensor detektierbar ist, wenn der zweite Sensor im ersten Steckplatz angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Armatur mindestens einen zweiten Steckplatz für den zweiten Sensor auf. Der zweite Steckplatz ist identisch zum ersten Steckplatz, so dass der erste Sensor und der zweite Sensor jeweils dazu geeignet sind, im ersten Steckplatz oder im zweiten Steckplatz angeordnet zu werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Magnetsensor ein Reedschalter.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Permanentmagnet Neodym.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Armatur gemäß Anspruch 6.
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Die erfindungsgemäße Armatur für ein Sensoridentifikationssystem umfasst:
- einen ersten Steckplatz für einen ersten Sensor.
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Der erste Steckplatz ist dazu geeignet, mit einem ersten Signaleingang eines Transmitters verbunden zu werden, um vom ersten Sensor erzeugte Messsignale weiterzuleiten.
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Am ersten Steckplatz ist ein erster Magnetsensor angeordnet, welcher dazu geeignet ist, einen im ersten Sensor angeordneten ersten Permanentmagneten zu erkennen und ein erstes Identifikationssignal zu generieren, wenn der erste Sensor im ersten Steckplatz angeordnet ist. Der erste Magnetsensor ist dazu geeignet, mit dem Transmitter verbunden zu werden, um das erste Identifikationssignal an den Transmitter zu übermitteln.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Armatur mehr als einen Steckplatz für mehr als einen Sensor auf. Die Steckplätze sind identisch.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Armatur des Weiteren ein Elektronikmodul. Das Elektronikmodul ist dazu geeignet, das erste Identifikationssignal zu erzeugen und an den Transmitter zu senden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Magnetsensor dazu geeignet, verschieden starke Magnetfelder zu erkennen.
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Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch einen elektrochemischen Sensor gemäß Anspruch 10 gelöst.
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Der erfindungsgemäße elektrochemische Sensor für ein Sensoridentifikationssystem umfasst mindestens einen ersten Permanentmagneten.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- - 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sensoridentifikationssystems,
- - 2: eine schematische Darstellung einer Armatur aus 1,
- - 3: eine schematische Darstellung eines ersten Steckplatzes mit einem ersten Sensor,
- - 4: eine schematische Darstellung eines alternativen Steckplatzes mit dem ersten Sensor,
- - 5: eine schematische Darstellung eines zweiten Steckplatzes mit einem zweiten Sensor.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sensoridentifikationssystem 1 mit einer Armatur 10 und einem Transmitter 30. Die Armatur 10 ist mit dem Transmitter 30 kommunikationstechnisch verbunden. Die Armatur 10 ist dazu geeignet, Sensormesswerte und Identifikationssignale zur Sensoridentifikation an den Transmitter 30 zu senden. Auf die Identifikationssignale wird später im Detail eingegangen. Beispielsweise ist die Armatur 10 mit dem Transmitter 30 über ein Kabel verbunden, wie in 1 dargestellt. Alternativ dazu kann die Armatur 10 auch über eine Funkverbindung mit dem Transmitter 30 verbunden sein. Die Armatur 10 weist zur Etablierung einer Funkverbindung mit dem Transmitter 30 ein Elektronikmodul 18 auf (siehe 2).
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2 zeigt die Armatur 10 in einer Detailansicht. Die Armatur 10 weist einen ersten Steckplatz 11 für einen ersten Sensor 20, einen zweiten Steckplatz 13 für einen zweiten Sensor 40, einen dritten Steckplatz 15 für einen dritten Sensor 50, einen vierten Steckplatz 16 für einen vierten Sensor 60 und einen fünften Steckplatz 17 für einen fünften Sensor 70 auf. Selbstverständlich kann die Armatur 10 auch weniger oder mehr als die in 2 dargestellten Steckplätze aufweisen. Die Armatur 10 weist jedoch zumindest einen Steckplatz für einen Sensor auf. Der Sensor ist vorzugsweise ein elektrochemischer Sensor, beispielsweise ein pH-Sensor, ein Ammonium-Sensor, ein Nitrat-Sensor, ein Kalium-Sensor oder ein Chlorid-Sensor.
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Alle Steckplätze der Armatur 10 sind identisch, so dass die von der Armatur 10 aufgenommenen Sensoren in beliebige Steckplätze eingesetzt werden können. Im Folgenden wird jedoch, der Einfachheit halber, nur ein Steckplatz beschrieben, soweit dies möglich ist.
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Der erster Steckplatz 11 ist mit dem Transmitter 30 kommunikationstechnisch verbunden, um ein vom an den ersten Steckplatz 11 angeschlossenen Sensor generiertes Messsignal an den Transmitter 30 weiterzureichen. Der erste Steckplatz 11 ist beispielsweise über ein Kabel mit dem Transmitter 30 verbunden (siehe 1). Der Transmitter 30 weist einen ersten Signaleingang 31 zum empfangen der vom ersten Steckplatz 11 weitergeleiteten Messsignale auf. Das Kabel ist vorzugsweise mit dem ersten Steckplatz 11 und dem ersten Signaleingang 31 des Transmitters 30 verbunden. Alternativ dazu wird das vom Sensor generierte Messsignal per Funkverbindung zum Transmitter 30 übertragen. Das Elektronikmodul 18 übermittelt das Messignal beispielsweise als Digitalsignal an den Transmitter 30.
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Im ersten Steckplatz 11 ist mindestens ein erster Magnetsensor 12 angeordnet. Der Magnetsensor ermöglicht es, ein magnetisches Feld zu detektieren. So ermöglicht der Magnetsensor beispielsweise das Erkennen eines Magnetfelds eines Permanentmagneten. Der Magnetsensor ist dazu geeignet, ein Identifikationssignal an den Transmitter 30 zu senden, abhängig davon, ob ein Magnetfeld vom Magnetsensor erkannt wurde. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Magnetsensor dazu geeignet, verschieden starke Magnetfelder zu unterscheiden. Der Magnetsensor ist beispielsweise ein Reedschalter. Der Vorteil eines Reedschalters ist, dass dieser robust und preisgünstig ist. Der Permanentmagnet umfasst vorzugsweise Neodym. In einer Ausführungsform umfasst der Permanentmagnet Neodym, Eisen und Bor. In einer Ausführungsform ist die Magnetfeldstärke des Magneten durch das Mischverhältnis der Bestandteile des Permanentmagneten eingestellt.
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In einer alternativen Ausführungsform wird das Identifikationssignal nicht separat vom Messsignal an den Transmitter 30 weitergeleitet, sondern von dem Elektronikmodul 18 in der Armatur 10 ausgewertet. In diesem Fall moduliert das Elektronikmodul 18 das Identifikationssignal auf das Messsignal. Das Elektronikmodul 18 übermittelt das Identifikationssignal und das Messignal beispielsweise als Digitalsignal an den Transmitter 30.
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Das Sensoridentifikationssystem 1 weist des Weiteren die oben genannten Sensoren 20, 40, 50, 60, 70 auf. Selbstverständlich ist es möglich, dass das Sensoridentifikationssystem 1 nur einen ersten Sensor 20 oder mehr als die in 2 dargestellten fünf Sensoren aufweist.
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Die Sensoren sind dazu geeignet, jeweils ein Messsignal zu erzeugen, welches, wenn die Sensoren im Steckplatz der Armatur 10 angeordnet sind, an den Transmitter 30 weiterleitbar ist. Das Messsignal ist vom Typ des Sensors abhängig. Idealerweise werden verschiedene Sensoren in der Armatur 10 verwendet, um verschiedene Messgrößen, zum Beispiel den pH-Wert, den Ammoniumgehalt, den Nitratgehalt, den Kaliumgehalt und den Chloridgehalt eines Messmediums, zu messen.
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Der erste Sensor 20 weist mindestens einen ersten Permanentmagneten 21 auf (siehe 3). Somit ist es für den ersten Magnetsensor 12 im ersten Steckplatz 11 möglich, zu erkennen, dass der erste Sensor 20, beispielsweise ein pH-Sensor, in die Armatur 10 eingesetzt wurde. Der erste Magnetsensor 12 des ersten Steckplatzes 11 ist somit dazu geeignet, ein erstes Identifikationssignal I1 an den Transmitter 30 zu senden (siehe 1). Somit wird ermöglicht, dass für den Transmitter 30, das am ersten Signaleingang 31 empfangene Messsignal als pH-Wert identifizierbar ist. Folglich ist keine Benutzereingabe am Transmitter 30 zur Identifikation des am ersten Steckplatz 11 der Armatur 10 angeschlossenen Sensortyps notwendig. Der erste Magnetsensor 12 ist dazu geeignet, das erste Identifikationssignal I1 auch ohne Elektronikmodul 18 an den Transmitter 30 über ein Kabel zu übertragen.
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Wenn, wie in 2 dargestellt, mehrere verschiedene Sensortypen verwendet werden, so weist jeder Sensor einer Messgröße eine eigene Magnetfeldcodierung auf. Diese Magnetfeldcodierung ist beispielsweise durch mehrere Permanentmagnete an verschiedenen Positionen im Sensor realisiert. Alternativ ist die Magnetfeldcodierung durch Permanentmagnete mit verschiedenen Formen realisiert.
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In einer alternativen Ausführungsform wird die Magnetfeldcodierung des Sensors durch Magnete mit verschieden starken Magnetfeldern realisiert. Somit ist es möglich, zum Beispiel Permanentmagnete mit verschieden starken Magnetfeldern zu unterscheiden. Der erste Permanentmagnet 21 des ersten Sensors 20 weist beispielsweise ein schwaches Magnetfeld auf und der erste Permanentmagnet 41 des zweiten Sensors 40 weist beispielsweise ein starkes Magnetfeld auf. In diesem Fall ist der Magnetsensor dazu geeignet, verschieden starke Magnetfelder zu erkennen.
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Selbstverständlich lässt sich die Magnetfeldcodierung mithilfe von Magneten mit verschiedener Magnetfeldstärken auch mit der Magnetfeldcodierung durch verschiedene Positionen der Magnete kombinieren, um noch mehr Codierungen zu erhalten.
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3 bis 5 zeigen Ausführungsformen von Steckplätzen mit Magnetfeldsensoren, um einen Sensor (siehe 3) oder um jeweils zwei verschiedene Sensoren mit verschiedener Magnetfeldcodierung zu erkennen (siehe 4 und 5).
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Weist das Sensoridentifikationssystem 1 beispielsweise zwei Sensoren auf, so weist der erste Steckplatz 11 des Weiteren einen zweiten Magnetsensor 14 auf (siehe 4 und 5). Die Armatur 10 weist zum Empfangen des zweiten Sensors 40 einen zweiter Steckplatz 13 auf. Wie oben erwähnt, ist der zweiter Steckplatz 13 dem ersten Steckplatz 11 identisch. Der zweite Steckplatz 13 ist also mit einem für den zweiten Steckplatz 13 dedizierten Signaleingang, einem zweiten Signaleingang 31, mit dem Transmitter 30 verbunden, um die Messsignale des zweiten Sensors 40 an den Transmitter 30 zu übermitteln. Auch weist der zweite Steckplatz 13 zwei Magnetsensoren auf, welche mit dem Transmitter 30 verbunden sind, um ein zweites Identifikationssignal I2 an den Transmitter 30 zu übertragen (siehe 1).
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Der Einfachheit halber wurden in 4 und 5 nur zwei Magnetsensoren 12, 14 dargestellt. Somit können mindestens vier Magnetzustände erfasst werden. Wird eine Anzahl i an Magnetfeldsensoren in einem Steckplatz verwendet können 2i Magnetzustände erfasst werden. Sollen also beispielsweise, wie in 2 dargestellt, fünf Sensoren 20, 40, 50, 60, 70 identifiziert werden, müssen fünf verschiedene Magnetfeldcodierungen erzeugt und erkannt werden. Es sind somit 23=8, also i=3, und daher drei Magnetsensoren notwendig, um fünf verschiedene Magnetfeldcodierungen zu erzeugen.
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Um eine erste Magnetfeldcodierung im ersten Sensor 20 zu realisieren, wird der erste Permanentmagnet 21 des ersten Sensors 20 derart angeordnet, dass der erste Permanentmagnet 21 vom ersten Magnetsensor 12 detektierbar ist, wenn der erste Sensor 20 im ersten Steckplatz 11 angeordnet ist. Der erste Sensor 20 weist also beispielsweise nur einen Permanentmagneten auf (siehe 4).
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Um eine zweite Magnetfeldcodierung im zweiten Sensor 40 zu realisieren, wird der erste Permanentmagnet 41 des zweiten Sensors 40 derart angeordnet, dass der erste Permanentmagnet 41 vom ersten Magnetsensor 12 detektierbar ist, wenn der zweite Sensor 40 im ersten Steckplatz 11 angeordnet ist und der zweite Permanentmagnet 42 des zweiten Sensors 40 derart angeordnet ist, dass der zweite Permanentmagnet 42 vom zweiten Magnetsensor 14 detektierbar ist, wenn der zweite Sensor 40 im ersten Steckplatz 11 angeordnet ist. Der zweite Sensor 40 weist also beispielsweise zwei Permanentmagneten auf (siehe 5). Die Magnetfeldcodierung wird also beispielsweise durch Anordnen der Permanentmagneten an vorbestimmten Positionen P1, P2 im Sensor erreicht.
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Damit jeder der Sensoren in jedem Steckplatz erkennbar ist, muss jeder Steckplatz so viele Magnetsensoren aufweisen, um den Sensor mit der höchsten Anzahl an Permanentmagneten zu erkennen. Im in 4 und 5 gezeigten Fall sind dies zwei Magnetsensoren 12, 14 zum Erkennen von jeweils dem ersten Sensor 20 und des zweiten Sensors 40.
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In jedem Steckplatz 11, 13 ist der erste Magnetsensor 12 an einer ersten Position P1 angeordnet und der zweite Magnetsensor 14 an einer von der ersten Position P1 verschiedenen zweiten Position P2 angeordnet. Somit lässt sich eindeutig erkennen, ob sich der erste Sensor 20 oder der zweite Sensor 40 im ersten Steckplatz 11 bzw. im zweiten Steckplatz 13 befindet. Jeder Sensor kann somit in jedem Steckplatz angeordnet und eindeutig erkannt werden. Der Magnetsensor sendet nach dem Erkennen des Sensors ein Sensorspezifisches Identifikationssignal an den Transmitter 30. Das Identifikationssignal ist also abhängig von der Magnetfeldcodierung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensoridentifikationssystem
- 10
- Armatur
- 11
- erster Steckplatz
- 12
- erster Magnetsensor
- 13
- zweiter Steckplatz
- 14
- zweiter Magnetsensor
- 15
- dritter Steckplatz
- 16
- vierter Steckplatz
- 17
- fünfter Steckplatz
- 18
- Elektronikmodul
- 20
- erster Sensor
- 21
- erster Permanentmagnet
- 30
- Transmitter
- 31
- erster Signaleingang
- 32
- zweiter Signaleingang
- 40
- zweiter Sensor
- 41
- erster Permanentmagnet
- 42
- zweiter Permanentmagnet
- 50
- dritter Sensor
- 60
- vierter Sensor
- 70
- fünfter Sensor
- I1
- erstes Identifikationssignal
- I2
- zweites Identifikationssignal
- P1
- erste Position
- P2
- zweite Position
