DE19713367C1 - Measuring head for gas measuring device with separate heads - Google Patents

Measuring head for gas measuring device with separate heads

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DE19713367C1 DE1997113367 DE19713367A DE19713367C1 DE 19713367 C1 DE19713367 C1 DE 19713367C1 DE 1997113367 DE1997113367 DE 1997113367 DE 19713367 A DE19713367 A DE 19713367A DE 19713367 C1 DE19713367 C1 DE 19713367C1
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Uwe Kuehn
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Abstract

The measuring head (1) has one or more electrochemical or optical gas sensors, with a transmitter and receiver incorporated in the head for bidirectional cordless communication with a central evaluation device, incorporating a similar transmitter and receiver. The head has a battery for providing the operating current for the gas sensors and the transmitter and receiver, which may be charged via associated solar cells (3) mounted on the outside of the head.

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf für eine Gasmeßvorrichtung mit verteilten Meßköpfen, an welche jeweils ein oder mehrere Gassensoren anschließbar sind und die dazu ausgestaltet sind, mit einer zentralen Auswerteeinheit bidirektional zu kommunizie­ ren.The invention relates to a measuring head for a gas measuring device with distributed measuring heads, each of which has one or more Gas sensors can be connected and are designed to to communicate bidirectionally with a central evaluation unit ren.

Derartige Meßköpfe und Gasmeßvorrichtungen werden in den Berei­ chen der chemischen Industrie, Labors, gasbetriebenen Anlagen, Ölbohrstationen etc. als Überwachungs- oder Alarmeinrichtungen eingesetzt. Eine Gasmeßvorrichtung der genannten Art ist zum Beispiel aus der DE 38 19 128 C2 bekannt. Die Gasmeßvorrichtung weist eine Mehrzahl von Meßköpfen auf, die in dem zu überwachen­ den Gebiet an verteilten Positionen aufstellbar sind und mit einer zentralen Auswerteeinheit über elektrische Leitungen ver­ bunden sind. Die die Meßköpfe mit der zentralen Auswerteeinheit verbindende Leitung ist als Zweidrahtleitung ausgeführt. Die Vorrichtung ist so ausgestaltet, daß über die Zweidrahtleitungen einerseits eine bidirektionale, digitale Kommunikation entspre­ chend einem an sich bekannten Mehrpartnerverfahren durchführbar ist, um allen Datenaustausch zwischen Auswerteeinheit und Meß­ köpfen zu ermöglichen, und andererseits auch die Stromversorgung der Meßköpfe über die Zweidrahtleitungen durchgeführt wird. Obwohl somit nur eine Zweidrahtleitung zur Verbindung von Meß­ köpfen mit der zentralen Auswerteeinheit benötigt wird, ist der Installationsaufwand für eine solche Gasmeßvorrichtung immer noch erheblich, insbesondere wenn eine Vielzahl von Meßköpfen verstreut über ein Überwachungsgebiet zu installieren und mit Leitungen zu verbinden sind. Dieser relativ hohe Installations­ aufwand ist insbesondere nachteilig, wenn es erwünscht ist, einzelne Meßköpfe einfach versetzen zu können. Such measuring heads and gas measuring devices are in the area chemical industry, laboratories, gas-powered plants, Oil drilling stations etc. as monitoring or alarm devices used. A gas measuring device of the type mentioned is for Example known from DE 38 19 128 C2. The gas measuring device has a plurality of measuring heads that monitor in the the area can be set up in distributed positions and with a central evaluation unit via electrical lines are bound. The measuring heads with the central evaluation unit connecting line is designed as a two-wire line. The The device is designed so that the two-wire lines on the one hand correspond to bidirectional, digital communication feasible according to a multi-partner process known per se is to all data exchange between evaluation unit and measuring enable heads, and on the other hand also the power supply the measuring heads are carried out over the two-wire lines. Although thus only a two-wire line for connecting measuring heads with the central evaluation unit is required Installation effort for such a gas measuring device always still considerable, especially if a large number of measuring heads scattered over a surveillance area to install and with Lines are to be connected. This relatively high installation effort is particularly disadvantageous if it is desired easy to move individual measuring heads.  

Aus der DE 24 44 925 A1 geht eine drahtgebundene Einrichtung für die Fernübertragung und Registrierung der von einem Kreiszeiger-Meßkopf ermittelten Meßwerte hervor, wobei die Zeigerwelle des Meßkopfes mit dem Geber einer elektrischen Verbindung gekoppelt ist, deren Empfänger in Abhängigkeit von dem durch die Drehung des Gebers erzeugten Fehlersignal nachstellbar ist.DE 24 44 925 A1 describes a wired device for the Remote transmission and registration of a circular pointer measuring head determined measured values, the pointer shaft of the measuring head with the Encoder of an electrical connection is coupled, the receiver in Dependence on the error signal generated by the rotation of the encoder is adjustable.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Meßkopf für eine Gasmeßvorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Gasmeßvorrichtung einfach zu installieren ist und der Meßkopf ohne Montageaufwand versetzbar sind.The object of the present invention is to provide a measuring head for a Gas measuring device of the type mentioned to improve so that the Easy to install gas meter  is and the measuring head can be moved without assembly effort.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen aufgeführt.The characteristic features serve to solve this task of claim 1 in conjunction with its preamble. Advantageous embodiments of the invention are in the sub claims listed.

Erfindungsgemäß ist der Meßkopf als autarke Einheit ausgestal­ tet, die ohne Leitungsverbindungen mit der zentralen Auswerte­ einheit kommunizieren kann und mit elektrischer Energie versorgt wird. Dazu ist der Meßkopf mit einer Sende- und Empfangseinrich­ tung zur drahtlosen Kommunikation mit der zentralen Aus­ werteeinheit, die mit einer entsprechenden Sende- und Empfangs­ einrichtung zur Kommunikation mit den Meßköpfen ausgerüstet ist, und mit einem Akkumulator zur Speicherung elektrischer Energie versehen, der den Meßkopf mit Strom versorgt.According to the invention, the measuring head is designed as an autonomous unit tet, without line connections with the central evaluation unit can communicate and be supplied with electrical energy becomes. For this purpose, the measuring head is equipped with a sending and receiving device device for wireless communication with the central out value unit with a corresponding transmission and reception is equipped for communication with the measuring heads, and with an accumulator for storing electrical energy provided, which supplies the measuring head with current.

Durch diese Gestaltung wird der Montageaufwand minimiert, da die einzelnen Meßköpfe an den gewünschten Positionen einfach aufge­ stellt werden können, ohne daß irgendeine Verkabelung notwendig ist. Das Versetzen einzelner Meßköpfe ist entsprechend mit mini­ malem Aufwand möglich.This design minimizes the assembly effort because the individual measuring heads simply opened at the desired positions can be provided without any wiring is. The movement of individual measuring heads is correspondingly with mini possible effort.

Die Akkumulatoren zur Energieversorgung können so ausgebildet werden, daß sie eine ausreichend lange Betriebsdauer des Meßkop­ fes gewährleisten, bis sie ausgetauscht oder wieder aufgeladen werden müssen. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist jeder Meßkopf mit Solarzellen und einer Ladeschaltung für den Akkumu­ lator versehen, die dazu ausgebildet ist, den Akkumulator ge­ speist durch die Solarzellenspannung aufzuladen, wenn die Solar­ zellen eine genügende Spannung liefern. In dieser Ausführungs­ form ist es möglich, die Serviceintervalle, zu denen die Akkumu­ latoren der Meßköpfe ausgetauscht oder wieder aufgeladen werden müßten, wesentlich auszudehnen und in günstigen Fällen ganz auf einen Austausch oder externes Wiederaufladen der Akkumulatoren zu verzichten. Letzteres setzt voraus, daß die Solarzellen an dem Meßkopf an dem gewünschten Meßplatz in einen zumindest zeit­ weise beleuchteten Bereich gebracht werden können.The batteries for energy supply can be designed in this way be that they have a sufficiently long operating time of the measuring head Ensure fes until they are replaced or recharged Need to become. In an advantageous embodiment, everyone is Measuring head with solar cells and a charging circuit for the battery lator provided, which is designed to ge the accumulator feeds by charging the solar cell voltage when the solar cells provide sufficient voltage. In this execution form it is possible to determine the service intervals at which the battery lators of the measuring heads can be replaced or recharged would have to expand significantly and in favorable cases entirely an exchange or external recharging of the batteries to renounce. The latter assumes that the solar cells on  the measuring head at the desired measuring station in at least one time wise illuminated area can be brought.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Meßkopf dadurch flexibler gemacht werden, daß die Solarzellen von dem Meßkopf abnehmbar und mit Verbindungskabeln mit dem Meßkopf elektrisch verbindbar sind, so daß sie räumlich von dem Meßkopf getrennt in einem beleuchtungsmäßig günstigen Bereich installierbar sind.In an advantageous embodiment, the measuring head can be made more flexible that the solar cells from the measuring head removable and with connecting cables with the measuring head electrical are connectable so that they are spatially separated from the measuring head a favorable lighting area can be installed.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Meßkopf mit einer Prozessoreinheit zur Verarbeitung der von dem/den Sensoren ge­ lieferten Signalen und zur Steuerung der Sende- und Empfangs­ einrichtung zur Übertragung der Sensordaten zur Auswerteeinheit versehen. Die Verarbeitung der Sensorsignale in der Prozesso­ reinheit kann bereits eine Kalibrierung und gegebenenfalls Umrech­ nungen der Signale in die gewünschten Meßwerte umfassen. Da­ durch ist es möglich, an dem Meßkopf eine Anzeigeeinheit vor­ zusehen, an der die von dem/den Sensoren gelieferten Signale bereits umgerechnet in die gewünschten Meßwerte angezeigt werden können.In an advantageous embodiment, the measuring head is with a Processor unit for processing the ge from the / the sensors delivered signals and to control the transmission and reception device for transmitting the sensor data to the evaluation unit Mistake. The processing of the sensor signals in the process Purity can already be calibrated and converted if necessary the signals into the desired measured values. There it is possible to have a display unit on the measuring head watch the signals delivered by the sensor (s) already converted into the desired measured values can.

Die Sende- und Empfangseinrichtungen können als an sich bekannte Funkeinrichtungen ausgebildet sein, an die Steuerschaltungen angeschlossen sind, um eine bidirektionale Kommunikation nach einem Mehrpartnerverfahren zwischen den Meßköpfen und der zen­ tralen Auswerteeinheit zu ermöglichen. Solche bidirektionalen Kommunikationsverfahren und Funkeinrichtungen sind an sich be­ kannt, und es wird darauf im folgenden nicht näher eingegangen.The transmitting and receiving devices can be known as such Radio devices can be designed to the control circuits are connected to bidirectional communication a multi-partner process between the measuring heads and the zen enable central evaluation unit. Such bidirectional Communication procedures and radio equipment are in themselves knows, and it will not be discussed in more detail below.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels in der Zeichnung beschrieben, wobei in Fig. 1 ein ein­ zelner Meßkopf für eine Gasmeßvorrichtung gezeigt ist.The invention is described below with reference to a game Ausführungsbei in the drawing, wherein an individual measuring head for a gas measuring device is shown in Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Meßkopf 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Anschluß 4 zum Aufstecken eines Gassensors (nicht gezeigt) auf. Der Gassensor liefert elektrische Meßsignale, die über den Anschluß 4 an eine Prozessoreinheit in dem Meßkopf 1 weiterge­ leitet werden. Der Gassensor kann z. B. ein elektrochemischer oder auch ein optischer Gassensor sein. In der Prozessoreinheit wird eine Kalibration und Auswertung der Meßsignale des Gassen­ sors vorgenommen, so daß bereits lokal in dem Meßkopf 1 die ge­ wünschte Meßgröße zur Verfügung steht. Der umgerechnete Meßwert kann dann bereits an einer Anzeige 6 an dem Meßkopf 1 angezeigt werden.The measuring head 1 shown in Fig. 1 comprises a housing 2 having a terminal 4 (not shown) for fitting a gas sensor to. The gas sensor provides electrical measurement signals that are forwarded via the connection 4 to a processor unit in the measuring head 1 . The gas sensor can e.g. B. an electrochemical or an optical gas sensor. In the processor unit, a calibration and evaluation of the measurement signals of the gas sensor is carried out, so that the desired measurement variable is already available locally in the measurement head 1 . The converted measured value can then already be displayed on a display 6 on the measuring head 1 .

Weiterhin werden die in der Prozessoreinheit verarbeiteten Gas­ sensorsignale über eine Sende- und Empfangseinrichtung des Meß­ kopfes 1 zu einer zentralen Auswerteeinheit (nicht gezeigt) drahtlos weitergeleitet, indem die gewünschten Daten zu der zentralen Auswerteeinheit gefunkt werden. Die zentrale Auswerte­ einheit wiederum kann mit ihrer Sende- und Empfangseinrichtung die einzelnen Meßköpfe ansteuern und Daten und Befehle zu den Prozessoreinheiten senden, um bestimmte Kalibrationen oder Tests an den einzelnen Gassensoren durchzuführen.Furthermore, the gas sensor signals processed in the processor unit are transmitted wirelessly via a transmitting and receiving device of the measuring head 1 to a central evaluation unit (not shown) by radioing the desired data to the central evaluation unit. The central evaluation unit, in turn, can control the individual measuring heads with its transmitting and receiving device and send data and commands to the processor units in order to carry out certain calibrations or tests on the individual gas sensors.

Die einzelnen Gassensoren sind vorteilhaft mit jeweils einem eingebauten Speicher versehen, in dem sensorspezifische Daten fest einprogrammiert sind. Solche Daten können z. B. die von dem Gassensor nachgewiesene Gasart, Meßbereiche, Kalibrationskon­ stanten oder Kalibrationskurven, etc. umfassen. Dies ermöglicht den Austausch von Gassensoren an einem Meßkopf 1, wobei die Pro­ zessoreinheit in dem Meßkopf 1 mit Hilfe der aus dem Speicher des Gassensors empfangenen sensorspezifischen Daten, eine lokale Verarbeitung der Gassensorsignale und eine Anzeige des Ergebnis­ ses vornehmen kann, auch wenn ein anderer Gassensor aufgesteckt wird. Ferner werden die sensorspezifischen Daten auch zur Wei­ terleitung der Information bezüglich des spezifischen Gassensors zur der Auswerteeinheit verwendet.The individual gas sensors are each advantageously provided with a built-in memory in which sensor-specific data are permanently programmed. Such data can e.g. B. the gas type detected by the gas sensor, measuring ranges, calibration constant or calibration curves, etc. include. This enables the exchange of gas sensors on a measuring head 1 , the processor unit in the measuring head 1 using the sensor-specific data received from the memory of the gas sensor, can locally process the gas sensor signals and display the result, even if another gas sensor is plugged on. Furthermore, the sensor-specific data are also used to forward the information relating to the specific gas sensor to the evaluation unit.

Am Gehäuse 2 des Meßkopfes 1 befinden sich ferner Bedienungs­ knöpfe 5, die es erlauben, an Ort und Stelle Eingaben in die Prozessoreinheit des Meßkopfes 1 vorzunehmen, um deren Betriebs­ weise, die Anzeigeweise auf der Anzeige 6 und dergleichen steu­ ern zu können.On the housing 2 of the measuring head 1 there are also operating buttons 5 , which make it possible to make entries on the spot in the processor unit of the measuring head 1 in order to control their operation, the display mode on the display 6 and the like.

Der in Fig. 1 dargestellte Meßkopf 1 bildet eine vollständig autarke Einheit, die ohne weitere Installationsarbeiten an einem gewünschten Meßplatz aufgestellt oder angebracht werden kann. Auch nach der erstmaligen Installation der Gasmeßvorrichtung kann diese sehr einfach und flexibel umgestellt werden, wenn es gewünscht ist, einzelne oder alle Meßköpfe an neuen Meßplätzen aufzustellen. Bei der Installation oder beim Umsetzen der Meß­ köpfe ist keinerlei Verkabelung der Meßköpfe untereinander und zur Verbindung mit der zentralen Auswerteeinheit erforderlich.The measuring head 1 shown in Fig. 1 forms a totally self-contained unit that can be placed or without additional installation work at a desired measurement site attached. Even after the initial installation of the gas measuring device, it can be changed very easily and flexibly if it is desired to set up individual or all measuring heads at new measuring stations. When installing or moving the measuring heads, no wiring of the measuring heads to each other and for connection to the central evaluation unit is required.

Die Solarzellen 3 können wie in Fig. 1 dargestellt, fest mit dem Gehäuse 2 des Meßkopfes 1 verbunden sein. Alternativ können die Solarzellen auch als von dem Gehäuse 2 lösbare Einheit ausgebil­ det werden, was es ermöglicht, an bestimmten Meßplätzen die Solarzellen in eine beleuchtungsmäßig günstigere Position zu bringen, wenn am Ort des Meßplatzes selbst die Beleuchtungsbe­ dingungen ungünstig sind. Eine solche lösbare Solarzelleneinheit ist dann mit einer einfachen Kabelverbindung mit der Ladeschal­ tung und dem Akkumulator im Meßkopf 1 verbunden.As shown in FIG. 1, the solar cells 3 can be firmly connected to the housing 2 of the measuring head 1 . Alternatively, the solar cells can also be configured as a detachable unit from the housing 2 , which makes it possible to bring the solar cells into a more favorable lighting position at certain measuring points if the lighting conditions themselves are unfavorable at the location of the measuring point. Such a detachable solar cell unit is then connected with a simple cable connection to the charging circuit and the accumulator in the measuring head 1 .

Claims (10)

1. Meßkopf für eine Gasmeßvorrichtung mit verteilten Meßköpfen, an welchen Meßkopf ein oder mehrere Gassensoren anschließbar sind und der dazu ausgestaltet ist, mit einer zentralen Auswerteeinheit bidirektional zu kommunizieren, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) mit einer Sende- und Empfangseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation mit einer entsprechenden Sende- und Empfangseinrichtung in der Aus­ werteeinheit ausgerüstet ist und mit einem Akkumulator zur Stromversorgung des Meßkopfes (1) versehen ist.1. Measuring head for a gas measuring device with distributed measuring heads, to which measuring head one or more gas sensors can be connected and which is designed to communicate bidirectionally with a central evaluation unit, characterized in that the measuring head ( 1 ) with a transmitting and receiving device for wireless Communication with a corresponding transmitting and receiving device in the evaluation unit is equipped and is provided with an accumulator for supplying power to the measuring head ( 1 ). 2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) mit Solarzellen (3) und einer Schaltung zum Aufladen des Akkumulators, gespeist durch die Solarzellen­ spannung, versehen ist.2. Measuring head according to claim 1, characterized in that the measuring head ( 1 ) with solar cells ( 3 ) and a circuit for charging the battery, fed by the solar cell voltage, is provided. 3. Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangseinrichtung eine an sich bekannte Funkeinrichtung, geeignet zur bidirektio­ nalen Kommunikation nach einem Mehrpartnerverfahren, ist.3. Measuring head according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transmitting and receiving device a radio device known per se, suitable for bidirectional communication based on a multi-partner process. 4. Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) mit der Sende- und Emp­ fangseinrichtung und den Solarzellen (3) in einem Gehäuse (2) integriert ist.4. Measuring head according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring head ( 1 ) is integrated with the transmitting and receiving device and the solar cells ( 3 ) in a housing ( 2 ). 5. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Solarzellen (3) von dem Meßkopf (1) ab­ nehmbar und, über Leitungen mit dem Meßkopf (1) elektrisch verbindbar, räumlich getrennt von diesem installierbar sind.5. Measuring head according to one of claims 1 to 3, characterized in that the solar cells ( 3 ) from the measuring head ( 1 ) from removable and, via lines with the measuring head ( 1 ) electrically connectable, can be installed separately from this. 6. Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) mit einer Prozessorein­ heit zur Verarbeitung der von dem/den Sensoren gelieferten Signalen und zur Steuerung der Sende- und Empfangseinrich­ tung zur Übertragung der Sensordaten zur Auswerteeinheit und zur Aufnahme von Daten, die von der Auswerteeinheit empfan­ gen werden, versehen ist.6. Measuring head according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring head ( 1 ) with a processor unit for processing the signals supplied by the sensor (s) and for controlling the transmitting and receiving device for transmitting the sensor data to the evaluation unit and for recording of data received by the evaluation unit is provided. 7. Meßkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Gassensor ein Speicher zugeordnet ist, in dem sensorspezifische Daten fest einprogrammiert sind.7. Measuring head according to one of the preceding claims, characterized characterized in that each gas sensor is assigned a memory in which sensor-specific data is permanently programmed are. 8. Meßkopf nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) mit einer Anzeige (6) versehen ist und die Prozessoreinheit dazu ausgelegt ist, die verarbeiteten Gas­ sensorsignale als Meßwerte auf der Anzeige (6) zur Anzeige zu bringen.8. Measuring head according to claim 6 and 7, characterized in that the measuring head ( 1 ) is provided with a display ( 6 ) and the processor unit is designed to display the processed gas sensor signals as measured values on the display ( 6 ). 9. Meßkopf nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) mit einer Alarmeinrichtung versehen und die Prozessoreinheit dazu ausgelegt ist, die Alarmeinrichtung unter vorgegebenen Bedingungen in Reaktion auf die verarbei­ teten Gassensorsignale auszulösen.9. Measuring head according to claim 6 and 7, characterized in that the measuring head ( 1 ) is provided with an alarm device and the processor unit is designed to trigger the alarm device under predetermined conditions in response to the processed gas sensor signals. 10. Gasmeßvorrichtung mit wenigstens einem separaten Meßkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer zen­ tralen Auswerteeinheit mit einer entsprechenden Sende- und Empfangseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation, die geeig­ net ist, mit der Sende- und Empfangseinrichtung in dem Meß­ kopf (1) bidirektional zu kommunizieren.10. Gas measuring device with at least one separate measuring head ( 1 ) according to one of the preceding claims and with a central evaluation unit with a corresponding transmitting and receiving device for wireless communication, which is suitable net, with the transmitting and receiving device in the measuring head ( 1 ) to communicate bidirectionally.
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