EP3314981A1 - Feldgerät zum einsatz in hygienischen anwendungen in der prozess- und automatisierungstechnik und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Feldgerät zum einsatz in hygienischen anwendungen in der prozess- und automatisierungstechnik und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP3314981A1
EP3314981A1 EP16727151.9A EP16727151A EP3314981A1 EP 3314981 A1 EP3314981 A1 EP 3314981A1 EP 16727151 A EP16727151 A EP 16727151A EP 3314981 A1 EP3314981 A1 EP 3314981A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating element
field device
housing
current loop
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16727151.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Gerwig
Raphael Schonhardt
Torsten Weinstein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser SE and Co KG filed Critical Endress and Hauser SE and Co KG
Publication of EP3314981A1 publication Critical patent/EP3314981A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
    • G01N25/66—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/035—Electrical circuits used in resistive heating apparatus

Definitions

  • the invention describes a field device for use in hygienic applications in process and automation technology and a method for producing such a field device.
  • the field device in this case comprises at least one sensor element for detecting a first physical measured variable, at least one electrical circuit for converting the measured variable determined by the sensor element into a measuring signal, at least one heating element, at least one housing having an outer side and an inner side and in which at least the sensor element , the electrical
  • Circuit and the heating element are arranged and mounted, and an external power supply unit.
  • Field devices are already known from the prior art, which are used in industrial plants. Field devices are often used in process automation technology as well as in factory automation technology. In principle, field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information. For example, field devices are used to detect and / or influence process variables. Measuring devices or sensors are used to record process variables. These are used, for example, for measuring pressure and temperature.
  • Conductivity measurement, flow measurement, level measurement, etc. used and recorded the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pH value, level, flow etc.
  • Actuators are used to influence process variables. These are, for example, pumps or valves that can influence the flow of a liquid in a pipe or the level in a container.
  • field devices are also understood as remote I / Os, radio adapters or general devices which are arranged at the field level.
  • Field devices with metal housing can corrode by prolonged water deposition. If the water vapor reaches the inside of the housing and condenses there, the functionality of the field device may be impaired. For example, can itself
  • Pressure gauges in particular relative pressure gauges, require a reference air duct for correct commissioning. This is embedded in the housing and is by means of a pressure compensation element in contact with the environment. If condensate accumulates on this pressure compensation element, the air supply to the reference air duct may be prevented. As a consequence erroneous pressure values are measured. Condensate always occurs when the temperature falls below a threshold temperature, the so-called dew point temperature, also referred to as dew point.
  • the dew point temperature of a gas mixture is determined by the proportion of a condensable component.
  • the gas mixture may be, for example, air, the condensable component is water. The higher the proportion of the condensable component in the gas mixture, the lower the
  • Dew point temperature If a process has one or more phases with a low process temperature, for example cooling phases, there is an increased risk of condensation in these phases.
  • One way to protect field devices from condensation is to change the dimensions of the enclosures. With a larger case length can be sensitive
  • Components such as the electronics or the pressure compensation element for pressure gauges are placed away from the process connection, so that the low temperature does not reach these components. However, this is increased with
  • temperature decouplers are housing sections with special shapes, such as ribs or constrictions. Disadvantages of this method are, depending on the embodiment, low efficiency and increased effort in the
  • An effective way to prevent condensation on the enclosure is to keep the enclosure temperature higher than the dewpoint temperature.
  • DE102013108531 A1 describes a field device with integrated heating element and temperature control circuit. This field device is used at very low temperatures in the range of - 40 ° C to - 60 ° C; the heating element should thereby
  • the described invention consists in increased effort by the implemented control, which causes additional manufacturing costs and increased power consumption.
  • the object of the invention is to provide a field device, which ensures safe use in environments with high risk of condensation.
  • a field device for use in hygienic applications in process and automation technology which at least one
  • Sensor element for detecting a first physical measured variable, at least one electrical circuit for converting the measured variable determined by the sensor element into a measuring signal, at least one heating element, at least one housing having an outer side and an inner side and in which at least the sensor element, the electrical circuit and the Heating element arranged and mounted are and comprises an external power supply unit, wherein the field device has two connection pins to which the sensor element and the electrical circuit are connected and through which the external power supply is an electrical connection, whereby a first current loop is formed and wherein a second current loop is provided which is arranged so that the heating element is in electrical contact via one of the two connection pins and a third connection pin with the external power unit, whereby the second current loop with the first Stromschl eife forms a parallel connection.
  • the field device has two connection pins to which the sensor element and the electrical circuit are connected and through which the external power supply is an electrical connection, whereby a first current loop is formed and wherein a second current loop is provided which is arranged so that the heating element is in electrical contact via one
  • the heating element consists of at least one electronic component. Due to the flow of current through the component creates a waste heat, which heats the housing. By using standard electronic components, the manufacturing process of the integrated heating element is inexpensive.
  • the heating element consists of an SMD resistor or of a parallel connection of at least two S MD resistors. Furthermore, the heating element could also consist of a field effect transistor or a plurality of field effect transistors or similar electronic components.
  • a preferred variation provides that the heating element is arranged in the housing such that the heat exchange between the heating element and the
  • Housing conductively takes place. For this, the heating element is brought into contact with the housing. The waste heat generated by the heating element is conducted directly into the housing.
  • a preferred variation provides that the heating element is arranged in the housing such that the heat exchange between the heating element and the
  • Housing is convective.
  • the heating element is located in the interior of the housing.
  • the waste heat radiates from the heating element and can be used to heat the electronic unit next to the housing.
  • a preferred variant provides that the first current loop a 4 - 20 mA
  • the first current loop is a digital communication that communicates by means of a fieldbus protocol of the process and automation technology.
  • the bus protocol may, for example, a Profibus ® PA, Foundation Fieldbus ® - Modbus ® - or HART ® protocol to be.
  • the field device is a pressure gauge.
  • pressure gauges are extremely susceptible to errors, as shown, for example, in a blockage of the reference air supply.
  • the present invention offers the great advantage of improving the susceptibility to errors and thus the reliability of pressure gauges.
  • the invention is further achieved by a method for producing a field device for use in hygienic applications in process and automation technology, wherein the heating element is supplied with energy via the second current loop, whereby the heating element heats up and gives off heat to the housing, and wherein raises the case temperature above the dew point temperature, preventing the formation of condensate on the outside and inside of the case.
  • the heating element is switched on manually. This can, for example, by means of a hardware solution, such as a switch, on the outside of the housing of the field device or on the
  • Heating element is only put into operation, if it is needed.
  • the heating element is switched on only in the phases of a process in which the process temperature is below the dew point temperature. This is the case, for example, in cooling phases of the process.
  • 1 shows a schematic drawing of a circuit of a field device according to the invention in the standard mode
  • 2 shows a schematic drawing of a circuit of a field device with
  • FIG. 3 shows a drawing of an embodiment of a field device according to the invention.
  • 1 shows a schematic drawing of a circuit of a field device 1 in standard operation.
  • Field devices in particular sensors and / or actuators, are often operated in a 2-wire mode.
  • the power supply of the field devices via an external power unit connected to terminal pins 8, which are attached to the housing, connected by means of a M12x1 or valve plug.
  • These connector versions offer standard connection options for up to four connection pins.
  • This first current loop may be, for example, a 4-20 mA current loop or a communication network.
  • the sensor element 5 detects a physical measurand.
  • the electrical circuit 3 then converts this measured variable into a measuring signal.
  • This measurement signal is output via one of the two connection pins 8 and can be detected or further processed, for example, in further units of the network.
  • FIG. 2 shows a schematic drawing of a circuit of a field device with a switched-on heater.
  • Many field devices such as the relative pressure gauge Cerabar PMP23, which is manufactured and distributed by the applicant, have an additional third terminal pin 9 factory, which offers in special versions of the device connection options for special functions in the
  • a heating element 4 is mounted in the interior of the housing 5 and connected to one of the two connection pins 8 and a third terminal pin 9. Thereby, the heating element 4, such as the sensor element 2 and the electrical circuit 3, connected to the external power unit 1 1 and draws from this energy.
  • the heating element 4 such as the sensor element 2 and the electrical circuit 3, connected to the external power unit 1 1 and draws from this energy.
  • a second current loop 13 is formed, which with the first current loop 12 a
  • connection pins 8 and the third connection pin 9 also takes place here by means of an M12x1 or valve plug.
  • Sensor element 2 and the electrical circuit 3 is not affected by the first current loop 12 when the heating element 4 is switched on. When laying out the system, however, it must be taken into account that the required energy of the external energy unit 1 1 is greater when the heating element 4 is switched on than in the standard mode.
  • 3 shows a drawing of an embodiment of a field device 1 according to the invention in the form of a relative pressure gauge. At housing 5 is a
  • the heating element 4 is mounted in this example on the circuit board of the electrical circuit 3, the heat exchange with the housing is thus convective.
  • a variant of this embodiment provides to connect the heating element 4 directly to the housing 5, so that the heat exchange is conductive. If the process is in a cooling phase, a low temperature prevails at the process connection, which propagates to the entire housing 5. If the temperature of the housing 5 drops below the dew point temperature, condensate can accumulate on the outside 6 and on the inside 7 of the housing. If this condensate covers the pressure compensation element 10, the reference air supply may possibly be blocked, as a result of which erroneous measured values are to be expected.
  • the heating element 4 is turned on, which is connected via one of the connection pins 8 and the third terminal pin 9 to the external power unit 1 1. This heats the case slightly. As soon as the temperature of the housing 5 rises above the dew point temperature, the condensate begins to evaporate and further condensation is prevented. Ideally, the heating element 4 should be switched on a short time before the start of a process cooling phase to prevent condensation from the ground up.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Feldgerät (1) zum Einsatz in hygienischen Anwendungen in der Prozess- und Automatisierungstechnik, welches dabei zumindest ein Sensorelement (2), zumindest eine elektrische Schaltung (3), zumindest ein Heizelement (4), zumindest ein Gehäuse (5), das eine Außenseite (6) und eine Innenseite (7) aufweist und in dem zumindest das Sensorelement (2), die elektrische Schaltung (3) und das Heizelement (4) angeordnet und angebracht sind, und eine externe Energieversorgungseinheit (11) umfasst, wobei das Feldgerät zwei Anschlusspins (8) besitzt, an die das Sensorelement (2) und die elektrische Schaltung (3) angeschlossen sind und über die mit der externen Stromversorgung (11) eine elektrische Verbindung besteht, wodurch eine erste Stromschleife (12) gebildet wird und wobei eine zweite Stromschleife (13) vorgesehen ist, die so angeordnet ist, dass das Heizelement (4) über einen der beiden Anschlusspins (8) und einen dritten Anschlusspin (9) mit der externen Energieeinheit (11) in elektrischem Kontakt steht, wodurch die zweite Stromschleife (13) mit der ersten Stromschleife (12) eine Parallelschaltung bildet; und beschreibt außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Feldgeräts (1).

Description

Feldgerät zum Einsatz in hygienischen Anwendungen in der Prozess- und Automatisierungstechnik und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung beschreibt ein Feldgerät zum Einsatz in hygienischen Anwendungen in der Prozess- und Automatisierungstechnik und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Feldgeräts. Das Feldgerät umfasst dabei zumindest ein Sensorelement zum Erfassen einer ersten physikalischen Messgröße, zumindest eine elektrische Schaltung zum Umwandeln der vom Sensorelement ermittelten Messgröße in ein Messsignal, zumindest ein Heizelement, zumindest ein Gehäuse, das eine Außenseite und eine Innenseite aufweist und in dem zumindest das Sensorelement, die elektrische
Schaltung und das Heizelement angeordnet und angebracht sind, und eine externe Energieversorgungseinheit.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung,
Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, Füllstandsmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH- Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben. Viele Feldgeräte für die Prozessautomatisierung sind unterschiedlichen
Umwelteinflüssen, abhängig von ihrem Einsatzort, ausgesetzt. In verschiedenen Industriebereichen sind unterschiedliche Umgebungsbedingungen vorherrschend, die jeweils verschiedene Schutzmaßnahmen benötigen.
In der Prozessautomatisierung, besonders in hygienischen Anwendungen, werden häufig Prozesse gefahren, in denen eine hohe Luftfeuchtigkeit herrscht. Wasserdampf legt sich als Kondensat auf Oberflächen der Prozessanlage ab. Dieses Kondensat kann die Anlage und insbesondere die darin befindlichen Feldgeräte beschädigen.
Feldgeräte mit Metallgehäuse können durch längere Wasserablagerung korrodieren. Gelangt der Wasserdampf ins Innere der Gehäuse und kondensiert dort, kann die Funktionalität des Feldgeräts beeinträchtigt werden. Beispielsweise kann sich
Kondensat auf der Elektronik anlagern und für Defekte und/oder Korrosion sorgen. Des Weiteren können Übersprungkontakte zwischen der Elektronik und dem Gehäuse, bedingt durch die Feuchtigkeit, entstehen und dadurch die Feldgeräte in ihrer
Funktionstüchtigkeit beschränken.
Druckmessgeräte, insbesondere Relativdruckmessgeräte, benötigen zur korrekten Inbetriebnahme einen Referenzluftkanal. Dieser ist in das Gehäuse eingelassen und steht mittels eines Druckausgleichelements mit der Umgebung in Kontakt. Lagert sich auf diesem Druckausgleichselement Kondensat an, so wird unter Umständen die Luftzufuhr in den Referenzluftkanal verhindert. Als Konsequenz werden fehlerhafte Druckwerte gemessen. Kondensat entsteht immer dann, wenn die Temperatur eine Schwelltemperatur, die sogenannte Taupunkttemperatur, auch als Taupunkt bezeichnet, unterschreitet. Die Taupunkttemperatur eines Gasgemisches wird durch den Anteil eines kondensierbaren Bestandteils bestimmt. Bei dem Gasgemisch kann es sich beispielsweise um Luft handeln, bei dem kondensierbaren Bestandteil um Wasser. Je höher der Anteil des kondensierbaren Bestandteils in dem Gasgemisch ist, desto niedriger ist die
Taupunkttemperatur. Besitzt ein Prozess eine oder mehrere Phasen mit niedriger Prozesstemperatur, beispielsweise Kühlphasen, so ist in diesen Phasen erhöhte Kondensationsgefahr gegeben. Eine Möglichkeit, Feldgeräte vor Kondensation zu schützen ist es, die Dimensionen der Gehäuse zu verändern. Bei einer größeren Gehäuselänge können empfindliche
Bestandteile, wie beispielsweise die Elektronik oder das Druckausgleichelement bei Druckmessgeräten entfernt vom Prozessanschluss platziert werden, so dass die niedrige Temperatur diese Bauteile nicht erreicht. Dies ist jedoch mit erhöhten
Materialkosten verbunden. Außerdem ist der Platz in vielen Prozessanlagen begrenzt, weswegen die Gehäusemaße so klein wie möglich gewählt werden sollten.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Prozesstemperatur von den empfindlichen Bauteilen zu entkoppeln. Dies ist über sogenannte Temperaturentkoppler möglich. Diese Temperaturentkoppler sind Gehäuseabschnitte mit speziellen Formen, beispielsweise Rippen oder Verengungen. Nachteile dieser Methode sind ein, je nach Ausführungsform, niedriger Wirkungsgrad und erhöhter Aufwand bei der
Gehäuseentwicklung.
Eine effektive Möglichkeit, Kondensat am Gehäuse zu verhindern, besteht darin, die Temperatur des Gehäuses höher als die Taupunkttemperatur zu halten.
Die DE102013108531 A1 beschreibt ein Feldgerät mit integriertem Heizelement und Temperaturregelkreis. Dieses Feldgerät kommt bei sehr niedrigen Temperaturen in Bereichen von - 40 °C bis - 60 °C zum Einsatz; das Heizelement soll dabei
temperaturempfindliche Komponenten wie beispielsweise Mikrocontroller vor Ausfällen, bedingt durch diese niedrigen Temperaturen, schützen. Der Nachteil dieser
beschriebenen Erfindung besteht in erhöhtem Aufwand durch die implementierte Regelung, welche zusätzliche Herstellungskosten und erhöhten Stromverbrauch verursacht. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Feldgerät zu schaffen, welches den sicheren Einsatz in Umgebungen mit hoher Kondensationsgefahr gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch ein Feldgerät zum Einsatz in hygienischen Anwendungen in der Prozess- und Automatisierungstechnik gelöst, welches zumindest ein
Sensorelement zum Erfassen einer ersten physikalischen Messgröße, zumindest eine elektrische Schaltung zum Umwandeln der vom Sensorelement ermittelten Messgröße in ein Messsignal, zumindest ein Heizelement, zumindest ein Gehäuse, das eine Außenseite und eine Innenseite aufweist und in dem zumindest das Sensorelement, die elektrische Schaltung und das Heizelement angeordnet und angebracht sind umfasst und eine externe Energieversorgungseinheit umfasst, wobei das Feldgerät zwei Anschlusspins besitzt, an die das Sensorelement und die elektrische Schaltung angeschlossen sind und über die mit der externen Stromversorgung eine elektrische Verbindung besteht, wodurch eine erste Stromschleife gebildet wird und wobei eine zweite Stromschleife vorgesehen ist, die so angeordnet ist, dass das Heizelement über einen der beiden Anschlusspins und einen dritten Anschlusspin mit der externen Energieeinheit in elektrischem Kontakt steht, wodurch die zweite Stromschleife mit der ersten Stromschleife eine Parallelschaltung bildet. Mittels dieser Lösung ist eine kostengünstige Implementierung des Heizelements möglich. Durch den direkten Anschluss des Heizelements an die
Stromversorgungseinheit werden keine zusätzlichen Energiequellen benötigt. Die Parallelschaltung der Elektronik mit dem Heizelement gewährleistet eine zuverlässige Funktion des Feldgerätes, da der Betrieb des Heizelements keine Veränderungen der Messergebnisse verursacht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Heizelement aus zumindest einem elektronischen Bauteil besteht. Durch den Stromfluss durch das Bauteil entsteht eine Abwärme, welche das Gehäuse erwärmt. Durch Verwendung von Standard- Elektronikbauteilen ist der Herstellungsprozess des integrierten Heizelements kostengünstig. Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Heizelement aus einem SMD- Widerstand oder aus einer Parallelschaltung von mindestens zwei S MD-Widerständen besteht. Des Weiteren könnte das Heizelement auch aus einem Feldeffekttransistor oder einer Vielzahl von Feldeffekttransistoren oder ähnlichen elektronischen Bauteilen bestehen.
Eine bevorzugte Variation sieht vor, dass das Heizelement derart im Gehäuse angeordnet ist, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Heizelement und dem
Gehäuse konduktiv erfolgt. Dafür wird das Heizelement mit dem Gehäuse in Kontakt gebracht. Die durch das Heizelement erzeugte Abwärme wird direkt in das Gehäuse geleitet.
Eine bevorzugte Variation sieht vor, dass das Heizelement derart im Gehäuse angeordnet ist, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Heizelement und dem
Gehäuse konvektiv erfolgt. Dafür befindet sich das Heizelement im Innenraum des Gehäuses. Die Abwärme strahlt vom Heizelement ab und kann dazu verwendet werden, neben dem Gehäuse auch die Elektronikeinheit zu erwärmen.
Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass die erste Stromschleife eine 4 - 20 mA
Stromschleife ist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die erste Stromschleife eine digitale Kommunikation ist, die mittels eines Feldbus-Protokolls der Prozess- und Automatisierungstechnik kommuniziert. Das Busprotokoll kann dabei beispielweise ein Profibus® PA-, Foundation Fieldbus®-, Modbus®- oder HART®-Protokoll sein.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem Feldgerät um ein Druckmessgerät handelt. Wie bereits beschrieben, sind Druckmessgeräte äußerst fehleranfällig, was sich beispielsweise in einer Blockierung der Referenzluftzufuhr zeigt. Die vorliegende Erfindung bietet den großen Vorteil, die Fehleranfälligkeit und somit die Zuverlässigkeit von Druckmessgeräten zu verbessern. Die Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines Feldgeräts zum Einsatz in hygienischen Anwendungen in der Prozess- und Automatisierungstechnik gelöst, wobei das Heizelement über die zweite Stromschleife mit Energie versorgt wird, wodurch sich das Heizelement erwärmt und Wärme an das Gehäuse abgibt, und wobei die Gehäusetemperatur über die Taupunkttemperatur gehoben, so dass die Bildung von Kondensat auf der Außenseite und der Innenseite des Gehäuses verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das Heizelement manuell eingeschaltet. Dies kann beispielsweise mittels einer Hardwarelösung, wie einem Schalter, der an der Außenseite des Gehäuses des Feldgeräts oder an der
Prozessanlage angebracht ist, aber auch durch eine Softwarelösung erreicht werden. Durch die manuelle Einschaltmöglichkeit kann Energie gespart werden, da das
Heizelement nur dann in Betrieb gesetzt wird, wenn es auch benötigt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens das Heizelement nur in den Phasen eines Prozesses eingeschaltet wird, in denen die Prozesstemperatur unterhalb der Taupunkttemperatur liegt. Dies ist beispielsweise in Kühlphasen des Prozesses der Fall. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert. Es zeigen
Fig.1 eine schematische Zeichnung eines Schaltkreises eines erfindungsgemäßen Feldgeräts im Standardmodus; Fig.2 eine schematische Zeichnung eines Schaltkreises eines Feldgeräts mit
hinzugeschalteter Heizung; und
Fig.3 eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Feldgeräts. Fig.1 zeigt eine schematische Zeichnung eines Schaltkreises eines Feldgeräts 1 im Standardbetrieb. Feldgeräte, insbesondere Sensoren und/oder Aktoren, werden häufig in einem 2-Leiter-Modus betrieben. Die Energiespeisung der Feldgeräte erfolgt über eine externe Energieeinheit die an Anschlusspins 8, die am Gehäuse angebracht sind, mittels eines M12x1- oder Ventilsteckers angeschlossen sind. Diese Steckerversionen bieten standardmäßig Anschlussmöglichkeiten für bis zu vier Anschlusspins.
Im Inneren des Gehäuses 5 sind ein Sensorelement 2 und eine elektrische Schaltung 3 angebracht und an die Anschlusspins 8 angeschlossen. Dadurch wird eine erste
Stromschleife 12 gebildet. Diese erste Stromschleife kann beispielsweise eine 4-20 mA-Stromschleife oder ein Kommunikationsnetzwerk sein.
Das Sensorelement 5 erfasst eine physikalische Messgröße. Die elektrische Schaltung 3 wandelt diese Messgröße anschließend in ein Messsignal um. Dieses Messsignal wird über einen der beiden Anschlusspins 8 ausgegeben und kann beispielsweise in weiteren Einheiten des Netzwerks erfasst oder weiterverarbeitet werden.
Fig.2 zeigt eine schematische Zeichnung eines Schaltkreises eines Feldgeräts mit hinzugeschalteter Heizung. Viele Feldgeräte, beispielsweise das Relativdruckmessgerät Cerabar PMP23, welches von der Anmelderin hergestellt und vertrieben wird, besitzen werksseitig einen zusätzlichen dritten Anschlusspin 9, welcher in Sonderausführungen des Gerätes Anschlussmöglichkeiten für spezielle Funktionen bietet, in der
Standardausführung aber ungenutzt ist. Ein Heizelement 4 wird im Innenraum des Gehäuses 5 angebracht und mit einem der beiden Anschlusspins 8 und einem dritten Anschlusspin 9 verbunden. Dadurch ist das Heizelement 4, wie das Sensorelement 2 und die elektrische Schaltung 3, an die externe Energieeinheit 1 1 angeschlossen und bezieht von dieser Energie. Durch den Anschluss an den dritten Anschlusspin 9 wird eine zweite Stromschleife 13 gebildet, die mit der ersten Stromschleife 12 eine
Parallelschaltung bildet. Das Gerät wird dadurch in einem 3-Leiter-Modus betrieben. Der Anschluss der Anschlusspins 8 und des dritten Anschlusspins 9 erfolgt auch hier mittels eines M12x1- oder Ventilsteckers.
Durch diese Parallelschaltung ist gewährleistet, dass die Stromversorgung des
Sensorelements 2 und der elektrischen Schaltung 3 durch die erste Stromschleife12 bei eingeschaltetem Heizelement 4 nicht beeinträchtigt wird. Beim Auslegen der Anlage muss jedoch beachtet werden, dass die benötigte Energie der externen Energieeinheit 1 1 bei eingeschaltetem Heizelement 4 größer ist als im Standardbetrieb. Fig.3 zeigt eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Feldgeräts 1 in Form eines Relativdruckmessgeräts. An Gehäuse 5 ist ein
Druckausgleichselement angebracht, mit deren Hilfe die Referenzluftzufuhr für den Sensor ermöglicht wird. Das Heizelement 4 ist in diesem Beispiel auf der Platine der elektrischen Schaltung 3 angebracht, der Wärmeaustausch mit dem Gehäuse erfolgt somit konvektiv. Eine Variante dieser Ausführungsart sieht vor, das Heizelement 4 direkt mit dem Gehäuse 5 zu verbinden, so dass der Wärmeaustausch konduktiv erfolgt. Befindet sich der Prozess in einer Kühlphase, so herrscht an dem Prozessanschluss eine niedrige Temperatur, die sich auf das gesamte Gehäuse 5 ausbreitet. Sinkt die Temperatur des Gehäuses 5 unter die Taupunkttemperatur, so kann sich an der Außenseite 6 und an der Innenseite 7 des Gehäuses Kondensat anlagern. Bedeckt dieses Kondensat das Druckausgleichselement 10, so wird unter Umständen die Referenzluftzufuhr blockiert, wodurch mit fehlerhaften Messwerten zu rechnen ist.
In einem solchen Fall wird das Heizelement 4 eingeschaltet, welches über einen der Anschlusspins 8 und dem dritten Anschlusspin 9 an der externen Energieeinheit 1 1 angeschlossen ist. Dadurch wird das Gehäuse leicht erwärmt. Sobald die Temperatur des Gehäuses 5 über die Taupunkttemperatur steigt, beginnt das Kondensat zu verdunsten und weitere Kondensatbildung wird verhindert. Idealerweise sollte das Heizelement 4 kurze Zeit vor dem Beginn einer Prozesskühl phase eingeschaltet werden, um Kondensatbildung von Grund auf zu verhindern.
Bezugszeichenliste
Feldgerät
Sensorelement
Elektrische Schaltung
Heizelement
Gehäuse
Außenseite
Innenseite
Anschlusspins
Dritter Anschlusspin
Druckausgleichselement
Externe Energieeinheit
Erste Stromschleife
Zweite Stromschleife
Prozessanschluss

Claims

Patentansprüche
Feldgerät (1 ) zum Einsatz in hygienischen Anwendungen in der Prozess- und Automatisierungstechnik, umfassend
- zumindest ein Sensorelement (2) zum Erfassen einer ersten
physikalischen Messgröße;
- zumindest eine elektrische Schaltung (3) zum Umwandeln der vom
Sensorelement (2) ermittelten Messgröße in ein Messsignal;
- zumindest ein Heizelement (4);
- zumindest ein Gehäuse (5), das eine Außenseite (6) und eine Innenseite (7) aufweist und in dem zumindest das Sensorelement (2), die elektrische Schaltung (3) und das Heizelement (4) angeordnet und angebracht sind;
- eine externe Energieversorgungseinheit (1 1 );
dadurch gekennzeichnet, dass
das Feldgerät zwei Anschlusspins (8) besitzt, an die das Sensorelement
(2) und die elektrische Schaltung (3) angeschlossen sind und über die mit der externen Energieversorgungseinheit (11 ) eine elektrische Verbindung besteht, wodurch eine erste Stromschleife (12) gebildet wird;
dass eine zweite Stromschleife (13) vorgesehen ist, die so angeordnet ist, dass das Heizelement (4) über einen der beiden Anschlusspins (8) und einen dritten Anschlusspin (9) mit der externen Energieeinheit (11 ) in elektrischem Kontakt steht, wodurch die zweite Stromschleife (13) mit der ersten
Stromschleife (12) eine Parallelschaltung bildet.
Feldgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) aus zumindest einem elektronischen Bauteil besteht.
3. Feldgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement aus einem SMD-Widerstand oder aus einer Parallelschaltung von mindestens zwei SMD-Widerständen besteht.
4. Feldgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) derart im Gehäuse (5) angeordnet ist, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Heizelement (4) und dem Gehäuse (5) konduktiv erfolgt.
5. Feldgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) derart im Gehäuse (5) angeordnet ist, dass der
Wärmeaustausch zwischen dem Heizelement (4) und dem Gehäuse (5) konvektiv erfolgt.
6. Feldgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromschleife (12) eine 4 - 20 mA Stromschleife ist.
7. Feldgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromschleife (12) eine digitale Kommunikation ist, die mittels eines Feldbus-Protokolls der Prozess- und Automatisierungstechnik
kommuniziert.
8. Feldgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Feldgerät (1 ) um ein Druckmessgerät handelt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Feldgeräts zum Einsatz in hygienischen
Anwendungen in der Prozess- und Automatisierungstechnik, wie in zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9 beschrieben,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Heizelement (4) über die zweite Stromschleife (13) mit Energie versorgt wird, wodurch sich das Heizelement (4) erwärmt und Wärme an das Gehäuse (5) abgibt, und dass die Gehäusetemperatur über die Taupunkttemperatur gehoben, so dass die Bildung von Kondensat auf der Außenseite (6) und der Innenseite (7) des Gehäuses (5) verhindert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) manuell eingeschaltet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) nur in den Phasen eines Prozesses eingeschaltet wird, in denen die Prozesstemperatur unterhalb der Taupunkttemperatur liegt.
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