EP4619715A1 - Messumformer und feldgerät - Google Patents

Messumformer und feldgerät

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Publication number
EP4619715A1
EP4619715A1 EP23793861.8A EP23793861A EP4619715A1 EP 4619715 A1 EP4619715 A1 EP 4619715A1 EP 23793861 A EP23793861 A EP 23793861A EP 4619715 A1 EP4619715 A1 EP 4619715A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
electronic
module
measuring
measuring transducer
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.)
Pending
Application number
EP23793861.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Björn Larsson
Dario MARADAN
Philipp RIMKUS
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 Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP4619715A1 publication Critical patent/EP4619715A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/14—Casings, e.g. of special material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/06—Indicating or recording devices
    • G01F15/061—Indicating or recording devices for remote indication
    • G01F15/063—Indicating or recording devices for remote indication using electrical means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462—Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control

Definitions

  • the invention relates to a measuring transducer for a field device of measurement and automation technology for processing a measurement signal of a sensor and providing measured values of at least one process variable and furthermore to a field device of measurement and automation technology for monitoring and/or determining at least one process variable of a medium.
  • field devices are often used to record and/or influence process variables.
  • Sensors that are integrated in, for example, level measuring devices, flow meters, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., are used to record process variables. These sensors record the corresponding process variables of level, flow, pressure, temperature, pH value or conductivity.
  • Actuators such as valves or pumps are used to influence process variables. The flow of a liquid in a pipe section or the level in a container can be changed using these actuators.
  • field devices are all devices that are used close to the process and that provide or process process-relevant information.
  • field devices also include remote I/Os, radio adapters or generally electronic measuring components that are arranged at the field level.
  • a field device is in particular selected from a group consisting of flow measuring devices, level measuring devices, pressure measuring devices, temperature measuring devices, point level measuring devices and/or analysis measuring devices.
  • Flow meters include, in particular, Coriolis, ultrasonic, vortex, thermal and/or magnetic-inductive flow meters.
  • Level measuring devices include, in particular, radar-based level measuring devices, microwave level measuring devices, ultrasonic level measuring devices, time domain reflectometric level measuring devices, radiometric level measuring devices, capacitive level measuring devices, inductive level measuring devices and/or temperature-sensitive level measuring devices.
  • Pressure measuring devices are in particular absolute, relative or differential pressure devices.
  • Temperature measuring devices are in particular measuring devices with thermocouples and/or temperature-dependent resistors.
  • Point level measuring devices are in particular vibronic point level measuring devices, ultrasonic point level measuring devices and/or capacitive point level measuring devices.
  • Analytical measuring devices include in particular pH sensors, conductivity sensors, oxygen and active oxygen sensors, (spectro)-photometric sensors, and/or ion-selective electrodes.
  • the electronic unit with which the measurement signals of the sensor are processed and measured values of the monitored process variable are provided is usually arranged in the measuring transducer.
  • DE 20 2014 101 560 U1 discloses an electronic unit of a fluid sensor which is arranged in a housing of the measuring transducer.
  • the electronic unit comprises modular spacers made of plastic, in each of which an electronic component is attached.
  • the housing of the measuring transducer is usually made of metal.
  • housings made of an electrically non-conductive material alternative grounding and EMC concepts are necessary.
  • shielding plates can be provided inside the housing, which are designed to shield the electronic unit. It is obvious that metal housings of existing products cannot be easily replaced with plastic housings.
  • the invention is based on the object of remedying this problem.
  • the object is achieved by the measuring transducer according to claim 1 and the field device according to claim 15.
  • the measuring transducer according to the invention for a field device of measurement and automation technology for processing a measurement signal of a sensor and providing measured values of at least one process variable, comprising:
  • a housing with a housing body which has at least one housing chamber in its interior which is enclosed by a housing wall,
  • an electronic unit with at least one electronic module which has a module holder and an electronic component arranged in the module holder, characterized in that the module holder has a module holder body that is designed to be, in particular completely, electrically conductive and that the electronic module, in particular the module holder, is designed to shield the at least one electronic component from undesirable electrical or electromagnetic effects.
  • the shielding of the electronic unit is not done via the housing, but via the electronic unit itself.
  • the electronic unit has at least one module holder, which is designed in such a way that the Electronic components arranged in the module holder neither disturb other devices through unwanted electrical or electromagnetic effects nor are disturbed by other devices.
  • the electronic unit is therefore electromagnetically compatible (EMC) in itself. It is particularly advantageous if the electronic unit, in particular the at least one module holder, meets the applicable EMC standards.
  • EMC electromagnetically compatible
  • the European EMC Directive defines electromagnetic compatibility as "the ability of an apparatus, installation or system to operate satisfactorily in the electromagnetic environment without itself causing electromagnetic interference that would be unacceptable for all apparatus, installations or systems present in this environment". By providing an electrically conductive module holder, the housing does not need to have a shielding property.
  • electrically conductive module holders which are made of metal for example, results in improved heat dissipation of the heat generated by the electronic components to the interior of the housing.
  • the housing body has a first housing opening which can be closed or is closed by means of a cover, wherein the electronic unit is designed such that it can be passed through the first housing opening, in particular in the direction of the housing longitudinal axis.
  • the at least one electronic module has a connection via which the module holder body can be electrically connected to a reference potential or is electrically connected to a reference potential.
  • the reference potential can be an earth potential.
  • the connection is preferably arranged directly on the module holder in order to bring shielded cables for connecting to the connection close to the source of interference. This ensures that interference generated by the electronic components can be diverted immediately after it is generated by the shield connection.
  • the housing body has a second housing opening, via which at least the connection is accessible, wherein the second housing opening can also be closed or is closed by a cover.
  • connection for the reference potential can also be provided, which are preferably also accessible via the second housing opening.
  • the at least one electronic module on which the connection is arranged comprises a power supply electronics.
  • connection is located directly on the module holder in which the power supply electronics are also attached.
  • Typical elements of a power supply electronics are fuses to protect against overshooting the current, diodes to protect against overvoltage, various filter elements (e.g. capacitors, chokes, resistors), and/or bridge rectifiers (e.g. AD converters).
  • the safety elements and the filter elements are ideally positioned directly at the connection in the device so that all other components that are connected downstream are safe and protected from external interference.
  • the housing has only one housing opening for inserting the electronic unit and connecting reference potentials, in particular to the connection.
  • Another advantage is the space saving compared to multiple housing openings. Each additional housing opening takes up space and increases the dimensions of the housing.
  • a measuring amplifier is arranged in the housing chamber between the at least one electronic module and a housing base of the housing.
  • the housing base separates the housing at least from the sensor installed in the immediate vicinity.
  • a cable also runs through the housing base, via which the measurement signal from the sensor is transmitted to the measuring amplifier. It is advantageous if the distance between the measuring amplifier and the sensor is as small as possible.
  • One embodiment provides that there is a partition between the module holder and the measuring amplifier, which is designed to shield the measuring amplifier from electrical or electromagnetic effects generated by the at least one electronic component.
  • the measurement signal transmitted from the sensor to the measuring amplifier is sensitive to interference and must therefore be shielded.
  • the partition can be perforated and/or ribbed. This serves to improve heat dissipation through convection and/or to pass through cables.
  • the partition can also be designed as a separate component or as an integral part of the module holder.
  • a fastening device is arranged in the housing chamber, via which the at least one electronic module can be connected to the sensor, wherein the fastening device is designed to be electrically conductive, in particular completely, and is in electrical contact with the electronic unit, in particular with the first electronic module and preferably with the module holder.
  • One embodiment provides that an electrical connection between the sensor, in particular an electrically conductive portion of the sensor, and the connection is made exclusively via the fastening device.
  • the electrical connection between the sensor and the electronic unit or electronic module is therefore independent of the housing material and the electrical housing properties.
  • the electrical structure of the electronic unit remains identical with or without conductive housing material.
  • the fastening device has an interior in which the measuring amplifier is arranged. In order to achieve sufficient shielding of the measuring amplifier, it is advantageous if it is surrounded by a metallic body all around. It is particularly advantageous if the fastening device provided for the mechanical connection of the sensor to the electronic unit is also designed and constructed to shield the measuring amplifier from undesirable electrical and electromagnetic effects. This results in a more compact design.
  • the fastening device has a fastening device opening through which the measuring amplifier can be electrically connected to the at least one electronic module.
  • the electronic unit comprises a module holder cover, in particular an electrically conductive one, which is designed to shield the at least one electronic component from undesirable electrical or electromagnetic effects.
  • the module holder cover shields the EMC interference generated by the concealed electronic component and shields the concealed electronic component from external EMC interference.
  • the module holder cover can be designed as a separate component or as an integral part of the module holder.
  • At least one electronic component is arranged on the module holder cover, which is insensitive to unwanted electrical or electromagnetic effects.
  • the module holder at least partially has a circumferential collar which supports the electronic component in the area delimited by the collar.
  • the collar surrounds the electronic component at least in sections. This serves to shield the electronic component from EMC interference. Furthermore, the collar is designed and configured to absorb the heat of the electronic component and release it into the environment inside the housing. On the one hand, heat dissipation occurs automatically through the surface of the holder, which is per se larger than the surface of the electronic component, and on the other hand, it can also be forced by large-area, thermally well-conductive connections to other module holders and finally to the housing or preferably the sensor, which is at least partially made of metal.
  • the module holder has a, in particular completely, electrically conductive base which fills at least a large part of the area delimited by the collar.
  • the base can be perforated and/or ribbed. This serves to improve heat dissipation and/or to pass through cables. Furthermore, the base can be designed as a separate component or as an integral part of the module holder. In an advantageous embodiment, the base corresponds to the partition wall of the module holder.
  • the electronic component comprises a circuit board with a measuring and/or operating circuit and/or a circuit board for voltage conversion or conditioning.
  • the module holder has a lateral opening for an electrical plug connection, which is in electrical contact with the electronic component arranged in the corresponding module holder and to which a plug with cable can be plugged.
  • the electronic unit comprises at least two electronic modules, wherein the at least two electronic modules are stacked on top of one another.
  • the electronic unit is a type of modular system.
  • customer-specific configurations can be implemented in terms of the electronic components and requirements for the measuring transducer.
  • the respective electronic components are usually different, i.e. they perform different functions.
  • one electronic module can include an operating, measuring and/or evaluation circuit and another electronic module can include a voltage converter.
  • the modularity also makes the electronic unit easy to expand. This is particularly advantageous if the customer wishes to provide additional signal outputs (e.g. field buses) in the measuring transducer.
  • One embodiment provides that the module holders of the at least two electronic modules have essentially the same outline when viewed in the direction of a longitudinal axis of the housing.
  • the at least two electronic modules are connected to one another via a fastening element, which is in particular designed to be electrically conductive.
  • a fastening element which is in particular designed to be electrically conductive.
  • the module holders each sit on top of each other at their axial edges, in particular electrically conductive ones.
  • measuring transducer according to one of the preceding claims with a measuring transducer electronics which is designed to process the measuring signal from the sensor and to provide measured values of the at least one process variable, wherein the sensor is mechanically and electrically connected to the measuring transducer.
  • Fig. 1 two views of an embodiment of the field device
  • Fig. 2 a design of the inner part of the measuring transducer, in particular the electronic unit;
  • Fig. 3 an exploded view of the design of the electronics unit.
  • Fig. 1 shows a view of an embodiment of the field device according to the invention of the measurement and automation technology 2 for monitoring and/or determining at least one process variable of a medium with a sensor 3 and a measuring transducer 1, both of which are mechanically and electrically connected to one another.
  • the measuring transducer 1 can also only be connected electrically to the sensor 3 and not mechanically.
  • the sensor 3 is designed to record at least one measurement signal representing the process variable of the medium.
  • the sensor 3 can be, for example, the measuring sensor of a Coriolis flow meter, a magnetic-inductive flow meter, a magnetic-inductive flow measuring probe, a thermal flow meter, a vortex flow meter or an ultrasonic flow meter.
  • the measuring transducer 1 has a housing 4 with two housing openings 8, 16 closed by covers 9.
  • the housing 4 has a preferably electrically insulated housing body 5, in the interior of which there is at least one housing chamber 6.
  • the housing 4 can be made of an electrically insulating plastic.
  • the housing body 5 can be made in one piece or in several parts. In the embodiment shown, the housing interior has exactly one Housing chamber 6.
  • the housing chamber 6 is delimited by the housing wall 7.
  • the housing 4 is mechanically connected to the sensor 3.
  • the housing 4 has four feedthroughs 25 for a cable for supplying the electronic unit with a supply voltage, a ground cable and/or cable for conducting the measured values to a higher-level process monitoring device.
  • a view into the housing chamber 6 is provided through the two housing openings 8, 16.
  • the first housing opening 8 and the second housing opening 16 can each be closed by a cover 9.
  • the electronic unit 10 is designed in such a way that it can be passed through the first housing opening 8, in particular in the direction of the longitudinal axis of the housing. This means that the electronic unit 10 can be inserted and removed through the first housing opening 8.
  • a measuring transducer electronics is arranged in the housing chamber, which is set up to process the measurement signal from the sensor 3 and to provide measured values of the at least one process variable.
  • the measuring transducer electronics is formed at least partially by the electronic components (see Fig. 3), which are part of an electronic unit 10.
  • the electronic unit 10 is accessible via the second housing opening 16. The installer can thus pass a cable through one of the feedthroughs via the second housing opening 16 and connect it to the electronic unit 10.
  • the electronic unit 10 comprises at least one electronic module 11 a. In the embodiment shown, more electronic modules are shown than just the at least one electronic module 11 a. In total, the embodiment shown has four electronic modules 11 a, 11 b, 11 c, 11 d designed as separate components, which are stacked directly on top of one another. However, modular spacers can also be provided between the individual electronic modules 11 i, in which no electronic component is arranged. These serve as placeholders.
  • the electronic modules 11 i are designed in such a way that they shield the electronic components arranged in them from undesirable electrical or electromagnetic effects and also shield the undesirable electrical or electromagnetic effects generated by the electronic components.
  • the electronic module 11 c has at least one connection 15 i, via which it can be electrically connected to a reference potential. In the embodiment shown, the electronic module 11c has exactly two connections 15a, 15b. In the embodiment shown, the electronic component arranged in the electronic module 11c is a power supply electronics 24.
  • the module holder cover 21 is a separate component that is placed on the electronic module 11a.
  • At least one electronic component that is insensitive to unwanted electrical or electromagnetic effects is arranged on the module holder cover 21.
  • a connection for a display or service port or a plug for overwriting or updating the stored software can be arranged on the module holder cover 21.
  • the electronic unit 10 is connected to the sensor 3 via a fastening device 19.
  • a measuring amplifier 17 is arranged below the electronic unit 10, i.e. between the electronic unit 10 and the sensor 3 or the housing base 18, which is designed to receive the measurement signal from the sensor 3, to amplify it and to forward it to a measuring and/or evaluation circuit.
  • the fastening device 19 is also designed to shield the measuring amplifier 17 from unwanted electrical or electromagnetic effects.
  • the electrical connection of the measuring amplifier 17 to the electronic unit 10 is made via a cable, in particular a data cable and/or supply cable, which extends through a fastening device opening 20.
  • the housing base 18 can be designed as a separate component and, depending on the connection concept between the sensor and the housing, can be designed as a collar that surrounds a connecting piece to the sensor or the sensor itself. Alternatively, the housing base 18 can also be designed to be predominantly planar with corresponding openings for connecting cables for electrically connecting the sensor to the measuring amplifier 17 and/or the electronics unit 10.
  • Fig. 3 shows an exploded view of the design of the inner part of the measuring transducer from Fig. 1 and 2.
  • the electronic modules each have a one-piece module holder 12i, in which an electronic component 13i is arranged.
  • the electronic components 13a, 13b, 13c, 13d are circuit boards.
  • the measuring and/or operating circuit and/or the voltage conversion or the voltage conditioning are arranged on the circuit boards.
  • the module holders 12a, 12b, 12c, 12d each have, in particular completely, electrically conductive module holder bodies 14, which are designed to shield the electronic component 13i held in each case from undesirable electrical or electromagnetic effects.
  • the module holder bodies 14 can thus each be at least partially metallic.
  • the measuring sensor according to the invention is not limited to a specific number of module holders 12i and electronic components 13i.
  • the electronic unit can therefore have exactly one Electronic module and thus also exactly one module holder with exactly one electronic component.
  • the electronic unit can also comprise several electronic modules, but only one of the corresponding module holders comprises an electronic component or alternatively all but one of the module holders carries an electronic component.
  • the module holders 12i each have at least partially a circumferential collar 26 and the respective electronic component 13i is arranged in the area delimited by the collar 26. The height of the collar 26 defines the volume for the electronic components.
  • the module holders 12i each have a base that is, in particular, completely electrically conductive and which fills at least a large part of the area delimited by the collar. An electronic component 13i is always seated on the base 27.
  • the module holders each have a lateral opening 30 in the collar 26 for at least one electrical plug connection 31, which is in electrical contact with the electronic component 13i arranged in the corresponding module holder 12i and to which a plug with cable can be plugged.
  • at least two electronic modules have essentially the same outline when viewed in the direction of a longitudinal axis of the housing. As a result, the module holders 12i each sit on top of one another at their axial edges 26, which are, in particular, electrically conductive.
  • a partition 23 which is designed to shield the measuring amplifier 17 from electrical or electromagnetic effects generated by the electronic component 13d and/or the higher-level electronic components 13a, 13b, 13c.
  • the partition 23 is designed as an integral part of the module holder 12b. Alternatively, the partition 23 can also be designed as a separate component which is positioned between the module holder 12b and the measuring amplifier 17.
  • the electronic unit in this case the electronic modules, can be mechanically connected to the sensor via the fastening device 19.
  • the fastening device 19 is designed to be electrically conductive, in particular completely, and is in electrical contact with the electronic unit, in particular with the first electronic module and preferably with the module holder 12d or the module holders 12a, 12b, 12c, 12d. Furthermore, the electrical connection between the sensor, in particular an electrically conductive portion of the sensor, and the module holders 12i, in particular the connection arranged on one of the module holders, takes place exclusively via the fastening device 19 and not via the housing body.
  • the fastening device 19 has an interior in which the measuring amplifier 17 is arranged.
  • fastening means 22 in particular electrically conductive, represented by screws, which electrically connect the electronic modules to one another. Instead of screws, pins, cables, etc. can also be provided.
  • One of the electronic modules, in particular the module holders can have a lateral electrical plug connection 31 to which an electrical plug with cable can be plugged. Via this electrical plug connection 31, for example, the stack can be electrically connected to the sensor and/or to the display attached to the housing cover via a cable.
  • the mounting brackets each have a guide profile 28 which is designed to be inserted into a profile receptacle 29 of the adjacent module holder.
  • the guide profile 28 can be designed as a protrusion on the collar 26 and the profile receptacle 29 as a recess on the collar 26.
  • Housing wall 7 first housing opening 8

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Messumformer (1) für ein Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik (2) zum Verarbeiten eines Messsignals eines Sensors (3) und Bereitstellen von Messwerten mindestens einer Prozessgröße, umfassend: - ein Gehäuse (4) mit einem Gehäusekörper (5), der in seinem Gehäuseinneren mindestens eine Gehäusekammer (6) aufweist, welche durch eine Gehäusewandung (7) umfasst ist, - eine Elektronikeinheit (10) mit mindestens einem Elektronikmodul (11i), welches jeweils eine Modulhalterung (12i) und mindestens ein in der Modulhalterung (12i) angeordnetes Elektronikbauteil (13i) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulhalterung (12i) einen, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähig ausgebildeten Modulhalterungskörper (14) aufweist und dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Elektronikbauteil (13i) vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abzuschirmen.

Description

Messumformer und Feldgerät
Die Erfindung betrifft einen Messumformer für ein Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik zum Verarbeiten eines Messsignals eines Sensors und Bereitstellen von Messwerten mindestens einer Prozessgröße und weiterhin ein Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik zur Überwachung und/oder Bestimmung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums.
In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozess-Automatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotentialmessgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Messkomponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräten, Druckmessgeräten, Temperaturmessgeräten, Grenzstandsmessgeräten und/oder Analysemessgeräten.
Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte.
Füllstandsmessgeräte sind insbesondere Radar-basierte Füllstandsmessgeräte, Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall-Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte, radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, induktive Füllstandsmessgeräte und/oder temperatursensitive Füllstandsmessgeräte.
Druckmessgeräte sind insbesondere Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckgeräte.
Temperaturmessgeräte sind insbesondere Messgeräte mit Thermoelementen und/oder temperaturabhängigen Widerständen.
Grenzstandsmessgeräte sind insbesondere vibronische Grenzstandsmessgeräte, Ultraschall-Grenzstandsmessgeräte und/oder kapazitive Grenzstandsmessgeräte. Analysemessgeräte sind insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff- und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photometrische Sensoren, und/oder ionenselektive Elektroden.
Die Elektronikeinheit mit der die Messignale des Sensors verarbeitet und Messwerte der überwachten Prozessgröße bereitgestellt werden sind üblicherweise im Messumformer angeordnet. So offenbart beispielsweise die DE 20 2014 101 560 U1 eine Elektronikeinheit eines Fluidsensors, welche in einem Gehäuse des Messumformers angeordnet ist. Die Elektronikeinheit umfasst modulare und aus Kunststoff gebildete Distanzhalter, in denen jeweils ein Elektronikbauteil befestigt ist.
Für eine Abschirmung der Elektronikeinheit vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten ist das Gehäuse des Messumformers üblicherweise metallisch ausgebildet. Für Gehäuse, die aus einem elektrisch nicht-leitfähigen Material bestehen sind alternative Erdungs- und EMV-Konzepte notwendig. So können Abschirmungsbleche in dem Gehäuseinneren vorgesehen sein, welche dazu eingerichtet sind die Elektronikeinheit abzuschirmen. Es ist offensichtlich, dass sich metallische Gehäuse bestehender Produkte nicht so einfach durch Kunststoff-Gehäuse ersetzen lassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dem Problem Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Messumformer nach Anspruch 1 und das Feldgerät nach Anspruch 15.
Das erfindungsgemäße Messumformer für ein Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik zum Verarbeiten eines Messsignals eines Sensors und Bereitstellen von Messwerten mindestens einer Prozessgröße, umfassend:
- ein Gehäuse mit einem Gehäusekörper, der in seinem Gehäuseinneren mindestens eine Gehäusekammer aufweist, welche durch eine Gehäusewandung umfasst ist,
- eine Elektronikeinheit mit mindestens einem Elektronikmodul, welches eine Modulhalterung und ein in der Modulhalterung angeordnetes Elektronikbauteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulhalterung einen, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähig ausgebildeten Modulhalterungskörper aufweist und dass das Elektronikmodul, insbesondere die Modulhalterung dazu eingerichtet ist, das mindestens ein Elektronikbauteil vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abzuschirmen.
Vorteilhaft an der Lösung ist, dass die Abschirmung der Elektronikeinheit nicht über das Gehäuse, sondern über die Elektronikeinheit selbst erfolgt. Dafür weist die Elektronikeinheit mindestens eine Modulhalterung auf, die derart ausgebildet ist, dass die in der Modulhalterung angeordnete Elektronikbauteile weder andere Geräte durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte stören noch durch andere Geräte gestört werden. Die Elektronikeinheit ist somit für sich genommen elektromagnetisch verträglich (EMV). Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit, insbesondere die mindestens eine Modulhalterung die geltenden EMV-Normen erfüllt. Die Europäische EMV-Richtlinie definiert elektromagnetische Verträglichkeit als „die Fähigkeit eines Apparates, einer Anlage oder eines Systems, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die für alle in dieser Umwelt vorhandenen Apparate, Anlagen oder Systeme unannehmbar wären“. Durch das Vorsehen einer elektrisch leitfähig ausgebildeten Modulhalterung kann auf eine abschirmende Eigenschaft des Gehäuses verzichtet werden.
Weiterhin ergibt sich durch das Vorsehen elektrisch leitfähiger Modulhalterungen, die beispielsweise metallisch ausgebildet sind, eine verbesserte Wärmeableitung der durch die Elektronikbauteile erzeugte Wärme an das Innere des Gehäuses.
Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Gehäusekörper eine erste Gehäuseöffnung aufweist, welche mittels eines Deckels verschließbar bzw. verschlossen ist, wobei die Elektronikeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie durch die erste Gehäuseöffnung, insbesondere in Richtung der Gehäuselängsachse, durchführbar ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das mindestens eine Elektronikmodul einen Anschluss aufweist, über den der Modulhalterungskörper mit einem Referenzpotential elektrisch verbindbar ist bzw. mit einem Referenzpotential elektrisch verbunden ist.
Dabei kann es sich bei dem Referenzpotential um ein Erdpotential handeln. Der Anschluss ist vorzugsweise direkt an der Modulhalterung angeordnet, um somit geschirmte Kabel zum Anschließen an den Anschluss nahe an die Quelle von Störungen zu bringen. Somit erreicht man, dass durch die Elektronikbauteile erzeugte Störungen unmittelbar nach der Erzeugung durch die Schirmanbindung abgeleitet werden kann.
In der Elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sind zwei Richtungen entscheidend: Störungen durch die Elektronik sollen nicht nach außen gelangen und andere Geräte stören und Störungen von außen sollen die Funktionsweise des Gerätes selbst nicht negativ beeinträchtigen. Die geschirmten Kabel helfen insbesondere, die Kommunikation robuster zu machen (d.h. weniger störanfällig). Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Gehäusekörper eine zweite Gehäuseöffnung aufweist, über welche zumindest der Anschluss zugänglich ist, wobei die zweite Gehäuseöffnung ebenfalls über einen Deckel verschließbar bzw. verschlossen ist.
Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist der erleichterte Zugang zu dem Anschluss und die sich dadurch ergebende Möglichkeit mehrere Elektronikmodule verwenden zu können. Weiterhin können neben dem Anschluss für das Referenzpotential auch weitere Anschlüsse (Netzteil/IO/Modem) vorgesehen sein, die vorzugsweise ebenfalls über die zweite Gehäuseöffnung zugänglich sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das mindestens eine Elektronikmodul, an dem der Anschluss angeordnet ist, eine Netzteilelektronik umfasst.
Häufig werden Störungen in der Spannungsversorgung direkt über das Netzteil abgefangen und abgeleitet. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn der Anschluss direkt an der Modulhalterung angeordnet ist, in der auch die Netzteilelektronik befestigt ist.
Typische Elemente einer Netzteilelektronik sind Sicherungen zum Schutz vor Überschießen des Stromes, Diode zum Schutz vor einer Überspannung, diverse Filterelemente (z.B. Kondensatoren, Drosseln, Widerstände), und/oder Brückengleichrichter (z.B. AD-Wandler). Die Sicherheitselemente und die Filterelemente sind idealerweise räumlich direkt beim Anschluss im Gerät positioniert, damit alles weiteren Bauteile, die nachfolgend geschaltet sind, sicher und vor externen Störungseinflüssen geschützt sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Gehäuse nur genau eine Gehäuseöffnung fürs Einführen der Elektronikeinheit und Anschließen von Referenzpotentialen, insbesondere an den Anschluss, aufweist.
Im Fall von kleinen Gehäusegrößen wird alles durch eine Gehäuseöffnung montiert und auch ebenfalls angeschlossen. Vorteilhaft an der Ausgestaltung ist die gleichbleibende Montagerichtung in der Produktion. Zusätzlich bleibt die Kundenbedienung in der gewohnten Orientierung. Im Fall von großen Gehäusegrößen wird durch die erste Gehäuseöffnung montiert und durch die zweite Gehäuseöffnung angeschlossen.
Weiterhin vorteilhaft ist die sich im Vergleich zu mehreren Gehäuseöffnungen ergebende Platzersparnis. Jede weitere Gehäuseöffnung braucht Platz bzw. erweitert die Dimensionen des Gehäuses.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass in der Gehäusekammer ein Messverstärker zwischen dem mindestens einen Elektronikmodul und einem Gehäuseboden des Gehäuses angeordnet ist. Der Gehäuseboden trennt das Gehäuse zumindest vom in unmittelbarer Nähe angebrachten Sensor. Durch den Gehäuseboden verläuft auch ein Kabel, über welches das Messignal des Sensors an den Messverstärker übertragen wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen Messverstärker und Sensor möglichst gering ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass zwischen der Modulhalterung und dem Messverstärker eine Trennwand vorliegt, die dazu eingerichtet ist, den Messverstärker vor durch das mindestens eine Elektronikbauteil erzeugte elektrische oder elektromagnetische Effekte abzuschirmen.
Das vom Sensor an den Messverstärker übermittelte Messsignal ist empfindlich gegenüber Störungen und muss somit abgeschirmt werden. Um zu vermeiden, dass durch die Elektronikbauteile erzeugte Störungen die Messsignale verfälschen, ist es vorteilhaft eine Trennwand zwischen Elektronikbauteil und Messverstärker vorzusehen, die abschirmende Eigenschaften hat. Dabei kann die Trennwand perforiert und/oder verrippt sein. Dies dient einer verbesserten Wärmeabfuhr durch Konvektion und/oder der Durchführung von Kabeln. Weiterhin kann die Trennwand als separates Bauteil oder als ein integraler Teil der Modulhalterung ausgebildet sein.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass in der Gehäusekammer eine Befestigungsvorrichtung angeordnet ist, über welche das mindestens eine Elektronikmodul mit dem Sensor verbindbar ist, wobei die Befestigungsvorrichtung, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähig ausgebildet ist und im elektrischen Kontakt mit der Elektronikeinheit, insbesondere mit dem ersten Elektronikmodul und bevorzugt mit der Modulhalterung steht.
Somit wird eine direkte elektrische Verbindung und eine möglichst gute elektrische Anbindung zwischen Sensor und Elektronikmodul gewährleistet.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine elektrische Verbindung zwischen Sensor, insbesondere einem elektrisch leitfähig ausgebildeten Teilbereich des Sensors und des Anschlusses ausschließlich über die Befestigungsvorrichtung erfolgt.
Die elektrische Verbindung zwischen Sensor und Elektronikeinheit bzw. Elektronikmodul ist somit unabhängig vom Gehäusematerial und von den elektrischen Gehäuseeigenschaften. So bleibt der elektrische Aufbau der Elektronikeinheit mit oder ohne leitfähigem Gehäusematerial identisch.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Befestigungsvorrichtung ein Inneres aufweist, in dem der Messverstärker angeordnet ist. Um eine ausreichende Abschirmung des Messverstärkers zu erreichen ist es vorteilhaft, wenn dieser umlaufend von einem metallischen Körper umgeben ist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die zur mechanischen Verbindung des Sensors mit der Elektronikeinheit vorgesehene Befestigungsvorrichtung ebenfalls dazu eingerichtet und ausgebildet ist, den Messverstärker vor unerwünschten elektrischen und elektromagnetischen Effekten abzuschirmen. Damit erreicht man eine kompaktere Bauweise.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Befestigungsvorrichtung eine Befestigungsvorrichtungsöffnung aufweist, durch welche der Messverstärker mit dem mindestens einen Elektronikmodul elektrisch verbindbar ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektronikeinheit einen, insbesondere elektrisch leitfähigen, Modulhalterungsdeckel umfasst, welcher derart ausgebildet ist, das mindestens eine Elektronikbauteil vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abzuschirmen.
Der Modulhalterungsdeckel übernimmt die Abschirmung der EMV Störungen nach außen, welche durch das verdeckende Elektronikbauteil erzeugt werden und das Abschirmen des verdeckenden Elektronikbauteils gegenüber externe EMV Störungen. Der Modulhalterungsdeckel kann als separates Bauteil oder als ein integraler Teil der Modulhalterung ausgebildet sein.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass auf dem Modulhalterungsdeckel mindestens ein Elektronikbauteil angeordnet ist, welches unempfindlich gegen unerwünschte elektrische oder elektromagnetische Effekte ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Modulhalterung zumindest teilweise einen umlaufenden Kragen aufweist, der in dem durch den Kragen eingrenzenden Bereich das Elektronikbauteil trägt.
Der Kragen umfasst das Elektronikbauteil zumindest abschnittsweise. Dies dient dazu das Elektronikbauteil EMV Störungen abzuschirmen. Weiterhin ist der Kragen derart ausgebildet und dazu eingerichtet, die Wärme des Elektronikbauteils aufzunehmen und gibt diese an die Umgebung des Gehäuseinneren abzugeben. Die Wärmeableitung erfolgt zum einen automatisch durch die Oberfläche der Halterung, die per se grösser ist als die Oberfläche des Elektronikbauteils und zum anderen kann diese auch forciert werden durch großflächige, thermisch gut leitende Anbindung an weitere Modulhalterungen und schließlich an das Gehäuse oder vorzugsweise den zumindest abschnittsweise metallisch ausgebildeten Sensor. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Modulhalterung einen, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähigen Boden aufweist, der zumindest einen Großteil des durch den Kragen eingrenzen Bereiches ausfüllt.
Dabei kann der Boden perforiert und/oder verrippt sein. Dies dient einer verbesserten Wärmeabfuhr und/oder der Durchführung von Kabeln. Weiterhin kann der Boden als separates Bauteil oder als ein integraler Teil der Modulhalterung ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht der Boden der Trennwand der Modulhalterung.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Elektronikbauteil eine Leiterplatte mit einer Mess- und/oder Betriebsschaltung und/oder eine Leiterplatte zur Spannungsumwandlung oder -aufbereitung umfasst.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass an der Modulhalterung eine seitliche Öffnung für einen Elektrosteckeranschluss vorhanden ist, welcher mit dem in der entsprechenden Modulhalterung angeordneten Elektronikbauteil in einem elektrischen Kontakt steht und an dem ein Stecker mit Kabel ansteckbar ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektronikeinheit mindestens zwei Elektronikmodule umfasst, wobei die mindestens zwei Elektronikmodule aufeinandergestapelt sind.
Gemäß der Ausgestaltung handelt es sich bei der Elektronikeinheit um eine Art Baukastensystem. Durch die Verwendung von mehr als einem Elektronikmodul lassen sich hinsichtlich der Elektronikbauteile und Anforderungen für den Messumformer kundenspezifische Konfigurationen realisieren. Die jeweiligen Elektronikbauteile sind dabei in der Regel unterschiedlich, d.h. sie übernehmen unterschiedliche Funktionen. So kann zum Beispiel, ein Elektronikmodul eine Betriebs-, Mess- und/oder Auswerteschaltung umfassen und ein anderes Elektronikmodul einen Spannungswandler umfassen. Durch die Modularität lässt sich die Elektronikeinheit zudem einfach erweitern. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn kundenseitig der Wunsch entsteht, weitere Signalausgänge (z.B. Feldbusse) in den Messumformer vorzusehen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Modulhalterungen der mindestens zwei Elektronikmodule in Richtung einer Längsachse des Gehäuses gesehen im Wesentlichen denselben Umriss besitzen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die mindestens zwei Elektronikmodule über ein, insbesondere elektrisch leitfähig ausgebildetes, Befestigungselement miteinander verbunden sind. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Modulhalterungen jeweils an ihren, insbesondere elektrisch leitfähigen, axialen Rändern aufeinandersitzen.
Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik zur Überwachung und/oder Bestimmung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums umfasst:
- einen Sensor zum Erfassen mindestens eines die Prozessgröße des Mediums repräsentierendes Messsignales,
- einen Messumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Messumformerelektronik, die dazu eingerichtet ist das Messsignal vom Sensor zu verarbeiten und Messwerte der mindestens einen Prozessgröße bereitzustellen, wobei der Sensor mechanisch und elektrisch mit dem Messumformer verbunden ist.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : zwei Ansichten auf eine Ausgestaltung des Feldgerätes;
Fig. 2: ein Ausgestaltung des Innenteils des Messumformers, insbesondere der Elektronikeinheit; und
Fig. 3: eine Explosionsansicht der Ausgestaltung der Elektronikeinheit.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht auf eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Feldgerätes der Mess- und Automatisierungstechnik 2 zur Überwachung und/oder Bestimmung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums mit einem Sensor 3 und einem Messumformer 1 , welche beide mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind. Alternativ kann der Messumformer 1 auch nur elektrisch mit dem Sensor 3 verbunden sein und nicht mechanisch. Der Sensor 3 ist dazu eingerichtet mindestens ein die Prozessgröße des Mediums repräsentierendes Messsignal zu erfassen. Bei dem Sensor 3 kann es sich beispielsweise um den Messaufnehmer eines Coriolis-Durchfluss- messgerätes, eines magnetisch-induktiven Durchflussmessgerätes, einer magnetischinduktiven Durchflussmesssonde, eines thermischen Durchflussmessgerätes, eines Vortex-Durchflussmessgerätes oder eines Ultraschall-Durchflussmessgerätes handeln. Der Messumformer 1 weist ein Gehäuse 4 auf mit zwei durch Deckel 9 verschlossenen Gehäuseöffnungen 8, 16. Das Gehäuse 4 weist einen bevorzugt elektrisch isoliert ausgebildeten Gehäusekörper 5 auf, in dessen Gehäuseinneren sich mindestens eine Gehäusekammer 6 befindet. So kann das Gehäuse 4 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gebildet sein. Der Gehäusekörper 5 kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. In der abgebildeten Ausgestaltung weist das Gehäuseinnere genau eine Gehäusekammer 6 auf. Die Gehäusekammer 6 wird durch die Gehäusewandung 7 begrenzt. Das Gehäuse 4 ist mit dem Sensor 3 mechanisch verbunden. Weiterhin weist das Gehäuse 4 vier Durchführungen 25 für ein Kabel zum Versorgen der Elektronikeinheit mit einer Versorgungsspannung, ein Erdungskabel und/oder Kabel zum Leiten der Messwerte an eine übergeordnete Prozessüberwachungsvorrichtung.
In der zweiten Ansicht wird ein Einblick in die Gehäusekammer 6 durch die beiden Gehäuseöffnungen 8, 16 gewährt. Dabei sind die die erste Gehäuseöffnung 8 und die zweite Gehäuseöffnung 16 jeweils durch einen Deckel 9 verschließbar. Die Elektronikeinheit 10 ist derartig ausgestaltet, dass sie durch die erste Gehäuseöffnung 8, insbesondere in Richtung der Gehäuselängsachse, durchführbar ist. Das heißt, dass die Elektronikeinheit 10 durch die erste Gehäuseöffnung 8 einführbar und herausnehmbar ist. In der Gehäusekammer ist eine Messumformerelektronik angeordnet, die dazu eingerichtet ist das Messsignal vom Sensor 3 zu verarbeiten und Messwerte der mindestens einen Prozessgröße bereitzustellen. Die Messumformerelektronik wird zumindest teilweise durch die Elektronikbauteile (siehe Fig. 3) gebildet, die Teil einer Elektronikeinheit 10 sind. Die Elektronikeinheit 10 ist über die zweite Gehäuseöffnung 16 zugänglich. So kann der Installateur über die zweite Gehäuseöffnung 16 ein Kabel durch eine der Durchführungen durchführen und dieses mit der Elektronikeinheit 10 verbinden.
Eine detailliertere Ansicht auf die Elektronikeinheit 10 zeigt die Fig. 2. Die Elektronikeinheit 10 umfasst mindestens ein Elektronikmodul 11 a. In der abgebildeten Ausgestaltung sind mehr Elektronikmodule als nur das mindestens eine Elektronikmodul 11 a abgebildet. Insgesamt weist die abgebildete Ausgestaltung vier als separate Bauteile ausgebildete Elektronikmodule 11a, 11 b, 11c, 11d auf, die direkt aufeinandergestapelt sind. Es können jedoch auch modulare Abstandshalter zwischen den einzelnen Elektronikmodulen 11 i vorgesehen sein, in denen kein Elektronikbauteil angeordnet ist. Diese dienen als Platzhalter. Die Elektronikmodule 11 i sind derart ausgebildet, dass sie die in ihnen angeordnete Elektronikbauteile vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abschirmen und ebenfalls die durch die Elektronikbauteile erzeugten unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abschirmen. Das Elektronikmodul 11 c weist mindestens einen Anschluss 15i auf, über welches es mit einem Referenzpotential elektrisch verbindbar ist. In der abgebildeten Ausgestaltung weist das Elektronikmodul 11c genau zwei Anschlüsse 15a, 15b auf. In der abgebildeten Ausgestaltung handelt es sich bei dem im Elektronikmodul 11c angeordneten Elektronikbauteil um eine Netzteilelektronik 24.
Auf dem Elektronikmodul 11a ist ein, insbesondere elektrisch leitfähig ausgebildeter, Modulhalterungsdeckel 21 angeordnet, welcher derart ausgebildet ist, mindestens eines der verdeckten Elektronikbauteile vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abzuschirmen. In der abgebildeten Ausgestaltung handelt es sich bei dem Modulhalterungsdeckel 21 um ein separates Bauteil, welches auf dem Elektronikmodul 11a aufgesetzt ist. Auf den Modulhalterungsdeckel 21 ist mindestens ein Elektronikbauteil angeordnet, welches unempfindliche gegen unerwünschte elektrische oder elektromagnetische Effekte ist. So kann beispielsweise ein Anschluss für ein Display oder Service Port oder ein Stecker zum Überschreiben oder Updaten der hinterlegten Software auf den Modulhalterungsdeckel 21 angeordnet sein.
Die Elektronikeinheit 10 ist über eine Befestigungsvorrichtung 19 mit dem Sensor 3 verbunden. Unterhalb der Elektronikeinheit 10, d.h. zwischen Elektronikeinheit 10 und Sensor 3 bzw. Gehäuseboden 18 ist ein Messverstärker 17 angeordnet, welcher dazu eingerichtet ist das Messsignal des Sensors 3 zu empfangen, dieses zu verstärken und an eine Mess- und/oder Auswerteschaltung weiterzuleiten. Die Befestigungsvorrichtung 19 ist zusätzlich dazu eingerichtet den Messverstärker 17 vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abzuschirmen. Die elektrische Verbindung des Messverstärkers 17 mit der Elektronikeinheit 10 erfolgt über ein Kabel, insbesondere ein Datenkabel und/oder Versorgungskabel, welches sich durch eine Befestigungsvorrichtungsöffnung 20 erstreckt.
Der Gehäuseboden 18 kann als ein separates Bauteil ausgebildet sein und abhängig vom Verbindungskonzept zwischen Sensor und Gehäuse als Kragen ausgebildet sein, der ein Verbindungsstück zum Sensor oder den Sensor selbst umgreift. Alternativ kann der Gehäuseboden 18 auch überwiegend planar ausgebildet sein mit entsprechenden Öffnungen für Verbindungskabel zum elektrischen Verbinden des Sensors mit dem Messverstärker 17 und/oder der Elektronikeinheit 10.
Fig. 3 zeigt eine Explosionsansicht der Ausgestaltung des Innenteils des Messumformers aus Fig. 1 und 2. Die Elektronikmodule weisen jeweils eine einstückig ausgebildete Modulhalterung 12i auf, in der jeweils ein Elektronikbauteil 13i angeordnet ist. Bei den Elektronikbauteilen 13a, 13b, 13c, 13d handelt es sich um Leiterplatten. Auf den Leiterplatten sind die Mess- und/oder Betriebsschaltung und/oder der Spannungsumwandlung bzw. die Spannungsaufbereitung angeordnet. Die Modulhalterungen 12a, 12b, 12c, 12d weisen jeweils, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähig ausgebildete Modulhalterungskörper 14 auf, die dazu eingerichtet sind, das jeweils gehaltene Elektronikbauteil 13i vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abzuschirmen. So können die Modulhalterungskörper 14 jeweils zumindest teilweise metallisch ausgebildet sein.
In der abgebildeten Ausgestaltung sind vier Modulhalterungen 12a, 12b, 12c, 12d und vier Elektronikbauteilen 13a, 13b, 13c, 13d vorgesehen. Der erfindungsgemäße Messaufnehmer beschränkt sich jedoch nicht auf eine bestimmte Zahl an Modulhalterungen 12i und Elektronikbauteile 13i. So kann die Elektronikeinheit genau ein Elektronikmodul und somit auch genau eine Modulhalterung mit genau einem Elektronikbauteil umfassen. Ebenfalls kann die Elektronikeinheit mehrere Elektronikmodule umfassen, wobei jedoch nur eines der entsprechenden Modulhalterungen ein Elektronikbauteil umfasst oder alternativ alle außer eines der Modulhalterungen ein Elektronikbauteil trägt. Die Modulhalterungen 12i weisen jeweils zumindest teilweise einen umlaufender Kragen 26 auf und in dem durch den Kragen 26 eingrenzenden Bereich ist das jeweilige Elektronikbauteil 13i angeordnet. Die Höhe des Kragens 26 definiert dabei das Volumen für die Elektronikbauteile.
Weiterhin weisen die Modulhalterungen 12i jeweils einen, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähigen Boden auf, der zumindest einen Großteil des durch den Kragen eingrenzen Bereiches ausfüllt. Auf dem Boden 27 sitzt immer ein Elektronikbauteil 13i. Zusätzlich weisen die Modulhalterungen jeweils eine seitliche Öffnung 30 im Kragen 26 auf für mindestens einen Elektrosteckeranschluss 31 vorhanden ist, welcher mit dem in der entsprechenden Modulhalterung 12i angeordneten Elektronikbauteil 13i in einem elektrischen Kontakt steht und an dem ein Stecker mit Kabel ansteckbar ist. In der abgebildeten Ausgestaltung weisen mindestens zwei Elektronikmodule in Richtung einer Längsachse des Gehäuses gesehen im Wesentlichen denselben Umriss auf. Dadurch sitzen die Modulhalterungen 12i jeweils an ihren, insbesondere elektrisch leitfähigen, axialen Rändern 26 aufeinander.
Zwischen der Modulhalterung 12d und dem Messverstärker 17 befindet sich eine Trennwand 23, die dazu eingerichtet ist den Messverstärker 17 vor durch das Elektronikbauteil 13d und/oder die übergeordnete Elektronikbauteile 13a, 13b, 13c erzeugte elektrische oder elektromagnetische Effekte abzuschirmen. Die Trennwand 23 ist als integraler Bestandteil der Modulhalterung 12b ausgebildet. Alternativ kann die Trennwand 23 auch als ein separates Bauteil ausgebildet sein, welches zwischen Modulhalterung 12b und Messverstärker 17 positioniert ist.
Über die Befestigungsvorrichtung 19 ist die Elektronikeinheit, in dem Fall die Elektronikmodule mit dem Sensor mechanisch verbindbar. Die Befestigungsvorrichtung 19 ist, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähig ausgebildet und steht im elektrischen Kontakt mit der Elektronikeinheit, insbesondere mit dem ersten Elektronikmodul und bevorzugt mit der Modulhalterung 12d bzw. den Modulhalterungen 12a, 12b, 12c, 12d. Weiterhin erfolgt die elektrische Verbindung zwischen Sensor, insbesondere einem elektrisch leitfähig ausgebildeten Teilbereich des Sensors und die Modulhalterungen 12i, insbesondere des an einem der Modulhalter angeordneten Anschlusses ausschließlich über die Befestigungsvorrichtung 19 erfolgt und nicht über den Gehäusekörper. Die Befestigungsvorrichtung 19 weist ein Inneres auf, in dem der Messverstärker 17 angeordnet ist. Ein Teil der abgebildeten Ausgestaltung sind, insbesondere elektrisch leitfähig ausgebildete, Befestigungsmittel 22, dargestellt durch Schrauben, welche die Elektronikmodule miteinander elektrisch verbinden. Anstelle von Schrauben können auch Stifte, Kabel, usw. vorgesehen werden. Eines der Elektronikmodule, insbesondere der Modulhalterungen kann einen seitlichen Elektrosteckeranschluss 31 aufweisen, an den ein Elektrostecker mit Kabel ansteckbar ist. Über diesen Elektrosteckeranschluss 31 lässt sich beispielsweise der Stapel elektrisch mit dem Sensor und/oder mit dem am Gehäusedeckel angebrachten Display über ein Kabel elektrisch verbinden. Bei der Verwendung mehrere Elektronikmodule ist es vorteilhaft, wenn die Montagehalterungen jeweils ein Führungsprofil 28 aufweisen, welches dazu eingerichtet ist in eine Profilaufnahme 29 der benachbarten Modulhalterung eingeführt zu werden. Das Führungsprofil 28 kann als eine Hervorkragung am Kragen 26 und die Profilaufnahme 29 als Ausnehmung am Kragen 26 ausgebildet sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
Messumformer 1
Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik 2
Sensor 3
Gehäuse 4
Gehäusekörper 5
Gehäusekammer 6
Gehäusewandung 7 erste Gehäuseöffnung 8
Deckel 9
Elektronikeinheit 10
Elektronikmodul 11i
Modulhalterung 12i
Elektronikbauteil 13i
Modulhalterungskörper 14
Anschluss 15i zweite Gehäuseöffnung 16
Messverstärker 17
Gehäuseboden 18
Befestigungsvorrichtung 19
Befestigungsvorrichtungsöffnung 20
Modulhalterungsdeckel 21
Befestigungselement 22
Trennwand 23
Netzteilelektronik 24
Durchführungen 25
Kragen 26
Boden 27
Führungsprofil 28

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1 . Messumformer (1) für ein Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik (2) zum Verarbeiten eines Messsignals eines Sensors (3) und Bereitstellen von Messwerten mindestens einer Prozessgröße, umfassend:
- ein Gehäuse (4) mit einem Gehäusekörper (5), der in seinem Gehäuseinneren mindestens eine Gehäusekammer (6) aufweist, welche durch eine Gehäusewandung (7) umfasst ist,
- eine Elektronikeinheit (10) mit mindestens einem Elektronikmodul (11 i), welches jeweils eine Modulhalterung (12i) und mindestens ein in der Modulhalterung (12i) angeordnetes Elektronikbauteil (13i) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulhalterung (12i) einen, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähig ausgebildeten Modulhalterungskörper (14) aufweist und dazu eingerichtet ist, das mindestens eine Elektronikbauteil (13i) vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abzuschirmen.
2. Messumformer (1) Anspruch 1 , wobei der Gehäusekörper (5) eine erste Gehäuseöffnung (8) aufweist, welche mittels eines Deckels (9) verschließbar bzw. verschlossen ist, wobei die Elektronikeinheit (10) derartig ausgestaltet ist, dass sie durch die erste Gehäuseöffnung (8), insbesondere in Richtung der Gehäuselängsachse, durchführbar ist.
3. Messumformer (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine Elektronikmodul (11 i) einen Anschluss (15i) aufweist, über den der Modulhalterungskörper (14) mit einem Referenzpotential elektrisch verbindbar ist bzw. mit einem Referenzpotential elektrisch verbunden ist.
4. Messumformer (1) nach Anspruch 3, wobei der Gehäusekörper (5) eine zweite Gehäuseöffnung (16) aufweist, über welche zumindest der Anschluss (15i) zugänglich ist, wobei die zweite Gehäuseöffnung (16) ebenfalls über einen Deckel (9) verschließbar bzw. verschlossen ist.
5. Messumformer (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das mindestens eine Elektronikmodul (11 i), an dem der Anschluss (15i) angeordnet ist eine Netzteilelektronik (24) umfasst.
6. Messumformer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Gehäusekammer (6) ein Messverstärker (17) zwischen dem mindestens einen Elektronikmodul (11 i) und einem Gehäuseboden (18) des Gehäuses (4) angeordnet ist.
7. Messumformer (1) nach Anspruch 6, wobei zwischen dem Modulhalterung (12i) und dem Messverstärker (17) eine Trennwand (23) vorliegt, die dazu eingerichtet ist den Messverstärker (17) vor durch das mindestens eine Elektronikbauteil (13i) erzeugten elektrischen oder elektromagnetischen Effekte abzuschirmen.
8. Messumformer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Gehäusekammer (6) eine Befestigungsvorrichtung (19) angeordnet ist, über welche das mindestens eine Elektronikmodul (11 i) mit dem Sensor (3) verbindbar ist, wobei die Befestigungsvorrichtung (19), insbesondere vollständig, elektrisch leitfähig ausgebildet ist und im elektrischen Kontakt mit der Elektronikeinheit (10), insbesondere mit dem ersten Elektronikmodul (11 i) und bevorzugt mit der Modulhalterung (12i) steht.
9. Messumformer (1) nach Anspruch 8, wobei eine elektrische Verbindung zwischen Sensor (3), insbesondere einem elektrisch leitfähig ausgebildeten Teilbereich des Sensors (3) und des Anschlusses (15i) ausschließlich über die Befestigungsvorrichtung (19) erfolgt.
10. Messumformer (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Befestigungsvorrichtung (19) ein Inneres aufweist, in dem der Messverstärker (17) angeordnet ist.
11 . Messumformer (1 ) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Befestigungsvorrichtung (19) eine Befestigungsvorrichtungsöffnung (20) aufweist, durch welche ein den Messverstärker (17) mit dem mindestens einen Elektronikmodul (11 i) elektrisch verbindbar ist.
12. Messumformer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikeinheit (10) einen Modulhalterungsdeckel (21) umfasst, welcher derart ausgebildet ist das mindestens eine Elektronikbauteil (13i) vor unerwünschten elektrischen oder elektromagnetischen Effekten abzuschirmen.
13. Messumformer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Modulhalterung (12i) einen, insbesondere vollständig, elektrisch leitfähigen Boden aufweist, der zumindest einen Großteil des durch den Kragen eingrenzen Bereiches ausfüllt.
14. Messumformer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elektronikbauteil (13i) eine Leiterplatte mit einer Mess- und/oder Betriebsschaltung und/oder eine Leiterplatte zur Spannungsumwandlung oder - aufbereitung umfasst.
15. Feldgerät der Mess- und Automatisierungstechnik (2) zur Überwachung und/oder Bestimmung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, umfassend:
- einen Sensor (3) zum Erfassen mindestens eines die Prozessgröße des Mediums repräsentierendes Messsignales, - einen Messumformer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer
Messumformerelektronik, die dazu eingerichtet ist das Messsignal vom Sensor (3) zu verarbeiten und Messwerte der mindestens einen Prozessgröße bereitzustellen, wobei der Sensor (3) elektrisch und insbesondere mechanisch mit dem Messumformer (1) verbunden ist.
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