專利名稱：電位傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電位傳感器，特別是pH傳感器或氧化還原傳感器，或者pH電極或氧化還原電極，用于連接至變送器。
在pH傳感器和氧化還原傳感器的情況中，電位傳感器測量電阻大的地方的電勢。pH電極或氧化還原電極檢測溶液中特定的離子電勢。在許多應用中，它們經(jīng)受嚴重的磨損，使得它們經(jīng)常要在很短的工作時間后被替換。在這個方面，這些電極是耗材，對于給定的測量精度要盡可能節(jié)約成本地提供它們。
現(xiàn)在基于pH電極或pH傳感器的例子解釋本發(fā)明的目的和它的解決方案。然而，實施例在原理上也可以應用于其它電位傳感器，特別是氧化還原傳感器或氧化還原電極。
基本上現(xiàn)有技術中已知三種類型的pH傳感器，現(xiàn)在簡要對它們進行介紹。
最簡單的pH傳感器是沒有任何電子電子儀器的簡單pH電極。這些pH電極發(fā)送依賴于pH的電勢，該電勢可以在合適的電連接處存取?？蛇x地，這些pH電極具有集成的溫度傳感器，例如PT100，用于溫度補償，其電勢可以在合適的溫度輸出端被測量。為了測量，這些pH傳感器通常利用電纜連接至變送器，該變送器從依賴于pH的電勢產(chǎn)生測量信號，并且如果需要，從溫度傳感器的溫度信號產(chǎn)生測量信號。除了上述的簡單pH電極或傳感器，為了阻抗轉換還可以令其具有集成的預放大器。預放大器的輸出信號是pH傳感器的電勢，預放大器的內電阻僅有幾歐姆，而pH傳感器的內電阻為100兆歐的數(shù)量級。于是，輸出電勢到變送器的進一步傳送以及處理大大簡化。預放大器可以是電池供電的也可以利用電纜供電。
最后，直接安裝在pH傳感器上的簡單變送器可以是來自Honeywell的“DirectLine”。因而，在傳感器的附近例如產(chǎn)生4～20mA的測量信號，然后其可以不費周折地被輸送至控制室。
對于現(xiàn)有技術的所有pH電極或pH傳感器，必須在連接至變送器之后標定電極，因此所需的標定參數(shù)存儲在變送器中。盡管在多數(shù)情況中，這種方式使得在標定后的測量操作令人滿意，但是它確實具有一些嚴重的不足。
當傳感器連接至另一變送器時必須被重新標定。沒有預先標定的傳感器是不可操作的。
由傳感器特定的附加信息，諸如類型指示、使用壽命或歷史數(shù)據(jù)，并不是對于每一傳感器都可以得到的，或者說只有付出很大努力才能夠得到，特別是當傳感器和變送器的聯(lián)系已經(jīng)喪失時。
傳感器通常必須在變送器或測量變換器所處位置標定。特別是在變送器所處位置存在不利的工作條件的情況，實際上不可能執(zhí)行復雜的標定，諸如識別等溫工作點。這將導致危及能夠達到的測量精度。
本發(fā)明的目的是提供一種pH傳感器，其克服現(xiàn)有技術的上述缺點。
這個目的通過獨立權利要求1的pH傳感器實現(xiàn)。本發(fā)明的pH傳感器包括基本傳感器，其用于檢測pH值；固定連接至基本傳感器的數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器，其用于存儲傳感器數(shù)據(jù)或過程數(shù)據(jù)；和連接至上級單元的接口，用于發(fā)送代表pH值的信號，并且用于從或向數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器讀取和/或寫入數(shù)字數(shù)據(jù)。
數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器與基本傳感器固定連接，使得數(shù)據(jù)存儲器和基本傳感器形成不可分離的單元。
上級單元特別的是變送器或另一合適的設備，用于檢測和處理pH傳感器的數(shù)據(jù)。
原理上，傳感器操作所需的模擬電子設備是否也類似地固定連接至pH傳感器并且由其將數(shù)據(jù)寫入和/或讀出數(shù)據(jù)存儲器，或者數(shù)據(jù)的存儲和/或讀出是否是從上級單元實現(xiàn)的，對于本發(fā)明并不重要。
pH傳感器接口到上級系統(tǒng)的連接可以直接發(fā)生或者利用連接電纜而發(fā)生。
在本優(yōu)選實施例中，pH傳感器的接口是無觸點接口，正如在同一受讓人的未公開歐洲專利申請No.1 216 079中描述的。術語“無觸點”表示傳感器側的接口與變送器側的接口電隔離。無觸點接口可以是例如光學、電容或電感接口，其中當前優(yōu)選電感接口。有關接口的結構細節(jié)，參見歐洲專利申請No.1 216 079，其完全包含在本發(fā)明中作為參考。
自然，具有導電觸點的接口也可以用于實現(xiàn)本發(fā)明的pH傳感器。
在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的pH傳感器具有模數(shù)轉換器，其生成數(shù)字信號，該信號作為基本傳感器的依賴于pH值的電勢的函數(shù)。
另外，本發(fā)明的pH傳感器優(yōu)選地包括微處理器，其一方面控制pH傳感器的接口和上級系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，另一方面控制數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器的讀寫處理。當模數(shù)轉換器集成在微處理器中時，是特別優(yōu)選的。
優(yōu)選地，pH傳感器具有外殼，其中集成了數(shù)據(jù)存儲器、接口，如果可能的話，還集成了其它電子元件，諸如模數(shù)轉換器和微處理器。
對于本發(fā)明的簡單實施例，特別是那些具有將依賴于pH值的電勢導電傳輸至變送器的實施例，可以在pH傳感器沒有微處理器。在這種情況中，來自或向數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)讀和/或寫可以由上級系統(tǒng)或變送器控制。
數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器優(yōu)選地是可多次和/或一次寫入的存儲器單元。當前，優(yōu)選的是EEPROM，EPROM也基本適用。
數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器可以特別地存儲一個或多個以下數(shù)據(jù)標定數(shù)據(jù)；在第一溫度，特別是25℃確定的傳感器的靈敏度；在25℃確定的非對稱電勢；溫度偏移；邏輯信息，例如SAP碼和/或順序號；序列號；應用的溫度范圍；應用的pH范圍；工作溫度的極限值；工作pH的極限值；技術員的身份證明(為了標定的可后續(xù)跟蹤性)；使用壽命；等溫線交叉點；傳感器檢查系統(tǒng)狀態(tài)；pH測量值；和溫度測量值。
上級單元或變送器可以優(yōu)選地利用讀指令存取所有存儲的數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，上級單元或變送器可以利用寫指令將一個或多個以下數(shù)據(jù)寫入存儲器標定數(shù)據(jù)；在第一溫度，特別是25℃，確定的電勢陡度；在25℃確定的電勢零點；溫度偏移；技術員的身份證明(為了標定的可后續(xù)跟蹤性)；和等溫線交叉點。
在傳感器的第一檢查中，利用寫指令將下列數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存儲器邏輯信息；應用的溫度范圍；和應用的pH范圍。
本發(fā)明的pH傳感器具有以下優(yōu)點傳感器特定的數(shù)據(jù)，即設備數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)和/或歷史數(shù)據(jù)，與傳感器不可分離地連接。這一方面使得能夠在將傳感器安裝在應用位置之前進行傳感器的預標定，另一方面使得能夠在不同的變送器處使用傳感器而不必要進行新的標定。
從所附權利要求、實施例示例的描述以及附圖中將清楚地看到本發(fā)明的其它方面，附圖中

圖1是本發(fā)明的pH傳感器的框圖；和圖2是本發(fā)明的pH傳感器的詳細透視圖。
現(xiàn)在根據(jù)圖1和圖2解釋本發(fā)明的實施例的一個例子。圖1中的框圖顯示了pH傳感器1的傳感器外殼2中布置的元件，外殼2與基本傳感器3固定連接，即不可分離地連接。pH傳感器特別地可以是棒狀pH電極，在其遠離介質的末端上布置外殼2。
在外殼2中，放置微處理器4，其優(yōu)選地具有集成的模數(shù)轉換器(ADC)5。微處理器4一方面與基本傳感器3的模擬輸出端相連，另一方面微處理器與數(shù)字存儲器6相連，這個實施例中數(shù)字存儲器6是EEPROM。最后，微處理器4與電感接口7連接，通過該接口7，一方面實現(xiàn)了pH傳感器1的供電，另一方面實現(xiàn)了向和從上級單元的數(shù)據(jù)傳輸，在這個情況中，上級單元包括變送器8?？蛇x地，還可以提供存儲器6和接口7之間的直接連接。
變送器8包括變送器側的電感接口9，用于向pH傳感器1提供能量以及與pH傳感器1的數(shù)字數(shù)據(jù)交換。另外，變送器包括數(shù)據(jù)處理單元11，其與變送器側的電感接口9和系統(tǒng)側的接口10相連。在系統(tǒng)側接口處，可以發(fā)出測量數(shù)據(jù)并且由設備特定的數(shù)據(jù)被交換。為此，可以考慮所有常用的協(xié)議，例如HART、Fieldbus或Profibus。
在測量操作中，微處理器4接收來自基本傳感器的至少一個模擬信號，即依賴于pH值的電勢以及優(yōu)選地還有依賴于溫度的電勢。模擬信號由ADC 5轉換為數(shù)字信號，其一方面存儲在數(shù)據(jù)存儲器6中，另一方面可以由電感接口7發(fā)送至變送器8。
有關電感數(shù)據(jù)傳輸和供電，參見歐洲專利申請No.1 216 079。
用于分析依賴于pH的電勢以及可能的溫度數(shù)據(jù)的參數(shù)以標定數(shù)據(jù)的形式存儲在數(shù)據(jù)存儲器6中。標定數(shù)據(jù)被基于變送器8的讀指令而由微處理器4或直接發(fā)送至電感接口7，以使其可以由變送器8的數(shù)據(jù)處理單元11用于進一步的處理，諸如誤差補償?shù)?。在pH傳感器1的第一標定或再標定處，發(fā)出變送器側的寫指令，用于存儲確定的標定數(shù)據(jù)，于是數(shù)據(jù)存儲在EEPROM 6中。
圖2顯示了在棒狀基本傳感器3，特別是玻璃電極，上的pH傳感器1的外殼2的機械安排的實施例示例。
外殼2在其側壁上具有螺紋12，pH傳感器1可以利用該螺紋12安裝在一個配件中。外殼2具有背離基本傳感器3的圓柱末端部分，在其側壁中安排卡口式聯(lián)結器的開口。電感接口7放置在這個末端部分中。在其末端上，外殼2具有圓柱形軸向盲孔，其用作變送器側電感接口9的容納的鐵氧體磁芯的接收器。在本實施例中，變送器側的電感接口9實現(xiàn)為與變送器相連的電纜上的插塞。同樣，變送器側的接口9可以直接構造在變送器外殼上。在其面向pH傳感器1的末端，插塞具有袖狀側壁，其軸向凸出并且同軸環(huán)繞鐵氧體磁芯。當插塞固定至外殼2時，袖狀側壁至少圍繞外殼2的圓柱形末端部分的一部分。于是在袖狀側壁上徑向向內凸出的突起與卡口式聯(lián)結器的開口嚙合，以緊固插塞。
權利要求
1.電位傳感器，包括基本傳感器(3)，其用于檢測電位量；和接口，用于將依賴于電位量的信號發(fā)送到上級單元，特別是變送器(8)；其特征在于，電位傳感器具有數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器(6)，其固定連接至基本傳感器(3)。
2.如權利要求1所述的電位傳感器，進一步包括模數(shù)轉換器(5)，用于將從基本傳感器(3)發(fā)出的模擬信號轉換為數(shù)字信號。
3.如權利要求1或2所述的電位傳感器，其中數(shù)據(jù)存儲器基本傳感器存儲一個或多個以下信息傳感器的標定數(shù)據(jù)；在第一溫度，特別是25℃確定的傳感器的靈敏度；在25℃確定的非對稱電勢；溫度偏移；邏輯信息；基本傳感器的序列號；溫度應用范圍；pH應用范圍；工作溫度的極限值；工作pH的極限值；技術員的身份證明；使用壽命；等溫線交叉點；傳感器檢查系統(tǒng)狀態(tài)；至少一個pH測量值；至少一個氧化還原測量值，一個或多個溫度測量值。
4.如權利要求3所述的電位傳感器，其中數(shù)據(jù)存儲器(6)存儲在傳感器工作的連續(xù)時間間隔上的歷史數(shù)據(jù)。
5.如權利要求3所述的電位傳感器，其中數(shù)據(jù)存儲器(6)存儲依賴于事件的歷史數(shù)據(jù)。
6.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，進一步包括微處理器(4)，用于控制數(shù)據(jù)存儲器(6)和/或控制接口(7)，以與上級單元(8)通信。
7.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，其中這樣控制數(shù)據(jù)存儲器(6)，使得可以從上級單元(8)經(jīng)由接口(7)控制它。
8.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，其中電位傳感器(1)經(jīng)由機械耦合與上級單元(8)的外殼可卸地連接，其中機械耦合包括接口。
9.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，其中電位傳感器(1)利用包括接口的機械耦合，與電纜可卸地連接，其中電纜與上級單元通信。
10.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，其中接口(7)除了保證數(shù)據(jù)通信，還保證電位傳感器的供電。
11.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，其中接口是非電流接口。
12.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，其中接口是電感接口。
13.如權利要求1～10之一所述的電位傳感器，其中接口是電流接口。
14.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，進一步包括溫度傳感器。
15.如前述任一權利要求所述的電位傳感器，其中電位傳感器是pH傳感器，并且基本傳感器包括pH電極。
16.如權利要求1～14之一所述的電位傳感器，其中電位傳感器是氧化還原傳感器，并且基本傳感器包括氧化還原電極。
17.電位變送器(8)，用于發(fā)出代表電位量的至少一個測量信號，其特征在于，變送器(8)具有接口(9)，其用于與如前述任一權利要求所述的電位傳感器(1)進行操作和數(shù)據(jù)交換。
全文摘要
公開了一種電位傳感器，特別是pH傳感器或氧化還原傳感器，其包括基本傳感器(3)，其用于檢測電位量，特別是pH值或氧化還原電位；和接口，用于將依賴于電位量的信號發(fā)送到上級單元，該上級單元特別是變送器(8)。本發(fā)明的電位傳感器具有固定連接至基本傳感器(3)的數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器(6)。
文檔編號G01N27/416GK1678901SQ03820073
公開日2005年10月5日 申請日期2003年5月15日 優(yōu)先權日2003年5月15日
發(fā)明者托爾斯滕·佩希施泰因, 迪爾克·施泰因米勒, 德特勒夫·維特默, 赫爾曼·施特勞布 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾分析儀表兩合公司