本發(fā)明涉及用于確定至少一個(gè)被測(cè)變量的裝置。此外本發(fā)明涉及用于確定至少一個(gè)過程變量的傳感器單元。最后本發(fā)明涉及用于處理至少一個(gè)傳感器單元的初級(jí)信號(hào)的發(fā)射器。在此，所述被測(cè)變量例如可以是介質(zhì)的ph值、溶解的氧或者氯的含量、物位、溫度、流量、質(zhì)量流量、渾濁度、氧化還原電位或者電導(dǎo)率。所述介質(zhì)在此例如是液體、散料、氣體或者混合物。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代過程自動(dòng)化中普遍的是確定被測(cè)變量或者過程變量，其方式是測(cè)量設(shè)備生成依賴于被測(cè)變量的(一般而言電)初級(jí)信號(hào)。在ph值的電位計(jì)測(cè)量的情況下，例如通過兩個(gè)電極測(cè)量電動(dòng)勢(shì)，所述兩個(gè)電極中的一個(gè)電極位于緩沖溶液中并且一個(gè)電極位于要測(cè)量的樣品中。由此作為初級(jí)信號(hào)產(chǎn)生的電壓允許確定ph值。在根據(jù)渦流原理測(cè)量流量的情況下，該初級(jí)信號(hào)例如包含由干擾體所生成的渦流的頻率，由該頻率推斷出流量。

在此由一些測(cè)量設(shè)備本身將初級(jí)信號(hào)換算成被測(cè)變量的值并且輸出該值。替代地，由所謂的測(cè)量變換器(另一名稱是發(fā)射器)完全處理或者至少預(yù)處理初級(jí)信號(hào)并且以標(biāo)準(zhǔn)格式傳送給上級(jí)單元、例如控制室，以便在那里被處理。

根據(jù)要監(jiān)測(cè)的過程或者過程中的狀態(tài)，可能需要確定不同的被測(cè)變量。此外就凈化或者校準(zhǔn)目的而言也可能需要更換測(cè)量裝置。如果例如在校準(zhǔn)的時(shí)間內(nèi)測(cè)量設(shè)備被另一個(gè)測(cè)量設(shè)備代替，則能夠減少被監(jiān)測(cè)的過程的靜止?fàn)顟B(tài)。此外在經(jīng)濟(jì)學(xué)并且生態(tài)學(xué)的意義上存在以下努力：簡(jiǎn)化并且統(tǒng)一盡可能多的設(shè)備，以便以所謂的積木原理結(jié)束(umbeidemsogenanntenbaukastenprinzipzuenden)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，給出用于確定被測(cè)變量的裝置以及傳感器單元和發(fā)射器，其允許盡可能簡(jiǎn)單地適配于測(cè)量條件。

在根據(jù)本發(fā)明的用于確定至少一個(gè)被測(cè)變量的裝置的情況下解決了之前所引出的并且所指明的任務(wù)，首先并且基本上所述裝置的特征在于，存在至少一個(gè)傳感器單元和至少一個(gè)發(fā)射器。在此，所述傳感器單元根據(jù)被測(cè)變量生成至少一個(gè)電初級(jí)信號(hào)。所述傳感器單元將所述初級(jí)信號(hào)通過模擬輸出接口傳送給發(fā)射器。最后，所述發(fā)射器處理所述初級(jí)信號(hào)。

本發(fā)明基于測(cè)量裝置由至少一個(gè)發(fā)射器和傳感器單元構(gòu)成。因此可以優(yōu)選地將對(duì)于確定被測(cè)變量來說所需的電子設(shè)備布置在發(fā)射器中。傳感器單元本身可以相對(duì)簡(jiǎn)單地而且成本低地來設(shè)計(jì)。

所述傳感器單元在此尤其僅僅生成通過模擬輸出接口輸出的模擬初級(jí)信號(hào)。在最簡(jiǎn)單的情況下至少涉及電觸點(diǎn)。

初級(jí)信號(hào)被發(fā)射器接收并且在那里被處理。

在一種設(shè)計(jì)方案中，由發(fā)射器直接確定被測(cè)變量的值。在一種替代的設(shè)計(jì)方案中，初級(jí)信號(hào)例如被放大和/或被轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)、例如4...20ma信號(hào)。

在一種設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，可以將傳感器單元和發(fā)射器以可逆的方式相互連接。這允許更換傳感器單元。

在另一種設(shè)計(jì)方案中，擴(kuò)展劃分為各個(gè)功能單元或模塊的思想，其方式是規(guī)定：將至少一個(gè)電子嵌件分配給傳感器單元。在此，所述電子嵌件具有至少一個(gè)模擬輸入接口，例如可以通過所述模擬輸入接口進(jìn)行傳感器單元的模擬初級(jí)信號(hào)的接收。電子嵌件鑒于被測(cè)變量至少處理初級(jí)信號(hào)。最后，可以以可逆的方式將電子嵌件和發(fā)射器相互連接。

在該設(shè)計(jì)方案中設(shè)置了電子嵌件，該電子嵌件用于處理初級(jí)信號(hào)。該電子嵌件在此優(yōu)選地專門根據(jù)傳感器單元或傳感器單元的或者被測(cè)變量的類型來設(shè)計(jì)。此外可以將電子嵌件靈活地與發(fā)射器連接。因此通過電子嵌件為發(fā)射器也產(chǎn)生用于分析初級(jí)信號(hào)的可能性。然而電子嵌件也能夠處理其它信號(hào)。如果傳感器單元例如是ph探針，那么所屬的電子嵌件不僅可以分析依賴于ph值的作為初級(jí)信號(hào)的電壓，而且優(yōu)選地分析溫度探針的溫度信號(hào)。

因此，通過更換電子嵌件或者將另一個(gè)電子嵌件與發(fā)射器連接，能夠簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)傳感器單元的類型的改變或者另一個(gè)被測(cè)變量的檢測(cè)。

在此，在一種設(shè)計(jì)方案中，直接通過發(fā)射器的輸入/輸出接口輸出電子嵌件的信號(hào)。在一種替代的設(shè)計(jì)方案中，電子嵌件的信號(hào)由發(fā)射器處理或者轉(zhuǎn)換成可選擇的輸出格式(例如4...20ma、hart、fieldbusfoundation(現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì))等等)。

在一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器允許通過其電子嵌件連接大量傳感器單元。在另一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器具有多個(gè)用于輸出信號(hào)或者數(shù)據(jù)的接口。多個(gè)傳感器單元和多個(gè)接口于是允許大量用于輸出相應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)的群集(konstellationen)。

在該設(shè)計(jì)方案中，傳感器單元生成模擬初級(jí)信號(hào)，該模擬初級(jí)信號(hào)由所屬的電子嵌件進(jìn)行處理。電子嵌件又與發(fā)射器連接，并且也將經(jīng)過處理的初級(jí)信號(hào)傳送給該發(fā)射器。在一種設(shè)計(jì)方案中，電子嵌件被插入到發(fā)射器中并且因此也構(gòu)成發(fā)射器的(可更換的)部分。

在此，在一種設(shè)計(jì)方案中，將傳感器單元和所屬的電子嵌件以可逆的方式相互連接。

總之，以模塊化方式設(shè)計(jì)裝置(作為測(cè)量裝置)，這允許更換傳感器單元、改變測(cè)量原理以及也減少成本和材料。

根據(jù)本發(fā)明的另一教導(dǎo)，通過用于確定至少一個(gè)被測(cè)變量的傳感器單元來解決所述任務(wù)。在此，所述傳感器單元具有模擬輸出接口。傳感器單元根據(jù)被測(cè)變量生成至少一個(gè)電初級(jí)信號(hào)，并且通過模擬輸出接口輸出初級(jí)信號(hào)作為模擬電信號(hào)。

在一種設(shè)計(jì)方案中，輸出接口也用作輸入接口。如果傳感器單元例如允許測(cè)量電導(dǎo)率，則傳感器單元通過上述接口接收例如正弦信號(hào)形式的電信號(hào)。該測(cè)量信號(hào)在此由電子嵌件遞交到傳感器單元上。

在一種設(shè)計(jì)方案中，由傳感器單元與其它測(cè)量組件共同起作用地生成傳感器單元的初級(jí)信號(hào)。這樣例如生成傳感器單元和參考單元之間的電壓作為初級(jí)信號(hào)。

對(duì)于一系列測(cè)量原理來說需要校準(zhǔn)所使用的傳感器單元。此外，初級(jí)信號(hào)必要時(shí)也依賴于傳感器單元的特定的特征參數(shù)。因此這些傳感器特定的數(shù)據(jù)是對(duì)于分析初級(jí)信號(hào)來說所需的，并且應(yīng)該在發(fā)射器中或者在所分配的電子嵌件中是已知的。

在一種設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，可以在可預(yù)先規(guī)定的環(huán)境條件下離線地校準(zhǔn)傳感器單元。因此例如可以在實(shí)驗(yàn)室中并且因此離線地、也就是說在過程之外校準(zhǔn)傳感器單元。由此尤其可能的是，可以在可預(yù)先規(guī)定的并且優(yōu)選地恒定的環(huán)境條件下進(jìn)行校準(zhǔn)。這提高使用壽命并且導(dǎo)致成本減少。因此可以在不同于傳感器單元的使用地點(diǎn)的地點(diǎn)處校準(zhǔn)傳感器單元(必要時(shí)與電子嵌件相連接)。

在一種設(shè)計(jì)方案中，可以通過用戶輸入所需的數(shù)據(jù)。在另一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器或者電子嵌件包括相關(guān)的數(shù)據(jù)。在另一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器或者電子嵌件訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。

在一種替代的或者補(bǔ)充的設(shè)計(jì)方案中，傳感器單元具有至少一個(gè)數(shù)據(jù)載體。在此，可以將被分配給傳感器單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)載體中。數(shù)據(jù)載體本身被布置在傳感器單元的外殼處或者中。

在一種設(shè)計(jì)方案中，數(shù)據(jù)載體是光學(xué)元件、如條形碼或者qr碼，該條形碼或者qr碼至少包含關(guān)于傳感器單元的類型或者特殊傳感器單元的標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)。

在一種替代的設(shè)計(jì)方案中，所述數(shù)據(jù)載體是(射頻識(shí)別(radio-frequencyidentification)的)rfid標(biāo)簽或者(近場(chǎng)通信(nearfieldcommunication)的)nfc標(biāo)簽，例如也將傳感器單元的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保存在所述rfid標(biāo)簽和nfc標(biāo)簽中。

在一種設(shè)計(jì)方案中，將用于識(shí)別傳感器單元的至少一個(gè)信息存放在數(shù)據(jù)載體中。

以下設(shè)計(jì)方案涉及傳感器單元的原理構(gòu)造。

在此，在一種設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，傳感器單元僅僅具有模擬輸出接口。

在另一種設(shè)計(jì)方案中，傳感器單元沒有如下(尤其是電子)元件，所述元件根據(jù)初級(jí)信號(hào)生成數(shù)字信號(hào)。替代地或補(bǔ)充地，傳感器單元沒有根據(jù)初級(jí)信號(hào)確定被測(cè)變量的值的元件。

因此在上述兩種設(shè)計(jì)方案中，傳感器單元不能根據(jù)初級(jí)信號(hào)確定被測(cè)變量的值，或者不能將初級(jí)信號(hào)數(shù)字化以用于進(jìn)一步的通信。

在另一種設(shè)計(jì)方案中，在傳感器單元中設(shè)置了模擬電子元件，這些電子元件放大初級(jí)信號(hào)或者引起在電流信號(hào)或電壓信號(hào)之間的變換，該變換因此生成純模擬的電信號(hào)。

在另一種設(shè)計(jì)方案中，傳感器單元沒有電子構(gòu)件。因此傳感器單元基本上僅包括基于被測(cè)變量生成電初級(jí)信號(hào)的組件。在傳感器單元本身中的進(jìn)一步的處理或者預(yù)處理是不可能的。

因此，在確定ph值的情況下，傳感器單元僅僅具有用于測(cè)量由介質(zhì)所生成的電位的電極。

在其它設(shè)計(jì)方案中同樣存在其它初級(jí)測(cè)量元件。如果例如設(shè)置了依賴于溫度的電阻元件，那么該元件用于實(shí)際的溫度測(cè)量并且在此意義上不應(yīng)被理解為電子構(gòu)件。

根據(jù)附加的教導(dǎo)，本發(fā)明涉及用于對(duì)來自至少一個(gè)傳感器單元的初級(jí)信號(hào)進(jìn)行處理的發(fā)射器。所述發(fā)射器在此具有至少一個(gè)電子設(shè)備容納位置，可以將電子嵌件插入所述電子設(shè)備容納位置中。所述電子嵌件在此被分配給傳感器單元，并且用于處理傳感器單元的初級(jí)信號(hào)。在此，所述電子設(shè)備容納位置允許以可逆的方式插入電子嵌件。

至少一個(gè)電子設(shè)備容納位置允許：發(fā)射器通過可逆地插入電子嵌件針對(duì)相應(yīng)的傳感器單元被適配，并且因此也適當(dāng)?shù)鼐哂袑?duì)于處理傳感器單元的初級(jí)信號(hào)來說所需的組件。

在一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器具有用于從傳感器單元的數(shù)據(jù)載體讀入數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)讀取單元。也可以根據(jù)數(shù)據(jù)載體的設(shè)計(jì)方案相應(yīng)地實(shí)施數(shù)據(jù)讀取單元。如果所述數(shù)據(jù)載體是傳感器單元的一種標(biāo)記、諸如條形碼或者qr碼，則可以設(shè)置相應(yīng)的掃描器，或者需要在發(fā)射器中的相應(yīng)的處理。如果所述數(shù)據(jù)載體替代地是rfid或者nfc標(biāo)簽，則數(shù)據(jù)讀取單元允許讀出存儲(chǔ)于該標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。

在一種替代的或者補(bǔ)充的設(shè)計(jì)方案中，也可以通過數(shù)據(jù)讀取單元將數(shù)據(jù)寫入傳感器單元的數(shù)據(jù)載體中。在此，在一種設(shè)計(jì)方案中，可以將例如日志形式的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)載體中。在一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器也可以在數(shù)據(jù)載體中插入其它數(shù)據(jù)。

在一種設(shè)計(jì)方案中規(guī)定，發(fā)射器具有至少一個(gè)無線電接口。在一種變型方案中，該無線電接口允許連接到數(shù)據(jù)庫(kù)或者到上級(jí)單元、如控制室。在另一種變型方案中，可以通過無線電接口與用戶的電子單元(例如平板電腦或者手持設(shè)備或者任意的移動(dòng)通信單元)進(jìn)行通信。

在另一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器操控繼電器。

在另一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器具有附加接口、例如usb接口。

在另一種設(shè)計(jì)方案中，發(fā)射器具有至少一個(gè)輸入/輸出接口，替代地設(shè)置了多個(gè)這樣的接口。在此，例如涉及現(xiàn)場(chǎng)總線接口，該現(xiàn)場(chǎng)總線接口例如以4...20ma/hart接口、rs485接口、fieldbusfoundation接口或者用于輸入或輸出數(shù)據(jù)或信號(hào)的其它接口為形式。

補(bǔ)充地或者替代地，將顯示和/或者操作單元設(shè)置為發(fā)射器的一部分。

上面所描述的裝置可以由所描述的傳感器單元或者所描述的發(fā)射器構(gòu)成。因此關(guān)于裝置的說明也適用于傳感器單元和發(fā)射器，并且反之亦然。

附圖說明

詳細(xì)地，存在設(shè)計(jì)并且改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明的裝置、根據(jù)本發(fā)明的傳感器單元和根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器的大量可能性。為此一方面參考從屬于專利權(quán)利要求1、4和8的專利權(quán)利要求，另一方面參考結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的以下描述。在附圖中，

圖1示出純示意性的測(cè)量裝置。

具體設(shè)計(jì)方案

在圖1中示意性地示出了用于確定被測(cè)變量的裝置1的一部分。生成初級(jí)信號(hào)的傳感器單元2用于實(shí)際的測(cè)量。具有與被測(cè)變量的預(yù)先已知的依賴性的初級(jí)信號(hào)被傳送給發(fā)射器3，并且由該發(fā)射器進(jìn)行處理。所述處理例如涉及預(yù)處理，例如轉(zhuǎn)換成4...20ma信號(hào)，或者確定被測(cè)變量的測(cè)量值。

所述發(fā)射器3在此被設(shè)計(jì)為可變的，使得所述發(fā)射器也能夠?qū)⒋罅坎煌臏y(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成很多不同的輸出信號(hào)。這在此(如所示的那樣)在過程中是可能的，但是也可以在實(shí)驗(yàn)室中、也就是在可預(yù)先規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行。

傳感器單元2總共具有兩個(gè)模擬輸出接口4，通過這些模擬輸出接口只輸出模擬信號(hào)。在所示的示例中討論傳輸電壓的兩根導(dǎo)線。傳感器單元2與電子嵌件5連接，該電子嵌件被分配給該傳感器單元或者利用相應(yīng)傳感器單元2實(shí)現(xiàn)的測(cè)量原理。因此，只要不同的傳感器單元2分別利用相同的測(cè)量原理用于確定相同的被測(cè)變量，就可以將所述傳感器單元2與電子嵌件5連接。為了接收模擬初級(jí)信號(hào)，電子嵌件5具有模擬輸入接口6。

只要電子單元5包含允許根據(jù)初級(jí)信號(hào)確定被測(cè)變量的值的組件，該電子單元就是為傳感器單元2設(shè)置的。優(yōu)選地也存放相應(yīng)的分析算法。

如果根據(jù)測(cè)量方法需要校準(zhǔn)傳感器單元2或者需要用于確定被測(cè)變量的傳感器單元2的特殊材料數(shù)據(jù)，則將這些數(shù)據(jù)存放在傳感器單元2攜帶的數(shù)據(jù)載體7中。

在一種變型方案中，僅僅存放傳感器單元2的標(biāo)識(shí)符，由此必要時(shí)通過求助于在外部所存放的數(shù)據(jù)來提供用于確定被測(cè)變量所需的信息。

在所示的情況下，數(shù)據(jù)載體7被裝入在構(gòu)成傳感器單元2的外殼8中。

為了利用發(fā)射器3也實(shí)現(xiàn)不同的被測(cè)變量的測(cè)量，這里設(shè)置了兩個(gè)電子設(shè)備容納位置9。電子嵌件5位于一個(gè)電子設(shè)備容納位置中。另一個(gè)電子設(shè)備容納位置對(duì)于這里被表示為物位測(cè)量設(shè)備的第二傳感器單元2’的第二電子嵌件5’還是空閑的。

在此可以基于數(shù)據(jù)載體7的數(shù)據(jù)自動(dòng)地識(shí)別傳感器單元2，因?yàn)榘l(fā)射器3具有數(shù)據(jù)讀取單元10。如果所述數(shù)據(jù)載體7是條形碼，則數(shù)據(jù)讀取單元10是條形碼掃描器。如果與這里一樣nfc標(biāo)簽被設(shè)置為數(shù)據(jù)載體7，則數(shù)據(jù)讀取單元10相應(yīng)地讀入數(shù)據(jù)。

為了也能夠訪問如下傳感器單元的數(shù)據(jù)，所述傳感器單元在其數(shù)據(jù)載體7中沒有隨身攜帶數(shù)據(jù)或者隨身攜帶少量數(shù)據(jù)，設(shè)置了無線電接口11，發(fā)射器3通過該無線電接口訪問外部數(shù)據(jù)庫(kù)12。

這里與發(fā)射器3連接的傳感器單元2(或者更準(zhǔn)確地通過該傳感器單元在電子設(shè)備容納位置中所插入的電子嵌件5)用于ph測(cè)量。為此設(shè)置了測(cè)量電極13和參考電極14。測(cè)量電極13位于利用玻璃膜15封閉的玻璃體中。在隔膜16的一側(cè)形成傳感單元2的外殼8的邊界。附加地還設(shè)置了溫度傳感器。同樣可以將電觸點(diǎn)安置在該溫度傳感器上，使得也能夠?qū)囟刃盘?hào)用于確定ph值。為了清楚起見，這在這里沒有被示出。

這里直接分別通過導(dǎo)線17將兩個(gè)電極13、14與電子嵌件5的模擬輸入接口6連接。模擬輸出接口4在此情況下因此僅僅是兩個(gè)電連接觸點(diǎn)。替代地，通過(沒有示出的)多極電纜將傳感器單元2和電子嵌件5相互連接。

電子嵌件5在使用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的情況下根據(jù)分別出現(xiàn)的電位確定ph值的度量。

優(yōu)選地將統(tǒng)一的格式用于電子嵌件5、5’的輸出信號(hào)，使得發(fā)射器3始終能夠相同地處理這些信號(hào)。

為了進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，發(fā)射器3具有自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器18，在該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中附加地存放了不同傳感器單元2或電子嵌件5的數(shù)據(jù)。

第二電子嵌件5’在這里具有存儲(chǔ)單元19，可以將關(guān)于多個(gè)不同傳感器單元2或第二傳感器單元2’的數(shù)據(jù)存放在該存儲(chǔ)單元中。

如果測(cè)量數(shù)據(jù)適當(dāng)?shù)乇惶幚砘蛘哳A(yù)處理，則發(fā)射器3通過其現(xiàn)場(chǎng)總線接口20和現(xiàn)場(chǎng)總線21將所述測(cè)量數(shù)據(jù)傳送給(這里沒有示出的)控制室。

這里由用戶22在使用平板電腦23的情況下進(jìn)行對(duì)發(fā)射器3或者因此也對(duì)通過傳感器單元2、2’的測(cè)量的控制。