DE102009002762A1 - Gerät zur Überwachung einer oder mehrerer Prozessgrößen - Google Patents
Gerät zur Überwachung einer oder mehrerer Prozessgrößen Download PDFInfo
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Abstract
Ein Gerät (1) zur Bestimmung oder Überwachung einer oder mehrerer physikalischer und/oder chemischer Prozessgrößen, für welches ein Vibrationssensor (9) vorgesehen ist, besteht erfindungsgemäß aus einem Steckerelement (3) und einem Buchsenelement (2), welche durch eine Steckverbindung (10) lösbar verbunden sind und welche über eine Schnittstelle (81, 82) miteinander kommunizieren, wobei bei dem Steckerelement (3) oder dem Buchsenelement (2) ein Elementarsensor (4) für die Bestimmung oder Überwachung der Prozessgrößen vorgesehen ist, wobei dem jeweils anderen Element der Vibrationssensor (9) zugeordnet ist und wobei das Element, welchem der Vibrationssensor (9) zugeordnet ist, mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung und/oder Überwachung einer oder mehrerer physikalischer und/oder chemischer Prozessgrößen, wobei ein Vibrationssensor vorgesehen ist.
- Bei industriellen Prozessen werden verschiedenartige Geräte eingesetzt, welche physikalische oder chemische Prozessgrößen, wie z. B. Temperatur oder pH-Wert, messen, überwachen oder gegebenenfalls regulieren. Solche Geräte sind mechanischen Schwingungen und Vibrationen aus unterschiedlichen prozessimmanenten Quellen unterlegen, was zu deren Verschleiß und nicht mehr einwandfreien Funktionsweise führen kann. Auch der Ausfall eines Geräts ist möglich. Um Beschädigungen des Geräts erkennen zu können oder dessen Ausfall im Vorfeld zu diagnostizieren, ist es möglich, einen Vibrationssensor an einem am Prozess teilnehmenden Gerät zu positionieren. Ein Prozessgerät in Kombination mit einem Vibrationssensor wird in der Schrift
WO 2005/033639 A2 - Das Prozessgerät kann beispielsweise ein Sensor zur Überwachung einer Prozessgröße sein, in den der Vibrationssensor integriert wird. Der Nachteil bei der Positionierung direkt am Gerät ist, dass bei einer Fehlfunktion oder diagnostiziertem baldigen Ausfall des Geräts, selbiges samt Vibrationssensor ausgetauscht werden muss. Der Vibrationssensor kann zwar auch als Element an einer übergeordneten Steuereinheit angebracht werden, jedoch muss diese sich dann in direktem Kontakt zu dem Prozess befinden, was meist nicht der Fall ist.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Gerät bereit zu stellen, mit welchem es möglich ist, einen Vibrationssensor in effizienterer Weise zu nutzen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gerät, das aus einem Steckerelement und einem Buchsenelement besteht, welche durch eine Steckverbindung lösbar verbunden sind und welche über eine Schnittstelle miteinander kommunizieren, wobei bei dem Steckerelement oder dem Buchsenelement ein Elementarsensor zur Bestimmung oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße vorgesehen ist und dem jeweils anderen Element der Vibrationssensor zugeordnet ist, wobei das Steckerelement oder Buchsenelement, dem der Vibrationssensor zugeordnet ist, mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist.
- Sobald die Steckverbindung zwischen Steckerelement und Buchsenelement hergestellt ist, misst der Vibrationssensor die Vibrationen und Schwingungen, welche auch der Elementarsensor erfährt. Bei der Steckverbindung, mit welcher Steckerelement und Buchsenelement zusammengehalten werden, handelt es sich bevorzugt um einen Bajonettverschluss.
- Ein Sensor, welcher die beschriebene Zweiteilung aufweist, wird von der Anmelderin unter dem Namen Memosens vertrieben. Bei diesem Gerät handelt es sich meist um einen potentiometrischen Sensor, wie er in der Schrift
WO 2004/102175 A1 EP 1 998 414 A2 dargelegt. Für Details in der Ausgestaltung sei daher auf diese Schriften verwiesen. - Dadurch, dass Vibrationssensor und Elementarsensor in separaten Gehäusen untergebracht sind, ergibt sich der Vorteil, dass im Falle einer Beschädigung des Geräts nur der den Elementarsensor umfassende Teil ersetzt werden muss, nicht jedoch der den Vibrationssensor und andere Elektronik umfassende Teil. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn es sich bei dem Sensor um einen mit hohem Verschleiß handelt, welches daher häufig erneuert werden muss. Dies kann beispielsweise ein potentiometrischer Sensor zur Bestimmung des pH-Werts eines fluiden Mediums sein, welches auf Grund seiner chemischen Beschaffenheit die Elektroden des Sensors angreift.
- Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich bei der Nachrüstung eines Vibrationssensors für ein Gerät, welches sich bereits im Betrieb befindet.
- Das dem Elementarsensor zugeordnete Buchsenelement oder Steckerelement kann im Prozess belassen werden, während das jeweils andere, an die übergeordnete Einheit anschließbare, Element gegen ein neues, zusätzlich den Vibrationssensor umfassendes Element ausgetauscht werden kann. Durch die Steckverbindung von Steckerelement und Buchsenelement ist dieser Austausch einfach und in kurzer Zeit durchführbar.
- In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Elementarsensor bevorzugt um einen Sensor für die Messung des pH-Werts eines Mediums, wobei bevorzugt zusätzlich ein Sensor zur Bestimmung der Temperatur des Mediums vorgesehen ist.
- In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Geräts ist eine Speichereinheit für dasjenige Steckerelement oder Buchsenelement vorgesehen, für welches auch der Elementarsensor vorgesehen ist, und in welchem die zur Kalibrierung des Elementarsensors notwendigen Daten gespeichert sind. Die Speichereinheit kann hierbei elementarsensorspezifische Daten und/oder prozessspezifische Daten enthalten.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Steckerelement oder Buchsenelement, welchem der Elementarsensor zugeordnet ist, eine Einheit zur Verarbeitung und/oder Speicherung der Messdaten des Elementarsensors enthält. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Mikroprozessor.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens einen Mikrocontroller zur Verarbeitung und/oder Speicherung der Daten von Vibrationssensor und/oder Elementarsensor vor. Dieser mindestens eine Mikrocontroller ist bevorzugt demjenigen Steckerelement oder Buchsenelement zugeordnet, für welches auch der Vibrationssensor vorgesehen ist.
- In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Geräts ist eine Datenverarbeitungseinheit vorgesehen, welche beispielsweise als Erzeuger und/oder Transmitter eines die Messgröße repräsentierenden digitalen Signals fungiert, welches beispielsweise an ein Anzeigeelement oder an eine übergeordnete Einheit übertragen werden kann.
- In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sind das Steckerelement und das Buchsenelement über eine galvanische oder eine kontaktlose Schnittstelle zur Energieversorgung und/oder Datenübertragung miteinander verbunden. Hierbei bedeutet kontaktlos, dass die Schnittstelle im Steckerelement von der Schnittstelle im Buchsenelement elektrisch bzw. galvanisch isoliert ist. Die kontaktlose Schnittstelle ist beispielsweise als kapazitive, optische oder bevorzugt als induktive Schnittstelle ausgestaltet und hat zum Vorteil, dass Staubpartikel oder andere Verunreinigungen, sollten diese in den inneren Bereich der Steckverbindung gelangen, keine Störungen in der Energie- bzw. Datenübertragung verursachen.
- Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung handelt es sich bei dem Vibrationssensor um einen Beschleunigungsmesser.
- Bei einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Geräts ist mindestens ein Mikrocontroller zur Erzeugung einer auf den Messwerten des Vibrationssensors beruhenden Fehler- oder Warnmeldung vorgesehen. Diese Fehler- oder Warnmeldung dient beispielsweise zum Hinweis auf eine zu hohe mechanische Belastung des Elementarsensors. Bevorzugt wird eine Warnung erzeugt, wenn die vom Vibrationssensor gemessene Frequenz der prozessimmanenten Vibration einer Eigenfrequenz des Geräts nahe kommt. Auf diese Weise wird einer möglichen Beschädigung oder Zerstörung des Geräts auf Grund von Resonanzschwingungen vorgebeugt.
- Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Geräts, -
2 zeigt eine perspektivische Detailansicht der Steckverbindung eines erfindungsgemäßen Geräts. - In
1 ist das Blockschaltbild einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Geräts1 dargestellt. In diesem Beispiel ist das Element der Steckverbindung10 , für welches der Elementarsensor4 vorgesehen ist, als Steckerelement3 ausgestaltet. Der Vibrationssensor9 und die Schnittstelle zur übergeordneten Einheit5 sind für das Buchsenelement2 vorgesehen. Es versteht sich von selbst, dass der Elementarsensor4 auch mit dem Buchsenelement2 versehen sein kann, wobei die Schnittstelle zur übergeordneten Einheit5 und der Vibrationssensor9 dann dem Steckerelement3 zugeordnet sind. Die Elemente, die im Folgenden dem Buchsenelement2 oder dem Steckerelement3 zugeordnet sind, sind dann entsprechend dem jeweils anderen Steckerelement oder Buchsenelement zugeordnet. Bei der Steckverbindung10 handelt es sich vorteilhaft um einen Bajonettverschluss (2 ), wobei auch andere Ausgestaltungen denkbar sind. - Im Steckerelement
3 befindet sich außer dem Elementarsensor4 eine Speichereinheit6 , welche elementarsensorspezifische Daten wie Prozessdaten, Gerätedaten, und/oder Historiendaten enthält. Dies ermöglicht zum einen eine Vorkalibrierung des Elementarsensors4 vor der Montage am Einsatzort und zum anderen den Einsatz des Elementarsensors4 an unterschiedlichen Transmittern (hier das Buchsenelement2 ), ohne dass eine Neukalibrierung zwingend erforderlich ist. - Des Weiteren ist im Steckerelement
3 ein Mikroprozessor71 angeordnet. Dieser weist vorzugsweise einen integrierten Analog-Digital-Wandler auf, um die analogen Messwerte des Elementarsensors4 in digitale Werte umzuwandeln, die dann zum einen im Speicherelement6 abgelegt und zum anderen über eine Schnittstelle81 ,82 an die Datenverarbeitungseinheit72 im Buchsenelement weitergegeben werden können. Bei der Schnittstelle81 ,82 handelt es sich um eine induktive Schnittstelle zur Kommunikation zwischen Steckerelement3 und Buchsenelement2 . Zudem erfolgt die Energieversorgung des Elementarsensors4 über diese Schnittstelle. Die Schnittstelle kann auch eine andere kontaktlose, wie zum Beispiel eine kapazitive oder optische, oder eine galvanische sein. Der Vorteil der kontaktlosen Schnittstelle liegt in der galvanischen Trennung zwischen Steckerelement3 und Buchsenelement2 , wodurch Staub, Feuchtigkeit, oder andere Störfaktoren das Übertragungsverhalten nicht beeinträchtigen können. Zudem treten keine Leckströme auf. - Im Buchsenelement
2 der Steckverbindung10 ist eine Datenverarbeitungseinheit72 enthalten. Diese kann zur Speicherung und/oder Verarbeitung der vom Vibrationssensor9 gelieferten Daten dienen. Es ist auch möglich, hier die über die Schnittstellen81 ,82 vom Elementarsensor4 erhaltenen Daten zu verarbeiten. -
2 offenbart eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Geräts1 , wobei der Fokus auf der Darstellung der Steckverbindung10 liegt. Die Schnittstelle zur übergeordneten Einheit5 , sowie der Vibrationssensor9 , sind auch in diesem Beispiel im Buchsenelement2 untergebracht. Das Steckerelement3 enthält den Elementarsensor4 . Das Steckerelement3 des Geräts1 weist ein Gewinde11 auf, mit dessen Hilfe der Elementarsensor4 in einer Armatur montiert werden kann. Das Steckerelement3 weist einen zylindrischen Endabschnitt auf, in dessen Mantelfläche Aussparungen eines Bajonettverschlusses angeordnet sind. In diesem Endabschnitt ist auch die induktive Schnittstelle81 angeordnet. Das Loch in diesem Endabschnitt dient zur Aufnahme eines ummantelten Ferritkerns, welcher Teil der induktiven Schnittstelle82 des Buchsenelements2 ist. Auf der Oberfläche des den Ferritkern umgebenden Mantels befinden sich Vorsprünge, welche passend zu den Aussparungen des Steckerelements3 gestaltet sind und zur Sicherung des Bajonettverschlusses dienen. -
- 1
- Gerät
- 2
- Buchsenelement
- 3
- Steckerelement
- 4
- Elementarsensor
- 5
- Schnittstelle zur übergeordneten Einheit
- 6
- Speichereinheit
- 71
- Mikrocontroller
- 72
- Datenverarbeitungseinheit
- 81
- Induktive Schnittstelle im Steckerelement
- 82
- Induktive Schnittstelle im Buchsenelement
- 9
- Vibrationssensor
- 10
- Steckverbindung
- 11
- Gewinde
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005/033639 A2 [0002]
- - WO 2004/102175 A1 [0007]
- - EP 1998414 A2 [0007]
Claims (11)
- Gerät (
1 ) zur Bestimmung oder Überwachung einer oder mehrerer physikalischer und/oder chemischer Prozessgrößen, wobei ein Vibrationssensor (9 ) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät (1 ) aus einem Steckerelement (3 ) und einem Buchsenelement (2 ) besteht, welche durch eine Steckverbindung (10 ) lösbar verbunden sind und welche über eine Schnittstelle (81 ,82 ) miteinander kommunizieren, dass bei dem Steckerelement (3 ) oder dem Buchsenelement (2 ) ein Elementarsensor (4 ) für die Bestimmung oder Überwachung der Prozessgrößen vorgesehen ist, dass dem jeweils anderen Element der Vibrationssensor (9 ) zugeordnet ist, und dass das Element, welchem der Vibrationssensor (9 ) zugeordnet ist, mit einer übergeordneten Einheit verbindbar ist. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer der Prozessgrößen um den pH-Wert handelt.
- Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei einer der Prozessgrößen um die Temperatur handelt.
- Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich im für den Elementarsensor (
4 ) vorgesehenen Steckerelement (3 ) oder Buchsenelement (2 ) eine Speichereinheit (6 ) befindet, in welcher elementarsensorspezifische oder prozessspezifische Daten gespeichert sind. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem für den Elementarsensor (
4 ) vorgesehenen Steckerelement (3 ) oder Buchsenelement (2 ) ein Mikrocontroller (71 ) zur Speicherung und/oder Verarbeitung der Daten des Elementarsensors (4 ) vorgesehen ist. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Steckerelement (
3 ) oder Buchsenelement (2 ), welches dem Vibrationssensor (9 ) zugeordnet ist, mindestens ein Mikrocontroller (72 ) zur Verarbeitung und/oder Speicherung der Daten von Elementarsensor (4 ) und/oder Vibrationssensor (9 ) vorgesehen ist. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schnittstelle (
81 ,82 ) zwischen Steckerelement (3 ) und Buchsenelement (2 ) um eine induktive, kapazitive, oder optische Schnittstelle handelt. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schnittstelle (
81 ,82 ) zwischen Steckerelement (3 ) und Buchsenelement (2 ) um eine galvanische Schnittstelle handelt. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Vibrationssensor (
9 ) um einen Beschleunigungsmesser handelt. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mikrocontroller (
72 ) zur Erzeugung einer auf den Messwerten des Vibrationssensors (9 ) beruhenden Warnung vorgesehen ist, welche zum Hinweis auf eine zu hohe mechanische Belastung des Elementarsensors (4 ) dient. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mikrocontroller (
72 ) vorgesehen ist, der auf Grund der Messwerte des Vibrationssensors (9 ) eine Warnung erzeugt, sobald die vom Vibrationssensor (9 ) gemessene Frequenz der prozessimmanenten Vibration einer Eigenfrequenz des Geräts (1 ) nahe kommt.
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