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Die vorliegende Erfindung betrifft eine modulare Anordnung zur Bestimmung und/oder Überwachung einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behältnis.
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Feldgeräte dienen der Überwachung und/oder Bestimmung mindestens einer, beispielsweise chemischen oder physikalischen, Prozessgröße eines Mediums. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden im Prinzip alle Messgeräte als Feldgerät bezeichnet werden, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten, also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Komponenten, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von Firmen der Endress + Hauser-Gruppe hergestellt und vertrieben.
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Beispielsweise kann es sich bei dem Feldgerät um ein Füllstandsmessgerät, Durchflussmessgerät, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH- und/oder pH-Redoxpotentialmessgerät, oder auch um ein Leitfähigkeitsmessgerät, handeln, welches der Erfassung der jeweils entsprechenden Prozessgrößen, wie einem Füllstand, einem Durchfluss, dem Druck, der Temperatur, einem pH-Wert, eines Redoxpotentials, oder einer Leitfähigkeit dient. Die jeweils zugrunde liegenden Messprinzipien sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, und werden an dieser Stelle nicht einzeln angeführt. Bei Durchflussmessgeräten handelt es sich insbesondere um Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetisch induktiven Durchflussmessgeräte. Füllstandsmessgeräte wiederum sind insbesondere Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall-Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte (TDR), radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, konduktive Füllstandsmessgeräte und/oder vibronische Füllstandsmessgeräte ausgestaltet. Bei Druckmessgeräten dagegen handelt es sich bevorzugt um sogenannte Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckgeräte, während ein Temperaturmessgerät beispielsweise ein Thermoelement oder einen temperaturabhängigen Widerstand zur Ermittlung der Temperatur aufweisen kann.
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Ein Feldgerät umfasst zumindest eine zumindest teilweise und zumindest zeitweise mit dem Prozess in Berührung kommende Sensoreinheit und eine Elektronikeinheit, welche beispielsweise der Signalerfassung, - auswertung und/oder -speisung dient. Die Elektronikeinheit ist entweder direkt an der Sensoreinheit anbringbar, oder sie wird in räumlicher Distanz zu dem Feldgerät platziert und ist mit dem Feldgerät verbindbar. Typischerweise sind das jeweilige Feldgerät und die dazugehörige Elektronikeinheit jeweils aufeinander abgestimmt. Eine bestimmte Elektronikeinheit lässt sich in der Regel nicht für verschiedene und/oder unterschiedliche Gattungen von Feldgeräten verwenden.
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Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung bereitzustellen, welche auf einfache Art und Weise den Austausch einzelner Komponenten erlaubt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch Modulare Anordnung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums in einem Behältnis umfassend eine Sensoreinheit mit zumindest einem Sensorelement, welches zur Bestimmung und/oder Überwachung der zumindest einen Prozessgröße dient, und einer ersten Befestigungseinheit zur lösbaren Befestigung einer Elektronikeinheit an der Sensoreinheit. Weiterhin umfasst die Anordnung eine Elektronikeinheit mit zumindest einer Elektronikkomponente und einem Elektronik-Gehäuse, in welchem die Elektronikkomponente angeordnet ist, und mit einer zweiten am Elektronik-Gehäuse angeordneten Befestigungseinheit zur lösbaren Befestigung der Elektronikeinheit an der Sensoreinheit.
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Erfindungsgemäße sind die Sensoreinheit und die Elektronikeinheit zur gegenseitigen Übertragung und/oder zum Empfangen zumindest einer Information ausgestaltet. Dabei kann es sich sowohl um eine monodirektionale als auch um eine bidirektionale Übertragung handeln.
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Vorteilhaft sind verschiedene Sensoreinheiten und Elektronikeinheiten lösbar miteinander verbindbar. So müssen beispielsweise am Ort des Prozesses nur die jeweils benötigten Sensoreinheiten passend positioniert werden. Die jeweiligen Elektronikeinheiten können bedarfsweise mit den jeweiligen Sensoreinheiten verbunden werden. Auch die Verwendung einer einzigen Elektronikeinheit mit mehreren Sensoreinheiten ist denkbar.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Sensoreinheit eine Sensor-Elektronik. Die Sensor-Elektronik kann beispielsweise in einem Sensor-Gehäuse angeordnet sein, wobei das erste Befestigungsmittel am Sensor-Gehäuse angeordnet ist. Die Sensor-Elektronik dient insbesondere der Aufbereitung der jeweils mittels des Sensorelements erfassten Messignale und/oder zur Gewährleistung der Übertragung der zumindest einen Information zwischen der Sensoreinheit und der Elektronikeinheit.
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Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass die Sensor-Elektronik und die Elektronikeinheit jeweils eine Datenübertragungs-Einheit zum Übertragen und/oder zum Empfangen der zumindest einen Information aufweisen. Die Übertragung der zumindest einen Information kann sowohl drahtgebunden als auch drahtlos erfolgen.
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Noch eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensoreinheit und die Elektronikeinheit jeweils ein Anschlusselement zum Übertragen und/oder zum Empfangen der zumindest einen Information aufweisen. Derartige Anschlusselemente bieten sich insbesondere im Falle einer drahtgebundenen Übertragung zwischen der Sensoreinheit und der Elektronikeinheit an. Die Sensoreinheit verfügt über ein erstes Anschlusselement und die Elektronikeinheit über ein zweites Anschlusselement.
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In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn jedes der beiden Anschlusselemente jeweils Teil der jeweiligen Befestigungseinheit ist. Die Elektronikeinheit und die Sensoreinheit verfügen demnach insbesondere jeweils über ein elektromechanisches Anschlusselement, welches der Befestigung und der Herstellung einer Verbindung zwischen dem Sensorelement und der Elektronikeinheit dient.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass es sich bei der zumindest einen Information um ein einen Messwert der Sensoreinheit repräsentierendes Messsignal, einen Parameter der Sensoreinheit oder der Elektronikeinheit, um eine Information hinsichtlich eines jeweils zur Übertragung verwendeten Übertragungs-Protokolls, eine Datenübertragungsfrequenz, um eine Information bezüglich eines Prozesses, für welchen die Anordnung einsetzbar ist, um einen Wartungs- und/oder Serviceparameter, um einen kundenspezifischen Parameter, insbesondere eine Positionsinformation oder eine Ersatzteilnummer, um einen Umweltparameter, und/oder um eine Information bezüglich der Historie der Sensoreinheit handelt.
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Noch eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass in der Elektronikeinheit oder in einer der Elektronikeinheit zugänglichen Speichereinheit eine Vielzahl von Informationen bezüglich einer Vielzahl von Sensoreinheiten gespeichert sind. In diesem Zusammenhang ist ein und dieselbe Elektronikeinheit mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Sensoreinheiten verbindbar und kann je nach Sensoreinheit zur Übertragung und/oder zum Empfangen unterschiedlicher Informationen verwendet werden.
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Eine Ausgestaltung der Anordnung sieht vor, dass die erste und zweite Befestigungseinheit dazu ausgestaltet sind, eine Steckverbindung zwischen der Sensoreinheit und der Elektronikeinheit herzustellen. Es kann sich bei den beiden Befestigungseinheiten beispielsweise um einen Stecker und eine Buchse, um eine Anordnung von Pins, oder ähnliches handeln. Darüber hinaus können weitere Elemente, beispielsweise zur mechanischen Schnellkupplung vorgesehen sein.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung beinhaltet, die Anordnung eine Energie-Einheit zur Gewinnung elektrischer Energie aus zumindest einem Umweltparameter, insbesondere unter Ausnutzung von Licht, Temperatur, Vibrationen oder Luftströmungen. Es handelt sich somit um eine Einheit zum Energy Harvesting.
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In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn die Energie-Einheit, insbesondere lösbar, an der Sensoreinheit befestigbar ist, und wobei die Energie-Einheit dazu ausgestaltet ist, die Sensoreinheit mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Sensoreinheit ist dann vorzugsweise von anderen Energiequellen unabhängig.
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In einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei der Anordnung um eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur des Mediums in dem Behältnis. In diesem Zusammenhang kommen sowohl solche Sensoreinheiten in Betracht, die zu invasiven Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur dienen, als auch solche, mittels welcher sich die Temperatur nicht-invasiv bestimmen und/oder überwachen lässt.
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In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Sensor-Elektronik und die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet sind, insbesondere automatisiert, eine Anpassung von in der Elektronikeinheit hinterlegten Kennlinien an mittels des jeweils verwendeten Sensorelement gemessene Messwerte durchzuführen. Die Anordnung ist also zu einem automatisierten Anpassung der Kennlinien an das jeweilige Sensorelement in der Lage.
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Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn die Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, zwischen einer prozessberührenden und nicht-invasiven Sensoreinheit zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur zu unterscheiden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in Figuren 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
- 1: ein Thermometer zur invasiven Temperaturmessung mit einem Schutzrohr nach Stand der Technik;
- 2: ein Thermometer zur nicht-invasiven Temperaturmessung nach Stand der Technik;
- 3: zwei beispielhafte Ausgestaltungen für eine erfindungsgemäße Anordnung; und
- 4 eine beispielhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Energie-Einheit.
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In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist beispielhaft eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 gemäß Stand der Technik zur Erfassung der Temperatur T einer von einem Medium M durchflossenen Rohrleitung 2 dargestellt. Das Thermometer 1 wird mittels eines Schutzrohrs 3 in die Rohrleitung 2 eingebracht. Der Temperatursensor 5 ist Teil eines Messeinsatzes 4, welcher in das Schutzrohr 3 lösbar einbringbar ist.
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Dagegen ist in 2 eine Vorrichtung 1 zur nicht-invasiven Temperaturbestimmung illustriert. Hier ragt das Thermometer 1 nicht in die Rohrleitung 2 hinein, sondern ist vielmehr von außen auf eine Wandung 2a der Rohrleitung 2 aufgesetzt. Auch hier umfasst der Messeinsatz 4 einen Temperatursensor 5. Für das Thermometer 1 aus 2 sind ferner Anschlussleitungen 6a, 6b dargestellt, mittels welcher der Temperatursensor 5 mit einer Elektronik 7 verbindbar ist. Während das gezeigte Thermometer 1 in kompakter Bauweise mit integrierter Elektronik 7 ausgeführt ist, kann bei anderen Thermometern 1 die Elektronik 7 auch separat von dem Messeinsatz 4 angeordnet sein.
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Der Temperatursensor 5 kann für die beiden gezeigten Ausgestaltungen beispielsweise ein Widerstandselement oder ein Thermoelement umfassen und je nach Ausgestaltung des Temperatursensors 5 kann die Anzahl der verwendeten Anschlussleitungen 6 variieren.
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Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf Vorrichtungen 1 zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur beschränkt. Vielmehr lässt sich die der Erfindung zugrundeliegende Idee auf eine Vielzahl an unterschiedlichen Feldgeräten 1 zur Bestimmung und/oder Überwachung unterschiedlichster Prozessgrößen verwenden.
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Einige schematische und beispielhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Anordnung 8 sind in 3 dargestellt. Die Anordnung aus 3a umfasst eine Sensoreinheit 9 mit einem Sensorelement 10, welches zur Bestimmung und/oder Überwachung der jeweiligen Prozessgröße dient, und mit einer ersten Befestigungseinheit 11.
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Außerdem umfasst die Anordnung 8 eine Elektronikeinheit 12 mit einem Elektronik-Gehäuse 13 und eine innerhalb des Elektronik-Gehäuses 13 angeordneten Elektronikkomponente 14. An dem Elektronik-Gehäuses 13 ist ferner eine zweite Befestigungseinheit 15 angeordnet, mittels welcher die Elektronikeinheit 12 an der Sensoreinheit 9 befestigbar ist.
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Vorteilhaft sind bei einer derartigen Anordnung 8 unterschiedliche Sensoreinheiten 9 mit unterschiedlichen Elektronikeinheiten 12 verbindbar, so dass beispielsweise eine Elektronikeinheit 12 für unterschiedliche Sensoreinheiten 9 verwendbar ist. Die Elektronikeinheit 12 ist ferner vorteilhaft lösbar mit der der jeweiligen Sensoreinheit 9 verbindbar, so dass beispielsweise bedarfsweise eine Elektronikeinheit 12 auf die jeweilige Sensoreinheit 9 aufgebracht werden kann.
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Für den in 3a dargestellten Fall ist die erste Befestigungseinheit 11 am Sensorelement 10 angeordnet. Es ist aber ebenfalls denkbar, eine separate Verbindungseinheit 16 bereitzustellen, welche mit dem Sensorelement 10 verbindbar ist und welches die Befestigungseinheit 11 zur Verbindung mit der Elektronikeinheit 12 umfasst, wie in 3b illustriert.
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Die Sensoreinheit 9 kann ferner optional über eine Sensor-Elektronik 17 verfügen, wie in 3a und 3b jeweils in gestrichten Linien eingezeichnet ist.
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Eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Anordnung 8 ist Gegenstand von 4. Hier weisen die Sensor-Elektronik 17 und die Elektronikeinheit 12 jeweils eine Datenübertragungs-Einheit 18a, 18b zum Übertragen und/oder zum Empfangen zumindest einer Information zwischen der Sensoreinheit 9 und der Elektronikeinheit 12 auf. Für die hier gezeigte Ausgestaltung sind die beiden Übertragungs-Einheiten 18a und 18b jeweils Teil der ersten 11 bzw. zweiten Befestigungseinheit 15. Dies ist aber nicht notwendigerweise der Fall. Die Elektronikeinheit 12 kann darüber hinaus über eine Speichereinheit 19 verfügen, in welcher beispielsweise eine Vielzahl unterschiedlicher Informationen, beispielswiese bezüglich unterschiedlicher Sensoreinheiten 9, mittels welcher die Elektronikeinheit 12 jeweils verwendbar ist, gespeichert sein. Die Speichereinheit 19 muss allerdings nicht zwingend Teil der Elektronikeinheit 12 sein.
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Die Sensoreinheit 9 umfasst ferner für die hier gezeigte Ausgestlatung eine Energie-Einheit 10, welche dem Energy-Harvesting dient. Die Energie-Einheit 9 ist lösbar mit der Sensoreinheit 9 verbindbar und dient dazu, die Sensoreinheit mit elektrischer Energie zu versorgen. Auf diese Weise ist keine separate Energieversorgung der Sensoreinheit 9 notwendig. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die Sensoreinheit 9 an schwer zugänglichen Orten installiert wird. Es sei darauf verwiesen, dass in anderen Ausgestaltungen auch die Elektronikeinheit 12 mit der oder mit einer anderen Energie-Einheit 20 verbindbar sein kann.
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Bei den hier gezeigten Ausgestaltungen für eine erfindungsgemäße Anordnung 8 kann die Übertragung der zumindest einen Information zwischen der Sensoreinheit 9 und Elektronikeinheit 12 sowohl drahtgebunden als auch drahtlos erfolgen. Insbesondere können die Sensoreinheit 9 und die Elektronikeinheit 12 zur Übertragung der Information jeweils über hier nicht eingezeichnete, geeignete Anschlusselemente 21a,21b verfügen, welche beispielsweise Teil der jeweiligen Befestigungseinheit 11,15 sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Behältnis; 2a Wandung des Behältnisses
- 3
- Schutzrohr
- 4
- Messeinsatz
- 5
- Temperatursensor
- 6
- Anschlussdrähte
- 7
- Elektronik
- 8
- Anordnung
- 9
- Sensoreinheit
- 10
- Sensorelement
- 11
- Erste Befestigungseinheit
- 12
- Elektronikeinheit
- 13
- Elektronik-Gehäuse
- 14
- Elektronik-Komponente
- 15
- Zweite Befestigungseinheit
- 16
- Verbindungseinheit
- 17
- Sensor-Elektronik
- 18
- Datenübertragungs-Einheiten
- 19
- Speichereinheit
- 20
- Energie-Einheit
- 21
- Anschlusselemente
