專利名稱：用于制造模塊化裝置以確定一個物理過程量的系統(tǒng)及標準化構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造模塊化裝置以確定一個物理過程量的系統(tǒng)，其中至少兩個由此系統(tǒng)產(chǎn)生的裝置基于不同的測量原理。本發(fā)明還涉及用于確定一個介質(zhì)的物理過程量的裝置，它具有至少一個如此構(gòu)造和標準化的單元，使其可應(yīng)用于至少兩個不同的用于確定介質(zhì)的物理過程量的裝置中，在這些裝置中過程量基于兩種不同的測量原理被確定。最后本發(fā)明還涉及用于這種裝置的標準單元或構(gòu)件或模塊。
背景技術(shù)：
用于確定一個介質(zhì)的物理過程量的裝置通常也稱為傳感器。這種傳感器通常用于工業(yè)過程中獲取關(guān)于此過程的信息。根據(jù)物理過程量或要得到的信息的性質(zhì)，這里采用不同的測量原理。
應(yīng)該指出，在本發(fā)明范疇中“物理過程量”這個概念被理解為例如在一個容器中的介質(zhì)填充高度，在一個容器中的介質(zhì)壓力，通過一個導(dǎo)管的介質(zhì)的流量，溫度，密度或濕度，或者介質(zhì)的任一種材料常數(shù)。然而本發(fā)明并不限于上面所述的過程量，用于確定的裝置也涉及其它物理過程量。
就本發(fā)明而言，測量原理基本上可分為連續(xù)測量方法和臨界狀態(tài)測量方法。
基于超聲波或微波、電容和基于壓力的測量方法屬于連續(xù)的測量方法。振動和電容測量方法屬于臨界狀態(tài)測量方法。借助于這些已知的測量方法得出的信息主要用于監(jiān)測、控制或調(diào)節(jié)一個過程。例如填料的填充高度可有下列測量方法電容式填充狀況測量、流體靜力學填充狀況測量、用超聲波的填充狀況測量、用雷達進行的填充狀況測量、采用被引導(dǎo)微波的填充狀況測量、借助于振動的填充狀況測量和傳導(dǎo)性的填充狀況測量。
在電容式填充狀況測量中，填料和容器與一個測量探針一起構(gòu)成一個電容器。填充高度通過測量電容器的電容量而得到。
流體靜力學的填充高度測量如下述那樣進行。流體靜力學壓力隨液體柱的高度而變化。一個壓力測量轉(zhuǎn)換器應(yīng)用測得的壓力確定填充高度。在這里尤其適用的是具有加固的金屬或陶瓷測量室的壓力測量轉(zhuǎn)換器。
在無接觸的超聲波填充狀況測量方法中產(chǎn)生超聲波脈沖。一個壓電陶瓷超聲波轉(zhuǎn)換器發(fā)出周期性的超聲波脈沖，此脈沖被填料表面反射。通過組合的發(fā)送和接收系統(tǒng)由測得的超聲行程時間計算出填充高度。
在被引導(dǎo)的微波測量方法中，高頻微波脈沖或電脈沖沿著一根鋼索被引導(dǎo)。在抵達填料表面時脈沖被反射。脈沖的行程時間由集成電路求出，并作為填充高度給出。此方法也常被稱為TDR方法。
在用雷達進行的填充狀況測量中，發(fā)出和返回的非常短的微波脈沖之間的行程時間被測量。此時間是對填充狀況的一個度量。這里填料表面起反射器的作用。
在借助振動的填充狀況測量中，一個振動傳感器處于壓電振動中。由于與填料的接觸，振動減弱。這樣測量電路判斷出達到臨界狀態(tài)。
最后，在傳導(dǎo)性的填充狀況測量中，在測量探針與填料接觸時一個電流回路被接通，并觸發(fā)一個切換命令。此傳導(dǎo)性測量原理用于對導(dǎo)電液體進行經(jīng)濟的臨界狀況判定。
例如借助于過程壓力獲取的方法或借助于壓力差獲取的方法稱為基于壓力的測量方法。在借助于過程壓力的方法中，管道或容器中的壓力用一個無油的金屬或陶瓷測量室獲得，并轉(zhuǎn)換為例如4至20毫安的電流。在壓力差測量原理中，壓力差通過陶瓷或硅金屬測量室測得，并且轉(zhuǎn)換為最好4至20毫安的信號。
總之，就本專利申請而言例如可以區(qū)別測量原理如下a)自由輻射出的或被引導(dǎo)的、且在填料上反射的電磁波，如微波或超聲波的行程時間測量，b)填料的電容量測量，c)流體靜力學壓力或流體靜力學壓力差的測量，d)借助于振動或?qū)щ娐窂降呐R界狀況測量，e)溫度測量，f)流量測量。
為了完成特殊任務(wù)并考慮到使用條件，這種傳感器必須滿足一定的要求或符合規(guī)定的工業(yè)標準。這些標準包括傳感器對于工業(yè)環(huán)境條件或?qū)τ诒粶y介質(zhì)的抵抗能力。另一個要求是傳感器的可安裝性和對于過程的適配性。此外還存在有關(guān)傳感器電氣連接、獲得信息的輸出和遵守傳感器特定的安全規(guī)定，例如遵守防爆規(guī)范等要求。
為了符合這些標準和其它標準，出現(xiàn)了一種確定的傳感器原理功能結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可由確定的功能單元標識。換言之，此結(jié)構(gòu)包括一個傳感器單元，一個傳感器電路單元，一個估值單元，一個通信單元，一個供電單元，一個固定單元(也稱為過程連接端)，以及一個外殼單元。
基于機械或電機原理的傳感器單元或其中包含的傳感器元件將物理測量值轉(zhuǎn)換為電測量值，為此它直接或間接與介質(zhì)接觸。如此產(chǎn)生的電測量信號代表了相應(yīng)的物理測量值，此電測量信號接著被傳感器電路單元進一步處理。傳感器電路單元是傳感器專用的電路單元，它必須與相應(yīng)的傳感器元件匹配。傳感器電路單元如此進一下處理電測量值信號，例如將電測量信號放大、濾波或轉(zhuǎn)換為一個數(shù)字測量信號。
傳感器電路單元后接一個估值單元，它由傳感器電路單元提供的測量信號形成所要的關(guān)于介質(zhì)過程量的信息。如此形成的測量值被傳感器通過估值單元后接的通信單元例如經(jīng)由現(xiàn)場總線或雙線傳送給過程控制系統(tǒng)。傳感器單元、傳感器電路單元、估值單元和通信單元經(jīng)常裝在單個外殼中，并且由一個同樣裝在此外殼中的供電單元給這些單元提供電壓或電流。此外殼或整個裝置可通過一個固定單元，也稱為過程連接端，固定在容器上或壁上。
如上所述，每個傳感器必須符合一定的安全要求，此傳感器包括所有的功能單元。因此必須對每個傳感器設(shè)立一個安全要求，此要求考慮到不同的傳感器組件或它們的構(gòu)造。
在采用多個不同的測量值和由此確定的用于將物理過程量轉(zhuǎn)換為電信息的測量方法條件下，至今通常是對每個測量任務(wù)開發(fā)和制造一個專門設(shè)計的專用傳感器，它具有專門適合于各種測量任務(wù)的功能單元和機械組件。通過這種單獨的和針對傳感器的開發(fā)和制造可以提供最佳適合于其測量任務(wù)和使用條件的傳感器。
上述這種方式帶來的主要缺點是昂貴的開發(fā)費用和有時在開發(fā)一個新的傳感器時要開發(fā)很大數(shù)量的組件和功能單元。此昂貴的開發(fā)費用對于不是專門制造一種傳感器，而是提供可能變化的、不同的傳感器的制造商表現(xiàn)出很高的成本。從用戶方面看，當例如對于每個傳感器的使用條件或安裝是不同的情況下，組件和功能單元的多樣化使付出的費用增長。
US 6295874 B1或相應(yīng)的WO 01/18502 A1公開了一種用于確定一個物理過程量的裝置，其中借助于行程時間方法獲取過程量。其中所示的裝置可包括一個估值單元，它基本上不依賴于所用的傳感器。當然，此文件提出了使用按行程時間原理工作的傳感器，此外還建議用一個不依賴于所用傳感器的通信單元實現(xiàn)與遠程過程調(diào)度臺之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。其中還規(guī)定，通信單元被規(guī)定用于與一個基于行程時間測量原理的傳感器相結(jié)合。
德國Krohne公司的一份產(chǎn)品說明書示出了一個填充狀況傳感器的模塊化結(jié)構(gòu)。其中諸如嗽叭天線、波導(dǎo)或濾波器等填充狀況雷達傳感器的各種傳感器單元借助于一個間隔件與兩個不同的具有相應(yīng)電路的傳感器外殼相組合。按照發(fā)明人的技術(shù)理解，這里同樣也只給出了制造填充狀況雷達傳感器時一定的可變性。
最后，Rolf Hauser在測量技術(shù)、控制、調(diào)節(jié)、自動化、測量雜志1999年8月刊上以“Lego für Erwachene”為題公開了一個模塊化系統(tǒng)中絕對無油的測量室的集成，此系統(tǒng)包括過程連接、外殼、信號傳輸設(shè)備、補償可能性，此系統(tǒng)與一個智能操作系統(tǒng)的應(yīng)用舒適性相結(jié)合。這里介紹了不同的壓力傳感器，它們可與不同的外殼相結(jié)合。同樣，這里模塊化屬性仍局限于同一種測量原理的傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一部分，提出了一個制造用于確定一個物理過程量的、具有模塊化結(jié)構(gòu)的一個裝置的不同版本的系統(tǒng)，其中至少兩個由此系統(tǒng)產(chǎn)生的裝置基于不同的測量原理。此系統(tǒng)可以包括多個傳感器單元，其中每個傳感器單元分別被構(gòu)造來獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號，并且其中所述多個傳感器單元中的至少兩個所基于的測量原理是不同的；至少一個估值單元，它用于由傳感器單元輸出的測量信號求出并產(chǎn)生一個反映物理過程量的過程量信號，其中所述估值單元被構(gòu)造和標準化成與一個或多個傳感器單元相連接；至少一個通信單元，它用于輸出過程量信號，其中所述通信單元被構(gòu)造和標準化成與一個或多個估值單元相連接；至少一個供電單元，它用于給確定一個物理過程量的裝置供電，其中所述供電單元被構(gòu)造和標準化成給一個模塊化的裝置的至少兩個版本供電；至少一個外殼單元，它被構(gòu)造和標準化成至少容納由估值單元、通信單元和供電單元構(gòu)成的單元組中的多個單元；以及多個固定單元，用于將確定物理過程量的裝置固定在容器上或壁上，其中所述固定單元根據(jù)其在容器或壁上的情況而不同。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的一個實施例中，系統(tǒng)還具有至少一個用于將傳感器單元的電測量信號電氣處理為一個數(shù)字測量信號的傳感器電路單元。這里至少一個傳感器電路單元如此構(gòu)造和標準化，使得它可與至少兩個不同的、尤其是基于不同測量原理的傳感器單元連接。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，傳感器電路單元和估值單元被集成在一個模塊中。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，傳感器電路單元和估值單元被安裝在一個或多個電路板上。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，至少一個外殼單元被構(gòu)造和標準化成至少容納至少由傳感器電路單元、估值單元、通信單元和供電單元構(gòu)成的單元組中的多個單元。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，多個不同的確定物理過程量的傳感器單元中包括至少兩個不同的傳感器單元，它們基于不同的測量原理，例如自由輻射或被引導(dǎo)的、且在填料表面上反射的電磁波，如微波或超聲波的行程時間測量、填料電容量的測量、流體靜力學壓力或流體靜力學壓差的測量、臨界狀況測量、溫度測量、流量測量。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，提供了多個外殼單元，它們分別根據(jù)一個專門的應(yīng)用目的而被個性化，但是它們被構(gòu)造和標準化成能與所有傳感器單元相連接。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中外殼單元所用的材料不同。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中外殼單元用于遠距離傳輸連接的連接器結(jié)構(gòu)不同。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，多個傳感器單元中的單個傳感器單元根據(jù)一個專門用途而被個性化，但是被構(gòu)造和標準化成能與所有傳感器單元相連接。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，多個傳感器單元可以從多個下列構(gòu)件構(gòu)成的組中選出a)用于發(fā)送和接收超聲波或微波的嗽叭天線和附屬電路，b)用于發(fā)送和接收超聲波或微波的桿狀天線和附屬電路，c)桿或索探針和附屬電路，d)振動叉和附屬電路，e)電容測量元件和附屬電路，f)溫度傳感元件和附屬電路，g)壓力傳感元件和附屬電路。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，通信單元被構(gòu)造為用一個總線系統(tǒng)進行數(shù)字通信。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，通信單元被構(gòu)造成通過雙線進行通信。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，系統(tǒng)包括多個供電單元，它們被個性化成雙線連接端、多線回路連接或數(shù)字總線系統(tǒng)，并且這些不同的供電單元具有標準尺寸，用于連接模塊化裝置的一個版本。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中如此設(shè)計供電單元，使其可以提供給后接單元3伏、5伏或15伏的電壓。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，系統(tǒng)還包括一個顯示和操作模塊，它至少可以可拆卸地安裝在多個相互不同的外殼單元上，并為此而相應(yīng)地被構(gòu)造和標準化。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，顯示和操作模塊包括一個固定裝置和一個電連接裝置，其中固定裝置可連接到外殼單元上的一個標準的接納裝置上，電連接裝置與外殼單元上相應(yīng)的電連接裝置配對。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，顯示和操作模塊可以可拆卸地固定在外殼單元上不同的位置或朝向上。
在本發(fā)明所述系統(tǒng)的另一實施例中，一個或多個軟件模塊被標準化為用于操作至少由傳感器電路單元、估值單元、通信單元和供電單元組成的單元組中的一個單元，以應(yīng)用于模塊化結(jié)構(gòu)的確定一個物理過程量的裝置的至少兩個不同的版本中。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提出了一種用于確定一個物理過程量的裝置，此裝置包括一個用于獲取特定物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量信號的傳感器單元，一個用于由傳感器單元輸出的電測量信號求出并產(chǎn)生反映物理過程量的過程量信號的估值單元，一個用于輸出過程量信號的通信單元，一個用于給確定物理過程量的裝置供電的供電單元，一個外殼單元，它被構(gòu)造成至少容納由估值單元、通信單元和供電單元構(gòu)成的單元組中多個單元，和一個固定單元，它用于在容器或壁上安裝確定物理過程量的裝置。由估值單元、通信單元供電單元、外殼單元和固定單元組成的單元組中的至少一個單元在此被如此構(gòu)造和標準化，使得它可用在這樣的確定物理過程量的裝置中，此裝置具有不同的傳感器單元，這些傳感器所基于的測量原理不同。
在本發(fā)明所述裝置的第一實施例中，一個用于將傳感器單元的電測量信號電處理為一個數(shù)字測量信號的傳感器電路單元接在傳感器單元與估值單元之間。
在本發(fā)明所述裝置的另一實施例中，單元的標準化涉及單元相互間的機械連接。
在本發(fā)明所述裝置的另一實施例中，單元的標準化涉及單元相互間的電連接。
在本發(fā)明所述裝置的另一實施例中，供電單元可以由一組標準化的供電單元中選出，其中標準化的供電單元組包括至少一個用于連接到雙線上的供電單元，一個用于連接到多導(dǎo)線上的供電單元和一個用于連接到數(shù)字總線系統(tǒng)上的供電單元，并且這些不同的供電單元具有用于連接模塊化裝置的一個版本的標準尺寸。
在本發(fā)明所述裝置的另一實施例中，外殼單元包括一個具有電和機械連接端的安置部件，在其中可以可拆卸地安裝一個顯示和操作模塊。
在本發(fā)明所述裝置的另一實施例中，估值單元被如此構(gòu)造和標準化，使它可與基于不同測量原理的傳感器單元配合工作。
在本發(fā)明所述裝置的另一實施例中，通信單元被如此構(gòu)造和標準化，使其可與基于不同測量原理的傳感器單元配合工作。
在本發(fā)明所述裝置的另一實施例中，通信單元具有至少一個IIC總線接口，一個顯示和管理單元或者計算機可連接到此接口上。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了確定一個物理過程量的裝置的一種外殼單元，其中此外殼單元被如此構(gòu)造和標準化，使得它不僅可與第一個傳感器單元相耦合，而且也能與第二個傳感器單元相耦合。這里用于獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量信號的第一傳感器單元基于第一測量原理工作，而用于獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量信號的第二傳感器單元基于與第一測量原理不同的第二測量原理工作。
一個外殼單元例如可以包圍所有的電功能元件，保護它們不受可能的外界和環(huán)境影響。
在本發(fā)明所述外殼單元的另一實施例中，外殼單元至少容納由一個估值單元、一個通信單元和一個供電單元構(gòu)成的單元組中的多個單元。
在本發(fā)明所述外殼單元的另一實施例中，外殼單元具有一個用于可拆卸地安裝一個顯示和操作模塊的接納裝置。
在本發(fā)明所述外殼單元的另一實施例中，接納裝置被如此設(shè)計，使得顯示和操作模塊可以可拆卸地安裝在外殼單元上的不同位置處。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了一種用于確定物理過程量裝置的估值單元，其中此估值單元被如此構(gòu)造和標準化，使得它不僅可與第一個傳感器單元相耦合，而且也能與第二個傳感器單元相耦合。這里用于獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量信號的第一傳感器單元基于第一測量原理工作，而用于獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量信號的第二傳感器單元基于與第一測量原理不同的第二測量原理工作。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提出了一種用于確定物理過程量裝置的通信單元，其中此通信單元被如此構(gòu)造和標準化，使得它不僅可與第一個傳感器單元相耦合，而且也能與第二個傳感器單元配合。這里用于獲取規(guī)定的物理過程量并轉(zhuǎn)換此過程量為一個電測量信號的第一傳感器單元基于第一測量原理工作，而用于獲取規(guī)定的物理過程量并轉(zhuǎn)換此過程量為一個電測量信號的第二傳感器單元基于與第一測量原理不同的第二測量原理工作。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一個用于確定物理過程量裝置的供電單元被提出，此供電單元被如此構(gòu)造和標準化，使得它不僅可與第一個傳感器單元配合，而且也能與第二個傳感器單元相耦合。這里用于獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量信號的第一傳感器單元基于第一測量原理工作，而用于獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量信號的第二傳感器單元基于與第一測量原理不同的第二測量原理工作。
根據(jù)本發(fā)明的第一個基礎(chǔ)方面，首次對用于確定物理過程量的裝置建議了一種跨測量原理的模塊化結(jié)構(gòu)。這樣可以得到一種制造這類裝置的平臺，它簡化了不同傳感器及其構(gòu)件的開發(fā)和生產(chǎn)。開發(fā)者以及用戶都可根據(jù)測量任務(wù)、應(yīng)用領(lǐng)域、環(huán)境條件以及其它周邊條件將特定的單元有意義地彼此組合起來構(gòu)成所謂的“組合模塊系統(tǒng)”，與至今所做的不同，這里無需顧及測量原理。這里，各個單元的功能分配不一定非得與相應(yīng)軟件模塊的分配相關(guān)聯(lián)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，可以減小開發(fā)新的傳感器的開發(fā)時間和費用，這樣也可以減小生產(chǎn)基于不同測量原理確定物理過程量的裝置的成本。
一個固定單元或過程連接端例如包括一個法蘭或一個螺紋。在法蘭結(jié)構(gòu)中，整個傳感器用旋擰到容器上相應(yīng)的配對法蘭上。過程連接端的另一個例子是一個擰入螺紋，用它將傳感器擰在并固定在容器的反螺紋中。因為過程連接端一般與外殼有關(guān)系，在本發(fā)明范疇中的兩個單元相互的機械接口可以首先分別被確定和標準化。然而過程連接端也可以是外殼的一部分或者與外殼固定地連接。
機械或電的傳感器元件可以安裝在外殼中或外殼上，并且傳感器元件與介質(zhì)相互作用，介質(zhì)的物理過程量應(yīng)被求出。通常傳感器元件也與過程連接端相結(jié)合，使得傳感器元件在安裝時伸到容器中或位于容器壁上。傳感器元件將所需獲取的介質(zhì)過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量信號。
以上述方式和方法求得的過程量信號例如可以通過傳感器單元的一個標準接口被傳送到一個估值單元。傳感器電路單元是一個傳感器專用電路部件，因此必須與相應(yīng)的傳感器元件相協(xié)調(diào)。傳感器電路單元包括用于將最初的電測量信號轉(zhuǎn)換為標準化的電測量值的硬件，也可能是軟件。
為了進行標準化，傳感器電路單元例如還包括一個具有外設(shè)(RAM，ROM，EEPROM，A/D轉(zhuǎn)換器)的微處理器，各種濾波器或一個放大器。如上所述，信號的處理和標準化可純粹用硬件單元實現(xiàn)或者在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后在數(shù)字層面上以運行微處理器程序的方式實現(xiàn)。
由于大多數(shù)傳感器元件只給出一個電信號，當它給出電信號時，將由傳感器電路單元用一個激發(fā)信號使其給出電信號。為此傳感器電路單元例如還另外具有一個信號產(chǎn)生裝置，如一個振蕩器或發(fā)射器。
由傳感器電路單元標準化的測量值接著被估值單元轉(zhuǎn)換為所希望的關(guān)于過程量的信息，此信息作為通信單元的電信號被傳輸。為此估值單元在EEPROM中存儲傳感器專用的校準值和均衡值，借助于它們微處理器確定物理過程量。這種分析最好借助于基于微處理器硬件的程序運行來實現(xiàn)。
為了針對一個特殊的測量任務(wù)來校準和均衡一個傳感器，通過通信單元傳送校準值和均衡值給傳感器，這些值可長時間存儲在EEPROM中。
通信單元用于輸出傳感器獲得的所希望的信息，并輸入上面提到的傳感器校準值和均衡值或參數(shù)。在最簡單的情況下，通信單元具有一個顯示器和用于輸入的鍵盤。然而通信單元也可具有用于將傳感器連接到一個通常的現(xiàn)場總線系統(tǒng)上的接口。通過此現(xiàn)場總線系統(tǒng)將傳感器例如與一個過程調(diào)度臺相連接。
供電單元的功能是將傳感器的接入電壓-它例如由過程調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的外部供電單元提供-轉(zhuǎn)換為合當?shù)姆€(wěn)定電壓(例如3伏、5伏和15伏)，它們對于給傳感器的電功能單元供電是必要的。
傳感器的整個設(shè)計應(yīng)符合一定的安全準則，如有關(guān)避免爆炸的規(guī)定。此安全性概念涵蓋所有功能單元并可以用于不同地點。按照轉(zhuǎn)換方式得到對傳感器不同功能單元的規(guī)定要求，例如對外殼的要求或?qū)﹄娐匪休d功率的限制?，F(xiàn)在例如根據(jù)本發(fā)明的跨測量原理的相應(yīng)外殼結(jié)構(gòu)、電路等首次可以統(tǒng)一地考慮到安全要求進行設(shè)計。
例如以下事實表明本發(fā)明是特別有優(yōu)點的通過相應(yīng)傳感器單元與所希望的過程連接端和相應(yīng)外殼的結(jié)合，不同的填充狀況傳感器和其它測量傳感器的開發(fā)和其后的生產(chǎn)被置于一個共同的基礎(chǔ)之上。這可能也是本發(fā)明的一大優(yōu)點基于不同測量原理的裝置或傳感器可以部分地由與相應(yīng)測量原理無關(guān)的預(yù)制構(gòu)件構(gòu)成。
裝置的跨測量原理的模塊化結(jié)構(gòu)可得到的另一個優(yōu)點是，縮短了組裝一個傳感器所需要的時間，這也導(dǎo)致生產(chǎn)費用的節(jié)省。
此外，對于使用不同傳感器的用戶，包括基于不同測量原理的傳感器的用戶有優(yōu)點的是，通過本發(fā)明可以給這些傳感器一個一體的外觀，并且統(tǒng)一了這些傳感器的連接和操作方法。


為了更好地理解和進一步說明本發(fā)明，下面借助附圖詳細說明本發(fā)明的幾個實施例。附圖中圖1簡要示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器的一個標準化通用結(jié)構(gòu)，圖2舉例示出本發(fā)明所述系統(tǒng)的各構(gòu)件或單元的基本范疇，圖3示出本發(fā)明所述系統(tǒng)作為示例的某些電功能單元，圖4示出本發(fā)明所述系統(tǒng)作為示例的某些單個的硬件構(gòu)件，圖5是本發(fā)明所述裝置的一個實施例的功能方框圖，圖6是本發(fā)明所述裝置的另一實施例的功能方框圖，圖7是本發(fā)明所述裝置的另一實施例的分解視圖，以及圖8示出本發(fā)明所述裝置的另一實施形式的縱剖面。
在此還應(yīng)指出，在所有的圖中相互對應(yīng)的部分、構(gòu)件或單元用相同的附圖標記表示。
具體實施例方式
圖1簡要示出一個模塊化結(jié)構(gòu)的用于確定物理過程量的裝置1的符合本發(fā)明的通用結(jié)構(gòu)，它也簡稱為傳感器。外殼2包含所有的電功能單元并保護這些單元不受環(huán)境影響且不受填料的化學或機械損傷。過程連接端3(固定單元)安裝在外殼2上或集成在外殼中。過程連接端3用于使傳感器與測量環(huán)境相適配。在傳感器1安裝在一個容器上的情況下，過程連接端3例如由一個法蘭構(gòu)成，它被旋擰在容器的對應(yīng)法蘭上。過程連接端3的另一實施方式是一個旋入螺紋，用它將傳感器1擰在并固定在容器的反螺紋中。過程連接端3主要是一個機械構(gòu)件，并且總是與外殼2有緊密的關(guān)系。如前所述，過程連接端3可以是外殼的一部分或者與外殼固定連接。
一個機械的或機電的傳感器元件4被裝在外殼2中或外殼2上，并且此元件與介質(zhì)相互作用，介質(zhì)的物理過程量應(yīng)該被獲取。傳感器元件4將要獲取的介質(zhì)5的過程量轉(zhuǎn)換為一個電測量值6。由于傳感器元件4應(yīng)根據(jù)所用的測量方法以特定方式與介質(zhì)5相互作用，它可能通過直接接觸或通過發(fā)送和接收信號與介質(zhì)相互作用，傳感器元件裝在一個外殼開口中或固定在外殼2的外部。此傳感器元件4也可與過程連接端3相結(jié)合，使得在組裝時它伸入到容器中或位于容器壁上。
傳感器單元4的電信號6被傳感器電路單元進一步處理。此傳感器電路單元7是傳感器專用的電路部件，并且包含用于將最初的電信號6轉(zhuǎn)換為標準化的電測量值8的硬件，也可能是軟件。如上面曾說明的，為此目的傳感器電路單元7例如具有帶有相應(yīng)外設(shè)(RAM，ROM，EEPROM，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的微處理器，放大器，濾波器和其它外設(shè)單元。
被傳感器單元7標準化的測量值8接著被估值單元10轉(zhuǎn)換為所希望的關(guān)于過程量的信息，此信息作為通信單元13的電信號12被傳送。為此在估值單元10的EEPROM中存儲有傳感器專用的校準值和均衡值，它們借助于通信單元13被傳送給估值單元10，借助于這些值，微處理器確定物理過程量。最好借助于在微處理器硬件基礎(chǔ)上的程序運行來實現(xiàn)上述分析。
通信單元13用于輸出所希望的信息-此信息由傳感器獲得，并輸入上述的校準值和均衡值或傳感器1的參數(shù)。在最簡單的情況下，通信單元13具有一個顯示器和用于輸入的鍵盤。然而它也可以具有一個用于將傳感器1連接到一個通用現(xiàn)場總線系統(tǒng)上的接口。傳感器1通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)例如與過程調(diào)度臺15相連接。
供電單元16用于將傳感器1的接入電壓-它例如由過程調(diào)度臺15內(nèi)的一個外部供電單元提供-轉(zhuǎn)換為適當?shù)姆€(wěn)定電壓(例如3伏和5伏)，它是對傳感器1的電功能單元供電所必需的。
整個傳感器1應(yīng)符合一定的安全準則，例如防爆炸的規(guī)定。此安全性概念涵蓋所有功能單元，并可以不同方式被轉(zhuǎn)換。按照轉(zhuǎn)換方式得到對傳感器1的不同功能單元的規(guī)定要求，例如對外殼的要求或?qū)﹄娐匪休d的功率的限制。
在本發(fā)明所述傳感器平臺的模塊化結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換中，首先在電氣構(gòu)件中必須考慮各個功能單元有意義地分配給硬件構(gòu)件或裝配電路板。這里核心的硬件單元是微處理器，它可以實現(xiàn)來自多個不同功能單元，例如來自傳感器電路單元7、來自估值單元10、以及來自通信單元13的程序運行。微控制器訪問不同的功能單元。由此可見，圖1所假設(shè)的功能劃分不一定要與硬件構(gòu)件的劃分相關(guān)聯(lián)，這些硬件構(gòu)件構(gòu)成組裝為傳感器1的構(gòu)件。通過適當?shù)貙⒛承┕δ軉卧喜橐粋€硬件單元得到各個用于組裝成本發(fā)明所述傳感器平臺所必需的硬件構(gòu)件。在多個功能單元合并為硬件構(gòu)件的過程中，某些功能單元也可劃分為不同的硬件構(gòu)件。
在功能單元對應(yīng)到硬件構(gòu)件之后，用于組建本發(fā)明所述模塊化結(jié)構(gòu)的傳感器平臺的“組合模塊”就被確定了。功能單元劃分給硬件構(gòu)件和劃分給軟件構(gòu)件原則上是相互獨立的。劃分給硬件構(gòu)件產(chǎn)生傳感器的獨立物理構(gòu)件，而劃分給軟件構(gòu)件對應(yīng)于獨立的功能單元或其一部分。
為了說明本發(fā)明所述傳感器平臺的模塊化結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，圖2和3示出了各個功能單元。其中圖2主要示出根據(jù)本發(fā)明的模塊化結(jié)構(gòu)的傳感器平臺的機械構(gòu)件。如前所述，用于填充狀況測量的傳感器分為連續(xù)測量傳感器和臨界狀況傳感器，連續(xù)測量傳感器例如給出容器的百分比填充度，而臨界狀況傳感器只在達到規(guī)定水平之上或之下時發(fā)出關(guān)于容器狀態(tài)的通知。按照應(yīng)用，采用不同的物理測量方法。根據(jù)不同的物理測量方法，得到圖2所示的傳感器元件41至48-用于自由輻射的微波填充狀況測量的傳感器元件41(例如天線)
-用于超聲波填充狀況測量的傳感器元件42(例如電聲的超聲轉(zhuǎn)換器)-用于采用被引導(dǎo)的電磁波的填充狀況測量的傳感器元件43(例如索探測器)-用于電容式填充狀況測量的傳感器元件44(例如桿探測器)-用于通過流體靜力學壓力進行填充狀況測量的傳感器元件45(例如帶有管狀微調(diào)電容的膜片)-用于通過壓力差進行填充狀況測量的傳感器元件46(例如壓力差測量室)-用于利用振動元件進行臨界狀況測量的傳感器元件47(例如振動叉)-用于電容式臨界狀況測量的傳感器元件48(例如桿探測器)。
上述傳感器元件41至46適用于連續(xù)的填充狀況測量，而傳感器元件47和48主要用于臨界狀況測量。
為了保證傳感器平臺的模塊化結(jié)構(gòu)對于傳感器元件41至48都適用，它們被如此設(shè)計，使得它們可以用不同的過程連接端31至33共同固定到不同的外殼21至23上。
過程連接端31由具有多個孔的法蘭構(gòu)成，在其上以已知的方法固定外殼21至23中的一個和傳感器元件41至48中的一個。法蘭用于將傳感器1固定到一個容器開口的適配的相應(yīng)法蘭上。代替法蘭，過程連接端32也可以是一個旋入螺紋，而過程連接端33表示了用于部分填充狀況測量領(lǐng)域的一種特殊解決方案；這種過程連接端33例如應(yīng)用在食品工業(yè)中，在那里無菌要求通過這種密封的過程連接端而得以保證。
外殼21是一個非常廉價的塑料盒，而外殼22和23由鋁制成。外殼23與外殼22的區(qū)別在于，外殼23具有兩個分開的內(nèi)室，其中一個用作電連接線的連接室并可具有一個分隔板，而另一個室包含傳感器1的全部電路元件。這種結(jié)構(gòu)方式的背景是特定的防爆概念。
圖2所示機械構(gòu)件-它們對于根據(jù)本發(fā)明的傳感器平臺的模塊化結(jié)構(gòu)是必要的-按照本發(fā)明可以任意組合和替換。為保證此模塊化結(jié)構(gòu)，這些機械構(gòu)件相互間的機械接口如此被構(gòu)造，使得每個外殼21至23可以與每個法蘭31至33并與每個傳感器元件41至48組合。
與圖2相反，圖3主要示出電功能單元，這些單元可以按特定規(guī)則相互組合。類似于圖2，圖3也示出了各種傳感器元件41至48。每個傳感器元件41至48被配置一個相應(yīng)的傳感器電路單元71至79。與采用行程時間方法緊密關(guān)聯(lián)的傳感器元件41至43需要一個由回波處理單元74來補充的發(fā)送和接收電路71至73，基于這些接收信號間的類同，它們有非常類似的結(jié)構(gòu)。由于這些接收回波信號間的緊密類同性，在此情況下回波處理單元74有同樣的結(jié)構(gòu)；這種回波處理單元74例如已被VEGA Grieshaber KG公司開發(fā)，其商標為ECHOFOX。此行程時間填充狀況傳感器的電路和信號處理方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，所以這里不進一步說明，其實現(xiàn)參見文獻“radar levelmeasurement(雷達電平測量)”，Peter Divine，2000，ISBNO-9538920-O-X。信號處理47的結(jié)果例如是對于傳感器1和填料表面之間距離的一個測量值。
用于連續(xù)的填充狀況測量的電容傳感器元件44和用于臨界狀況測量的傳感器元件48是緊密類同的，因此兩者可以與相同的或至少部分相同的傳感器電路單元75和79相結(jié)合。這樣可以進一步標準化和減少為一個傳感器平臺所準備的硬件構(gòu)件。
同樣的原理，用于壓力或壓力差測量的傳感器元件45和46與其相應(yīng)的傳感器電路單元76和77相結(jié)合，例如這些電路單元同樣求出一個電容量，例如一個管狀微調(diào)電容的電容量。因而傳感器電路單元75，76，77和79有相同的或至少部分相同的結(jié)構(gòu)。
對于振動臨界狀況測量，傳感器單元47(例如振動叉)受傳感器電路單元78的激勵而振動，并且振動的振幅、頻率和/或相位被分析。
按照本發(fā)明，所有傳感器電路單元74至79提供一個標準化的電測量值8，此測量值以預(yù)知的方式與要獲取的容器填充狀況相關(guān)聯(lián)。如前所述，為了信號標準化的目的，傳感器電路單元71-79例如具有一個帶有相應(yīng)外設(shè)(RAM，ROM，EEPROM，模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的微處理器，放大器，濾波器和其它外設(shè)。
由于按照本發(fā)明對于所有的傳感器電路單元74至79，電測量值8都是被標準化的，此測量值8可被一個對于所有傳感器電路單元74至79來說相同的估值單元10轉(zhuǎn)換為一個輸出值12，它精確地對應(yīng)于所求的填充狀況信息。在臨界狀況傳感器中此信息例如為“達到臨界狀況”，在連續(xù)測量傳感器中此信息例如是以百分數(shù)表示的容器填充度。
為了將測量值8轉(zhuǎn)換為輸出值12，估值單元10讀取所存儲的關(guān)于測量值8和所求物理量之間關(guān)系的傳感器特定信息。這些存儲的信息例如是校準值和均衡值，它們在傳感器制造結(jié)束前的校準過程中和傳感器投入使用時在使用現(xiàn)場進行的均衡過程中被求出。例如對于微波填充狀況傳感器，校準值是距離-零點及測量值8與傳感器距離的對應(yīng)關(guān)系，即一個斜率值。均衡值包括有關(guān)容器和傳感器1安裝位置的信息，這些信息決定了傳感器-填料距離值與容器填充度的關(guān)系。如果由于容器的幾何形狀此關(guān)系不是線性的，則需要在此增加對于容器特定的線性化過程。
所需的校準值和均衡值通過通信單元13從外部傳送給傳感器1，并且通過信息通道14抵達估值單元10。此外在此路徑上根據(jù)需要還有其它用于傳感器1參數(shù)化的信息抵達估值單元10，使得其能最佳地適應(yīng)其任務(wù)。反過來，根據(jù)需要估值單元10不僅提供有關(guān)所要求的輸出值12的信息，而且還輸出附加信息，如傳感器1的自檢值。
如此高度開發(fā)的傳感器必要時也需要通過信息路徑8或11在計值單元10與傳感器電路單元7之間交換參數(shù)。
通信單元13包括不同的構(gòu)件131至136，如前所述，它們使得傳感器1可以與外部，例如過程調(diào)度臺15交換信息。傳感器1與過程調(diào)度系統(tǒng)15的聯(lián)絡(luò)例如通過通用的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，如Profibus PA、現(xiàn)場總線基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)以太網(wǎng)或HART。相應(yīng)構(gòu)件132，133和134以硬件和軟件實現(xiàn)在通信單元13中。
與過程調(diào)度系統(tǒng)15的另一個常用連接是模擬的4-20mA的電流輸出131。在所謂的“環(huán)路供電”傳感器中，為了減少導(dǎo)線開銷通常利用一個導(dǎo)線對同時供給電能和傳輸信息。
除了與過程調(diào)度系統(tǒng)15的連接外，根據(jù)需要傳感器1還有一個附加接口，例如一個串行IIC總線接口135，通過此接口可以在一臺連接的計算機上現(xiàn)場與傳感器1通信。一個可選用的顯示和管理單元136安放于傳感器1中或與傳感器分開安放，同樣通過IIC總線接口135進行通信。
網(wǎng)絡(luò)部件16通過單獨的導(dǎo)線或者通過與信息傳輸共用的導(dǎo)線提供電能，它為各個硬件構(gòu)件提供經(jīng)過調(diào)節(jié)的電壓17，例如3伏和5伏電壓。
目前已經(jīng)說明了傳感器平臺的純功能單元。在實際轉(zhuǎn)換時這里所提出的填充狀況傳感器功能平臺概念引出以下的硬件構(gòu)件-一個標準化的網(wǎng)絡(luò)部件，它在替代實施例中實現(xiàn)供電單元和通信單元的結(jié)合，-一個標準化的數(shù)字部件，它具有傳感器電路單元和包括相應(yīng)外設(shè)的微處理器，微處理器用于完成各個功能，-一個可選用的標準顯示和管理單元，以及-部分標準化、部分個性化的硬件構(gòu)件，包括傳感器電路單元。
這些構(gòu)件構(gòu)成“傳感器平臺”的電氣硬件基礎(chǔ)。微處理器可以靈活地配備有標準化的以及個性化的軟件模塊。這里軟件模塊例如用于通信、用于測量值分析，并被匹配以進行傳感器信號處理。
圖4示出電硬件構(gòu)件的“組合模塊”，這些構(gòu)件對于傳感器平臺的模式化結(jié)構(gòu)是必需的。整個電路由至少兩個(網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字部件)，最大由四個堆疊的電路板構(gòu)成，這些電路板按照本發(fā)明如此被構(gòu)造，做得它們可按一定的觀點有意義地相互組合。為此完成相同功能的構(gòu)件具有相同的機械尺寸。
對于網(wǎng)絡(luò)部件，提供以下三種不同的實施方式161-163，它們有統(tǒng)一的機械尺寸一個雙紋線網(wǎng)絡(luò)部件161，用于連接到一個4-20毫安雙導(dǎo)線過程調(diào)節(jié)回路，也可與附加的HART通信；一個四導(dǎo)線網(wǎng)絡(luò)部件162，它具有一個用于供電的導(dǎo)線對，和一個用于給出測量值的導(dǎo)線對；一個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)部件163，用于連接到Profibus PA或現(xiàn)場總線基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)以太網(wǎng)或HART上。不同的數(shù)字部件101-106根據(jù)應(yīng)用的測量方法而有區(qū)別。在昂貴的測量方法101-103(微波、超聲波或TDR)中需要具有附加傳感器電路單元71-73的電路板，在借助于壓力、電容和振動的簡單測量方法中傳感器電路單元被配置在與微處理器功能單元相同的數(shù)字電路板104-106上。
可選地，一個在外殼之外的顯示和管理單元136被增補到傳感器1的電構(gòu)件組中，使此構(gòu)件組完整。
根據(jù)本發(fā)明的傳感器平臺的基于上述“組合模塊”的模塊化結(jié)構(gòu)在下面將借助兩個具體的模塊化結(jié)構(gòu)傳感器詳細說明。
在圖5和6中各個電路板的功能方框及其相互連接分別對于一個雙線微波傳感器(圖5)和對一個電容雙線傳感器(圖6)被示出。
對于兩個傳感器來說相同的雙線網(wǎng)絡(luò)部件161提供了連接4-20毫安雙線電流回路131的可能，通過此回路傳感器不僅輸出測量值，而且被供電。網(wǎng)絡(luò)部件161具有兩個IIC總線接口135，它們用于連接可選的內(nèi)部和/或外部的顯示管理單元136或連接一臺計算機。
網(wǎng)絡(luò)部件的所有輸入和輸出由相應(yīng)的涉及電磁兼容(EMV)和防爆的措施進行保護。網(wǎng)絡(luò)部件161包含一個電流級1611，它從數(shù)字電路板接收到有關(guān)測量值的信息，并將流過雙線回路的電流相應(yīng)調(diào)整在4至20毫安之間。
在4-20毫安的雙線電流回路上的輸入電壓將通過兩個DC/DC轉(zhuǎn)換器1612，1613轉(zhuǎn)換為3伏和5伏的穩(wěn)定電壓并提供給數(shù)字部件。通過HART調(diào)制解調(diào)器1614將數(shù)字信息調(diào)制到雙線回路電流上，或者將來自雙紋線回路的信息解調(diào)。這些信息在HART調(diào)制解調(diào)器和微處理器之間通過通信線路被交換。
對于這兩個傳感器，數(shù)字部件101或105包括一個相同的帶有外設(shè)(RAM 1012，ROM 1013，EEPROM 1014，A/D轉(zhuǎn)換器1015)的微處理器1011和一個傳感器電路單元有區(qū)別的部件。其不同在于，對于雙線微波傳感器需要一個帶有傳感器電路單元的附加的電路板71。其中所包含的高頻模塊711產(chǎn)生一個發(fā)送信號，此信號通過傳感器元件4向填料表面方向輻射。從填料表面反射的波被傳感器元件4接收并在高頻模塊711的接收機中例如轉(zhuǎn)換為另一個頻域或時域。用于發(fā)送和接收部分的節(jié)拍脈沖由傳感器電路單元71中的脈沖發(fā)生器712產(chǎn)生。脈沖發(fā)生器還通過控制線與微處理器1011相連接。通過這些控制線可以調(diào)節(jié)高頻模塊711的參數(shù)，例如傳感器電路單元71的啟動/關(guān)閉或發(fā)送和接收節(jié)拍之間的差。
從接收部件來的所謂中頻(ZF)在放大后經(jīng)由一個對數(shù)運算器1016送至A/D轉(zhuǎn)換器1015，對數(shù)運算器將中頻信號附帶地解調(diào)為表示反射波在時間上的強度的對數(shù)包絡(luò)曲線。在離散的包絡(luò)值被模數(shù)轉(zhuǎn)換后，它被微處理器1011中間存儲在RAM中，并且分析從填料表面反射的位置。利用存儲在EEPROM中的校準值和均衡值，微處理器1011可以將求出的與填充表面的距離轉(zhuǎn)換為容器的填充度。由此最終得到前面已說明的傳送到網(wǎng)絡(luò)部件161的電流級1611上的回路電流值。
圖6示出電容性的雙線傳感器，它具有與圖5所示雙線微波傳感器中完全相同的網(wǎng)絡(luò)部件161。同樣包括相應(yīng)外設(shè)(1012-1015)的微處理器也相同，因此網(wǎng)絡(luò)部件161與數(shù)字部件101之間的接口當然也相同。
在此電容傳感器中傳感器專用的電路部件全部位于數(shù)字部件105上，因而這里省去了帶有傳感器電路單元的附加電路板。傳感器元件4(電極)的電容通過電容-電壓轉(zhuǎn)換器1056轉(zhuǎn)換為一個電壓信號，此信號通過A/D轉(zhuǎn)換器1015送給微處理器1011。類似于微波傳感器，這個代表實際電容的電壓值與存儲在EEPROM 1014中的校準植和均衡值進行比均，并由此推導(dǎo)出容器的填充度。
傳感器電路單元(電容-電壓轉(zhuǎn)換器)的工作原理已由現(xiàn)有技術(shù)公開，這里不再說明。
圖7示出圖5微波傳感器用主要構(gòu)件組裝的情況。這里傳感器專用的構(gòu)件只有傳感器元件4(嗽叭天線)和帶有傳感器電路單元71的電路板。過程連接端31，帶有頂蓋22’的外殼22，帶有頂蓋28’的內(nèi)殼28，數(shù)字電路板101，供電單元或網(wǎng)絡(luò)部件161以及顯示和操作模塊136對于所述平臺是通用的，從而對于圖6所示的電容性雙線傳感器可以使用完全相同的構(gòu)件。
由圖8可以看到系統(tǒng)模塊化帶來的優(yōu)點。圖8主要示出一個相對于圖7微波傳感器只有微小變動的傳感器，盡管圖8所示傳感器是一個TDR傳感器。按照現(xiàn)有技術(shù)，為了改裝一種傳感器，不僅是電路而且傳感器的機械構(gòu)件都要作明顯的變動，而在本發(fā)明情況下明顯減少了改裝時更改的傳感器元件數(shù)。如前所述，上述這種簡化的傳感器改裝是由于本發(fā)明中對應(yīng)的機械和電的構(gòu)造單元有統(tǒng)一的尺寸。
由圖8剖面圖可以清楚看出各個構(gòu)件。如已說明的，這里一個桿探測器或索探測器43替代圖7所示微波傳感器中的嗽叭天線41用于TDR傳感器中。桿或索探測器精密配合地插在過程連接端32中。并且由數(shù)字電路板101饋送信號，或者提供反射信號給數(shù)字電路板用于進一步的處理。由圖可見，過程連接端32是多部分合成的，其中每個部分通過一個O型環(huán)而相互密封，以避免與傳感器外殼的內(nèi)部空間或與外界發(fā)生液體或氣體交換。
過程連接端32以其側(cè)面插入外殼22中，并且同樣用一個O型環(huán)在接頭處與外殼密封。外殼22具有至少一個內(nèi)室，在其中插入內(nèi)殼28，內(nèi)殼中裝有數(shù)字電路板101，網(wǎng)絡(luò)部件161和傳感器電路單元71。外殼在其上側(cè)面上可與外殼蓋22’相連接，并且相對于外殼22用一個O型環(huán)密封。在所示實施方式中，外殼蓋中集成了一個顯示操作模塊，它通過線路接點51與傳感器電路相連接。
權(quán)利要求
1.用于制造一個用于確定一個物理過程量的不同版本的模塊化結(jié)構(gòu)的裝置系統(tǒng)，其中至少基于兩種不同的測量方法來確定物理量，該系統(tǒng)包括—多個傳感器單元(41-48)，其中每個傳感器單元(41-48)被構(gòu)造來獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號，并且其中多個傳感器單元(41-48)中的至少兩個所基于的測量原理不相同；—至少一個用于由傳感器單元(41-48)的測量信號分析并生成一個代表物理過程量的過程量信號的估值單元(10)，其中估值單元(10)被構(gòu)造和標準化成與一個或多個傳感器單元(41-48)相連接；—至少一個用于輸出過程量信號的通信單元(13)，其中通信單元(13)被構(gòu)造和標準化成與一個或多個估值單元(10)相連接；—至少一個供電單元(16)，它用于給確定一個物理過程量的裝置供電，其中供電單元(16)被構(gòu)造和標準化成給一個至少兩個版本的模塊化裝置(21；22；23)供電；—至少一個外殼單元(22；23；24)，它被構(gòu)造和標準化為至少容納至少由估值單元(10)、通信單元(13)和供電單元(16)組成的單元組中的多個單元；以及—多個固定單元(31；32；33)，它們用于將確定物理過程量的裝置安裝到容器上或壁上，其中這些固定單元(31；32；33)考慮到容器或壁上的條件而不同。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)還具有至少一個傳感器電路單元(7)，它用于將傳感器單元(41-48)的電測量信號電轉(zhuǎn)換為一個數(shù)字的測量信號，其中至少一個傳感器電路單元(7)被如此構(gòu)造和標準化，使得它可以與至少兩個互不相同的傳感器單元(41-48)相連接。
3.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中傳感器電路單元(7)和估值單元(10)被集成在一個模塊中。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中傳感器電路單元(7)和估值單元(10)安裝在一個或多個電路板上。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中至少一個外殼單元(22；23；24)被構(gòu)造和標準化為至少容納至少由傳感器電路單元(7)、估值單元(10)、通信單元(13)和供電單元(16)組成的單元組中的多個單元。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中多個互不相同的確定物理過程量的傳感器單元(41-48)中包括至少兩個不同的傳感器單元(41-48)，它們基于下列測量原理之一工作—自由輻射或被引導(dǎo)的、且在填料上被反射的電磁波，如微波或超聲的行程時間測量，—填料電容量的測量，—流體靜力學壓力或流體靜力學壓力差的測量，—臨界狀況測量，—溫度測量，—流量測量。
7.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中提供了多個外殼單元(22；23；24)，它們分別為一個專門的用途而被個性化，但是它們被構(gòu)造和標準化成能與所有的傳感器單元(41-48)相連接。
8.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中外殼單元(22；23；24)所用的材料不同。
9.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中外殼單元(22；23；24)實現(xiàn)遠距離連接的連接器結(jié)構(gòu)不同。
10.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中多個傳感器單元中的各個傳感器單元(41-48)為一個專門的用途而被個性化，然而它們被構(gòu)造和標準化成能與所有的估值單元(10)相連接。
11.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中可以由多個下列構(gòu)件組成的構(gòu)件組中選擇多個傳感器單元a)用于發(fā)送和接收超聲波或微波的嗽叭天線(41)和附屬電路，b)用于發(fā)送和接收超聲波或微波的桿狀天線(43)和附屬電路，c)振動叉(47)和附屬電路，d)電容式測量探針(48)和附屬電路，e)溫度傳感器和附屬電路，f)壓力傳感器和附屬電路。
12.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中通信單元(13)被構(gòu)造成與一個總線系統(tǒng)進行數(shù)字通信。
13.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中通信單元(13)被構(gòu)造成通過雙線進行通信。
14.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)包括多個供電單元(161；162)，它們被個性化成連接到雙線上，連接到四線回路上或連接到數(shù)字總線系統(tǒng)上，其中這些不同的供電單元(161；162)對于一個版本的模塊化裝置的連接端具有標準化的尺寸。
15.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中一個供電單元(161；162)被如此設(shè)計，使得后接的單元可被供給3伏或5伏的電壓。
16.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)還包括一個顯示和操作模塊(19)，它可以可拆卸地安裝在至少多個互不相同的外殼單元(22；23；23)上，并且為此而被相應(yīng)地構(gòu)造和標準化。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中顯示和操作模塊(19)包括一個固定裝置和一個電連接單元，其中固定裝置可以與外殼單元上的一個標準化的接納裝置相耦合，并且電連接裝置與外殼上的相應(yīng)電連接裝置是配對的。
18.如權(quán)利要求16或17所述的系統(tǒng)，其中顯示和操作模塊(19)可以可拆卸地安裝在外殼單元上不同的位置處。
19.如上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其中用于操作至少由傳感器電路單元(7)、估值單元(10)、通信單元(13)和供電單元(16)組成的單元組中的一個單元的一個或多個軟件模塊被標準化為應(yīng)用于確定物理過程量的模塊化結(jié)構(gòu)的至少兩個不同版本的裝置。
20.用于確定一個物理過程量的裝置，包括—用于獲取物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號的傳感器單元(41-48)，—用于由傳感器單元(41-48)的電測量信號分析并生成代表物理過程量的過程量信號的估值單元(10)，—用于輸出過程量信號的通信單元(13)，—供電單元(16)，它用于給確定物理過程量的裝置供電，—外殼單元(22；23；24)，它被構(gòu)造來至少容納由估值單元(10)、通信單元(13)和供電單元(16)構(gòu)成的單元組中的多個單元；以及—用于將確定物理過程量的裝置安裝到容器上或壁上的固定單元(31；32；33)，其中由估值單元(10)、通信單元(13)、供電單元(16)、外殼單元(22；23；24)和固定單元(31；32；33)組成的單元組中的至少一個單元如此被構(gòu)造和標準化，使得此單元可以應(yīng)用在確定一個物理過程量的裝置中，此裝置具有不同的傳感器單元，這些傳感器所基于的測量原理不同。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中一個用于將傳感器單元(41-48)的電測量信號轉(zhuǎn)換為一個數(shù)字測量信號的傳感器電路單元(7)被接在傳感器單元(41-48)和估值單元(10)之間。
22.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中單元(10；13；16；22-24；31-33；41-48)的標準化包括單元(10；13；16；22-24；31-33；41-48)相互間的機械連接。
23.如權(quán)利要求20至22中任一項所述的裝置，其中單元(10；13；16；22-24；31-33；41-48)的標準化包括單元(10；13；16；22-24；31-33；41-48)相互間的電連接。
24.如權(quán)利要求20至23中任一項所述的裝置，其中供電單元(16)可以由一組標準化的供電單元(161；162；163)中選出，其中這組標準化的供電單元(161；162；163)包括至少一個用于連接到雙線上的供電單元(161)，一個用于連接到四線回路上的供電單元(162)或一個用于連接到一個數(shù)字總線系統(tǒng)上的供電單元(163)，并且不同的供電單元(161；162；163)對于一個版本的模塊化裝置的連接端具有標準化的尺寸。
25.如權(quán)利要求20至24中任一項所述的裝置，其中外殼(22；23；24)包括一個具有電和機械的連接端的容納部件，在其中可以可拆卸地安裝顯示和操作模塊(19)。
26.如權(quán)利要求20至25中任一項所述的裝置，其中估值單元(10)如此被構(gòu)造和標準化，使得它可以與基于不同測量原理的傳感器單元(41-48)配合工作。
27.如權(quán)利要求20至26所述的裝置，其中通信單元(13)被如此構(gòu)造和標準化，使得它可以與基于不同測量原理的傳感器單元(41-48)配合工作。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中通信單元(13)具有至少一個IIC總線接口，在此接口上可連接一個顯示和管理單元(19)或計算機。
29.用于確定一個物理過程量的裝置的外殼單元(22；23；24)，其中外殼單元(22；23；24)被如此構(gòu)造和標準化，使得它不僅可以與第一個傳感器單元(41-48)相耦合，而且也可與第二個傳感器單元(41-48)相耦合，其中第一個傳感器單元基于第一種測量原理獲取規(guī)定物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號，而第二個傳感器單元基于第二種測量原理獲取規(guī)定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號。
30.如權(quán)利要求29所述的外殼單元，其中外殼單元(22；23；24)至少容納至少由一個估值單元(10)、一個通信單元(13)和一個供電單元(16)組成的單元組中的多個單元。
31.如權(quán)利要求29所述的外殼單元，其中外殼單元(22；23；24)具有一個可拆卸地固定顯示和操作模塊(19)的接納裝置。
32.如權(quán)利要求31所述的外殼單元，其中接納裝置被如此被設(shè)計，使得顯示和操作模塊(19)可以可拆卸地安裝在外殼(21；22；23)上的不同位置處。
33.用于確定一個物理過程量的裝置的估值單元(10)，其中估值單元(10)被如此構(gòu)造和標準化，使得它不僅可以與第一個傳感器單元(41-48)相耦合，而且也可與第二個傳感器單元(41-48)相耦合，其中第一傳感器單元基于第一種測量原理獲取特定物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號，而第二個傳感器單元基于第二種測量原理獲取特定物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號。
34.用于確定一個物理過程量的裝置的通信單元(13)，其中通信單元(13)被如此構(gòu)造和標準化，使得它不僅可以與第一個傳感器單元(41-48)相耦合，而且也可與第二個傳感器單元(41-48)相耦合，其中第一個傳感器單元基于第一種測量原理獲取特定物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號，而第二個傳感器單元基于第二種測量原理獲取特定物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號。
35.用于確定一個物理過程量的裝置的供電單元(16)，其特征在，供電單元(16)被如此構(gòu)造和標準化，使得它不僅可以與第一個傳感器單元(41-48)相耦合，而且也可與第二個傳感器單元(41-48)相耦合，其中第一個傳感器基于第一種測量原理獲取特定物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號，而第二個傳感器單元基于第二種測量原理獲取特定的物理過程量并將此過程轉(zhuǎn)換為電測量信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造一個用于確定一個物理過程量的不同版本的模塊化結(jié)構(gòu)的裝置的系統(tǒng)。本發(fā)明所述系統(tǒng)包括多個傳感器單元(41－48)，其中每個傳感器單元(41－48)被構(gòu)造來獲取特定的物理過程量并將此過程量轉(zhuǎn)換為電測量信號，并且至少兩個傳感器單元(41－48)所基于的測量原理不相同。提供了至少一個用于由傳感器單元(41－48)的測量信號分析并產(chǎn)生一個代表物理過程量的過程量信號的估值單元(10)，并且此單元(10)被構(gòu)造和標準化成與一個或多個傳感器單元(41－48)相連接。至少一個標準化的通信系統(tǒng)(13)用于輸出過程量信號。此外提供了至少一個標準化的供電單元(16)，它用于給確定物理過程量的裝置供電。至少一個外殼單元(21－23)被構(gòu)造和標準化來至少容納至少由估值單元(10)、通信單元(13)和供電單元(16)組成的單元組中的多個單元。最后，系統(tǒng)還包括多個固定單元(31－33)，它們用于將確定物理過程量的裝置安裝到容器上或壁上，并且這些固定單元(31－22)考慮到容器或壁上條件而不同。
文檔編號G01R27/26GK1688869SQ03823554
公開日2005年10月26日 申請日期2003年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者約瑟夫·費倫巴赫, 于爾根·莫策, 卡爾·格里斯鮑姆 申請人:Vega格里沙貝兩合公司