本发明涉及用于与确定和/或监视介质的过程变量相结合的模拟测量传输路径的原位校准的方法，其中模拟电信号通过测量传输路径从控制/评估单元传输到控制单元。在此情况下，控制/评估单元与传感器相关联。传感器基于对过程变量敏感的至少一个组件来确定和/或监视过程变量。例如，过程变量是温度、密度、粘度、压力、料位、流量、化学组成、温度或分析数据，例如ph值、浊度或介质的导电率。在多种实施例中，由e+h公司制造和出售对应传感器。介质可以是，例如，液体或气体。模拟电信号是，例如，电流、电压或电容。
此外，本发明涉及一种设备，所述设备的组件被实施为执行所述方法。
背景技术：
通常，在操作期间通过远离传感器定位的控制单元的通信基础设施向用户提供传感器的测量值。这例如，借助于无线或有线数字通信基础设施实现。在自动化技术的大量应用中，传感器的测量值传输和能量供应通过双线线路进行。如果存在对供应到传感器的能量的限制，则这在自动化技术领域中尤其重要，在传感器应用于爆炸危险区域时始终如此。
在此情况下，标准化信号用作电信号。对于电流，在此情况下，根据diniec60381-1，存在标准化测量范围0-20ma以及4-20ma。在此情况下，4-20ma测量范围具有优于支持有线监视的0-20ma测量范围的优势，因为0ma信号是干扰的较安全指示。因此，在自动化技术中，4-20ma标准是优选的。另外，对于4-20ma测量范围也存在最小和最大电流的标准，在此情况下触发警报。根据namur建议ne43，触发低于3.8ma的最小电流以及高于20.5ma的最大电流的缺陷警报。
高速可寻址远程换能器(hart)方法是标准化的、广泛分布的数字通信系统，所述数字通信系统使用4-20ma电流传输标准。通过将1.2khz和2.2khz的高频振荡调制到模拟信号上来产生数字信号。支持在模拟电流测量传输路径上的数字信息的附加发送的此hart接口实际上并不总是存在。
在此情况下，仅模拟电信号可以在传感器与控制单元之间传输。传感器具有控制/评估单元，所述控制/评估单元操作传感器的至少一个敏感组件，评估至少一个敏感组件的测量值，以及产生表示过程变量的模拟电信号。模拟电信号随后通过模拟测量传输路径提供到远离传感器定位的控制单元。控制单元，例如，布置在控制室中或与控制室连接。在此情况下，电信号来自称为期望范围的值范围。在此情况下，选择期望范围，使得所述范围对应于过程中的过程变量的最大值和最小值。
在此情况下，用户将测量传输路径参数化，使得为所述过程选择的期望范围是标准化测量范围的真子集。术语“真子集”表示期望范围处于标准化测量范围内。然而，仍然补充地存在在过程期间未呈现的测量范围区域，因为所述测量范围位于期望范围之下或之上。
由于模拟测量传输路径在使用期间会经历偏移，因此通常需要周期性地重新校准模拟测量传输路径。在此情况下，检查用于发送模拟电信号的整个电路。在现有技术中，已知用于此的方法，所述方法使用仿真的电信号进行校准。例如，公司福禄克计量校准(flukecalibration)出售产生仿真的模拟电信号，以便据此检查和/或校准测量传输路径的装置。此重新校准涉及传感器的移除并因此代表了大量的努力。
技术实现要素：
本发明的目的是提供实现测量传输路径的原位校准的方法和设备。
通过在测量模式中或在仿真模式中操作传感器来实现本发明的目的。在测量模式中，控制/评估单元将传感器的至少一个敏感组件的测量值转换成模拟电信号。在仿真模式中，控制/评估单元针对设定时间跨度输出至少一个模拟电信号，所述至少一个模拟电信号明确地可识别为仿真的并且通过控制单元识别和记录。在仿真模式中，通过控制单元确定在由控制/评估单元预定的模拟电信号与所记录模拟电信号之间的偏差，执行测量传输路径的校准。在偏差的情况下，在变形中，所记录模拟电信号随后补充地在控制单元中进行校正。
因此，本发明的基本概念在于，传感器可以在测量模式中以及还在仿真模式中操作，并且模拟测量传输路径在仿真模式中进行校准。以此方式，传感器不再需要被卸载，以便校准测量传输路径。通过传感器的控制单元和控制/评估单元的合适实施例实现模拟测量传输路径的原位校准。由此可以实施和显示测量传输路径的校准，因为控制/评估单元在定义时间跨度内在测量传输路径上输出至少一个恒定仿真的模拟电信号。
本发明的方法的有利实施例提供：在一定时间长度内按序输出多个仿真的恒定电信号。每个时间间隔中的恒定信号与前一间隔中的恒定电信号相差一定量值，例如，相差固定正量值。以此方式，测量传输路径的标准化测量范围覆盖在斜坡曲线中。在此情况下，斜坡曲线是随时间而变的非连续信号。变形提供：测量范围由随时间而变的强烈单调上升的信号覆盖。随时间而变的信号可以是例如线性的或对数的。对于本领域技术人员来说，覆盖测量范围的随时间而变的合适信号的实施例的其它可能形式将是显而易见的。
本发明的另一半的优点在于，基于传感器的仿真模式，关于传感器的状态的附加信息，即在传感器的控制/评估单元内获得的信息通过模拟测量传输路径传输，并且在已知方法中，仅可以通过数字通信基础架构或借助于hart协议传输。
在本发明的有利实施例中，存储在由控制/评估单元预定的模拟电信号与在控制单元处记录的模拟电信号之间的偏差。这实现，例如，用于校准测量传输路径的校准协议的自动创建。或者，值不存储在控制单元中，但替代地，存储在与控制单元连接的单独存储器单元中。
在本发明的优选的进一步发展中，通过从控制/评估单元输出模拟电信号在测量传输路径上的预设模式，可以通过控制/评估单元向控制单元显示仿真模式。在此情况下，信号来自固定地定义的值范围。在此情况下，预设模式通过在定义时间长度内输出恒定电流序列来定义。在此情况下，实施传感器的控制/评估单元，使得所述控制/评估单元在仿真模式下输出所述模式。在此情况下，实施控制单元，使得所述控制单元基于模拟电信号的预设模式检测传感器在仿真模式中操作。
通常，使用标准化测量范围的测量传输路径也具有标准化的警报限值。如果在控制单元处记录小于标准化警报下限smin的信号，则触发第一警报(低警报)。如果在控制单元处记录大于标准化警报上限smax的信号，则触发不同的第二警报(高警报)。在本发明的有利实施例中，用于显示仿真模式的模拟电信号的值范围在范围[smin，smax]内，即，在测量传输路径的警报限值内。如果使用4-20ma电流以及namur建议ne43，则在此有利实施例中用于显示仿真模式的区域因此是在3.8ma与20.5ma之间的间隔。
在本发明的附加实施例中，选择用于显示仿真模式的模拟电信号的值范围，使得所述值范围不与期望范围重叠。由于期望范围是测量范围的真子集，因此范围[smin，smax]的未使用部分可以用于显示仿真模式。因此，在此有利实施例中，正好使用用于显示仿真模式的区域，所述区域在过程变量的测量期间未用于测量模式中。
在所述方法的有利的进一步发展中，传感器的控制/评估单元在过程变量的测量期间自动地执行到仿真模式的转移。为此的先决条件是至少一个敏感组件呈现某一值。因此，可以指定过程变量的一个或多个值，在所述情况下，传感器转移到仿真模式。变形提供：通过来自多个敏感组件的测量值的组合定义转移到仿真模式的条件。在此情况下，可以基于一个或多个参数例如由用户调整一个或多个值，在所述情况下触发到仿真模式的转移。
在本发明的有利实施例中，控制/评估单元能够在仿真模式中创建关于传感器的状态的“良好”消息、警告报告和/或误差报告，并且通过测量传输路径传输此“良好”消息、警告报告和/或误差报告。基于模拟电信号的第一预设模式输出“良好”消息。基于不同于第一模式的模拟电信号的第二模式输出警告报告。基于不同于第一和第二模式的模拟电信号的第三预设模式输出误差报告。“良好”消息、警告报告和/或误差报告通过测量传输路径传输。基于接收到的、预设的以及相互可区分的模式，控制单元检测其是否为“良好”消息、警告报告和/或误差报告。在此情况下，用于显示良好和警告报告的范围恰好处于警报限值内，即，值范围[smin，smax]内。用于显示误差报告的模拟电信号处于[smin，smax]之外。良好和/或警告报告随后可以存储在控制单元中，或与控制单元连接的单独存储器单元中。
因此，在此有利实施例中，在仿真模式中，关于所讨论传感器的定性信息可以从控制/评估单元传输到控制单元。本发明允许通过模拟测量传输路径发送附加信息，而不需要hart接口。
进一步考虑传感器的至少一个敏感组件仍在控制/评估单元的仿真模式中提供其测量值。确实，仿真模式中的控制/评估单元不再通过测量传输路径将测量值传输到控制单元。然而，如果传感器的一个或多个敏感组件的测量变量超过和/或未超过过程变量的临界值，则控制/评估单元在仿真模式中还能够触发误差报告。这些临界值建立在控制/评估单元内。因此，本发明的方法实现，例如，同时地传输“良好”消息以及与其并行地继续监视过程变量，使得也在仿真模式中，在控制/评估单元中产生警告报告或误差报告。因此，例如，如果温度敏感组件测量120℃的温度，则可以触发测量传输路径的校准，以及同时在测量传输路径的校准期间，能够从控制/评估单元监视是否仍超过或尚未超过120℃的温度。对于食品领域和/或药品领域的卫生要求，所监视温度的无间隙保持非常重要。本发明的方法在仿真模式中还实现温度的无间隙监视。
传感器的误差报告可以仅通过与传感器和/或测量传输路径的手动交互来移除。与其相反，本发明的进一步发展提供：在良好和/或警告报告的输出之后，传感器自动地返回到测量模式。
用于原位校准测量传输路径的传感器在测量模式中的操作变化到传感器在仿真模式中的操作，以及传感器在仿真模式中的操作变化回传感器在测量模式中的操作因此可以在本发明中完全自动地发生。转移到仿真模式可以通过指示值的至少一个敏感组件触发，并且改变回测量模式可以在良好和/或警告报告之后自动地触发。
除此之外，另一进一步发展提供：还可以手动地进行到仿真模式的转移。例如，电压中断可能导致转移到仿真模式以及测量传输路径的原位校准。由于在启动传感器的情况下发生电压中断，因此这表示尤其有利的进一步发展，因为随后测量传输路径的校准是用于启动传感器的例程的一部分。用于手动干预以转移到仿真模式的其它选项包括位于传感器上的开关的致动。
另外，非接触式触发是可能的，即，例如使用传感器中的簧片继电器或霍尔探针通过磁体从外部致动触发。通过与传感器的短距离无线电连接(例如，在红外线区域中)，通过蓝牙，或通过近场通信提供用于非接触式触发的另一机会。其它此手动非接触式触发在本领域的技术范围内。在此情况下，必须如此实施传感器，使得传感器具有针对非接触式触发启用的补充装置。
因此，本发明的方法还据此提供：传感器的用户可以确定自动地还是通过手动干预进行到仿真模式的转移。
此外，本发明涉及用于与确定和/或监视介质的过程变量相结合的模拟测量传输路径的原位校准的设备，其中所述设备被实施为执行所述方法。所述设备包括传感器和控制单元，其中所述传感器具有至少一个敏感组件和控制/评估单元，并且其中所述控制/评估单元通过测量传输路径与控制单元连接。
在所述设备的尤其有利的实施例中，传感器是温度计，其中传感器具有温度敏感组件和参考元件，所述参考元件在至少一个预定温度点处经历相变。控制/评估单元通过确定第一温度敏感组件与由参考元件预定的温度点的偏差而基于参考元件在固定温度点处校准温度敏感组件。在de102010040039中公开此原位校准温度计。在本发明的此尤其有利的实施例中，当经过预定温度点时，控制/评估单元导致从测量模式改变到仿真模式。
如果原位校准温度计与模拟测量传输路径一起运行，则长期运行的测量传输路径也必须定期进行校准。为了校准测量传输路径，随后必须再次卸载温度计。自校准和验证温度计的技术优点将在应用模拟测量传输路径的情况下随后再次被部分抵消。因此，本发明允许执行温度计的原位校准以及还执行模拟测量传输路径的原位校准。在设备的此有利实施例中，即使当为其提供的数字通信基础设施或hart接口尚不存在时，本发明随后也能够完全实施原位校准温度计的所有技术优点。
尤其在此尤其有利的实施例中，仿真模式可以用于通过模拟测量传输路径传输在校准传感器的温度敏感组件时获得的信息。在此情况下，在进一步发展中，控制/评估单元在仿真模式下针对设定时间输出恒定电信号，所述电信号对应于温度敏感组件与由参考元件预定的温度点的偏差。
在此情况下，用户可以例如基于传感器启动时的参数来建立特定的恒定电信号，通过所述电信号显示温度敏感组件与由参考元件预定的温度点的偏差。因此，控制单元基于由控制/评估单元输出的恒定电信号与固定模拟电信号的偏差以及基于测量传输路径的参数化来检测温度敏感组件与由参考元件预定的温度点的偏差。
在本发明的设备的有利的进一步发展中，温度敏感组件与由参考元件预定的温度点的偏差在通过测量传输路径传输之后，还存储在控制单元中。或者，所述偏差还可以存储在与控制单元连接的单独存储器单元中。此进一步发展还实现用于校准传感器的校准协议的自动创建。这还包括共享校准协议，所述共享校准协议包含用于传感器以及用于测量传输路径的校准信息。
与de102010040039中描述的设备相比，de102009058282的设备具有带有两个温度敏感组件的传感器，其中两个温度敏感组件被校准。而且在此情况下，可以通过与上述设备的方式接近的方式使用传感器的仿真模式。传感器的控制/评估单元尤其可以通过模拟测量传输路径传输两个温度敏感组件的偏移。
在相同程度上，本发明可以通过与测量温度以外的过程变量的其它传感器类似的方式被一般化。如果发生传感器的原位校准(例如，通过使用多个敏感组件)并且使用模拟测量传输路径，则本发明加以必要的变通还可以适用于此类设备。
附图说明
现将基于附图更详细地说明本发明，本发明的图如下示出：
图1为本发明的设备的实施例的示意性表示；
图2为可以用于校准测量传输路径的斜坡曲线；以及
图3为模拟电信号的不同信号区域。
具体实施方式
图1示出传感器2、测量传输路径1和控制单元3，以及不同传感器组件的示意性布置。在此情况下，传感器包含至少一个敏感组件22和控制/评估单元21。通过测量传输路径1将模拟电信号的信号方向从控制/评估单元21引导至控制单元3。
在尤其优选的实施例中，敏感组件22由温度传感器组成。参考元件23用于校准第一温度敏感组件22。传感器的校准在固定温度点处发生，参考元件23在所述固定温度点处经历相变。在实施例的此示例中，随后用于校准测量传输路径1的仿真模式优选地可以通过以下事实触发：经过用于校准传感器2的固定温度点。随后，一个接一个地校准传感器2以及此外模拟测量传输路径1两者。随后，在每种情况下，对于传感器2以及测量传输路径1，在校准的情况下建立的信息可以在个别和/或所组合自动产生的校准协议中传输和记录。
图2示出例如可以在用于在t1与t2之间的时间跨度中校准测量传输路径1的仿真模式中使用的斜坡曲线。在此情况下，测量范围5由sa和sc限定。斜坡曲线对总测量范围5进行采样。这在所说明示例中发生，因为针对限定时间长度，控制/评估单元21一个接一个地输出恒定信号sa、sb和sc，其中sa小于sb并且sb小于sc。由于如此实施控制单元3，使其知道从控制/评估单元21输出的轮廓，因此控制单元3可以校准测量传输路径。在变形中，随后相应地校正所有随后信号。
如果本发明的优选实施例包含温度敏感组件22和参考元件23，则控制/评估单元21另外输出第一温度敏感组件与由参考元件23预定的温度点的偏差。在此情况下，这建立偏差应利用哪个信号输出(虚线)。在此情况下，此设定信号可以由用户设定。在此情况下，可以在启动传感器时设定偏差将利用其输出的信号。例如，用户可以将参数设定在特定值。控制单元可以确定偏差δs，并且基于测量传输路径的参数化和校准，随后将此偏差转换成温度差。温度差随后可以存储和/或提供在校准协议中。
图3示出模拟电信号的相关信号区域以及其相对于彼此的位置。通常，测量范围5是标准化测量范围5。如果模拟电信号是电流，则标准化区域优选地从4-20ma。标准化警报限值smin＝3.8ma和smax＝20.5ma在测量范围5之外。当控制单元3记录值小于3.8ma的电流时，控制单元3触发第一警报，并且当控制单元3记录值大于20.5ma的电流时，控制单元3触发不同于第一警报的第二警报。在本发明的实施例中，在3.8ma与20.5ma之间的区域可以用于显示仿真模式。
期望范围4包含在测量范围中。在此情况下，选择期望范围，使得所述范围对应于过程变量在过程中呈现的最大值和最小值。所述范围是测量范围的真子集。这表示总存在测量范围中的未使用区域。例如，4-20ma的标准化电流范围将从50℃到180℃的温度间隔参数化，而在应用中，仅实现80℃的最小温度以及150℃的最大温度。因此，存在包含在测量范围中的未使用信号范围。尤其，未使用信号范围是对应于50℃到80℃之间的温度的第一信号范围，以及对应于150℃到180℃之间的温度的第二信号范围。此未使用信号范围在本发明中优选地可以用于显示仿真模式。在此情况下，通过优选方式，第一未使用(较低)信号范围的低界线向下扩展到3.8ma，并且第二未使用(较高)信号范围的高界线向上扩展到20.5ma.。随后优选地选择用于显示仿真模式的信号的模式，使得交替地从控制/评估单元输出来自较低和较高未使用区域的值。在此情况下，想法是明确地检测仿真模式，因为由控制/评估单元输出的信号序列以逐渐消失的概率存在于测量模式中。
参考符号列表
1测量传输路径
2传感器
21控制/评估单元
22第一敏感组件
23参考元件
3控制单元
4期望范围
5测量范围
smin最小模拟电信号
smax最大模拟电信号
δs模拟电信号，其对应于第一温度敏感组件与由参考元件预定的温度点的偏差