用于现场装置的本质安全的无线转接器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于自动化现场装置的无线转接器，该无线转接器就防爆来说是本质安全的，连接到现场装置的电接口，具有用于发送和接收无线电信号的无线电电路以及连接器元件，其中无线转接器通过连接器元件能够可拆卸地装配到电接口。
【背景技术】
[0002]在自动化技术中，现场装置，尤其是所谓的双线式现场装置，通常用于现场装置的功耗被限制到预定值的区域中。这种区域的实例是使用了自动化装置的工业制造或工艺设施中的潜在爆炸性区域。在诸如这些的区域中，针对现场装置的最大功耗规定了极限值。就这来说，相关规定由国家层面和国际层面的各种组织和协会确定。双线式现场装置由于其有限的功耗而尤其适用于这些区域中。
[0003]已知有各种类型的保护用于防爆区域中，诸如，通过压力封装式外壳或封装在砂、灌注化合物或油中而进行的保护，进而防爆通过构造上的措施来确保，其中所述构造上的措施旨在防止导电连接突出到潜在爆炸性介质中。
[0004]此处，本质安全的电路通常在可用于操作电路的操作电压和电功率方面经受严格限制。用于在出现故障的情形下限制点燃能量的措施还限制可用于正常操作的性能值，且通常，妨碍了需要较高短期峰值电流来起作用的电路的操作。
[0005]自动化现场装置广泛用于工业设施中。例如，用于记录和/或影响过程变量的现场装置广泛用于工艺技术和自动化技术中。诸如液位测量装置、流量计、压力温度测量装置、pH计、电导计等的测量装置用于记录过程变量，且记录液位、流量、压力、温度、pH值和电导率的对应过程变量。诸如阀或栗的致动器用于影响过程变量，进而例如，管道中的液体的流率或容器中的介质的液位改变。原则上，现场装置是接近一种过程而使用且提供或处理过程相关信息的任何装置。许多这种现场装置由Endress+Hauser集团公司提供和售卖。因此，所有类型的测量装置和致动器应归入如本发明所使用的术语“现场装置”。此外，术语“现场装置”还包含例如网关、无线适配器或被集成到总线系统中或可被集成到总线系统中的其它总线用户。
[0006]就这来说，应注意到现场装置的调试和配置的必要性。例如，当校准现场装置时，需要从操作员面板到现场装置自身建立通信路径或在现场装置之间建立通信路径。然而，这种任务会需要大量工作，尤其是在潜在爆炸性设施中。将由配置过程或维护过程导致的设施或设施的一部分的非生产时间减到最少是重要的。因此，无线解决方案，即，将无线技术用于现场装置之间或操作员面板与现场装置之间的通信，对于现场装置的工业接口的电缆连接来说将被认为是优选的。
[0007]从DE 600 18 072 T2已知了可用于潜在爆炸性区域中的无线现场装置。在此公开中揭露的优选实施例中，考虑了功率或能量的减小的可用性。在发射器单元不发送出任何无线电信号的时期期间预先存储能量的能量缓冲器被提供在现场装置中以提供发送出无线信号所需的能量。还规定在能量供应不再充足时将会停止无线操作。这实现无误的数据传输，而原本在终止无线电传输的情况下，不可能实现无误的数据传输。然而，现场装置必须完全重新设计以实现无线通信。
[0008]根据现有技术，已知许多不同无线转接器，所述无线转接器可产生或扩展现场装置的无线能力。例如，存在USB无线转接器，所述USB无线转接器可连接到计算机的USB接口，且用于与其它现场装置和/或控制面板进行无线通信。然而，因为性能特性和防爆安全性质不符合上述要求，这些无线转接器无论如何不适用于工业设施中的潜在爆炸性区域。
【发明内容】
[0009]本发明的基本问题是，找到一种用于潜在爆炸性区域中的本质安全的无线转接器，该无线转接器可连接到现场装置，尤其双线式现场装置，的现有工业接口。
[0010]该问题由以下得以解决:
[0011]连接器元件具有若干接触元件，其中接触元件连接到无线转接器中的印刷电路板，
[0012]第一接触元件用于向无线转接器供应能量，
[0013]能量缓冲器被提供在印刷电路板上处于第一接触元件的下游，
[0014]连接器元件具有第二接触元件，该第二接触元件用于在现场装置与无线转接器之间传输数据，
[0015]在每一状况下，存在始终处于第一接触元件的下游的至少一个限制电阻器和处于第二接触元件的下游的至少一个限制电阻器，
[0016]加密单元被集成在无线转接器中，该加密单元用于保护无线信道(20)以防被分接和/或操纵，
[0017]以及
[0018]电阻器、加密单元和能量缓冲器全部通过灌注化合物来封装。
[0019]通过构造上的措施来确保防爆的诸如压力封装式外壳、或砂、灌注化合物或油封装等保护类型对于无线转接器来说不是优选的，这是因为该单元根据其预期用途而导电性地设计有接触表面，通过所述接触表面，转接器可被附接到接口。
[0020]该应用案例的替代是由所谓的本质安全的电路设计来提供，该本质安全的电路设计确保由以下提供保护以防火花:暴露到潜在爆炸性介质的导体上的电流、功率和电压被限制到安全值。
[0021]限制电阻器结合灌注化合物防止火花的风险。电接口因此符合现场装置的本质安全性的相关要求。如果对于两个元件之间的预定距离电压超过规定的阈值，那么可发生火花。在空气中且在标准条件(例如，大气压)下，在发生火花的电闪络之前，需要约3000伏/毫米。因此，通过限制电压来避免火花。这例如需要使用电阻器。当尤其使用能量缓冲器时，这些电阻器的放置和大小是至关重要的，这是因为在能量缓冲器中收集的能量可能足以产生点燃火花。灌注化合物被用于减小火花的风险，这是因为灌注化合物的电闪络电压显著高于空气的电闪络电压。通过使用适当的灌注化合物，即使能量缓冲器中的能量的量超过点燃曲线的极限值，甚至也允许在本质安全的环境中使用大型能量缓冲器。此处，通过灌注还是注射成型工艺，例如所谓的热熔工艺还是经典塑料注射成型，将封闭灌注化合物涂覆到印刷电路板不与保护效果相关。如果使用注射成型工艺，那么潜在的高工艺温度和工艺压力可使得有益于最初经由初始低温灌注来保护无线转接器的印刷电路板免受注射成型工艺的较高温度和工艺压力。
[0022]使用注射成型工艺(该工艺还用于普通塑料壳)的优点在于，可使用具有高化学抗性或温度抗性的材料，而所述高化学抗性或温度抗性则例如不能通过可在低温下使用的浇铸树脂来实现。在这状况下，灌注材料除封装的功能外，还可承担封闭壳的功能。基于硅酮、聚氨酯和/或环氧树脂的灌注材料优选用作无线转接器中的灌注化合物。出于该目的，例如，在2014年可获得Wacker的商品名为Silgel的硅酮橡胶、WEVO-CHEMIE GmbH的商品名为 Wevorpur 403FP 和 / 或 Lackwerke Peters GmbH+Co KG 的商品名为 Wepuran VU4452/61HE的聚氨酯灌注化合物，以及Henkel AG&C0.KGaA的商品名为Stycast-2651的环氧树脂。
[0023]从现有技术已知有解决方案，其中，例如，发光二极管经由注射成型工艺而封闭在连接器中。
[0024]根据本发明，灌注材料结合还被封装的电阻性限制电阻器在防爆的区域中执行保护任务，且进行保护以防诸如潮湿的环境影响。
[0025]在根据本发明的无线转接器的发展中，提供了 DC转换器，该DC转换器处于能量缓冲器的下游，其中DC转换器用于控制可用于无线电路的电压。DC转换器还用于即使在能量缓冲器的电压，例如由于在无线传输期间从缓冲器提取能量，而波动时，也保持电压恒定。DC转换器的使用还使得可能调适需要不同操作电压的无线电路。
[0026]在优选实施例中，能量缓冲器以第一操作电压操作，无线电路以第二操作电压操作，以及DC转换器将第一操作电压转换为第二操作电压。在能量缓冲器和无线电路的操作电压固定的情形下，可使用简单的不可变的电压转换器。
[0027]在根据本发明的无线转接器的有利发展中，提供了用于监视能量缓冲