专利名称：用于确定过程设备中液体的过程变量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定过程设备中液体的至少一种物理过程变量或者化学过程变量的装置，该过程设备具有至少一条管路，液体至少暂时地在该管路中流动，所述装置包括至少一个传感器和至少一个通信单元，其中，传感器包括至少一个传感器元件，用于采集代表过程变量的测量数据；第一电子单元，用于存储利用传感器元件采集到的测量数据；以及具有至少一个第一线圈的第一线圈系统，其中，通信单元包括第二电子单元和具有至少一个第二线圈的第二线圈系统，并且其中，第一线圈系统和第二线圈系统形成了电感接头，该电感接头用于从传感器向通信单元传递测量数据和/或者用于从通信单元向传感器传递能量。在这种情况下，过程设备是指容器与管路的组合件或者是指管路系统，其中，在过程设备中，一种或者多种液体参与化学过程或者物理过程。线圈系统包括具有相同或者不同匝数的一个或者多个线圈。所要确定的变量是温度、PH值、氧化还原电位、浊度、 电导率或者物质浓度中的一个或者多个值。
背景技术：
由现有技术，为了确定液体的物理过程变量或者化学过程变量而公知如下的传感器，该传感器由传感器元件和壳体组成，该传感器通过过程连接部装入含有液体的管路或者容器内。在这种情况下，传感器元件伸入管路或者容器中去，而壳体则处于过程之外。特别具有优点的是如下的传感器，该传感器将测量数据通过在电学方面分开的接头继续传送到上级单元。这样的具有电感接头的传感器由本申请人以Memosens的名称以各种过程变量的大量构造方案提供和销售。在大型过程设备上，必须安装相当大数目的传感器，以便能够在所有必需的区域内确定所想要的过程变量。由此，一方面产生的缺点是，需要相当高数目的过程连接部。这些过程连接部在密封性(Dichte)和卫生方面表现为危险，首要地在制药或者食品技术领域的过程设备中是有问题的，这是因为这些过程设备必须符合卫生标准。另一方面，高数目的传感器伴随有相应高的成本。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于确定过程内部多个部位处液体的物理过程变量或者化学过程变量的、成本低廉的装置。该任务以如下方式得到解决，即，传感器可以在液体内自由运动，传感器具有封闭的壳体，该壳体至少分段地具有导磁材料，传感器包含储能器，该储能器确保对传感器元件和第一电子单元的能量供应，通信单元具有如下管片段，该管片段接入管路内，并且至少在部分区域内具有导磁材料，以及第一线圈系统和第二线圈系统以如下方式构成，即，当传感器处于管片段内时，至少暂时产生了电感接头。优选的是，传感器与液体共同运动，从而传感器跟随过程流，并且在环流运行的情况下，反复穿行该环流。因此，传感器达到过程设备的液体同样达到的每个区域内。按照这种方式，在这些区域内可以采集测量数据，而无需每个区域单独地装备有固定安装的传感器元件。这一方面节约成本，并且另一方面避免加设例如在食品业中表现为卫生危险因素的过程连接部。在传感器处于通信单元内期间，存储在传感器内的测量数据被传送到通信单元的电子单元处，传感器的储能器再次充电，和/或者将参数化数据传递到传感器。第一电子单元例如以如下方式构成，即，第一电子单元不仅存储测量数据，而且还进行处理、评估并且在需要时进行分类，从而实现了减少通过电感接头传输的数据的量，这提供的优点是，传感器在通信单元管片段内较短的停留时间。传感器的第一线圈系统在最简单的情况下是环形的第一线圈。通信单元的第二线圈系统例如由径向包围管片段的第二线圈组成。 优选的是，第二线圈系统包括不同取向的多个线圈对，从而传感器不依赖于其在管片段内的定向地接收第二线圈系统的磁场。储能器例如是干电池、蓄电池或者电容器。本发明第一构造方案包括传感器的壳体具有至少一个开口，用于采集测量数据的传感器元件通过该开口与液体保持物理的和/或者光学的接触，其中，开口以如下方式构造，即，放置液体渗入传感器内。开口例如是一个窗口，传感器的光通过该窗口发射到周围的介质中，并且可以出现散射光。这种构造方案特别是在浊度传感器的情况下具有优点。 在另一种构造方案中，开口是传感器壳体中的凹隙，其中，传感器元件处于凹隙的后面。传感器元件例如是电极，该电极按照这种方式与周围的液体产生接触，并确定化学特性，如确定周围液体的PH值。依照根据本发明的装置的另一构造方案，通信单元具有存留/释放装置，该装置将传感器为传输参数化数据和/或者能量和/或者测量数据而保持在通信单元的管片段内，以及当参数化数据和/或者能量和/或者测量数据的传输结束时，该装置再次释放传感器。如果传感器与液态介质共同运动，那么传感器仅在一定的持续时间内停留在通信单元的管片段内，从而可以传送数据或者能量的时间受到限制。液体流动越快，可供使用的时间就越短。因此，存留/释放装置的任务是，将传感器以如此时长固定保持在管片段内，直至传送结束。例如存留/释放装置由活门瓣(Klappe)组成，活门瓣减小管直径，并且因此阻止传感器的通过。对存留/释放装置的控制例如可以通过第二电子单元进行，该电子单元通过第二线圈系统与传感器内第一线圈系统的相互作用来探测传感器的存在，并且如果需要传输能量或者数据的话，激活存留装置。依据另一构造方案，设置为，第二线圈系统以如下方式构造，S卩，在传感器运动通过管片段期间，实现了传输测量数据和/或者能量。如果液体并且进而还有传感器仅以低速运动通过管片段，那么足够长的第二线圈系统实现了 传感器为传输能量和/或者数据不必由相应的装置停住。依据一种具有优点的实施方案，管路具有备用通道，该备用通道基本上平行于通信单元的管片段地分布，并且以如下方式构造，即，防止传感器进入备用通道内，以及至少当传感器处于通信单元的管片段内时，液体才流动通过备用通道。如果传感器处于通信单元的管片段内，那么在传感器的区域内提供给液体的管截面减少。在有些应用中不允许的是从而在该情况下设置如下的备用通道，液体可以通过该备用通道在管片段旁边流动。例如阀门在传感器进入通信单元的管片段内时打开该备用通道，并且一旦传感器再次从管片段出来，就再次关闭该备用通道。在另一具有优点的构造方案中，通信单元具有开闸和/或者关闸装置，传感器通过该开闸和/或者关闸装置可以引入过程设备和/或者从过程设备中出来。开闸和/或者关闸装置优选是两个管段，所述管段从过程设备的管片段、管路或者其他部分分支出来，并且例如通过滑阀装置或者活门瓣装置对过程设备的相应部分进行密封。如果例如需要更换传感器或者装入其他传感器，那么打开针对该过程所涉及的管段，从而可以装入新的传感器，或者从管路中取出所要更换的传感器。因此，更换传感器或装入或者取出传感器可以在不对过程产生干预的情况下进行。在依据本发明装置的另一构造方案中，将至少一个第一传感器和至少一个第二传感器装入过程设备中，以及第一传感器和第二传感器采集冗余的测量数据，或者采集在测量数据的时间点上，分别在过程设备中的不同位置上采集测量数据。为了冗余地采集数据， 可行的是，将多个传感器引入过程内，从而这些传感器相邻地在介质内运行，并且在过程设备的自身区域内采集测量数据。同样可行的是，将多个传感器彼此相距地引入过程内，从而保证以确定的时间间隔对存在于过程设备的一区域内的过程变量加以确定。传感器的测量数据的读取可以在同一通信单元内进行。依据本发明另一种具有优点的实施方案设置为，该装置具有至少一个第一通信单元和至少一个第二通信单元，传感器在预先规定的行程上经过这些通信单元，从而由经过第一通信单元和经过第二通信单元之间的持续时间，可以确定液体的流动速度。因为传感器与液体共同运动，所以通过确定传感器在从第一到达第二通信单元所需持续时间内的传感器速度，也就得出液体在过程设备的该段内的速度。此外，通过第二通信单元可以确定液体在第一通信单元与第二通信单元之间的流动方向。设置在过程设备中的通信单元的数目例如依赖于过程设备的规格和/或者依赖于过程。特别是在伸展得很宽大的过程设备中和/或者在大长度的管路中，存在多个通信单元是具有优点的，这是因为另外按照这种方式，与在整套过程设备中仅存在一个通信单元的情况相比，更频繁地读取传感器采集的测量数据。依据一种优选的构造方案，传感器基本上旋转对称地构成。例如传感器为球或者椭圆体。在本发明的一种优选构成中，过程变量是液体的pH值、氧化还原电位、电导率、温度或者浊度，或者是液体内物质的浓度。不言而喻地，所列举的内容并不是封闭式的。
结合下列附图对本发明进行详细阐述。在附图中示出传感器和通信单元。图1示出依据本发明呈球形构造的传感器；图2示出具有传感器的、依据本发明的通信单元；图3示出具有开闸和关闸装置的通信单元。
具体实施例方式在图1中示出球形传感器1，其在壳体14内具有开口 16。开口 16在这种情况下以盲孔式凹隙的方式构造，其中，凹隙的底部由传感器元件11形成。因此，在过程设备中在使用期间包围传感器1的液体仅推进至传感器元件11，而壳体14内传感器1的其余元件则受保护免于接触液体。在一种这里未示出可选择的方案中，传感器1的壳体14内的开口 16
6通过透明的窗口来封闭，其中，窗口的材料例如是玻璃或者塑料。传感器1的壳体14同样整体地或者部分地由导磁材料制成，例如整体由塑料制成。传感器1的形状这样选择，即， 传感器1具有良好的流动特性并且稳定耐用地对抗损坏。除了球外，例如椭圆体或者其他旋转对称体是合适的，其中，所述形体优选没有角。传感器元件11与第一电子单元12连接，在第一电子单元12内至少存储有传感器元件11采集的测量数据，并且在需要时加以评估或者压缩。此外，优选在电子单元12内存储有用于校准传感器元件11的参数。通过第一线圈系统13可以读取存储在电子单元12 内的测量数据，其中，为此需要与读取装置的线圈系统接触。第一线圈系统13在最简单的情况下由单个环形线圈组成。但同样可以采用其他构造方案。例如第一线圈系统13可以由不同定向的多个环形线圈构成，从而存储在电子单元12内的数据可以不依赖于传感器1 在例如环形次级线圈内部的位置地进行传输。通过储能器15，电子单元12以及传感器元件11在采集测量数据期间或在过程设备中使用期间进行自供能。储能器15例如是可以通过电感接头再次充电的蓄电池。有待利用传感器元件11确定的过程变量并不局限于单个过程变量上。在依赖于传感器1和/或者传感器元件11的构造的情况下，利用同一传感器1同样可以测量多个不同的过程变量。 例如球形传感器1装备有相对置的开口 16，其中，在开口 16的后面设置有各一个传感器元件11，用于确定所需要的过程变量。图2公开了通信单元2的一种优选构造，用于在传感器1与上级单元之间传输数据和/或者能量。通信单元2为此包括第二电子单元22以及第二线圈系统23，第二线圈系统23与传感器1的第一线圈系统13形成了无接触式的接头。通信单元2此外包括管片段21，管片段21装入管路3内，管路3是过程设备的组成部分。为了实现第一线圈系统13 与第二线圈系统23之间的电感相联，管片段21至少分段地由导磁材料制成。因此，管片段 21例如整体由塑料制成，或者是具有一个或者多个导磁材料段的钢管。第二线圈系统23例如是螺旋形地围绕管片段21缠绕的线材，其中，管片段21全部或者部分地由第二线圈系统 23围绕。作为选择，第二线圈系统23由多个线圈对组成，这些它们这样围绕管片段21地布置，即，通信单元2的管片段21内部传感器1的几乎任意的位置上均产生电感接头。作为选择，通信单元2包括存留/释放装置4，该存留/释放装置4用于将传感器 1以如此时长保持在管片段21内，直至数据或者能量的传输结束。这一点例如通过活门瓣形式的保持元件42实现，保持元件42在静止状态下紧贴在管片段21的内壁上，并且在需要时摆开，从而管片段21的直径这样减小，即，传感器1不能通过存留/释放装置4。为控制保持元件42，为存留/释放装置4要么设置第二电子单元22，要么设置单独的控制单元 41。存留/释放装置4的构造并不局限于具有作为保持元件42活门瓣的所示构造。图3示出通信单元2的管片段21以及其后的开闸/关闸装置5，通过该开闸/关闸装置5可以将传感器1从过程中送出或者送入过程中。开闸/关闸装置5具有两个管段 51，其中，各一个管段51以锐角在流动方向上或与流动方向相反地相对于管路3布置。在这种情况下，两个管段51如何彼此相对地布置，也就是彼此以何种距离以及在管路3的哪侧布置并不重要。管段51各自通过能以机械或者电的方式运动的活门瓣53相对于管路3 封闭，该活门瓣53仅在传感器1进入管路3内或者被送出来的情况下才打开。对活门瓣53 的控制优选通过开间/关间装置5的控制单元52进行，其中，控制单元52可以整合到通信单元2的第二电子装置22中。但控制单元52也可与第二电子单元22分开地存在，特别是在开闸/关闸装置5不连至通信单元2的管片段21，而是设置在过程设备的另外的区域内的情况下。 在这里需要注意的是，传感器1和通信单元2的数目绝对不是限于一个，而是在依赖于应用的情况下，可以将任意数目的传感器1和通信单元2装入过程设备中。于是，例如可以设想仅具有一个通信单元2的过程设备，但却具有两个或者多个传感器1的过程设
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附图标记列表
1传感器
11传感器元件
12第一电子单元
13第一线圈系统
14壳体
15储能器
16开口
2通信单元
21管片段
22第二电子单元
23第二线圈系统
3管路
4存留/释放装
41控制单元
42保持元件
5开闸/关闸装
51管段
52控制单元
53活门瓣
权利要求
1.用于确定过程设备中液体的物理过程变量或者化学过程变量的装置，所述过程设备具有至少一条管路(3)，液体至少暂时地在所述管路(3)中流动，所述装置包括至少一个传感器(1)和至少一个通信单元(2)，其中，所述传感器(1)包括至少一个传感器元件(11)，用于采集代表过程变量的测量数据；第一电子单元(12)，用于存储利用所述传感器元件(11)采集的测量数据；以及具有至少一个第一线圈的第一线圈系统(13)，其中，通信单元(2)包括第二电子单元02)和具有至少一个第二线圈的第二线圈系统 (23),并且其中，所述第一线圈系统(13)和所述第二线圈系统03)形成了电感接头，所述电感接头用于从所述传感器(1)向所述通信单元( 传输测量数据和/或者从所述通信单元 (2)向所述传感器(1)传输能量，其特征在于，所述传感器(1)能够在液体内自由运动，所述传感器(1)具有封闭的壳体(14)，所述壳体(14)至少部分地具有导磁材料，所述传感器(1)包括确保所述传感器元件(11)和所述第一电子单元(1 能量供应的储能器(15)，所述通信单元( 具有管片段(21)，所述管片段接入所述管路(3)内，并且所述管片段至少在部分区域内具有导磁材料，以及，所述第一线圈系统(13)和所述第二线圈系统03)被构造为使得当所述传感器 (1)处于所述管片段中时，至少暂时产生了所述电感接头。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器(1)的所述壳体(14)具有至少一个开口(16)，用于采集测量数据的所述传感器元件(11)通过所述开口(16)与液体保持物理接触和/或者光学接触，其中，所述开口(16)被构造为防止液体进入所述传感器(1) 内。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述通信单元( 具有存留/释放装置 (4)，所述存留/释放装置(4)为传输参数化数据和/或者能量和/或者测量数据而将所述传感器(1)保持在所述通信单元的所述管片段内，并且所述存留/释放装置(4) 在参数化数据和/或者能量和/或者测量数据的传输结束时，再次释放所述传感器(1)。
4.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二线圈系统03)被构造为使得在所述传感器(1)运动通过所述管片段期间，实现了传输测量数据和/或者传输能量。
5.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述管路C3)具有备用通道，所述备用通道基本上平行于所述通信单元的所述管片段(21)，并且所述备用通道被构造为防止所述传感器(1)进入所述备用通道内，以及至少当所述传感器(1)处于所述通信单元(2) 的所述管片段内时，液体才流动通过所述备用通道。
6.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述通信单元(2)具有开闸和/或者关间装置(5)，所述传感器(1)通过所述开间/关间装置( 能够进入所述过程设备和/ 或者从所述过程设备中出来。
7.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，至少一个第一传感器(1)和至少一个第二传感器(1’)被装入所述过程设备中；以及，所述第一传感器(1)和所述第二传感器 (1’)采集冗余的测量数据，或者在一个采集测量数据的时间点分别在所述过程设备中的不同位置上采集测量数据。
8.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述装置具有至少一个第一通信单元(2)和至少一个第二通信单元(2’)，所述传感器(1)在预先规定的行程上经过所述第一通信单元( 和所述第二通信单元(2’)，从而由经过所述第一通信单元( 和经过所述第二通信单元(2’ )之间的持续时间能够确定液体的流动速度。
9.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器(1)旋转对称地构造。
10.按前述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述过程变量是液体的PH值、氧化还原电位、电导率、温度或者浊度，或者是液体内物质的浓度。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定过程设备中液体的过程变量的装置，该过程设备具有至少一条管路，液体至少暂时地在管路中流动，该装置包括至少一个传感器和至少一个通信单元。传感器包括至少一个传感器元件，用于采集代表过程变量的测量数据；第一电子单元，用于存储利用传感器元件采集的测量数据；以及具有至少一个第一线圈的第一线圈系统。通信单元包括第二电子单元和具有至少一个第二线圈的第二线圈系统。第一线圈系统和第二线圈系统形成了电感接头，该电感接头用于从传感器向通信单元传输测量数据和/或者从通信单元向传感器传输能量。本发明的特征在于，传感器可以在液体内自由运动。
文档编号G01D21/00GK102168993SQ201010575538
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者约尔格·乌勒 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司