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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberWO2004017025 A1
Publication typeApplication
Application numberPCT/EP2003/008939
Publication date26 Feb 2004
Filing date12 Aug 2003
Priority date13 Aug 2002
Also published asCN1688869A, CN100386602C, DE20321736U1, EP1529198A1, US8037753, US20040183550, US20100000316
Publication numberPCT/2003/8939, PCT/EP/2003/008939, PCT/EP/2003/08939, PCT/EP/3/008939, PCT/EP/3/08939, PCT/EP2003/008939, PCT/EP2003/08939, PCT/EP2003008939, PCT/EP200308939, PCT/EP3/008939, PCT/EP3/08939, PCT/EP3008939, PCT/EP308939, WO 2004/017025 A1, WO 2004017025 A1, WO 2004017025A1, WO-A1-2004017025, WO2004/017025A1, WO2004017025 A1, WO2004017025A1
InventorsJosef Fehrenbach, Jürgen Motzer, Karl Griessbaum
ApplicantVega Grieshaber Kg
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Patentscope, Espacenet
System for the production of a modular structure for the determination of a physical process variable and standardised components
WO 2004017025 A1
Abstract
The invention relates to a system for the production of various versions of a modular structure for the determination of a physical process variable. The inventive system comprises a number of sensor units (41-48), whereby one respective sensor (41 48) unit is provided for detecting a certain physical process variable and for converting said process variable into an electric measuring signal. At least two of the sensor units (41-48) are different in their underlying measuring principle. The inventive system comprises at least one standardised evaluation unit (10) which is embodied in such a manner so that it can be connected to one or more of the sensor units (41-48) for evaluating and generating one process variable signal representing the physical process variable. At least one standardised communication unit (13) is used for the output of the process variable signal. Also, at least one standardised voltage supply unit (16) is provided for feeding the voltage of the device which is used for determining a physical process variable. At least one housing unit (22-24) is standardised and is formed for receiving at least several units from the group of units made up of at least the evaluation unit (10), the communication unit (13) and the voltage supply unit (16). Finally, the system comprises a number of securing units (31-33) for securing the device for determining a physical process variable on a container or wall part, whereby the securing units (31-33) are different with regard to the conditions on the container or wall part.
Claims  translated from German  (OCR text may contain errors)
PATENTANSPRÜCHE CLAIMS
1. System zur Herstellung verschiedener Versionen einer modular aufgebauten Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße, wobei die physikalische Prozessgröße auf der Grundlage zumindest zweier verschiedener Messprinzipien bestimmt wird, umfassend: eine Anzahl von Sensoreinheiten (41 -48), wobei jede Sensoreinheit (41 -48) zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal ausgestaltet ist, und wobei sich zumindest zwei der Anzahl von Sensoreinheiten (41-48) in dem ihnen zugrunde liegenden Messprinzip unterscheiden; 1. System for the production of different versions of a modular apparatus for determining a physical process variable, wherein the physical process variable is determined based on at least two different measuring principles, comprising: a plurality of sensor units (41 -48), each sensor unit (41 -48 ) is configured to detect a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal, and being different at least two of the plurality of sensor units (41-48) in the underlying measuring principle; zumindest eine Auswerteeinheit (10) zum Auswerten und Generieren eines die physikalische Prozessgröße repräsentierenden Prozessgrößensignals aus dem Messsignal einer Sensoreinheit (41-48), wobei die Auswerteeinheit (10) zum Verbinden mit einer oder mehreren der Sensoreinheiten (41-48) ausgebildet und standardisiert ist; at least one evaluation unit (10) for evaluating and generating a physical process variable representing the process variable signal from the measuring signal of a sensor unit (41-48), wherein the evaluation unit (10) for connection to one or more of the sensor units (41-48) and is standardized ; zumindest eine Kommunikationseinheit (13) zur Ausgabe des Prozessgrößensignals, wobei die Kommunikationseinheit (13) zum Verbinden mit einer oder mehreren der Auswerteeinheiten (10) ausgebildet und standardisiert ist; at least one communication unit (13) to output the process variable signal, wherein said communication unit (13) for connecting to one or more of the evaluation units (10) is designed and standardized; zumindest eine Spannungsversorgungseinheit (16), die zur Spannungsversorgung der Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße dient, wobei die Spannungsversorgungseinheit (16) zur Spannungsversorgung zumindest zweier Versionen einer modularen Vorrichtung (21; 22; 23) ausgebildet und standardisiert ist; is designed and standardized at least one power supply unit (16) that serves for power supply of the apparatus for determining a physical process variable, wherein the voltage supply unit (16) for voltage supply of at least two versions of a modular device (23 21; 22;); zumindest eine Gehäuseeinheit (22; 23; 24), die zur Aufnahme zumindest mehrerer Einheiten aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus zumindest der Auswerteeinheit (10), der Kommunikationseinheit (13) und der Spannungsversorgungseinheit (16) ausgebildet und standardisiert ist; at least one housing unit (22; 23; 24), which is consisting for receiving at least a plurality of units from the group of units from at least the evaluation unit (10), the communication unit (13) and the voltage supply unit (16) is designed and standardized; und eine Anzahl von Befestigungseinheiten (31 ; 32; 33) zum Anbringen der Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße an einem Behälteroder Wandteil, wobei die Befestigungseinheiten (31; 32; 33) sich in Hinblick auf die Gegebenheiten am Behälter oder Wandteil unterscheiden. and a plurality of attachment units (31; 32; 33) for attaching the device for determining a physical process variable of a container or wall portion, wherein the fixing units (31; 32; 33) differ in regard to the conditions at the container or the wall portion.
2. System nach Anspruch 1, wobei das System des Weiteren zumindest eine Sensorelektronikeinheit (7) zum elektronischen Aufbereiten des elektrischen Messsignals einer Sensoreinheit (41-48) in ein digitales Messsignal aufweist, wobei zumindest eine der Sensorelektronikeinheiten (7) derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass sie mit zumindest zwei sich unterscheidenden Sensoreinheiten (41-48) verbindbar ist. 2. System according to claim 1, wherein the system further comprises at least one electronic sensor unit (7) for electronically processing the electric measurement signal of a sensor unit (41-48) into a digital measuring signal, wherein at least one of the sensor electronics units (7) is configured and standardized that they can be connected to at least two differing sensor units (41-48).
3. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektronikeinheit (7) und die Auswerteeinheit (10) in einem Modul integriert sind. 3. System according to any one of the preceding claims, wherein the electronic sensor unit (7) and the evaluation unit (10) are integrated in one module.
4. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektronikeinheit (7) und die Auswerteeinheit (10) auf einer oder mehreren Platinen untergebracht sind. 4. System according to any one of the preceding claims, wherein the electronic sensor unit (7) and the evaluation unit (10) are accommodated on one or more boards.
5. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Gehäuseeinheit (22; 23; 24) zur Aufnahme zumindest mehrerer Einheiten aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus zumindest der Sensorelektronikeinheit (7), der Auswerteeinheit (10), der Kommunikationseinheit (13) und der Spannungsversorgungseinheit ( 16) ausgebildet und standardisiert ist. 5. System according to any one of the preceding claims, wherein the at least one housing unit (22; 23; 24) for receiving at least a plurality of units from the group of units consisting of at least the sensor electronics unit (7), the evaluation unit (10), the communication unit (13 ), and the voltage supply unit (16) is designed and standardized.
6. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl der sich unterscheidenden Sensoreinheiten (41-48) zur Bestimmung der physikalischen Prozessgröße zumindest zwei sich unterscheidende Sensoreinheiten (41-48) umfasst, die jeweils auf einem der folgenden Messprinzipien beruhen: 6. System according to one of the preceding claims wherein the number of differing sensor units (41-48) for determining the physical process variable includes at least two differing sensor units (41-48), each based on one of the following measuring principles:
Laufzeitmessung von frei abgestrahlten oder geführten und an einem Füllgut reflektierten elektromagnetischen Wellen wie Mikrowellen oder Ultraschallwellen, - Messung einer Kapazität eines Füllguts, Transit time from freely radiated or conducted and reflected at a filling electromagnetic waves such as microwaves or ultrasonic waves - measuring capacity of a product,
Messung eines hydrostatischen Drucks oder eines hydrostatischen Differenzdrucks, Measurement of hydrostatic pressure or a hydrostatic differential pressure,
Grenzstandmessung, Level measurement,
Temperaturmessung, - Durchflussmessung. Temperature measurement - Flow measurement.
7. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei mehrere Gehäuseeinheiten (22; 23; 24) vorhanden sind, die jeweils für einen spezifischen Einsatzzweck individualisiert sind, aber zum Koppeln mit allen Sensoreinheiten (41 -48) ausgebildet und standardisiert sind. 7. System according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of housing units (22; 23; 24) are present, which are individually in each case for a specific purpose, but are to be coupled to all sensor units (41 -48) and is standardized.
8. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Gehäuseeinheiten (22; 23; 24) sich durch das verwendete Material unterscheiden. 8. System according to any one of the preceding claims, wherein the housing units (22; 23; 24) differ by the material used.
9. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Gehäuseeinheiten (22; 23; 24) sich durch die Anschlussausbildungen für Femverbindungen unterscheiden. 9. System according to any one of the preceding claims, wherein the housing units (22; 23; 24) differ in the port configurations for Femverbindungen.
10. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Sensoreinheiten (41-48) der Anzahl von Sensoreinheiten für einen spezifischen Einsatzzweck individualisiert sind, aber zum Koppeln mit allen Auswerteeinheiten (10) ausgebildet und standardisiert sind. 10. System according to any one of the preceding claims, wherein the individual sensor units (41-48) are individualized by the number of sensor units for a specific purpose, but are to be coupled to all evaluation units (10) constructed and standardized.
11. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Anzahl von Sensoreinheiten aus der Gruppe bestehend aus mehreren der folgenden Komponenten wählbar ist: a) eine Homantenne (41) und zugehöriger Elektronik zum Aussenden und Empfangen von Ultraschall- oder Mikrowellen, b) eine Stabantenne (43) und zugehöriger Elektronik zum Aussenden und Empfangen von Ultraschall- oder Mikrowellen, c) eine Schwinggabel (47) und zugehöriger Elektronik, d) eine kapazitive Messsonde (48) und zugehöriger Elektronik, e) ein Temperatursensor und zugehöriger Elektronik, f) ein Drucksensor und zugehöriger Elektronik. 11. System according to any one of the preceding claims, wherein the number of sensor units from the group consisting of more of the following components can be selected: a) a horn antenna (41) and associated electronics for transmitting and receiving of ultrasound or microwaves, b) a rod antenna (43) and associated electronics for transmitting and receiving of ultrasound or microwaves, c) a tuning fork (47) and associated electronics, d) a capacitive measuring probe (48) and associated electronics, e) a temperature sensor and associated electronics, f) a pressure sensor and associated electronics.
12. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationseinheit (13) zur digitalen Kommunikation mit einem Bus- System ausgebildet ist. 12. System according to any one of the preceding claims, wherein the communication unit (13) is designed for digital communication with a bus system.
13. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationseinheit (13) zur Kommunikation über eine Zweileiter- Schleife ausgebildet ist. 13. System according to any one of the preceding claims, wherein the communication unit (13) is designed for communication via a two-wire loop.
14. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das System mehrere Spannungsversorgungseinheiten (161; 162) umfasst, die zum Anschluss an eine Zweileiterschleife, eine Vierleiterschleife oder ein Digitalbussystem individualisiert sind, wobei diese verschiedenen Spannungsversorgungseinheiten (161; 162) standardisierte Abmessungen zum Anschluss in einer der Versionen von modularen Vorrichtungen aufweisen. 14. System according to any one of the preceding claims, wherein the system a plurality of voltage supply units (161; 162) that are individualized for connection to a two-wire loop, a four-wire loop or a digital bus system wherein these various power supply units (161; 162) standardized dimensions for connecting in have one of the versions of modular devices.
15. System einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine der Spannungsversorgungseinheiten (161; 162) derart ausgelegt ist, dass nachgeschalteten Einheiten mit einer Spannung in Höhe von 3V oder 5V versorgt werden können. 15. The system of any preceding claim, wherein one of the power supply units (161; 162) is designed such that downstream units can be supplied with a voltage of 3V or 5V in height.
16. System einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das System des Weiteren ein Anzeige- und Bedienmodul (19) umfasst, das an zumindest mehreren sich unterscheidenden Gehäuseeinheiten (22; 23; 23) lösbar anbringbar ist und hierfür entsprechend ausgebildet und standardisiert ist. 16. The system of any preceding claim, wherein the system further comprises a display and control module (19), which at least at a plurality of differing housing units (22; 23; 23) is removably attachable and is for this purpose designed and standardized accordingly.
17. System nach Anspruch 16, wobei das Anzeige- und Bedienmodul (19) eine Befestigungseinrichtung und eine elektrische Verbindungseinrichtung umfasst, wobei die Befestigungseinrichtung mit einer standardisierten Aufnahmeeinrichtung an den Gehäuseeinheiten koppelbar ist, und wobei die elektrische Verbindungseinrichtung mit einer hiermit korrespondierenden elektrischen Verbindungseinrichtung an den Gehäuseeinheiten zu paaren ist. 17. The system of claim 16, wherein the display and control module (19) comprises a fastener and an electrical connection means, the fastening means with a standardized receiving device can be coupled to the housing units, and wherein the electrical connection means with a hereby corresponding electrical connection means at the housing units is to mate.
18. System nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Anzeige- und Bedienmodul (19) in unterschiedlichen Positionen an den Gehäuseeinheiten lösbar befestigbar ist. 18. System according to claim 16 or 17, wherein the display and control module (19) is releasably securable in different positions on the housing units.
19. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere Software-Module zum Betreiben einer der Einheiten aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus zumindest der Sensorelektronikeinheit (7), der Auswerteeinheit (10), der Kommunikationseinheit (13) und der Spannungsversorgungseinheit (16) zur Verwendung in zumindest zwei verschiedenen Versionen von modular aufgebauten Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße standardisiert ist. 19. The system according to any one of the preceding claims, wherein one or more software modules for operating one of said units from the group of units consisting of at least the sensor electronics unit (7), the evaluation unit (10), the communication unit (13) and the voltage supply unit ( 16) has been standardized for use in at least two different versions of the modular apparatus for determining a physical process variable.
20. Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße umfassend eine Sensoreinheit (41 -48) zum Erfassen der zu bestimmenden physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal, eine Auswerteeinheit (10) zum Auswerten und Generieren eines physikalischen Prozessgröße repräsentierenden Prozessgrößensignals aus dem elektrischen Messsignal der Sensoreinheit (41-48), eine Kommunikationseinheit (13) zur Ausgabe des Prozessgrößensignals, eine Spannungsversorgungseinheit (16), die zur Spannungsversorgung der Vorrichtung zur Bestimmung der physikalischen Prozessgröße dient, - eine Gehäuseeinheit (22; 23; 24), die zur Aufnahme zumindest mehrerer 20. An apparatus for determining a physical process variable comprising a sensor unit (41 -48) for detecting the to be determined physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal, an evaluation unit (10) for evaluating and generating a physical process variable representing the process variable signal from the electrical measurement signal of the sensor unit (41-48), a communication unit (13) to output the process variable signal, a power supply unit (16) which supplies power to the device for determining the physical process variable, - a housing unit (22; 23; 24) to receiving at least several
Einheiten aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus Auswerteeinheit (10), Komrnunikationseinheit (13) und Spannungsversorgungseinheit (16) ausgebildet ist, und eine Befestigungseinheit (31 ; 32; 33) zum Anbringen der Vorrichtung zur Bestimmung der physikalischen Prozessgröße an einem Behälter oder Wandteil, wobei zumindest eine Einheit aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus Auswerteeinheit (10), Kommunikationseinheit (13), Spannungsversorgungseinheit (16), Gehäuseeinheit (22; 23; 24) und Befestigungseinheit (31; 32; 33) derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass sie in Vorrichtungen zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße verwendbar ist, die unterschiedliche Sensoreinheiten aufweisen, die sich in dem ihnen zugrunde liegenden Messprinzip unterscheiden. Units from the group of units consisting of the evaluation unit (10), Komrnunikationseinheit (13) and power supply unit (16) is formed, and a fastening unit (31; 32; 33) for attaching the device for determining the physical process variable to a container or wall portion, wherein at least one unit from the group of units consisting of the evaluation unit (10), communication unit (13), power supply unit (16), housing unit (22; 23; 24) and attachment unit (31; 32; 33) is configured and standardized that it can be used in devices for determining a physical process variable, having different sensor units, which differ in the underlying measuring principle.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei eine Sensorelektronikeinheit (7) zum elektronischen Aufbereiten des elektrischen Messsignals der Sensoreinheit (41-48) in ein digitales Messsignal zwischen der Sensoreinheit (41-48) und der Auswerteeinheit (10) zwischengeschaltet ist. 21. Device according to claim 20, wherein sensor electronics unit (7) for electronically processing the electrical measurement signal of the sensor unit (41-48) into a digital measurement signal from the sensor unit (41-48) and the evaluating unit (10) is interposed.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Standardisierung der Einheiten (10; 13; 16; 22-24; 31-33;41-48) die mechanischen Anschlüsse der Einheiten (10; 13; 16; 22-24; 31-33;41-48) untereinander umfasst. 22. The apparatus of claim 20, wherein said standardization of said units (10; 13; 16; 22-24; 31-33; 41-48); 13; 16; 22-24; 31-33 the mechanical connections of the units (10 ; 41-48) with each other includes.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-22, wobei die Standardisierung der Einheiten (10; 13; 16; 22-24; 31-33;41-48) die elektrischen Anschlüsse der Einheiten (10; 13; 16; 22-24; 31-33;41-48) untereinander umfasst. 23. Device according to any one of claims 20-22, wherein said standardization of said units (10; 13; 16; 22-24; 31-33; 41-48) the electrical connections of the units (10; 13; 16; 22-24 ; 31-33; 41-48) with each other includes.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-23, wobei die Spannungsversorgungseinheit (16) aus einer Gruppe von standardisierten Spannungsversorgungseinheiten (161; 162; 163) wählbar ist, wobei die Gruppe von standardisierten Spannungsversorgungseinheiten (161 ; 162; 163) zumindest eine Spannungsversorgungseinheit (161) zum Anschluss an eine Zweileiterschleife, eine Spannungsversorgungseinheiten (162) zum Anschluss an eine Vier leiterschleife oder eine Spannungsversorgungseinheiten (163) zum Anschluss an ein Digitalbussystem umfasst, und wobei diese verschiedenen Spannungsversorgungseinheiten (161; 162; 163) standardisierte Abmessungen zum Anschluss in einer der Versionen von modularen Vorrichtungen aufweisen. 24. Device according to any one of claims 20-23, wherein the voltage supply unit (16) from a set of standard power supply units (161; 162; 163) is selectable, wherein the set of standard power supply units (161; 162; 163) at least one power supply unit ( 161) for connection to a two-wire loop, a power supply units (162) for connection to a four-conductor loop or power supply units (163) for connection to a digital bus system, and said different power supply units (161; 162; 163) standardized dimensions for connection in a have the versions of modular devices.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-24, wobei die Gehäuseeinheit (22; 23; 24) ein Aufnahmeteil mit elektrischen und mechanischen Anschlüssen umfasst, in das ein Anzeige- und Bedienmodul (19) lösbar anbringbar ist. 25. Device according to any one of claims 20-24, wherein the housing unit (22; 23; 24) comprises a receiving part with electrical and mechanical connections, in which a display and control module (19) is removably attachable.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-25, wobei die Auswerteeinheit (10) derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass sie mit Sensoreinheiten (41-48) betreibbar ist, die auf der Grundlage unterschiedlicher Messprinzipien arbeiten. 26. Device according to any one of claims 20-25, wherein the evaluation unit (10) is configured and standardized such that they can be operated with sensor units (41-48) which operate based on different measuring principles.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-26, wobei die Kommunikationseinheit (13) derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass sie mit Sensoreinheiten (41-48) betreibbar ist, die auf der Grundlage unterschiedlicher Messprinzipien arbeiten. 27. The device according to any one of claims 20-26, wherein the communication unit (13) is configured and standardized such that they can be operated with sensor units (41-48) which operate based on different measuring principles.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Kommunikationseinheit (13) zumindest eine IIC-Bus-Schnittstelle aufweist, an die eine Anzeige- und Bedieneinheit (19) oder ein Computer anschließbar ist. 28. The apparatus of claim 27, wherein the communication unit (13) has at least one IIC bus interface, is connected to a display and control unit (19) or a computer.
29. Gehäuseeinheit (22; 23; 24) einer Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße, wobei die Gehäuseeinheit (22;23; 24) derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass diese sowohl mit einer ersten Sensoreinheit (41-48) als auch mit einer zweiten Sensoreinheit (41-48) koppelbar ist, wobei die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem ersten Messprinzip basiert und die zweite Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem zweiten Messprinzip basiert. 29, housing unit (22; 23; 24) a device for determining a physical process variable, wherein the housing unit (22; 23; 24) is configured and standardized that this both with a first sensor unit (41-48) and with a second sensor unit (41-48) is coupled, said first sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal based on a first measurement principle and the second sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting this process variable in an electrical measurement signal to a second measuring principle is based.
30. Gehäuseeinheit nach Anspruch 29, wobei die Gehäuseeinheit (22; 23; 24) zumindest mehrere Einheiten aus der Gruppe von Einheiten zumindest bestehend aus einer Auswerteeinheit (10), einer Kommunikationseinheit (13) und einer Spannungsversorgungseinheit (16) aufnimmt. 30. The unit housing according to claim 29, wherein the housing unit (22; 23; 24) receives at least a number of units from the group of units consisting at least of an evaluation unit (10), a communication unit (13) and a voltage supply unit (16).
31. Gehäuseeinheit nach Anspruch 29, wobei die Gehäuseeinheit (22; 23; 24) eine Aufnahmeeinrichtung zur lösbaren Befestigung eines Anzeige- und Bedienmoduls (19) aufweist. 31. The unit housing according to claim 29, wherein the housing unit (22; 23; 24) has a receiving means for releasably securing a display and control module (19).
32. Gehäuseeinheit nach Anspruch 31 , wobei die Aufnahmeeinrichtung derart ausgestaltet ist, dass das Anzeige- und Bedienmodul (19) in verschiedenen Positionen an der Gehäuseeinheit (22;23; 24) lösbar befestigbar ist. 32. The unit housing according to claim 31, wherein said receiving means is configured such that the display and operating module (19) in different positions on the housing unit (22; 23; 24) is detachably fastened.
33. Auswerteeinheit (10) für eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße, wobei die Auswerteeinheit (10) derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass diese sowohl mit einer ersten Sensoreinheit (41-48) als auch mit einer zweiten Sensoreinheit (41-48) koppelbar ist, wobei die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem ersten Messprinzip basiert und die zweite Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem zweiten Messprinzip basiert. 33. evaluating unit (10) for a device for determining a physical process variable, whereby the evaluation unit (10) is configured and standardized that this both with a first sensor unit (41-48) and with a second sensor unit (41-48) can be coupled with the first sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal based on a first measurement principle and the second sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal to a second measuring principle based.
34. Kommunikationseinheit (13) für eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße, wobei die Kommunikationseinheit (13) derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass diese sowohl mit einer ersten Sensoreinheit (41-48) als auch mit einer zweiten Sensoreinheit (41-48) koppelbar ist, wobei die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem ersten Messprinzip basiert und die zweite Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem zweiten Messprinzip basiert. 34. Communication unit (13) for a device for determining a physical process variable, wherein the communication unit (13) is configured and standardized that this both with a first sensor unit (41-48) and with a second sensor unit (41-48) can be coupled with the first sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal based on a first measurement principle and the second sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal to a second measuring principle based.
35. Spannungsversorgungseinheit ( 16) für eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße, wobei die Spannungsversorgungseinheit (16) derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass diese sowohl mit einer ersten Sensoreinheit (41-48) als auch mit einer zweiten Sensoreinheit (41-48) koppelbar ist, wobei die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem ersten Messprinzip basiert und die zweite Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem zweiten Messprinzip basiert. 35. Power supply unit (16) for a device for determining a physical process variable, wherein the voltage supply unit (16) is configured and standardized that this both with a first sensor unit (41-48) and with a second sensor unit (41-48) can be coupled with the first sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal based on a first measurement principle and the second sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal to a second measuring principle based.
Description  translated from German  (OCR text may contain errors)

System zur Herstellung einer modular aufgebauten Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße und standardisierte Komponenten System for the production of a modular apparatus for determining a physical process quantity and standardized components

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Herstellung einer modular aufgebauten Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße, wobei zumindest zwei aus dem System zu generierende Vorrichtungen auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen. The present invention relates to a system for making a modular device for determining a physical process variable, wherein at least two out of the system is based on generating devices on different measuring principles. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung der physikalischen Prozessgröße eines Mediums mit mindestens einer Einheit, die derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass sie in zumindest zwei verschiedenen Vorrichtungen zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße eines Mediums einsetzbar ist, bei denen die Prozessgröße auf der Grundlage zweier verschiedener Messprinzipien bestimmt wird. Furthermore, the invention relates to a device for determining the physical process variable of a medium with at least one unit which is configured and standardized such that they can be inserted in at least two different devices for determining a physical process variable of a medium in which the process variable on the basis of two different measuring principles is determined. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung des Weiteren einzelne standardisierte Einheiten oder Komponenten oder Module für eine solche Vorrichtung. Finally, the present invention further single standardized units or components or modules of such a device relates to.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG BACKGROUND OF THE INVENTION

Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße eines Mediums wird üblicherweise auch als Sensor bezeichnet. An apparatus for determining a physical process variable of a medium is also commonly referred to as a sensor. Derartige Sensoren werden im Allgemeinen bei industriellen Prozesses zur Ermittlung einer Information über diesen Prozess benutzt. Such sensors are generally used in the industrial process for determining an information on this process. In Abhängigkeit von der Beschaffenheit der physikalischen Prozessgröße bzw. der zu ermittelnden Information bedient man sich hierbei verschiedener Messprinzipien. Depending on the nature of the physical process variable or to be determined information, use is made here of different measurement principles.

Es sei hierzu angemerkt, dass unter dem Begriff "physikalische Prozessgröße" im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise der Füllstand eines Mediums in einem Behälter, der Druck eines Mediums in einem Behälter, der Durchfluss eines Mediums durch eine Leitung, die Temperatur, die Dichte oder die Feuchte, oder jede andere Materialkonstante eines Mediums zu verstehen ist. It should be noted in this regard that the term "physical process variable" in the context of the present invention, for example the filling level of a medium in a container, the pressure of a medium in a container, the flow of a medium through a pipe, the temperature, the density or the humidity, or any other material constant of a medium is to be understood. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorher explizit genannten Prozessgrößen beschränkt, sondern betrifft Vorrichtungen zur Bestimmung auch anderer physikalischer Prozessgrößen. However, the present invention is not limited to the process variables previously mentioned explicitly, but relates to devices for determination of other physical process variables.

Messprinzipien Im Sinne der vorliegenden Erfindung lassen sich grundsätzlich in kontinuierlich messende Verfahren und Grenzstandmessverfahren unterteilen. Measurement principles For the purposes of the present invention can basically be in continuously measuring method and level measuring methods divide.

Zu den kontinuierlich messenden Verfahren zählen auf Ultraschall- oder Mikrowellen basierende, kapazitive und druckbasierte Messverfahren. The continuously measuring method count on ultrasound or microwave-based, capacitive and pressure-based measurement method. Zu den Grenzstandsmessverfahren zählen Vibrations- und kapazitive Messverfahren. The point level measurement methods include vibration and capacitive measuring methods. Die mittels diesen an sich bekannten Messverfahren ermittelten Informationen dienen im Wesentlichen dazu, einen Prozess zu überwachen, zu steuern oder zu regeln. The information obtained by this known measuring method basically serve to monitor a process to control or regulate. So kann man beispielsweise einen Füllstand eines Füllgutes wie folgt messen: kapazitive Füllstandmessung, hydrostatische Füllstandmessung, Füllstandmessung per Ultraschall, Füllstandmessung per Radar, Füllstandmessung mit geführter Mikrowelle, Füllstandmessung mittels Vibration und konduktive Füllstandmessung. So you can, for example, a fill level of a filling material following measure: capacitance level measurement, hydrostatic level measurement, level measurement by ultrasound, level measurement via radar level measurement with guided microwave, level measurement by means of vibration and conductivity level measurement.

Bei der kapazitiven Füllstandmessung bilden Füllgut und Behälter zusammen mit einer Messsonde einen elektrischen Kondensator. In capacitive level measurement form product and vessel together with a measuring probe an electrical capacitor. Die Füllhöhe wird durch Messung der Kondensatorkapazität erfasst. The filling level is detected by measuring the capacitance of the capacitor.

Die hydrostatische Füllstandmessung erfolgt wie folgt. The hydrostatic level measurement is carried out as follows. Der hydrostatische Druck wächst mit der Höhe der Flüssigkeitssäule. The hydrostatic pressure increases with the height of the liquid column. Ein Druckmessumformer verwendet den gemessenen Druck zur Bestimmung der Füllhöhe. A pressure transmitter uses the measured pressure to determine the filling level. Insbesondere sind hier Druckmessumformer mit überlastfesten metallischen oder keramischen Messzellen geeignet. In particular, pressure transmitters are suitable with overload resistant metallic or ceramic measuring cells.

Bei den berührungslosen Ultraschall-Füllstandsmessverfahren werden Ultraschallimpulse erzeugt. The non-contact ultrasonic level measurement method ultrasonic pulses are generated. Ein piezokeramischer Ultraschallwandler sendet periodische Schallimpulse aus, die von der Füllgutoberfläche reflektiert werden. A piezoceramic ultrasonic transducer transmits periodic sound pulses that are reflected by its surface. Über das kombinierte Sende- und Empfangssystem wird aus der gemessenen Laufzeit des Schalls die Füllhöhe errechnet. About the combined transmitting and receiving system, the filling level is calculated from the measured transit time of the sound.

Bei der geführten Mikrowelle werden hochfrequente Mikrowellenimpulse oder elektrische Impulse entlang eines Stahlseils geführt. In the guided microwave frequency microwave or electrical impulses along a steel rope are performed. Beim Auftreffen auf die When reaching the

Füllgutoberfläche werden die Impulse reflektiert. Product surface are reflected pulses. Die Laufzeit der Impulse wird von der integrierten Elektronik ausgewertet und als Füllhöhe ausgegeben. The duration of the pulses is evaluated by the integrated electronics and outputted as the level. Dieses Verfahren wird auch häufig als TDR-Verfahren bezeichnet. This method is also commonly referred to as a TDR method.

Bei der radarbasierten Füllstandmessung wird die Laufzeit zwischen dem Aussenden und Wiedereintreffen sehr kurzer Mirkowellenimpulse gemessen. In the radar-based level measurement, the transit time between the emission and return of the very short microwave pulses is measured. Die Zeit ist ein Maß für den Füllstand. Time is a measure for the level. Die Füllgutoberfläche wirkt dabei als Reflektor. The product surface acts as a reflector.

Bei der Füllstandmessung mittels Vibration wird ein Vibrationssensor piezoelektrisch in Schwingen versetzt. For level measurement, by means of vibration, a vibration sensor is piezoelectrically set in swinging. Durch Berührung mit dem Füllgut wird die Schwingung gedämpft. Through contact with the contents, the vibration is damped. Die Messelektronik erfasst dadurch das Erreichen des Grenzstands. The electronic measuring system detects thereby the limit is reached.

Schließlich wird bei der konduktiven Füllstandmessung beim Kontakt eines Füllguts mit der Messsonde ein Stromgreis geschlossen und ein Schaltbefehl ausgelöst. Finally, in the conductive level measurement a current Greis is closed and triggered a shift command when contacting a feed material with the probe. Das konduktive Messprinzip dient zur wirtschaftlichen Grenzstanderfassung bei elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten. The conductive measuring principle is used for economic level detection in electrically conductive liquids.

Als druckbasierte Messverfahren lassen sich beispielsweise das Verfahren mittels Prozessdruckerfassung oder das Verfahren mittels Differenzdruckerfassung nennen. As the pressure-based measurement method can be used, for example, the process by process pressure sensing or the process by means of differential pressure sensing call. Bei dem Verfahren mittels Prozessdruck wird der Druck in Rohrleitungen oder Behältern mit einer ölfreien metallischen oder keramischen Messzelle erfasst und beispielsweise in ein 4 - 20 mA umgeformt. In the method by means of process pressure of the pressure in pipes or containers is detected by an oil-free metallic or ceramic measuring cell and, for example, in a 4 - 20 mA reshaped. Beim Differenzdruckmessprinzip wird der Differenzdruck über Keramik- oder Siliziummetallmesszellen gemessen und in ein vorzugsweise 4 - 20 mA Signal umgeformt. When differential pressure measuring principle of the differential pressure is measured on ceramic or silicon carbide measuring cell and in a preferably 4 - 20 mA signal reshaped. Zusammenfassend kann man beispielsweise Messprinzipien im Sinne der vorliegenden Anmeldung wie folgt unterscheiden: a) Laufzeitmessung von frei abgestrahlten oder geführten und an einem Füllgut reflektierten elektromagnetischen Wellen wie Mikrowellen oder Ultraschallwellen, b) Messung einer Kapazität eines Füllguts, c) Messung eines hydrostatischen Drucks oder eines hydrostatischen Differenzdrucks, d) Grenzstandmessung mittels Vibration oder auf konduktivem Weg, e)Temperaturmessung, f)Durchflussmessung. In summary, one can distinguish, for example, measuring principles in the sense of the present application as follows: a) Transit time from freely radiated or conducted and reflected at a filling electromagnetic waves such as microwaves or ultrasonic waves, b) measuring a capacity of a filling material, c) measurement of hydrostatic pressure or a hydrostatic pressure difference, d) Level detection by vibration or konduktivem way e) temperature measurement, f) flow measurement.

Zur Erfüllung spezieller Aufgaben und in Hinblick auf die Einsatzbedingungen muss ein solcher Sensor gewissen Anforderungen genügen bzw. gewissen industriellen Standards entsprechen. To fulfill special tasks and in regard to the operating conditions, such a sensor has to meet certain requirements or to meet certain industry standards. Diese Standards umfassen Anforderungen bezüglich der Widerstandsfähigkeit der Sensoren gegenüber rauen industriellen Umgebungsbedingungen bzw. gegenüber den zu messenden Medien. These standards include requirements for the resistance of sensors against harsh industrial environments or over the media to be measured. Eine weitere Anforderung ist die Montierbarkeit und Adaption der Sensoren an den Prozess. Another requirement is the mountability and adaptation of the sensors on the process. Darüber hinaus gilt es Anforderungen bezüglich des elektrischen Anschlusses der Sensoren, der Ausgabe der ermittelten Informationen und der Einhaltung bestimmter Sicherheitsbestimmungen der Sensoren, wie zB Explosionsschutz- Vorschriften (ExTrennung) einzuhalten. It is also important requirements for the electrical connection of the sensors, the output of the information obtained and to compliance with certain safety requirements of the sensors to observe such regulations explosion (Ex-barrier).

Um diesen und weiteren Standards zu entsprechen, ergibt sich jeweils ein bestimmter prinzipieller funktionaler Aufbau eines Sensors, der durch bestimmte Funktionseinheiten gekennzeichnet sein kann. To meet these and other standards, results in each case a certain fundamental functional construction of a sensor, which may be characterized by certain functional units. Zu diesen gehören unter anderem jeweils eine Sensoreinheit, eine Sensorelektronikeinheit, eine Auswerteeinheit, eine Kommunikationseinheit, eine Spannungsversorgungseinheit, eine These include, inter alia, in each case a sensor unit, a sensor electronics unit, an evaluation unit, a communication unit, a power supply unit, a

Befestigungseinheit, auch Prozessanschluss genannt, sowie eine Gehäuseeinheit. Mounting unit, also called process connection, as well as a housing unit.

Die auf einem mechanischen oder elektromechanischen Prinzip basierende Sensoreinheit bzw. das hierin enthaltene Sensorelement wandelt die physikalische Messgröße in eine elektrische Messgröße um, wozu es direkten oder indirekten Kontakt mit dem jeweiligen Medium aufnimmt. Which is based on a mechanical or electromechanical principle sensor unit or the sensor element herein contained converts the physical measured variable into an electrical measured variable, for which it receives direct or indirect contact with the respective medium. Das so erzeugte elektrische Messsignal, das für die jeweilige physikalische Messgröße repräsentativ ist, wird anschließend von der Sensorelektronikeinheit weiter verarbeitet. The thus generated electrical measurement signal which is representative for the respective physical measured variable is then processed by the sensor electronics unit further. Die Sensorelektronikeinheit ist eine sensorspezifische Schaltungseinheit und muss daher an das jeweilige Sensorelement angepasst sein. The sensor electronics unit is a sensor-specific circuit unit and therefore must be adapted to the respective sensor element. Die Sensorelektronikeinheit verarbeitet das elektrische Messgrößensignal derart weiter, dass sie beispielsweise das elektrische Messsignal verstärkt, filtert oder in ein digitales Messsignal umwandelt. The sensor electronics unit processes the electrical measured variable signal such further that, for example, amplifies the electrical measurement signal, filters or transforms into a digital measurement signal.

Der Sensorelektronikeinheit ist eine Auswerteeinheit nachgeschaltet, die aus dem von der Sensorelektronikeinheit aufbereiteten Messsignal die gewünschte Information bezüglich der Prozessgröße des Mediums bildet. The sensor electronic unit is an evaluation unit connected downstream, which forms from the conditioned by the sensor electronics unit measurement signal the desired information regarding the process variable of the medium. Der so gebildete Messwert wird von dem Sensor über eine der Auswerteeinheit nachgeschaltete Kommunikationseinheit einem Prozessleitsystem über beispielsweise einen Feldbus oder eine Zweidrahtschleife mitgeteilt. The measured value thus formed is received from the sensor via the evaluation unit downstream communication unit a process control system for example, a field bus or a two-wire loop. Die Sensoreinheit, die The sensor unit

Sensorelektronikeinheit, die Auswerteeinheit und die Kommunikationseinheit sind oft in einem einzigen Gehäuse untergebracht und werden von einer ebenfalls in dem Gehäuse untergebrachten Spannungsversorgungseinheit mit Spannung bzw. Strom versorgt. Sensor electronics unit, the evaluation unit and the communication unit are often housed in a single housing and are supplied by a likewise accommodated in the housing unit with voltage or power supply current. Das Gehäuse bzw. die gesamte Vorrichtung, ist über eine Befestigungseinheit, auch als Prozessanschluss bezeichnet, an einem Behälter oder Wandteil befestigbar. The housing or the entire apparatus, is connected via a fastening unit, also referred to as a process connection, fastened to a container or wall part.

Wie bereits ausgeführt, muss jeder Sensor einem gewissen Sicherheitskonzept entsprechen, das all diese Funktionseinheiten umfasst. As already mentioned, each sensor must comply with a certain safety concept that includes all of these functional units. Es muss daher ein Sicherheitskonzept für jeden Sensor erstellt werden, das verschiedenen Sensorkomponenten bzw. deren Gestaltung Rechnung trägt. It is therefore necessary to create a security policy for each sensor, the various sensor components and their design takes into account.

Bedingt durch die Vielzahl unterschiedlicher Messgrößen und durch die dadurch bedingten Messverfahren zur Umwandlung von physikalischen Prozessgrößen, in elektrische Informationen ist es bisher üblich, für jede Messaufgabe einen spezifischen Sensor mit eigenständigem Design und an die jeweilige Messaufgabe speziell angepassten Funktionseinheiten sowie mechanischen Komponenten zu entwickeln und herzustellen. Due to the multitude of different measured variables and by the consequent measurement process for the conversion of physical process variables into electrical information it has been customary for each measurement task to develop and produce a specific sensor with a unique design and the respective measurement task specially adapted functional units and mechanical components , Durch diese individuelle und sensorspezifische Geräteentwicklung und -fertigung können Sensoren angeboten werden, die optimal an ihre Messaufgabe und den Einsatzbedingungen angepasst sind. This individual and sensor-specific equipment development and manufacturing sensors can be offered that are optimally adapted to their measurement task and the conditions of use.

Ein großer Nachteil, den eine solche Vorgehensweise mit sich bringen kann, ist der hohe Entwicklungsaufwand und die teilweise sehr große Vielzahl an Komponenten und Funktionseinheiten, die bei jeder neu zu entwickelnden Sensorgeneration anfallen. A major disadvantage, the may bring such an approach with them, is the high development costs and the sometimes very wide variety of components and functional units which are obtained in each newly developed generation of sensors. Dieser hohe Entwicklungsaufwand stellt jedoch für Hersteller, die sich nicht auf einen einzigen Sensor spezialisiert haben, sondern eine ganze Palette an möglicherweise verwandten, aber doch unterschiedlichen Sensoren anbieten, einen hohen Kostenaufwand dar. Auch seitens der Anwender kann durch die Vielfalt von Komponenten und Funktionseinheiten der zu erbringende Aufwand erhöht werden, wenn beispielsweise die Bedienung oder die Anbringung für jeden Sensor unterschiedlich ist. This development effort represents but for producers who do not specialize in a single sensor, but related a whole range of possible, but offer different sensors, a high cost. Also part of the users, by the variety of components and functional units of increase to be provided effort, for example, if the operator or the attachment for each sensor is different.

Aus der US 6,295,874 Bl bzw. der zugehörigen WO 01/18502 AI dürfte nach diesseitigem Verständnis eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße bekannt sein, bei der die Prozessgröße mittels eines Laufzeitverfahrens ermittelt wird. From US 6,295,874 Bl or the corresponding WO 01/18502 Al a device for determining a physical process variable should be known by diesseitigem understanding, in which the process variable is determined by means of a transit time method. Die hierin gezeigte Vorrichtung kann eine Auswerteeinheit umfassen, die von dem verwendeten Sensor im wesentlichen unabhängig sein soll. The device shown herein may include an evaluation unit which is to be independent of the sensor used substantially. Allerdings wird nach diesseitigem Verständnis dieses Dokuments die Lehre gegeben, einen Sensor, der nach dem Laufzeitprinzip arbeitet, einzusetzen. However, according diesseitigem understanding of this document, the teaching will be given a sensor which operates according to the transit time principle to employ. Darüber hinaus wird eine vom jeweils verwendeten Sensor unabhängige Kommunikationseinheit für den In addition, a sensor used in each case independent from the communication unit for the

Datenaustausch mit einer entfernten Prozessleitstelle vorgeschlagen. Data exchange proposed with a remote process control system. Allerdings ist auch hier festzustellen, dass die Kommunikationseinheit zur Kombination mit einem Sensor, der auf dem Prinzip der Laufzeitmessung basiert, bestimmt ist. However it is also noted here that the communication unit for combination with a sensor based on the principle of transit time measurement, is determined. Ein Prospekt der Firma Krohne/Deutschland zeigt wohl einen modularen Aufbau eines Füllstandradarsensors. A brochure from Krohne / Germany probably shows a modular construction of a filling level radar sensor. Hier werden verschiedenen Sensoreinheiten eines Füllstandradarsensors wie Hornantenne, Waveguide oder Wavestick unter zu Hilfenahme eines Distanzstück mit zwei verschiedenen Sensorgehäusen mit entsprechender Elektronik kombiniert. Here various sensor units of a filling level radar sensor as horn antenna, Wave Guide or Wave Stick be combined with help of a spacer with two different sensor housings with corresponding electronics. Auch hier wiederum wird nach dem technischen Verständnis der Erfinder nur eine gewisse Variabilität bei der Herstellung eines Füllstandradarsensors gelehrt. Here again, only a certain variability is taught in the preparation of a filling level radar sensor according to the technical knowledge of the inventors.

Schließlich ist aus einem Sonderdruck mit dem Titel „Lego für Erwachsene", Rolf Hauser, Zeitschrift Messtek, Steuern, Regeln, Automatisieren, Messen, August 1999 die Integration absolut ölfreier Messzellen in ein modulares System von Prozessanschlüssen, Gehäusen, Signalübertragungsarten, Abgleichmöglichkeiten verbunden mit dem Anwenderkomfort eines intelligenten Bediensystems bekannt. Hier werden verschiedene Drucksensoren vorgestellt, die mit verschiedenen Gehäusen kombinierbar sind. Wiederum ist hier die Modularität allem Anschein nach auf ein Messprinzip beschränkt. Finally, from a reprint entitled "Lego for Adults", Rolf Hauser, magazine Messtek, controlling, regulating, automating, measuring, August 1999, the integration of absolutely oil-free measuring cell in a modular system of process connections, housings, signal transmission modes, adjustment possibilities connected to the known user convenience of an intelligent control system. here, various pressure sensors are presented, which can be combined with various housings. here again limited modularity apparently on a measurement principle.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Herstellung verschiedener Versionen einer modular aufgebauten Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße, wobei zumindest zwei aus dem System zu generierende Vorrichtungen auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen. According to a first aspect of the present invention, a system for producing various versions of a modular device for determining a physical process variable, wherein at least two out of the system is based on generating devices on different measuring principles. Das System kann umfassen: eine Anzahl von Sensoreinheiten, wobei jeweils eine Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal ausgestaltet ist, und wobei sich zumindest zwei der Anzahl von Sensoreinheiten in dem ihnen zugrunde liegenden Messprinzip unterscheiden; The system may comprise: a plurality of sensor units, each having a sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting this process variable is embodied in an electrical measurement signal, and which differ in at least two of the plurality of sensor units in the underlying measuring principle; zumindest eine Auswerteeinheit zum Auswerten und Generieren eines die physikalische Prozessgröße repräsentierenden Prozessgrößensignals aus dem Messsignal einer Sensoreinheit, wobei die Auswerteeinheit zum Verbinden mit einer oder mehreren der Sensoreinheiten ausgebildet und standardisiert ist; at least one evaluation unit for evaluating and generating a physical process variable representing the process variable signal from the measuring signal of a sensor unit, the evaluation unit is designed and standardized for connection to one or more of the sensor units; zumindest eine Kommunikationseinheit zur Ausgabe des Prozessgrößensignals, wobei die Kommunikationseinheit zum Verbinden mit einer oder mehreren der Auswerteeinheiten ausgebildet und standardisiert ist; at least one communication unit to output the process variable signal, wherein the communication unit is designed and standardized for connection to one or more of the evaluation; zumindest eine Spannungsversorgungseinheit, die zur Spannungsversorgung der Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße dient, wobei die Spannungsversorgungseinheit zur Spannungsversorgung zumindest zweier Versionen einer modularen Vorrichtung ausgebildet und standardisiert ist; at least one voltage supply unit that serves for power supply of the apparatus for determining a physical process variable, wherein the voltage supply unit is designed and standardized for the voltage supply of at least two versions of a modular device; zumindesi eine Gehäuseeinheit, die zur Aufnahme zumindest mehrerer Einheiten aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus zumindest der Auswerteeinheit, der Kommunikationseinheit und der Spannungsversorgungseinheit ausgebildet und standardisiert ist; zumindesi a housing unit, which consists of at least the evaluation unit, the communication unit and the power supply unit is designed and standardized for receiving at least a plurality of units from the group of units; und eine Anzahl von Befestigungseinheiten zum Anbringen der Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße an einem Behälteroder Wandteil, wobei die Befestigungseinheiten sich in Hinblick auf die jeweiligen Gegebenheiten am Behälter oder Wandteil unterscheiden. and a plurality of attachment units for attaching the device for determining a physical process variable to a container or wall part, said attachment units differ in regard to the particular circumstances or the container wall part.

In einer beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung weist das System des Weiteren zumindest eine Sensorelektronikeinheit zum elektronischen Aufbereiten des elektrischen Messsignals einer Sensoreinheit in ein digitales Messsignal auf. In an exemplary embodiment of the system of the present invention the system further comprises at least one electronic sensor unit for electronic processing of the electrical measuring signal of a sensor unit into a digital measurement signal. Hierbei kann zumindest eine der Sensorelektronikeinheiten derart ausgestaltet und standardisiert sein, dass sie mit zumindest zwei sich unterscheidenden, insbesondere auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhenden Sensoreinheiten verbindbar ist. Here, at least one of the sensor electronics units to be configured and standardized so that their distinctive with at least two, in particular, based on different measurement principles sensor units can be connected.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung sind die Sensorelektronikeinheit und die Auswerteeinheit in einem Modul integriert. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention the sensor electronics unit and the evaluation unit are integrated in one module. In einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform des Systems der vorliegenden Erfindung sind die Sensorelektronikeinheit und die Auswerteeinheit auf einer oder mehreren Platinen untergebracht. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, the sensor unit and the evaluation electronics are accommodated on one or more boards.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung ist die zumindest eine Gehäuseeinheit zur Aufnahme zumindest mehrerer Einheiten aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus zumindest der Sensorelektronikeinheit, der Auswerteeinheit, der Kommunikationseinheit und der Spannungsversorgungseinheit ausgebildet und standardisiert. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, the at least one housing unit for receiving at least a plurality of units from the group of units consisting of formed of at least the sensor electronics unit, the evaluation unit, the communication unit and the voltage supply unit and standardized.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung umfasst die Anzahl der sich unterscheidenden Sensoreinheiten zur Bestimmung der physikalischen Prozessgröße zumindest zwei sich unterscheidende Sensoreinheiten, die auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen, wie beispielsweise Laufzeitmessung von frei abgestrahlten oder geführten und an einem Füllgut reflektierten elektromagnetischen Wellen wie Mikrowellen oder Ultraschallwellen, Messung einer Kapazität eines Füllguts, Messung eines hydrostatischen Drucks oder eines hydrostatischen Differenzdrucks, Grenzstandmessung, Temperaturmessung, Durchflussmessung. In another exemplary embodiment of the system of the present invention includes the number of differing sensor units for determining the physical process variable at least two differing sensor units, which are based on different measuring principles, such as run-time measurement of freely radiated or conducted and reflected at a filling electromagnetic waves like microwaves or ultrasonic waves measuring a capacity of a filling material, measurement of hydrostatic pressure or a hydrostatic differential pressure, level detection, temperature measurement, flow measurement.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung sind mehrere Gehäuseeinheiten vorhanden, die jeweils für einen spezifischen Einsatzzweck individualisiert sind, aber zum Koppeln mit allen Sensoreinheiten ausgebildet und standardisiert sind. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, a plurality of housing units are present, which are each individualized for a specific purpose, but are formed and standardized for coupling with all the sensor units.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung System unterscheiden sich die Gehäuseeinheiten durch das verwendete Material. In another exemplary embodiment of the system of the present invention system, the housing units differ by the material used. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich die Gehäuseeinheiten durch die Anschlussausbildungen für Fernübertragungsverbindungen. In another exemplary embodiment of the system of the present invention, the housing units are distinguished by the connection configurations for remote communication links.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Sensoreinheiten der Anzahl von Sensoreinheiten für einen spezifischen Einsatzzweck individualisiert, aber zum Koppeln mit allen Sensoreinheiten ausgebildet und standardisiert. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, the individual sensor units of the number of sensor units for a specific purpose are individualized, but designed for coupling with all sensor units and standardized.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl von Sensoreinheiten aus der Gruppe bestehend aus mehreren der folgenden Komponenten wählbar: In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, the number of sensor units from the group consisting of more of the following components can be selected:

a) Hornantenne und zugehöriger Elektronik zum Aussenden und Empfangen von Ultraschall- oder Mikrowellen, b) Stabantenne und zugehöriger Elektronik zum Aussenden und Empfangen von Ultraschall- oder Mikrowellen, c) Stab- oder Seilsonde und zugehöriger Elektronik d) Schwinggabel und zugehöriger Elektronik, e) kapazitives Messsondenelement und zugehöriger Elektronik, f) Temperatursensorelement und zugehöriger Elektronik, g) Drucksensorelement mit zugehöriger Elektronik. a) horn antenna and associated electronics for transmitting and receiving ultrasonic or microwave, b) rod antenna and associated electronics for transmitting and receiving ultrasonic or microwave, c) rod or cable probe and associated electronics d) tuning fork and associated electronics, e) capacitive measuring probe element and associated electronics, f) temperature-sensor element and associated electronics, g) pressure sensing element with associated electronics.

In einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform des Systems der vorliegenden Erfindung ist die Kommunikationseinheit zur digitalen Kommunikation mit einem Bus-System ausgebildet. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, the communication unit for digital communication is provided with a bus system.

In einer weiteren beispielhaften Ausfuhrungsform des Systems der vorliegenden Erfindung ist die Kommunikationseinheit zur Kommunikation über eine Zweileiter- Schleife ausgebildet. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, the communication unit for communication via a two-wire loop is formed. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung umfasst das System mehrere Spannungsversorgungseinheiten, die zum Anschluss an eine Zweileiterschleife, eine Vierleiterschleife oder ein Digitalbussystem individualisiert sind, wobei diese verschiedenen In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, the system comprises a plurality of power supply units that are individualized for connection to a two-wire loop, a four-wire loop or a digital bus system wherein these various

Spannungsversorgungseinheiten standardisierte Abmessungen zum Anschluss in einer der Versionen von modularen Vorrichtungen aufweisen. Power supply units have standardized dimensions for connection in one of the versions of modular devices.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung ist eine der Spannungsversorgungseinheiten derart ausgelegt, dass nachgeschaltete Einheiten mit einer Spannung in Höhe von 3V, 5Voder 15V versorgt werden können. In another exemplary embodiment of the system of the present invention, a power supply unit is designed such that downstream units with a voltage equal to 3V, 5Voder 15V can be supplied.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung umfasst das System des Weiteren ein Anzeige- und Bedienmodul, das an zumindest mehreren sich unterscheidenden Gehäuseeinheiten lösbar anbringbar ist und hierfür entsprechend ausgebildet und standardisiert ist. In another exemplary embodiment of the system of the present invention, the system further comprises a display and control module, which is releasably attachable to at least a plurality of differing housing units and is appropriately trained and standardized accordingly.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung umfasst das Anzeige- und Bedienmodul eine Befestigungseinrichtung und eine elektrische Verbindungseinrichtung, wobei die Befestigungseinrichtung mit einer standardisierten Aufnahmeeinrichtung an den Gehäuseeinheiten koppelbar ist, und wobei die elektrische Verbindungseinrichtung mit einer hiermit korrespondierenden elektrischen Verbindungseinrichtung an den Gehäuseeinheiten zu paaren ist. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, the display and control module comprises a fastening means and an electrical connection means, the fastening means with a standardized receiving means to the housing units can be coupled, and wherein the electrical connection means with a hereby corresponding electrical connection means on the housing units is to mate.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung ist das Anzeige- und Bedienmodul in unterschiedlichen Positionen oder Ausrichtungen an den Gehäuseeinheiten lösbar befestigbar. In another exemplary embodiment of the system of the present invention, the indicating and adjustment module can be releasably attached in different positions or orientations of the housing units. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung sind ein oder mehrere Software-Module zum Betreiben einer der Einheiten aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus zumindest der Sensorelektronikeinheit, der Auswerteeinheit, der Kommunikationseinheit und der Spannungsversorgungseinheit zur Verwendung in zumindest zwei verschiedenen Versionen von modular aufgebauten Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße standardisiert. In a further exemplary embodiment of the system of the present invention, one or more software modules for operating one of said units from the group of units consisting of at least the sensor electronics unit, the evaluation unit, the communication unit and the power supply unit for use in at least two different versions of are modularly constructed apparatus for determining a physical process variable standardized.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße bereitgestellt, die umfasst: eine According to a second aspect of the present invention, an apparatus for determining a physical process variable is provided, comprising: a

Sensoreinheit zum Erfassen der zu bestimmenden physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal, eine Auswerteeinheit zum Auswerten und Generieren eines eine physikalische Prozessgröße repräsentierenden Prozessgrößensignals aus dem elektrischen Messsignal der Sensoreinheit, eine Kommunikationseinheit zur Ausgabe des Prozessgrößensignals, eine Spannungsversorgungseinheit, die zur Spannungsversorgung der Vorrichtung zur Bestimmung der physikalischen Prozessgröße dient, eine Gehäuseeinheit, die zur Aufnahme zumindest mehrerer Einheiten aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus Auswerteeinheit, Kommunikationseinheit und Spannungsversorgungseinheit ausgebildet ist, und eine Befestigungseinheit zum Anbringen der Vorrichtung zur Bestimmung der physikalischen Prozessgröße an einem Behälter oder Wandteil. Sensor unit for detecting the to be determined physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal, an evaluation unit for evaluating and generating a physical process variable representing the process variable signal from the electrical measurement signal of the sensor unit, a communication unit to output the process variable signal, a power supply unit for power supply the device for determining the physical process variable is used, a housing unit, which is designed for receiving at least a plurality of units from the group of units consisting of the evaluation unit, communication unit and power supply unit and an attachment unit for attaching the device for determining the physical process variable to a container or wall part , Zumindest eine Einheit aus der Gruppe von Einheiten bestehend aus Auswerteeinheit, Kommunikationseinheit, Spannungsversorgungseinheit, Gehäuseeinheit und Befestigungseinheit ist hierbei derart ausgestaltet und standardisiert, dass sie in At least one unit from the group of units consisting of evaluation, communication unit, power supply unit, the housing unit and fixing unit is here configured and standardized so that they in

Vorrichtungen zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße verwendbar ist, die unterschiedliche Sensoreinheiten aufweisen, die sich in dem ihnen zugrunde liegenden Messprinzip unterscheiden. is means for determining a physical process variable used, which have different sensor units, which differ in the underlying measuring principle. In einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Sensorelektronikeinheit zum elektronischen Aufbereiten des elektrischen Messsignals der Sensoreinheit in ein digitales Messsignal zwischen der Sensoreinheit und der Auswerteeinheit zwischengeschaltet. In a first exemplary embodiment of a device according to the present invention, a sensor electronics unit is connected between the electronic processing of the electrical measurement signal of the sensor unit into a digital measurement signal between the sensor unit and the evaluation unit.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft die Standardisierung der Einheiten die mechanischen Anschlüsse der Einheiten untereinander. In a further exemplary embodiment of an apparatus according to the present invention, the standardization of the units affects the mechanical connections of the units with each other.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft die Standardisierung der Einheiten die elektrischen Anschlüsse der Einheiten untereinander. In a further exemplary embodiment of an apparatus according to the present invention, the standardization of the units relates to the electrical connections of the units with each other.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Spannungsversorgungseinheit aus einer Gruppe von standardisierten Spannungsversorgungseinheiten wählbar, wobei die Gruppe von standardisierten Spannungsversorgungseinheiten zumindest eine Spannungsversorgungseinheit zum Anschluss an eine Zweileiterschleife, eine Spannungsversorgungseinheiten zum Anschluss an eine Vierleiterschleife und eine Spannungsversorgungseinheiten zum Anschluss an ein Digitalbussystem umfasst, und wobei diese verschiedenen Spannungsversorgungseinheiten standardisierte Abmessungen zum Anschluss in einer der Versionen von modularen Vorrichtungen aufweisen. In a further exemplary embodiment of an apparatus according to the present invention, the voltage supply unit from a group of standard power supply units can be selected, wherein the set of standard power supply units to at least one power supply unit for connection to a two-wire loop, a power supply unit for connection to a four-wire loop and a power supply unit for connecting includes a digital bus system, and wherein said different power supply units have standardized dimensions for connection in one of the versions of the modular devices.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Gehäuseeinheit ein Aufnahmeteil mit elektrischen und mechanischen Anschlüssen, in dem ein Anzeige- und Bedienmodul lösbar anbringbar ist. In a further exemplary embodiment of an apparatus according to the present invention, the housing unit comprises a receiving part with electrical and mechanical connections, in which a display and operating module is detachably attachable. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinheit derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass sie mit Sensoreinheiten betreibbar ist, die auf der Grundlage unterschiedlicher Messprinzipien arbeiten. In a further exemplary embodiment of an apparatus according to the present invention, the evaluation unit is configured and standardized such that they can be operated with sensor units which operate based on different measuring principles.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kommunikationseinheit derart ausgestaltet und standardisiert, dass sie mit Sensoreinheiten betreibbar ist, die auf der Grundlage unterschiedlicher Messprinzipien arbeiten. In a further exemplary embodiment of an apparatus according to the present invention, the communication unit is configured and standardized such that they can be operated with sensor units which operate based on different measuring principles.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Kommunikationseinheit zumindest eine IIC-Bus- Schnittstelle auf, an die eine Anzeige- und Bedieneinheit oder ein Computer anschließbar ist. In a further exemplary embodiment of an apparatus according to the present invention, the communication unit has at least an IIC bus interface to which a display and operating unit, or a computer can be connected.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Gehäuseeinheit einer Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße vorgeschlagen, wobei die Gehäuseeinheit derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass sie sowohl mit einer ersten Sensoreinheit als auch mit einer zweiten Sensoreinheit koppelbar ist. According to a further aspect of the present invention, a housing unit of a device for determining a physical process variable is proposed, wherein the housing unit is configured and standardized such that they can be coupled with both a first sensor unit and with a second sensor unit. Die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal basiert hier auf einem ersten Messprinzip wohingegen die zweite Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal basiert auf einem zweiten Messprinzip basiert, das sich von dem ersten Messprinzip unterscheidet. The first sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal is based here on a first measurement principle whereas the second sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal based on a second measurement principle is based, which is different from the first measurement principle.

Eine Gehäuseeinheit kann beispielsweise alle elektrischen Funktionselemente umgeben und diese vor möglichen Umwelt- und Umgebungseinflüssen schützen. A housing unit, for example, surround all electrical function elements and protect them from potential environmental and ambient influences. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Gehäuseeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt die Gehäuseeinheit zumindest mehrere Einheiten aus der Gruppe von Einheiten zumindest bestehend aus einer Auswerteeinheit, einer Kommunikationseinheit und einer Spannungsversorgungseinheit auf. In a further exemplary embodiment of a housing unit according to the present invention, the housing unit takes at least several units from the group of units consisting, at least on of an evaluation unit, a communication unit and a power supply unit.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Gehäuseeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Gehäuseeinheit eine Aufnahmeeinrichtung zur lösbaren Befestigung eines Anzeige- und Bedienmoduls auf. In a further exemplary embodiment of a housing unit according to the present invention, the housing unit to a receiving device for releasable attachment of a display and operating module.

In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Gehäuseeinheit gemäß der vorliegenden ist die Aufnahmeeinrichtung derart ausgestaltet, dass das Anzeige- und Bedienmodul in verschiedenen Positionen an der Gehäuseeinheit lösbar befestigbar ist. In a further exemplary embodiment of a housing unit according to the present receiving device is configured such that the display and operating module is detachably attachable in different positions on the housing unit.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine According to a further aspect of the present invention, a

Auswerteeinheit für eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße vorgeschlagen, wobei die Auswerteeinheit derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass sie sowohl mit einer ersten Sensoreinheit als auch mit einer zweiten Sensoreinheit koppelbar ist. proposed evaluation unit for a device for determining a physical process variable, whereby the evaluation unit is configured and standardized such that they can be coupled with both a first sensor unit and with a second sensor unit. Wiederum basiert die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem ersten Messprinzip wohingegen die zweite Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem zweiten Messprinzip beruht. Again, the first sensor unit is based on detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal at a first measurement principle whereas the second sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting this process variable is based in an electrical measurement signal to a second measuring principle. Wie zuvor erwähnt, unterscheiden sich wiederum das erste und das zweite Messprinzip voneinander. As mentioned previously, in turn, to distinguish the first and the second measuring principle from each other.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kommunikationseinheit für eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße bereitgestellt, wobei die Kommunikationseinheit derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass diese sowohl mit einer ersten Sensoreinheit als auch mit einer zweiten Sensoreinheit koppelbar ist. According to a further aspect of the present invention, a communication unit for a device for determining a physical process variable is provided, wherein the communication unit is configured and standardized, that this can be coupled with both a first sensor unit and with a second sensor unit. Wiederum basiert die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal auf einem ersten Messprinzip und die zweite Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal basiert auf einem zweiten Messprinzip. Again, based the first sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal at a first measurement principle and the second sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting the process variable into an electrical measurement signal based on a second measurement principle. In gleicher Weise wie zuvor erwähnt, unterscheiden sich wiederum das erste und das zweite Messprinzip voneinander. In the same way as mentioned previously, in turn, to distinguish the first and the second measuring principle from each other.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Spannungsversorgungseinheit für eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße bereitgestellt, wobei die Spannungsversorgungseinheit derart ausgestaltet und standardisiert ist, dass diese sowohl mit einer ersten Sensoreinheit als auch mit einer zweiten Sensoreinheit koppelbar ist. According to still another aspect of the present invention, a power supply unit for a device provided for determining a physical process variable, wherein the voltage supply unit is configured and standardized, that this can be coupled with both a first sensor unit and with a second sensor unit. Auch hier arbeitet die erste Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal gemäß einem ersten Messprinzip wohingegen die zweite Sensoreinheit zum Erfassen einer bestimmten physikalischen Prozessgröße und zum Wandeln dieser Prozessgröße in ein elektrisches Messsignal gemäß einem zweiten Messprinzip arbeitet. Again, the first sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting this process variable works in an electrical measurement signal according to a first measurement principle whereas the second sensor unit for detecting a particular physical process variable and for converting this process variable works in an electrical measurement signal according to a second measuring principle. In gleicher Weise wie zuvor erwähnt, unterscheiden sich wiederum das erste und das zweite Messprinzip voneinander. In the same way as mentioned previously, in turn, to distinguish the first and the second measuring principle from each other.

Erstmals wird also gemäß einem ersten grundsätzlichen Aspekt der Erfindung ein Messwertprinzip übergreifender modularer Aufbau einer Vorrichtung zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße vorgeschlagen. For the first time so it is proposed according to a first fundamental aspect of the invention, a measurement principle of cross modular construction of an apparatus for determining a physical process variable. Damit kann eine Art Plattform zur Herstellung solcher Vorrichtungen geschaffen werden, die die Thus can be created a kind of platform to prepare such devices that the

Entwicklung und Herstellung verschiedenster Sensoren und deren Komponenten vereinfachen. simplify development and production of various sensors and their components. Der Entwickler als auch der Anwender können so je nach Messaufgabe, Einsatzgebiet, Umgebungsbedingungen sowie weiterer Randbedingungen gewisse Einheiten untereinander sinnvoll im Sinne eines . The developer and the user can so certain depending on the measuring task, area of application, environmental conditions and other constraints units themselves useful in the sense of. "Baukastensystems" kombinieren, ohne - wie bisher - an das eigentliche Messprinzip gebunden zu sein. combine "modular system" without - being tied to the actual measurement principle - as in the past. Dabei muss die Funktionsaufteilung der einzelnen Einheiten nicht zwangsläufig mit der Einteilung entsprechender Software-Module korrelieren. Here, the division of functions of the individual units need not necessarily correlate with the division corresponding software modules.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin bestehen, dass die Entwicklungszeit und der Aufwand bei der Entwicklung neuer Sensoren reduziert werden kann, wodurch auch eine Kostenminimierung bei der Herstellung auf verschiedenen Messprinzipien beruhenden Vorrichtungen zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße ermöglicht werden könnte. An advantage of the present invention may be that the development time and effort in developing new sensors can be reduced, thereby also minimizing costs in the manufacture of different measuring principles based devices for determining a physical process variable could be made possible.

Eine Befestigungseinheit oder Prozessanschluss umfasst beispielsweise einen Flansch oder ein Gewinde. A mounting unit or process connection comprises for example a flange or thread. Bei der Flanschausbildung wird der gesamte Sensor an einen entsprechenden Gegenflansch eines Behälters geschraubt. In the flange formation of the entire sensor is screwed to a corresponding flange of a container. Ein anderes Beispiel für einen Prozessanschluss ist ein Einschraubgewinde, mit dem der Sensor in ein Gegengewinde des Behälters eingeschraubt und befestigt wird. Another example of a process connection is a screw with which the sensor is screwed and fixed in a counter-thread of the container. Da der Since the

Prozessanschluss im Allgemeinen in engem Zusammenhang mit dem Gehäuse steht, können nun erstmals die mechanischen Schnittstellen der beiden Einheiten im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeweils aufeinander abgestimmt und standardisiert sein. Process connection generally is closely related to the housing, the mechanical interfaces of the two units can now for the first time each be tuned and standardized successively in the present invention. Der Prozessanschluss kann jedoch auch Teil des Gehäuses oder fest mit diesem verbunden sein. However, the process connection can also be part of the housing or fixedly connected thereto.

Das mechanische oder elektromechanische Sensorelement kann in oder an dem Gehäuse angebracht werden und steht in Wechselwirkung mit dem Medium, dessen physikalische Prozessgröße ermittelt werden soll. The mechanical or electromechanical sensor element can be mounted in or on the housing and interacts with the medium whose physical process variable to be determined. Häufig ist es auch so mit dem Prozessanschluss kombiniert, so dass es bei der Montage in den Behälter ragt oder an der Behälterwandung anliegt. It is also frequently combined with the process connection, so that it protrudes in the assembly in the container or abuts the vessel wall. Das Sensorelement wandelt die zu ermittelnde Prozessgröße des Mediums in eine elektrische Messgröße um. The sensor element converts the process to be determined size of the medium into an electric measured variable.

Das auf einer der vorbeschriebenen Art und Weisen ermittelte Prozessgrößensignal kann beispielsweise über eine standardisierte Schnittstelle einer Sensorelektronikeinheit an eine Auswerteinheit übergeben werden. The detected on one of the above ways process variable signal can be passed, for example, via a standardized interface a sensor electronics unit to an evaluation unit. Die Sensorelektronikeinheit ist ein sensorspezifisches Schaltungsteil und muss daher auf das jeweilige Sensorelement abgestimmt werden. The sensor electronics unit is a sensor-specific circuit part and must be matched to the respective sensor element. Die Sensorelektronikeinheit enthält Hard- und gegebenenfalls auch Software zur Umwandlung der primären elektrischen Messgröße in einen standardisierten elektrischen Messwert. The sensor electronics unit contains hardware and possibly software for converting the primary electrical measurement variable into a standardized electrical measurement.

Zum Zweck dieser Standardisierung kann die Sensorelektronikeinheit unter anderem beispielsweise einen Mikroprozessor mit Peripherie (RAM, ROM, EEPROM, A/D- Wandler), diverse Filter oder einen Verstärker enthalten. For purposes of this standardization, the sensor electronic unit can, among other things, for example, a microprocessor with peripherals (RAM, ROM, EEPROM, A / D converter), various filters or amplifier included. Die Verarbeitung und Standarisierung der Signale kann, wie bereits erwähnt, rein mit The processing and standardization of the signals can, as already mentioned, in with

Hardwarekomponenten oder nach einer Analog-Digital- Wandlung auf digitaler Ebene in Form eines Programmablaufs des Mikroprozessors erfolgen. Hardware components or after an analog-to-digital conversion in the digital domain in the form of a program sequence of the microprocessor.

Da die meisten Sensorelemente nur ein elektrisches Signal abgeben, wenn sie dazu veranlasst werden, werden sie von der Sensorelektronikeinheit mittels eines Anregesignals dazu veranlasst. As most sensor elements only emit an electric signal when they are prompted, they are caused by the sensor electronics unit by means of an excitation signal to. Hierfür enthält die Sensorelektronikeinheit beispielsweise zusätzlich eine Signalerzeugungsvorrichtung wie z. B. einen Oszillator oder einen Sender. For this purpose, the sensor electronics unit includes, for example, in addition a signal generating device such. As an oscillator or a transmitter.

Der von der Sensorelektronikeinheit standardisierte Messwert wird anschließend von der Auswerteeinheit in die gewünschte Information über die Prozessgröße gewandelt, die als elektrisches Signal der Kommunikationseinheit übergeben wird. The standard of the sensor electronics unit measured value is then converted by the evaluation unit in the required information on the process variable, which is passed as an electrical signal to the communication unit. Dazu sind in der Auswerteeinheit im EEPROM sensorspezifische Kalibrier- und Abgleichswerte gespeichert, mit Hilfe derer der Mikroprozessor die physikalische Prozessgröße bestimmt. These sensor-specific calibration and adjustment values are stored in the evaluation unit in the EEPROM, determined by means of which the microprocessor, the physical process variable. Diese Auswertung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Programmablaufs auf der Basis einer Mikroprozessor-Hardware. This evaluation is carried out preferably with the aid of a program sequence on the basis of a microprocessor hardware.

Um einen Sensor für eine spezielle Messaufgabe zu kalibrieren und abzugleichen, werden über die Kommunikationseinheit Kalibrier- und Abgleichswerte dem Sensor mitgeteilt, wo sie im EEPROM dauerhaft gespeichert werden können. To calibrate a sensor for a specific measuring task and match, the sensor can be communicated via the communication unit calibration and adjustment values, where they can be stored permanently in the EEPROM. Die Kommunikationseinheit dient der Ausgabe der gewünschten Informationen, die der Sensor ermittelt, und der Eingabe der genannten Kalibrier- und Abgleichswerte bzw. der Parametrierung des Sensors. The communication unit is used to display the desired information, which determines the sensor, and the input of said calibration and adjustment values or the parameter of the sensor. Im einfachsten Fall weist die Kommunikationseinheit eine Anzeige sowie Tasten zur Eingabe auf. In the simplest case, the communication unit on a display and keys for entering. Sie kann jedoch ebenso Schnittstellen zur Anbindung des Sensors an ein übliches Feldbussystem aufweisen. However, it may also have interfaces for connecting the sensor to a common field bus system. Über dieses Feldbussystem ist der Sensor beispielsweise mit einer Prozessleitstelle verbunden. This field bus system the sensor is for example connected to a process control system.

Die Spannungsversorgungseinheit dient der Funktion, die elektrische Anschlussspannung des Sensors, die beispielsweise von einer externen Versorgungseinheit innerhalb des Prozessleitsystems bereitgestellt wird, in geeignete stabilisierte Spannungen zu transformieren (z. B. 3 Volt, 5V und 15 Volt), die zur Versorgung der elektrischen Funktionseinheiten des Sensors notwendig sind. The power supply unit serves the function of the electrical supply voltage of the sensor, which is provided for example by an external power supply unit within the process control system to transform into suitable stabilized voltages (z. B. 3 volts, 5V and 15V) used to supply the electrical functional units are the sensor necessary.

Das gesamte Konzept des Sensors unterliegt gewissen Sicherheitsrichtlinien, wie beispielsweise den Bestimmungen zur Vermeidung von Explosionen (Ex-Trennung). The whole concept of the sensor is subject to certain security policies, such as the provisions for the avoidance of explosions (Ex isolation). Dieses Sicherheitskonzept umfasst alle Funktionseinheiten und kann auf unterschiedlichen Orten umgesetzt werden. This safety concept covers all functional units and can be implemented in different locations. Je nach Art der Umsetzung ergeben sich bestimmte Anforderungen an verschiedene Funktionseinheiten des Sensors, z. B. Anforderungen an das Gehäuse oder Beschränkung der von den elektrischen Schaltkreisen aufgenommenen Leistung. Depending on the type of implementation arise certain requirements to different functional units of the sensor, z. B. Requirements for the case or limiting the power consumed by the electrical circuits performance. Erstmals könnten nun beispielsweise erfindungsgemäß Messprinzip übergreifend entsprechende Gehäuseausbildungen, Schaltungsteile etc. einheitlich in Hinblick auf diese Sicherheitsanforderungen gestaltet werden. For the first time according to the invention measuring principle could now, for example, across appropriate housing configurations, circuit components are designed etc. uniformly with respect to these safety requirements.

Die vorliegende Erfindung kann sich also beispielsweise dadurch besonders als vorteilhaft erweisen, dass durch die Kombination der jeweiligen Sensoreinheit mit dem gewünschten Prozessanschluss und dem jeweiligen Gehäuse die Entwicklung und spätere Herstellung verschiedener Füllstand- und anderer Messsensoren auf eine gemeinsame Basis gestellt ist. The present invention can thus for example by especially prove beneficial to the development and subsequent production of various level and other measuring sensors is provided on a common basis by combining the respective sensor unit that contains the process connection and the respective housing. Nochmals, ein großer Vorteil der Erfindung könnte also sein, dass für auf unterschiedlichen Messprinzipien basierenden Vorrichtungen bzw. Sensoren aufteilweise von dem jeweiligen Messprinzip unabhängige vorgefertigte Komponenten zurückgegriffen werden kann. Again, a great advantage of the invention could be that for devices or sensors based on different measuring principles aufteilweise independent prefabricated components can be drawn from the respective measuring principle.

Ein weiterer Vorteil, der sich durch den Messprinzip übergreifenden modularen Aufbau einer Vorrichtung ergibt kann, besteht darin, dass die zum Zusammenbau eines Sensors erforderliche Zeit erheblich verkürzt wird, was wiederum eine Kostenersparnis zur Folge hat. A further advantage, which cross through the measuring principle of modular construction results in a device can, is that the time required for assembling a sensor is significantly reduced, which in turn has a cost savings.

Weiterhin kann es sich für einen Anwender von verschiedenen Sensoren, die auch auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen als vorteilhaft erweisen, dass durch die Erfindung Sensoren ein einheitliches Aussehen verliehen und der Anschluss sowie das Bedienkonzept der Sensoren vereinheitlicht werden kann. Furthermore, it may be for a user from various sensors that are based on different measurement principles to be advantageous that conferred by the invention sensors have a uniform appearance, connected and the operating concept of the sensors can be unified.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Im Folgenden werden zum besseren Verständnis und zur weiteren Erläuterung mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In the following, several embodiments of the present invention are described with reference to the accompanying drawings in more detail for better understanding and for further explanation. Es zeigt: It shows:

Fig. 1 schematisch einen standardisierten allgemeinen Aufbau eines Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 shows schematically a standardized general construction of a sensor according to the present invention,

Fig. 2 einen beispielhaften grundsätzlichen Umfang von einzelnen FIG. 2 illustrates an exemplary basic scope of individual

Komponenten oder Einheiten eines Systems gemäß der vorliegenden Components or units of a system according to the present

Erfindung, Invention,

Fig. 3 einige elektrischen Funktionseinheiten eines beispielhaften Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 3, some electrical functional units of an exemplary system according to the present invention,

Fig. 4 einige einzelne Hardwarekomponenten eines beispielhaften Systems gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 4 shows some individual hardware components of an exemplary system according to the present invention,

Fig. 5 ein Funktionsschaltbild einer beispielhaften Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 5 is a functional diagram of an exemplary embodiment of an inventive device,

Fig. 6 ein Funktionsschaltbild einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 6 is a functional diagram of a further exemplary embodiment of a device according to the invention,

Fig. 7 eine Explosionsdarstellung einer weiteren beispielhaften Fig. 7 is an exploded view of another exemplary

Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 8 einen Längsschnitt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Embodiment of a device according to the invention, and Fig. 8 is a longitudinal section of another exemplary embodiment of a device according to the invention.

Es sei hier noch angemerkt, dass in allen Figuren einander entsprechende Teil, Komponenten oder Einheiten mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. It should here be noted that in all the figures corresponding portion, components or units are each identified by the same reference numerals.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFUHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS OF THE PRESENT INVENTION

Fig. 1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau einer modular aufgebauten Vorrichtung 1 zur Bestimmung einer physikalischen Prozessgröße, kurz Sensor genannt, gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 shows schematically the general construction of a modular apparatus 1 for determining a physical process variable sensor briefly mentioned, according to the present invention. Das Gehäuse 2 enthält alle elektrischen Funktionseinheiten und schützt diese vor Umwelteinflüssen sowie vor chemischem oder mechanischem Angriff durch das Füllgut. The housing 2 includes all electrical functional units and protects it from environmental influences and from chemical or mechanical attack by the contents. Am Gehäuse 2 ist der The housing 2 is the

Prozessanschluss 3 (Befestigungseinheit) angebracht oder ist in diesem integriert. Process connection 3 (fixing unit) mounted or integrated into this. Der Prozessanschluss 3 dient zur Adaption des Sensors an seine Messumgebung. The process connection 3 is used to adapt the sensor to its measurement environment. Beim Anbau des Sensors 1 an einen Behälter besteht der Prozessanschluss 3 beispielsweise aus einem Flansch, der auf einen Gegenflansch des Behälters geschraubt wird. When installing the sensor 1 to a container of the process connection 3 consists for example of a flange which is bolted to a flange of the container. Eine andere Ausführungsform eines Prozessanschlusses 3 ist ein Einschraubgewinde, mit dem der Sensor 1 in ein Gegengewinde eines Behälters geschraubt und befestigt wird. Another embodiment of a process connection 3 is a thread, with which the sensor 1 is screwed and fixed to a mating thread of a container. Der Prozessanschluss 3 ist im wesentlichen ein mechanisches Bauteil und ist daher stets in engen Zusammenhang mit dem Gehäuse 2 zu betrachten. The process connection 3 is a mechanical component substantially and therefore should be regarded in close connection with the case. 2 Wie bereits erwähnt kann der Prozessanschluss 3 Teil des Gehäuses 2 sein oder fest mit diesem verbunden sein. As already mentioned, the process connection 3 be part of the housing 2 or be firmly connected to this.

Ein mechanisches oder elektromechanisches Sensorelement 4 ist in oder an dem Gehäuse 2 angebracht und steht in Wechselwirkung mit dem Medium dessen physikalische Prozessgröße ermittelt werden soll. A mechanical or electromechanical sensor element 4 is mounted in or on the housing 2 and interacts with the medium whose physical process variable to be determined. Das Sensorelement 4 wandelt die zu ermittelnde Prozessgröße des Mediums 5 in eine elektrische Messgröße 6 um. The sensor element 4 converts the process to be determined size of the medium 5 into an electric measured variable. 6 Da das Sensorelement 4 in Abhängigkeit vom verwendeten Messverfahren in bestimmter Weise in Wechselwirkung mit dem Medium 5 treten soll, sei es durch direkte Berührung oder durch Aussenden und Empfangen von Signalen, ist es in einer Gehäuseöffnung angebracht oder außerhalb des Gehäuses 2 befestigt. Since the sensor element 4 is to cancel the measurement methods used in a particular way to interact with the medium 5 in response, either by direct contact or by sending and receiving signals, it is mounted in a housing opening or mounted outside the casing. 2 Das Sensorelement 4 lässt sich auch mit dem Prozessanschluss 3 kombinieren, sodass es bei der Montage in den Behälter ragt oder an der Behälterwandung anliegt. The sensor element 4 can be combined, so that it protrudes in the assembly in the container or applied to the container with the process connection. 3

Das elektrische Signal 6 des Sensorelements 4 wird von der Sensorelektronikeinheit weiter verarbeitet. The electrical signal 6 of the sensor element 4 is processed by the sensor electronics unit further. Die Sensorelektronikeinheit 7 ist ein sensorspezifisches Schaltungsteil und enthält Hard- und gegebenenfalls auch Software zur Umwandlung des primären elektrischen Signals 6 in einen standardisierten elektrischen Messwert 8. Wie bereits beschrieben, besitzt zu diesem Zweck die Sensorelektronikeinheit 7 beispielsweise einen Mikroprozessor mit entsprechender Peripherie (RAM, ROM, EEPROM, Analog-Digital- Wandler), Verstärker, Filter und weitere Peripherieeinheiten. The sensor electronic unit 7 is a sensor specific circuit portion and includes hardware and possibly software for converting the primary electrical signal 6 described in a standardized electrical measurement 8. How, has for this purpose the sensor electronic unit 7, for example, a microprocessor with corresponding peripherals (RAM, ROM , EEPROM, analog to digital converter), amplifiers, filters, and other peripheral units.

Der von der Sensorelektronikeinheit 7 standardisierte Messwert 8 wird anschließend von der Auswerteeinheit 10 in die gewünschte Information über die Prozessgröße gewandelt, die als elektrisches Signal 12 der Kommunikationseinheit 13 übergeben wird. The standard of the sensor electronic unit 7 reading 8 is then converted by the evaluation unit 10 in the required information on the process variable, which is passed as an electrical signal 12 to the communication unit. 13 Dazu sind in der Auswerteeinheit 10 im EEPROM sensorspezifische Kalibrier- und Abgleichswerte gespeichert, die der Auswerteeinheit 10 mittels der Kommunikationseinheit 13 mitgeteilt werden, mit Hilfe derer der Mikroprozessor die physikalische Prozessgröße bestimmt. These sensor-specific calibration and adjustment values in the evaluation unit 10 stored in the EEPROM, which are the evaluation unit 10 notified by the communication unit 13, determined by means of which the microprocessor, the physical process variable. Diese Auswertung erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Programmablaufs auf der Basis einer Mikroprozessor-Hardware. This evaluation is carried out preferably with the aid of a program sequence on the basis of a microprocessor hardware.

Die Kommunikationseinheit 13 dient der Ausgabe der gewünschten Informationen, die der Sensor ermittelt, und der Eingabe der genannten Kalibrier- und Abgleichswerte bzw. der Parametrierung des Sensors 1. Im einfachsten Fall weist die Kommunikationseinheit 13 eine Anzeige sowie Tasten zur Eingabe auf. The communication unit 13 is used to output the desired information, which determines the sensor, and the input of said calibration and adjustment values or the parameter of the sensor 1. In the simplest case, the communication unit 13 is a display and buttons for input. Sie kann jedoch ebenso Schnittstellen zur Anbindung des Sensors 1 an ein übliches Feldbussystem aufweisen. However, it may also have interfaces for connecting the sensor 1 to a common field bus system. Über dieses Feldbussystem ist der Sensor 1 beispielsweise mit der Prozessleitstelle 15 verbunden. This field bus system the sensor 1 is, for example, connected to the process control center 15th

Die Spannungsversorgungseinheit 16 dient der Funktion, die elektrische Anschlussspannung des Sensors 1 , die beispielsweise von einer externen Versorgungseinheit innerhalb des Prozessleitsystems 15 bereitgestellt wird, in eine geeignete stabilisierte Spannungen 17 zu transformieren (z. B. 3 Volt und 5 Volt), die zur Versorgung der elektrischen Funktionseinheiten des Sensors 1 notwendig sind. The power supply unit 16 serves the function of the electrical supply voltage of the sensor 1, which is provided for example by an external power supply unit within the process control system 15 to transform into a suitable stabilized voltages 17 (z. B. 3 volts and 5 volts) to supply the electrical functional units of the sensor 1 are necessary.

Das gesamte Konzept des Sensors 1 unterliegt gewissen Sicherheitsrichtlinien, wie beispielsweise den Bestimmungen zur Vermeidung von Explosionen (Ex-Trennung). The whole concept of sensor 1 is subject to certain security policies, such as the provisions for the avoidance of explosions (Ex isolation). Dieses Sicherheitskonzept umfasst alle Funktionseinheiten und kann auf unterschiedlichen Arten umgesetzt werden. This safety concept covers all functional units and can be implemented in different ways. Je nach Art der Umsetzung ergeben sich bestimmte Anforderungen an verschiedene Funktionseinheiten des Sensors 1, z. B. Anforderungen an das Gehäuse 2 oder Beschränkung der von den elektrischen Schaltkreisen aufgenommenen Leistung. Depending on the type of implementation arise certain requirements to different functional units of the sensor 1, z. B. Requirements for the housing 2 or limiting the power consumed by the electrical circuits performance.

Bei der Umsetzung des erfindungsgemäßen modularen Aufbaus einer Sensorplattform muss vor allem bei den elektrischen Bauteilen auf eine sinnvolle Aufteilung der einzelnen Funktionseinheiten in Hardwarekomponenten bzw. bestückten Leiterplatten geachtet werden. In implementing the modular design according to the invention of a sensor platform must be taken, especially in the electrical components on a sensible division of the individual functional units in hardware components and printed circuit boards. Zentrales Hardwareelement ist hierbei der Mikroprozessor, der Programmabläufe aus mehreren verschiedenen Funktionseinheiten, z. B. aus der Sensorelektronikeinheit 7, der Auswerteeinheit 10 und der Kommunikationseinheit 13, ausfuhren kann. The central hardware element here is the microprocessor, the program sequences of several different functional units, eg. As from the sensor electronic unit 7, the evaluation unit 10 and the communication unit 13, can exports. Der MikrocontroUer greift somit auf verschiedene Funktionseinheiten zu. The MikrocontroUer thus accesses various functional units. Hieraus ist ersichtlich, dass die in Fig. 1 vorgenommene Funktionsaufteilung nicht zwangsläufig mit der Aufteilung in Hardwarekomponenten, welche die Bausteine zum Zusammenbau eines Sensors 1 bilden, korreliert. It can be seen that they have undergone in Fig. 1 division function is not necessarily the distribution between hardware components which form the building blocks for assembling a sensor 1, correlated. Durch geeignete Zusammenfassung bestimmter Funktionseinheiten zu einer Hardwareeinheit ergeben sich die einzelnen zum Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Sensorplattform benötigten Hardwarekomponenten. By suitable combination of certain functional units to a hardware unit to give the individual for assembling a sensor platform according to the invention required hardware components. Bei dieser Zusammenfassung von Funktionseinheiten zu Hardwarekomponenten können bestimmte Funktionseinheiten auch auf unterschiedliche Hardwarekomponenten aufgespaltet werden. In this Summary of functional units to hardware components certain functional units may also be split in different hardware components.

Nach dieser Zuordnung der Funktionseinheiten zu Hardwarekomponenten ist der "Baukasten" zum Zusammenbau einer erfindungsgemäßen modular aufgebauten Sensorplattform festgelegt. After this assignment, the functional units to the hardware components of the "kit" for assembling a modular sensor platform according to the invention is defined. Die Aufteilung der Funktionseinheiten in Hardwarekomponenten und deren Aufteilung in Softwarekomponenten ist jedoch prinzipiell voneinander unabhängig. The division of the functional units in hardware components and their division into software components, however, is in principle independent of each other. Ergibt die Aufteilung der If the allocation of

Hardwarekomponenten die einzelnen physikalischen Bauteile des Sensors, so spiegelt die Aufteilung in Softwarekomponenten einzelne Funktionseinheiten oder Teile davon wieder. Hardware components, the individual physical components of the sensor, so the division into software components individual functional units or parts thereof reflects.

Zur Verdeutlichung der Umsetzung des modularen Aufbaus der erfindungsgemäßen Sensorplattform zeigen die Fig. 2 und 3 die einzelnen Funktionseinheiten. To illustrate the implementation of the modular design of the sensor platform according to the invention, Figs. 2 and 3, the individual functional units. Die Fig. 2 zeigt dabei im Wesentlichen die mechanischen Komponenten des erfindungsgemäßen modularen Aufbaus einer Sensorplattform. FIG. 2 shows essentially the mechanical components of the modular structure of the invention of a sensor platform. Wie bereits beschrieben, werden Sensoren für die Füllstandsmessung in kontinuierlich messende Sensoren, die beispielsweise den prozentuellen Füllungsgrad eines Behälters angeben, und Grenzstandsensoren, die lediglich bei Über- oder Unterschreitung eines bestimmten Niveaus den Behälterzustand melden, unterteilt. As already described, are sensors for level measurement in continuously measuring sensors, for example, specify the percentage degree of filling of a container, and level sensors, the report only if they exceed or fall below a certain level the container state divided. Je nach Anwendung werden verschiedene physikalische Messverfahren verwendet. Depending on the application, various physical measuring methods are used. Daraus resultieren, die in Fig. 2 dargestellten Sensorelemente 41 bis 48: Result from the sensor elements 41 to 48 shown in Fig. 2:

Sensorelement 41 zur frei strahlenden Mikrowellen-Füllstandsmessung (z. B. Antenne) Sensor element 41 to freely radiating microwave level measurement (z. B. antenna)

Sensorelement 42 zur Ultraschall-Füllstandsmessung (z. B. elektroakustischer Schallwandler - Patch) Sensorelement 43 zur Füllstandsmessung mit geführten elektromagnetischen Wellen (z. B. Seilsonde) Sensor element 42 to ultrasonic level measurement (eg electro-acoustic transducers -. Patch) sensor element 43 for level measurement with guided electromagnetic waves (. Eg cable probe)

Sensorelement 44 zur kapazitiven Füllstandsmessung (z. B. Stabsonde) Sensorelement 45 zur Füllstandsmessung über hydrostatischen Druck (z. B. Membran mit Tauchkondensator) Sensor element 44 for capacitive level measurement (z. B. rod probe) sensor element 45 for level measurement via hydrostatic pressure (z. B. membrane with diving capacitor)

Sensorelement 46 zur Füllstandsmessung über Differenzdruck (z. B. Differenzdruckmesszelle) Sensor element 46 for level measurement of differential pressure (z. B. differential pressure measuring cell)

Sensorelement 47 zur Grenzstandmessung mit Vibrationselementen (z. B. Schwinggabel) - Sensorelement 48 zur kapazitiven Grenzstandmessung (z. B. Stabsonde). Sensor element 47 for level measurement with vibrating elements (. Eg tuning fork) - sensor element 48 for capacitive level detection (eg rod probe.).

Die aufgeführten Sensorelemente 41 bis 46 eignen sich zur kontinuierlichen Messung von Füllständen, wohingegen die Sensorelemente 47 und 48 vornehmlich zur Grenzstandmessung eingesetzt werden. The sensor elements listed 41 to 46 are suitable for continuous level measurement, whereas the sensor elements 47 and 48 are primarily used for level measurement.

Um den modularen Aufbau der Sensorplattform auch bezüglich der Sensorelemente 41 bis 48 zu gewährleisten, sind diese so ausgeführt, dass sie sich zusammen mit den unterschiedlichen Prozessanschlüssen 31 bis 33 an den unterschiedlichen Gehäusen 21 bis 23 befestigen lassen. To ensure the modular structure of the sensor platform also with respect to the sensor elements 41 to 48, they are designed so that they can be fastened together with the different process connections 31 to 33 on the different housings 21 to 23.

Der Prozessanschluss 31 besteht aus einem mit Bohrungen versehenen Flansch, an dem in bekannter Weise eines der Gehäuse 21 bis 23 und eines der Sensorelemente 41 bis 48 befestigt sind. The process connection 31 consists of a flange provided with holes, are fastened to the known manner in one of the housings 21 to 23 and one of the sensor elements 41-48. Der Flansch dient zur Befestigung des Sensors 1 an einem geeigneten Gegenflansch einer Behälteröffnung. The flange is used for mounting the sensor 1 to a suitable mating flange of a container opening. Alternativ dazu ist der Prozessanschluss 32 durch ein Einschraubgewinde gekennzeichnet, während der Alternatively, the process connection 32 is characterized by a thread, while the

Prozessanschluss 33 eine spezielle Lösung für ein Teilgebiet der Füllstandsmessung zeigt; Process connection 33 a special solution for a branch of level measurement shows; derartige Prozessanschlüsse 33 kommen beispielsweise in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz, wo hohe Anforderungen hinsichtlich der Keimfreiheit durch derart dauerhaft dichte Prozessanschlüsse gewährleistet werden. Such process connections 33 are, for example in the food industry in applications where high demands are guaranteed in terms of sterility by such permanent tight process connections. Das Gehäuse 21 ist ein äußerst kostengünstiges Kunststoffgehäuse, wohingegen die Gehäuse 22 und 23 aus Aluminium bestehen. Housing 21 is an extremely cost-effective plastic housing, whereas the housing 22 and 23 are made of aluminum. Das Gehäuse 23 unterscheidet sich von dem Gehäuse 22 dadurch, dass es zwei getrennte Innenräume besitzt, von denen der eine Raum als Anschlussraum für die elektrischen Anschlussleitungen dient und eventuell eine Trennbarriere enthält, während der andere Raum die gesamte The housing 23 is different in that it has two separate interior spaces, one of which is a space as a terminal compartment for power cables and may contain a separation barrier, while the other room the whole of the housing 22

Elektronik des Sensors 1 enthält. includes sensor electronics. 1 Hintergrund für eine derartige Bauweise ist ein bestimmtes Explosionsschutzkonzept (Ex-Trennung). Background for such a construction is a specific explosion protection concept (Ex isolation).

Die in Fig. 2 dargestellten mechanischen Komponenten, die für den modularen Aufbau einer erfindungsgemäßen Sensorplattform benötigt werden, können erfindungsgemäß beliebig miteinander kombiniert und ausgetauscht werden. The features shown in FIG. 2, the mechanical components that are required for the modular construction of a sensor platform according to the invention, can be combined and exchanged as desired according to the invention. Um diesen modularen Aufbau zu gewährleisten, sind die mechanischen Komponenten an ihren Schnittstellen mechanisch untereinander so ausgeführt, dass jedes Gehäuse 21 bis 23 mit jedem Flansch 31 bis 33 und mit jedem Sensorelement 41 bis 48 kombiniert werden kann. To ensure this modular structure, the mechanical components are mechanically pressure adapted to their interfaces that each housing 21 can be combined to 23 with each flange 31 to 33 and with each sensor element 41 to 48th

Im Gegensatz zu der Fig. 2 sind in der Fig. 3 hauptsächlich die elektrischen Funktionseinheiten, die untereinander nach bestimmten Regeln kombinierbar sind, dargestellt. In contrast to the Fig. 2 are shown in FIG. 3 mainly the electrical functional units, which can be combined with one another according to certain rules, is shown. Hierin sind analog zu der Fig. 2 die verschiedenen Sensorelemente 41 bis 48 dargestellt. Herein are analogous to the Fig. 2, the various sensor elements 41 to 48 shown. Einem jeden Sensorelement 41 bis 48 ist eine entsprechende To each sensor element 41 to 48 has a corresponding

Sensorelektronikeinheit 71 bis 79 zugeordnet. Sensor electronics unit 71 to 79 assigned. Die das Laufzeitverfahren nutzenden eng verwandten Sensorelemente 41 bis 43 benötigen jeweils eine durch eine Echo Verarbeitungseinheit 74 ergänzte Sende- und Empfangsschaltung 71 bis 73, die aufgrund der Verwandtschaft der zu empfangenden Signale sehr ähnlich ausgebildet sind. The the transit time method-using closely related sensor elements 41 to 43 each require a supplemented by an echo processing unit 74 transmitting and receiving circuit 71 to 73, which are formed very similar due to the relationship of the signals to be received. Durch die enge Verwandtschaft der empfangenen Echosignale kann in diesem Fall die Echoverarbeitungseinheit 74 identisch ausgebildet sein; The close relationship of the received echo signals, the echo processing unit 74 may be configured identically in this case; derartige Echoverarbeitungseinheiten 74 wurden beispielsweise von der Firma VEGA Grieshaber KG entwickelt und werden unter dem Markennamen ECHOFOX ® vertrieben. Such echo processing units 74 for example, were developed by the company VEGA Grieshaber KG and are sold under the brand name ECHOFOX ®. Die Schaltungs- und Signalverarbeitungskonzepte dieser Laufzeit- « Füllstandssensoren sind dem Fachmann hinreichend bekannt, weshalb hier auf eine weitere Ausführung verzichtet und auf die Literatur "radar level measurement", Peter Divine, 2000, ISBN 0-9538920-0-X verwiesen wird. The circuit and signal processing concepts of maturity "level sensors are well known to those skilled, why we will not further embodiment and to the literature" radar level measurement ", Peter Divine, 2000, ISBN 0-9538920-0-X is referenced. Ergebnis der Signal Verarbeitung 47 ist beispielsweise ein Messwert für die Entfernung zwischen Sensor 1 und Füllgutoberfläche. Result of signal processing 47 is for example a measure of the distance between sensor 1 and the product surface.

Das kapazitive Sensorelement 44 zur kontinuierlichen Füllstandsmessung sowie das Sensorelement 48 zur Grenzstandsmessung sind eng verwandt, weshalb beide mit identischen oder zumindest teilweise identischen Sensorelektronikeinheiten 75 und 79 kombiniert werden können. The capacitive sensor element 44 for continuous level measurement and the sensor element 48 for level measurement are closely related, so both can be combined with identical or at least partially identical sensor electronics units 75 and 79th Dadurch ist eine weitere Standardisierung und Reduzierung der vorzusehenden Hardwarekomponenten für eine Sensorplattform möglich. This further standardization and reduction of hardware to be provided components for a sensor platform is possible.

Das gleiche gilt prinzipiell für die Sensorelemente 45 und 46 zur Druck- bzw. Differenzdruckmessung mit ihren zugehörigen Sensorelektronikeinheiten 76 und 77, die beispielsweise ebenfalls eine Kapazität, z. B. die eines Tauchkondensators, ermitteln. The same applies in principle for the sensor elements 45 and 46 to the pressure or differential pressure measurement with its associated sensor electronics units 76 and 77, for example, also a capacity for. B. determine the dip of a capacitor. Somit können die Sensorelektronikeinheiten 75, 76, 77 und 79 identisch oder zumindest teilweise identisch ausgeführt werden. Thus, the sensor electronics units 75, 76, 77 and 79 are identical or at least run partially identical.

Für die Vibrationsgrenzstandsmessung wird das Sensorelement 47 (z. B. Schwinggabel) von einer Sensorelektronikeinheit 78 zu Schwingungen angeregt und bezüglich der Amplitude, Frequenz und/oder Phasenlage der ausgeführten Schwingungen ausgewertet. For the vibration limit level measurement, the sensor element 47 (z. B. tuning fork) is excited by a sensor electronics unit 78 to vibrate and evaluated with respect to the amplitude, frequency and / or phase position of the vibrations executed.

Erfindungsgemäß liefern damit alle Sensorelektronikeinheiten 74 bis 79 einen standardisierten elektrischen Messwert 8, der in vorbekannter Weise mit dem zu ermittelnden Behälterfüllstand korreliert. According to the invention thus provide all sensor electronics units 74 to 79 a standardized electrical measure 8, which correlates in previously known manner with the to be determined vessel level. Wie bereits beschrieben, besitzen zum Zwecke dieser Signalstandardisierung die Sensorelektronikeinheiten 71 - 79 beispielsweise einen Mikroprozessor mit entsprechender Peripherie (RAM, ROM, EEPROM, Analog-Digital- Wandler), Verstärker, Filter und weitere Peripherieeinheiten. As already described, possess for the purpose of this signal standardizing the sensor electronics units 71-79, for example, a microprocessor with corresponding peripherals (RAM, ROM, EEPROM, analog-digital converter), amplifiers, filters, and other peripherals. Da der elektrische Messwert 8 erfindungsgemäß für alle Sensorelektronikeinheiten 74 bis 79 standardisiert ist, kann dieser Messwert 8 von einer für alle Sensorelektronikeinheiten 74 bis 79 identischen Auswerteeinheit 10 in einen Ausgabewert 12 verwandelt werden, der genau der gesuchten Füllstandinformation entspricht. Since the electrical measured value is 8 inventively standardized for all sensor electronics units 74 to 79, this measured value can be 8 transforms from an identical for all sensor electronics units 74 to 79 evaluation unit 10 into an output value 12, corresponds exactly to the desired level of information. Diese Information lautet beispielsweise bei den Grenzstandsensoren "Grenzstand ist erreicht", bei den kontinuierlich messenden Sensoren ist diese Information beispielsweise der Befüllungsgrad des Behälters in Form eines prozentualen Wertes. This information is for example at the level sensors "point level is reached", this information of the degree of filling of the container with the continuously measuring sensors, for example, in the form of a percentage value.

Zur Umwandlung des Messwerts 8 in den Ausgabewert 12 greift die Auswerteeinheit 10 auf gespeicherte sensorspezifische Informationen über den Zusammenhang zwischen Messwert 8 und interessierender physikalischer Größe zurück. To convert the measured value 8 in the output value 12 10 engages the evaluation back to stored sensor-specific information about the relationship between the measured value 8 and caring physical size. Diese gespeicherten Informationen sind beispielsweise Kalibrier- und Abgleichwerte, die während eines Kalibriervorgangs zum Ende der Sensorherstellung und eines Abgleichvorgangs bei der Sensor-Inbetriebnahme an seinem Einsatzort ermittelt werden. This stored information, for example, calibration and adjustment values, which are determined at its place of use during a calibration procedure the end of the sensor and production of a calibration procedure at the sensor start-up. Für einen Mikrowellen-Füllstandsensor beispielsweise sind die Kalibrierwerte der Entfernungs-Nullpunkt und die Zuordnung Messwert 8 zur Sensorentfernung, dh ein Steigungswert. For a microwave level sensor, for example, the calibration of the range-zero and assigning reading 8 to sensor distance, ie, a slope value. Die Abgleichwerte enthalten die Information bezüglich des Behälters und der Einbauposition des Sensors 1 , welche die Zuordnung der Entfernungswerte Sensor - Füllgut zum Befüllungsgrad des Behälters erlauben. The calibration values include information relating to the vessel and the installation position of the sensor 1, the assignment of the distance values Sensor - allow filling material to the filling level of the container. Ist dieser Zusammenhang aufgrund der Behältergeometrie nicht linear, so ist hier zusätzlich eine behälterspezifische Linearisierung erforderlich. Is this context due to the container geometry nonlinear, so a tank linearization here is additionally required.

Die benötigten Kalibrier- und Abgleichwerte werden dem Sensor 1 von außen über die Kommunikationseinheit 13 zugeführt und gelangen über den Informationskanal 14 zur Auswerteeinheit 10. Außerdem gelangen auf diesem Weg bei Bedarf auch weitere Informationen zur Parametrierung des Sensors 1 in die Auswerteeinheit 10, damit diese optimal an seine Aufgaben angepasst werden kann. The calibration and adjustment values needed are the sensor 1 is supplied from the outside via the communication unit 13 and pass via the information channel 14 to the evaluation unit 10. In addition, access in this way, if necessary, further information on the parameter of the sensor 1 in the evaluation unit 10, so that it optimally can be adapted to its tasks. Umgekehrt kann die Auswerteeinheit 10 bei Bedarf nicht nur die Information über den erforderlichen Ausgabewert 12, sondern auch zusätzlich vorliegende Informationen, wie beispielsweise Selbstdiagnosewerte des Sensors 1, bereitstellen. Conversely, the evaluation unit 10 as required to provide not only the information on the required output value 12, but also additionally present information, such as self-diagnostic values of sensor 1.

Derart hoch entwickelte Sensoren benötigen gegebenenfalls auch einen Parameteraustausch zwischen Auswerteeinheit 10 und Sensorelektronikeinheit 7 über den Informationsweg 8 bzw. 11. Such sophisticated sensors also may need a parameter exchange between evaluation unit 10 and sensor electronics unit 7 via the information path 8 and 11 respectively.

Die Kommunikationseinheit 13 enthält verschiedene Komponenten 131 bis 136, die, wie schon erwähnt, den Informationsaustausch des Sensors 1 mit der Außenwelt, beispielsweise einer Prozessleitstelle 15, ermöglichen. The communication unit 13 includes various components 131 to 136, which, as already mentioned, the exchange of information of the sensor 1 to the outside world, for example, a process control system 15 allow. Die Einbindung des Sensors 1 in das Prozessleitsystem 15 erfolgt beispielsweise über gängige Feldbussysteme wie einen Profibus PA, Fieldbus Foundation, Industrial Ethernet oder HART. The integration of the sensor 1 in the process control system 15 takes place for example via common fieldbus systems such as Profibus PA, Foundation Fieldbus, or HART Industrial Ethernet. Die entsprechenden Komponenten 132, 133 und 134 hierfür sind hierfür hard- und softwaremäßig in der Kommunikationseinheit 13 implementiert. The respective components 132, 133 and 134 of these are for this purpose by hard- and software implemented in the communication unit. 13

Eine weitere übliche Anbindung an ein Prozessleitsystem 15 ist der analoge 4 - 20 mA Stromausgang 131. Bei sogenannten "loop powered" Sensoren ist zur Reduzierung des Leitungsaufwands die gleichzeitige Ausnutzung eines Leitungspaares zur Versorgung mit elektrischer Energie und zur Übertragung der Informationen üblich. Another common connection to a process control system 15 is the analog 4 - 20 mA current output 131. In so-called "loop powered" sensors to reduce the management burden simultaneous utilization of a line pair for supplying electrical power and for transmitting the information is common.

Bei Bedarf kann der Sensor 1 neben der Einbindung ins Prozessleitsystem 15 eine zusätzliche Schnittstelle, beispielsweise in Form einer seriellen IIC-Bus-Schnittstelle If necessary, the sensor 1 may in addition to the integration into the process control system 15 an additional interface, for example in the form of a serial IIC bus interface

135, besitzen, über die mit dem Sensor 1 vor Ort über einen angeschlossenen Computer kommuniziert werden kann. 135, have, on the sensor 1 can be communicated via a connected computer locally. Eine optionale Anzeige- und Bedieneinheit An optional display and control unit

136, die im Sensor 1 oder auch getrennt von diesem platziert werden kann, kommuniziert ebenfalls über die IIC-Bus-Schnittstelle 135. 136, which can be placed in the sensor 1, or separated from it, also communicates via the IIC bus interface 135th

Das Netzteil 16 wird von außen entweder über separate Leitungen oder die gemeinsam zur Informationsübertragung genutzte Leitung mit elektrischer Energie versorgt und stellt die geregelte Spannungen 17, vorzugeweise 3V und 5V. The power supply 16 is supplied from the outside either via separate lines or shared to the information transmission line with electrical energy and provides the regulated voltages 17, vorzugeweise 3V and 5V. für die einzelnen Hardwarekomponenten zur Verfügung. for the individual hardware components.

Bisher wurden die rein funktionalen Einheiten der Sensorplattform beschrieben. So far the purely functional units of the sensor platform have been described. Bei der praktischen Umsetzung führt das hier vorgestellte funktioneile Plattform- Konzept für Füllstandsensoren zu folgenden Hardwarekomponenten: In the practice of the presented here functional platform concept for level sensors leads to the following hardware components:

Ein standardisiertes Netzteil mit einer Kombination aus Spannungsversorgungseinheit und Kommunikationseinheit in alternativen Ausführungen, ein standardisiertes Digitalteil mit Sensorelektronikeinheit und Mikroprozessor einschließlich zugehöriger Peripherie zur Ausführung einzelner Funktionen, eine optionale Standard-Anzeige- und Bedieneinheit sowie teils standardisierte, teils individuelle Hardwarekomponenten mit Sensorelektronikeinheit. A standardized power supply with a combination of power supply unit and communication unit in alternative embodiments, a standardized digital part with sensor electronics unit and microprocessor including associated peripheral for execution of individual functions, an optional standard display and control unit and partly standardized, partly custom hardware components with sensor electronics unit. Die Komponenten bilden die elektronischen Hardware-Grundlage der "Sensor- Plattform". The components form the basis of electronic hardware "sensor platform". Der Mikroprozessor lässt sich flexibel mit sowohl standardisierten als auch individuellen Softwaremodulen ausrüsten. The microprocessor can be equipped flexibly with both standardized and individual software modules. Beispiele hierfür sind ein Softwaremodul zur Kommunikation, eines zur Messwert-Auswertung und eines angepasst zur Sensorsignalverarbeitung. Examples include a software module for communication, one for measured data analysis and a customized sensor signal processing.

Die Fig. 4 zeigt den "Baukasten" für die elektronischen Hardwarekomponenten, die für den modularen Aufbau der Sensor-Plattform erforderlich sind. Fig. Figure 4 shows the "kit" for the electronic hardware components which are required for the modular construction of the sensor platform. Die gesamte Elektronik besteht dabei aus minimal zwei (Netz- und Digitalteil), maximal jedoch aus vier bestückten Leiterplatten, die erfindungsgemäß derart gestaltet sind, dass sie nach bestimmten Gesichtspunkten sinnvoll miteinander kombinierbar sind. The entire electronics consists of a minimum of two (network and digital part), with a maximum of four printed circuit boards, which are designed according to the invention such that they can be combined sense according to specific angles. Hierfür weisen die Komponenten, die gleiche Funktionen übernehmen, jeweils gleiche mechanische Abmessungen auf. For this purpose, the components that carry out similar functions, in each case the same mechanical dimensions.

Als Netzteil stehen drei verschiedene Ausführungsformen 161 - 163 mit einheitlichen mechanischen Abmessungen zur Verfügung: Ein Zweileiter-Netzteil 161 zur Anbindung an eine 4 - 20 mA-Zweileiter-Prozessregelschleife, eventuell mit zusätzlicher HART-Kommunikation, ein Vierleiter-Netzteil 162 mit einem Leiterpaar zur Versorgung und einem Leiterpaar zur Messwertausgabe und ein Feldbus-Netzteil 163 zur Anbindung an einen Profibus PA oder Fieldbus Foundation, Industrial Ethernet oder HART. As power supply, three different embodiments 161-163 with uniform mechanical dimensions are available: A two-wire power supply 161 for connection to a 4 - 20 mA two-wire process control loop, possibly with additional HART communication, a four-wire power supply 162 with a pair of conductors to supply and a conductor pair for measured value output and a fieldbus power supply 163 for connection to a Profibus PA or Foundation fieldbus, Industrial Ethernet or HART. Die verschiedenen Digitalteile 101 - 106 unterscheiden sich jeweils bezüglich der verwendeten Messverfahren. The different digital parts 101-106 each differ with respect to the measuring method used. Wälirend die aufwendigeren Messverfahren 101 - 103 (Mikrowelle, Ultraschall oder TDR) jeweils eine Platine mit zusätzlicher Sensorelektronikeinheit 71 - 73 benötigen, ist bei den einfacheren Messverfahren mittels Druck, Kapazität oder Vibration die Sensorelektronikeinheit auf der gleichen Digitalplatine 104 - 106 wie die Mikroprozessor-Funktionseinheit angeordnet. Wälirend the complicated measuring methods 101-103 (microwave, ultrasonic or TDR) each have a board with additional sensor electronics unit 71-73 need, in the simpler measurement method by means of pressure, capacity or vibration, the sensor electronics unit on the same digital board 104-106 as the microprocessor-functional unit arranged.

Optional wird eine extra gehauste Anzeige- und Bedieneinheit 136 jeweils zur Elektronikbaugruppe des Sensors 1 hinzugefügt und komplettiert diese. Optional extra gehauste display and control unit 136 is in each case added to the electronic assembly of the sensor 1 and completes this.

Der erfindungsgemäße modulare Aufbau einer Sensorplattform basierend auf dem soeben beschriebenen "Baukasten" wird im folgenden anhand zweier konkreter modular aufgebauter Sensoren detailliert erläutert. The inventive modular structure of a sensor platform based on the "building block" just described is explained in detail below with reference to two concrete modular sensors.

In den Fig. 5 und 6 sind die Funktionsblöcke der einzelnen Platinen und deren Verbindungen untereinander für einen Zweileiter-Mikrowellen-Sensor (Fig. 5) und einen kapazitiven Zweileiter-Sensor (Fig. 6) dargestellt. In FIGS. 5 and 6 and a capacitive two-wire sensor (Fig. 6) are the functional blocks of the individual boards and their interconnections for a two-wire microwave sensor (5 Fig.) Shown.

Das für beide Sensoren identische Zweileiter-Netzteil 161 bietet Anschlussmöglichkeiten für die 4 - 20 mA Zweileiter-Stromschleife 131, über die bekanntlich der Sensor nicht nur den Messwert ausgibt, sondern auch mit Energie versorgt wird. The identical for both sensors Two-wire power supply 161 provides connectivity for a 4 - 20 mA two-wire current loop 131, over the known, the sensor not only outputs the measured value, but is also supplied with energy. Das Netzteil 161 weist zwei IIC-Bus-Schnittstellen 135 auf, die zum Anschluss einer optionalen internen und / oder externen Anzeige-Bedieneinheit 136 oder eines Computers dienen. The power supply 161 comprises two IIC bus interface 135 that are used to connect an optional internal and / or external display control unit 136 or a computer. Alle Ein- und Ausgänge des Netzteils sind durch entsprechende Maßnahmen im Hinblick auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) und Explosionsschutz geschützt. All inputs and outputs of the power supply are protected by appropriate measures with regard to electromagnetic compatibility (EMC) and explosion. Das Netzteil 161 enthält eine Stromstufe 1611, die von der Digitalplatine Information über den Messwert erhält und den auf der Zweileiterschleife fließenden Strom entsprechend zwischen 4 und 20 mA regelt. The power supply 161 includes a power stage 1611 receives from the digital board information on the measured value and the current flowing on the two-wire loop power controls, respectively, between 4 and 20 mA.

Die an der 4 - 20 mA Zweileiter-Stromschleife anstehende Eingangsspannung wird über zwei DC/DC-Wandler 1612, 1613 in stabilisierte Spannungen von 3 V und 5V gewandelt und dem Digitalteil bereit gestellt. The participants in the 4 - 20 mA upcoming two-wire current loop input voltage is more than two DC / DC converters 1612, 1613 converted into stabilized voltages of 3V and 5V and the digital part provided. Über das HART-Modem 1614 werden digitale Informationen auf den Zweileiterstrom aufmoduliert bzw. von dort ankommende Informationen demoduliert. About the HART modem 1614 digital information modulated onto the two-wire current and demodulates therefrom incoming information. Über die Kommunikationsleitungen werden diese Informationen zwischen dem HART-Modem und dem Mikroprozessor ausgetauscht. Via the communication lines, this information is exchanged between the HART modem and the microprocessor.

Das Digitalteil 101 bzw. 105 enthält für beide Sensoren einen identischen The digital section 101 or 105 contains sensors for both an identical

Mikroprozessor 1011 einschließlich Peripherie (RAM 1012, ROM 1013, EEPROM 1014, A/D- Wandler 1015) und einen sich durch die Sensorelektronikeinheit unterschiedlichen Teil. Microprocessor 1011 including peripherals (RAM 1012, ROM 1013, EEPROM 1014 A / D converter 1015) and is different by the sensor electronics unit portion. Der Unterschied besteht darin, dass für den Zweileiter- Mikrowellen-Sensor eine zusätzliche Platine 71 mit Sensorelektronikeinheit notwendig ist. The difference is that an additional board 71 having electronic sensor unit is necessary for the two-wire microwave sensor. Das dort enthaltene HF-Modul 711 erzeugt ein Sendesignal, das über das Sensorelement 4 in Richtung Füllgutoberfläche abgestrahlt wird. The RF module 711 included therein, generates a transmission signal which is emitted via the sensor element 4 in the direction of the product surface. Die von dort reflektierte Welle wird wieder von dem Sensorelement 4 empfangen und im Empfänger des HF-Moduls 711 beispielsweise in eine andere Frequenz- oder Zeitebene transformiert. The thence reflected wave is again received by the sensor element 4 and, for example, transformed in the receiver of the RF module 711 to another frequency or time domain. Die Takte für den Sende- und Empfangsteil werden von der Pulsaufbereitung 712 in der Sensorelektronikeinheit 71 generiert, die wiederum über Steuerleitungen mit dem Mikroprozessor 1011 in Verbindung steht. The clocks of the transmitting and receiving part are generated by the pulse processing 712 in the sensor electronics unit 71, which in turn is connected via control lines to the microprocessor 1011 in connection. Über diese Steuerleitungen sind die Parameter des HF-Moduls 711 wie zB Aktivierung / Deaktivierung der Sensorelektronikeinheit 71 oder Differenz zwischen Sende- und Empfangstakt einstellbar. About this control leads to the RF module 711 parameters such as enabling / disabling the sensor electronics unit 71 or difference between transmitting and receiving clock set. Die aus dem Empfangsteil kommende sogenannte Zwischenfrequenz (ZF) wird, nach Verstärkung, über einen Logarithmierer 1016, der die Zwischenfrequenz zusätzlich noch demoduliert, als logarithmische Hüllkurve, die die Intensität der Reflexionen über der Zeit darstellt, dem A/D- Wandler 1015 zugeführt. The coming out of the receiving part so-called intermediate frequency (IF), after amplification, via a logarithmic amplifier 1016 of the intermediate frequency additionally demodulated as a logarithmic envelope that represents the intensity of the reflections on the time, the A / D supplied to converter 1015th Nach der Analog-Digital- Wandlung der diskreten Hüllkurvenwerte werden diese vom Mikroprozessor 1011 im RAM zwischengespeichert und hinsichtlich des Ortes der Reflexion von der Füllgutoberfläche ausgewertet. After analog-digital conversion of the discrete envelope values these are cached by the microprocessor 1011 in RAM and evaluated by the product surface to the place of reflection. Mit Hilfe der im EEPROM gespeicherten Abgleich- und Kalibrierwerte kann der Mikroprozessor 1011 der ermittelten Entfernung zur Füllgutoberfläche einen Grad der Behälterbefüllung zuweisen. Using the data stored in EEPROM Adjustment and calibration of the microprocessor 1011 of the determined distance to the product surface can assign a degree of vessel filling. Daraus ergibt sich schließlich der Wert des einzustellenden Schleifenstroms, der wie bereits erwähnt an die Stromstufe 1611 des Netzteils 161 übermittelt wird. This finally gives the value of selected loop current, which is transmitted as mentioned at the current stage of the power supply 1611 161st

In der Fig. 6 ist der kapazitive Zweileiter-Sensor dargestellt, der exakt das gleiche Netzteil 161 wie der in der Fig. 5 beschriebene Zweileiter-Mikrowellen-Sensor enthält. In FIG. 6, the capacitive two-wire sensor is shown, which includes exactly the same power supply 161 as that described in FIG. 5, two-wire microwave sensor. Ebenso ist der Mikroprozessor 1011 einschließlich der zugehörigen Also, the microprocessor 1011, including the associated

Peripherie (1012 - 1015) gleich, wodurch natürlich auch die Schnittstelle zwischen Netzteil 161 und Digitalteil 101 identisch ist. Peripheral (1012 - 1015) the same, which of course also the interface between the power supply 161 and digital section 101 is identical.

Der sensorspezifische Schaltungsteil findet bei diesem kapazitiven Sensor komplett auf dem Digitalteil 105 Platz, so dass hier auf eine zusätzliche Platine mit The sensor-specific circuit portion takes place at this capacitive sensor completely in the digital section 105 place so that here with an additional board

Sensorelektronikeinheit verzichtet werden kann. Sensor electronic unit can be dispensed with. Die Kapazität des Sensorelements 4 (Elektrode) wird über den Kapazitäts-Spannungswandler 1056 in ein Spannungssignal umgewandelt, das über den A/D- Wandler 1015 dem Mikroprozessor 1011 zugänglich wird. The capacitance of the sensor element 4 (electrode) is converted by the capacitance-to-voltage converter 1056 into a voltage signal, which is accessible via the A / D converter 1015 to the microprocessor 1011th Analog zum Mikrowellensensor wird der die aktuelle Kapazität repräsentierende Spannungswert mit den im EEPROM 1014 gespeicherten Kalibrier- und Abgleichwerten verglichen und daraus der Befüllungsgrad des Behälters abgeleitet. Analogous to the microwave sensor of the current capacity representing voltage value is compared with the calibration and adjustment values stored in the EEPROM 1014 and derived from the degree of filling of the container.

Die Funktionsweise der Sensorelektronikeinheit (Kapazitäts-Spannungswandlung) ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird hier nicht weiter erläutert. The operation of the sensor electronics unit (capacitance-voltage) conversion is known from the prior art and will not be explained further here. Fig. 7 zeigt den Zusammenbau des Mikrowellensensors gemäß Fig. 5 mit den wesentlichen Komponenten. Fig. 7 shows the assembly of the microwave sensor shown in FIG. 5 with the essential components. Sensorspezifische Komponenten sind hier nur das Sensorelement 4 (Homantenne) und die Platine mit der Sensorelektronikeinheit 71. Der Prozessanschluss 31, das Gehäuse 22 mit Deckel 22', das Innengehäuse 8 mit Deckel 8', die Digitalplatine 101, die Spannungsversorgungseinheit oder Netzteil 161 und das Anzeige- und Bedienmodul 136 sind universell für die betreffende Plattform einsetzbar, so dass für den entsprechenden kapazitiven Zweileitersensor gemäß der Fig. 6 die exakt identischen Komponenten verwendet werden können. Sensor-specific components are here only the sensor element 4 (horn antenna) and the circuit board with the sensor electronics unit 71. The process connection 31, the housing 22 with cover 22 ', the inner case 8 with lid 8', the digital board 101, the power supply unit or power supply unit 161 and the indicating and adjustment module 136 can be universally used for that platform, so that for the corresponding capacitive two-wire sensor according to FIG. 6, the exactly identical components can be used.

In der Fig. 8 wird der große Vorteil, der sich in der Modularität des Systems begründet, deutlich. In FIG. 8 is the great advantage of is due to the modularity of the system, clearly. Im wesentlichen zeigt die Fig. 8 einen gegenüber dem Mikrowellensensor der Fig. 7 nur geringfügig abgeänderten Sensor, obwohl es sich bei dem in Fig. 8 dargestellten Sensor um einen TDR-Sensor handelt. Essentially, Figure 8 shows the FIG. One opposite the microwave sensor of FIG. 7 only slightly modified sensor, although it is the sensor shown in Fig. 8 is a TDR sensor. Waren gemäß dem Stand der Technik, um einen Sensor umzurüsten, erhebliche Änderungen sowohl an der Elektronik als auch an den mechanischen Bauteilen des Sensors erforderlich, so hat sich im vorliegenden Falle die Umrüstung im wesentlichen auf den Austausch des Sensorelements reduziert. Goods required by the prior art to convert a sensor, significant changes to both the electronics and the mechanical components of the sensor, the conversion has been substantially reduced to the replacement of the sensor element in the present case. Eine derart einfache Sensorumrüstung ist, wie bereits ausgeführt, auf die Vereinheitlichung der Abmessungen der sich entsprechenden mechanischen und der elektronischen Baueinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung zurückzuführen. Such a simple sensor conversion is, as already mentioned, due to the standardization of the dimensions of corresponding mechanical and electronic units according to the present invention.

In der Fig. 8 werden aufgrund der Schnittdarstellung die einzelnen Komponenten deutlicher sichtbar. In FIG. 8, the individual components are more clearly visible because of the sectional illustration. Wie bereits angedeutet wurde hier für den TDR-Sensor gegenüber dem Mikrowellensensor der Fig. 7 die Homantenne 41 durch eine Staboder Seilsonde 43 ersetzt. the horn antenna As has been indicated here for the TDR sensor opposite the microwave sensor of Fig. 7 41 replaced by a rod or cable probe 43. Die Stab- oder Seilsonde befindet sich passgenau in den Prozessanschluss 32 eingefügt und wird von der Digitalplatine 101 mit Signalen gespeist, bzw. stellt die reflektierten Signale der Digitalplatine zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. The rod or cable probe is fit into the process connection 32 is inserted and is fed by the digital board 101 with signals, and provides the reflected signals of the digital board for further processing. Wie hier zu erkennen ist, ist der Prozessanschluss 32 mehrteilig aufgebaut, wobei die einzelnen Teile durch O-Ringe gegeneinander abgedichtet sind, um einen Flüssigkeits- oder Gasaustausch mit dem Sensorgehäuseinnenraum oder der Umgebung zu vermeiden. As can be seen here, the process connection 32 is constructed in several parts, the individual parts are sealed by O-rings against each other, to avoid a liquid or gas exchange with the sensor housing interior space or environment.

Der Prozessanschluss 32 ist seinerseits in das Gehäuse 22 eingefügt und ebenfalls mit einem O-Ring in der Fuge zum Gehäuse abgedichtet. The process connection 32 is in turn inserted into the housing 22 and also sealed with an O-ring in the groove for housing. Das Gehäuse 22 weist zumindest einen Innenraum auf, in den das Innengehäuse 28 eingefügt ist, das die Sensorelektroniken Digitalplatine 101, Netzteil 161 und Sensorelektronikeinheit 71 aufnimmt. The housing 22 has at least an internal space into which the inner housing 28 is inserted, which receives the sensor electronics digital board 101, power supply 161 and sensor electronics unit 71st Das Gehäuse ist an seiner Oberseite mit dem Gehäusedeckel 22' verschließbar und gegen das Gehäuse 22 mit einem O-Ring abgedichtet. The housing is sealed at its upper side with the housing cover 22 'closed and against the housing 22 with an O-ring. In den Gehäusedeckel ist in der vorliegenden Ausfuhrungsform ein Anzeige-Bedienmodul integriert, welches über die Schleifkontakte 51 mit der Sensorelektronik in Verbindung steht. In the housing cover a display control module is integrated in the present embodiment, which communicates with the sensor electronics in connection via the sliding contacts 51st

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Cooperative ClassificationG01D11/24, G01F23/284, G01F23/14, G01D5/54, G01F23/0061, G01D21/02, G01F23/2967, G01F23/263, G01F23/296, G01F23/00
European ClassificationG01F23/296, G01F23/296H2, G01F23/26B, G01D11/24, G01F23/14, G01F23/284, G01F23/00, G01D21/02, G01F23/00G, G01D5/54
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