传感器和测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种用于液体和/或气体分析的传感器，包括用于产生测量信号的测量换能器，以及尤其是可分离地连接测量换能器的紧凑变送器，紧凑变送器被实现为接收和进一步处理测量信号，其中紧凑变送器包括：变送器壳体；被布置在变送器壳体内的变送器电路；被布置在变送器壳体内的第一接口，通过第一接口，变送器电路可通过连接电缆连接第一上级数据处理系统，尤其是被实现为上级控制系统的系统；和被布置在变送器壳体内的第二接口，其连接变送器电路和天线，并且被实现为向天线提供，或者通过天线接收无线电信号，无线电信号具有中心波长λ；其中天线包括辐射元件和至少一个金属镜元件，并且其中辐射元件具有λ/8至3λ/8，特别是例如λ/4的长度。

【技术实现步骤摘要】
传感器和测量装置
本专利技术涉及一种特别是用于过程测量技术的传感器和测量装置。
技术介绍
在过程测量技术中，特别是用于通过使用化学、物理或生物过程，从原材料或起始材料生产产品的化学过程或程序的自动化，和/或控制工业工厂的过程测量技术中，应用靠近过程安装的测量设备，即所谓的现场设备。例如，实现为传感器的现场设备能够监控过程测量变量，诸如压力、温度、流量、料位或液体和/或气体分析的被测变量，诸如pH值、传导率、特定离子和化学化合物的浓度和/或气体的浓度或分压。在过程安装中，频繁应用大量多种传感器。被布置在过程中的特定安装位置的传感器，例如被安装在特定安装位置，并且实现为记录一个或多个被测变量的传感器形成测量点。原则上，传感器包括测量换能器，测量换能器被实现为记录将被监控的被测变量，并且产生与被测变量的当前值相关的电测量信号。用于另外处理测量信号的是变送器电路，现今最通常为电子变送器电路，电子变送器电路还被实现为调节电测量信号，例如对其数字化，以将电测量信号转换为被测变量的测量值和/或转换为源自测量值的变量，并且在给定情况下，将电测量信号输出至上级单元。除了测量值形成和测量值转发之外，变送器电路还能够包括更广泛的功能。例如，变送器电路能够被实现为执行测量值的更广泛评估，或者执行传感器诊断，在该情况下，确定传感器的当前状态和/或做出关于传感器的剩余寿命的预测。在上述类型的传感器，特别是液体和气体分析领域的情况下，相应的变送器电路被频繁地连接上级数据处理系统，上级数据处理系统最通常被布置成远离相应的测量点，并且向上级数据处理系统转发相应的传感器产生的测量值、诊断相关数据或其它传感器数据。上级数据处理系统尤其能够包括一个或多个电子、过程控制器，例如被安装在现场的一个或多个测量变送器，过程控制计算机或可编程逻辑控制器(PLC)。至少局部地在这些工业测量装置中起频繁数据传输作用的是现场总线系统，诸如FOUNDATION现场总线、PROFIBUS、ModBus等等，或者例如也为基于以太标准的网络，以及相应的最通常应用的独立标准的传输协议。近年来，用于液体和气体分析的传感器具有变送器电路，变送器电路被容纳在可固定或可松开地连接测量换能器的紧凑壳体中。也将被容纳在紧凑壳体中的这种变送器电路称为紧凑变送器，该紧凑壳体固定或可松开地连接测量换能器，并且向至少一个上级单元提供至少部分测量变送器功能，特别是对测量信号的进一步处理，以及对处理的测量信号的转发，并且一方面可通过接口连接测量换能器，另一方面，连接上级数据处理单元。因而，从WO2005/031339A1已知一种液体传感器，该传感器通过耦接而连接测量变送器，并且进一步连接上级数据处理系统。传感器包括测量换能器，以及被容纳在与测量换能器固定连接的紧凑壳体中的传感器电路，该传感器电路具有：预处理电路，以预处理通过测量传感器产生的模拟测量信号；模拟/数字转换器，以将所记录的模拟测量信号转换为数字测量信号；和第一接口，以将数字测量信号传输至上级测量变送器。耦接包括传感器侧的初级耦接元件，和连接测量变送器的补充、次级耦接元件。第一接口被实现为，通过耦接将数字测量信号发送至测量变送器。次级耦接元件包括另一电子电路，该另一电子电路包括作为第一接口的补充的第二接口，该第二接口被实现为接收第一接口发送的测量信号。此外，第二接口能够通过耦接将数据以及能量发送至传感器的第一接口。在第一实施例中，次级耦接元件能够通过连接电缆连接测量变送器，从而进行数据通信。在第二实施例中，作为通过电缆连接测量变送器的接口的代替，次级耦接元件包括微控制器，微控制器连接具有天线的无线电模块，天线用于将数据传输至上级单元。不能从WO2005/031339A1已知下列实施例，在该实施例的情况下，紧凑变送器同时通过电缆连接和无线电连接与一个或多个上级数据处理系统通信。同样地，未给出关于次级耦接元件和天线细节的信息。在EP2233994A2中描述了一种测量装置，该测量装置包括智能过程传感器，该智能过程传感器可松开地连接紧凑电子模块。该过程传感器用于确定测量介质的至少一种化学或物理被测变量，并且除了用于记录该被测变量的测量换能器之外，还包括可单独连接测量换能器的电子单元。该电子单元包括：用于监控传感器状态的装置；用于对来自传感器单元的模拟测量数据数字化的装置；用于转发模拟和数字数据的装置；至少一个模拟接口和至少一个数字接口，以连接过程传感器和过程控制系统；以及测量介质和接口之间的电隔离。可单独连接测量换能器的电子单元用于处理测量数据，监控传感器状态并且存储传感器相关数据。电子模块用于根据由过程控制系统、或移动服务设备可处理的通信协议，通过一个或多个接口，将智能传感器提供的数据和诊断信息输出至例如过程控制系统，或者移动服务设备。电子模块包括具有存储器单元的微处理器、多个数字接口，以及用于将过程传感器的模拟信号转发至过程控制系统的设备。这些数字接口中的一个能够被设计成具有发送单元和天线的无线电接口。EP2233994A2未给出关于不同接口，包括无线电接口的确切实施例和布置的信息。在操作中，靠近过程或者甚至接触过程，在给定情况下，通过应用集成在过程容器壁内的可伸缩组件，安装具有用作紧凑变送器的电子单元的，用于液体或气体分析的这样的传感器。这种安装情况导致的位于紧凑变送器环境中的电介质的影响能够导致通过紧凑变送器的无线电接口所输出的，或者接收的无线电信号的信号质量退化。此时，在这些具有紧凑变送器的传感器的情况下，作为它们的紧凑构造的结果，用于无线电接口的天线系统的空间受限，当应存在传感器与上级单元的另外电缆连接时尤其如此。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种具有紧凑变送器的传感器，该紧凑变送器包括用于通过具有足够信号质量的无线电连接与上级数据处理系统，尤其是移动服务设备进行通信的装置，其利用尽可能紧凑的构造耦接。根据本专利技术，通过权利要求1限定的传感器实现该目的。用于液体和/或气体分析的本专利技术的传感器包括用于产生测量信号的测量换能器，以及尤其是可分离地与测量换能器的紧凑变送器连接，该紧凑变送器被实现为接收和进一步处理测量信号，其中该紧凑变送器包括：变送器壳体；被布置在变送器壳体内的变送器电路；被布置在变送器壳体内的第一接口，通过该第一接口，变送器电路可通过连接电缆与第一上级数据处理系统，尤其是被实现为上级控制系统的系统，连接；和被布置在变送器壳体内的第二接口，该第二接口连接变送器电路和天线，并且被实现为向天线提供无线电信号，或者通过天线接收无线电信号，该无线电信号具有中心波长λ，其中该天线包括辐射元件和至少一个金属镜元件，并且其中该辐射元件具有λ/8至3λ/8，特别是例如λ/4的长度。无线电信号包括预定中心频率，将被发送的一个或多个数据信号能够被调制到该预定中心频率上。中心频率相应于中心波长λ，中心波长λ由光速与中心频率的商(λ＝c/f)产生。液体或气体分析的传感器的过程接近或过程接触安装情况能够导致在测量操作中存在下列事实，即取决于传感器的测量任务，固定地或可松开地连接测量换能器的紧凑变送器暴露于多种电介质环境，或者在传感器的运行持续时间期间，暴露于可变电介质环境，例如由于湿度增大，在变送器壳体上形成的冷凝水，或者甚至本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于液体和/或气体分析的传感器，包括：用于产生测量信号的测量换能器，以及尤其是可分离地与所述测量换能器连接的紧凑变送器，所述紧凑变送器被实现为接收和进一步处理所述测量信号，其中所述紧凑变送器包括：‑变送器壳体；‑被布置在所述变送器壳体内的变送器电路；‑被布置在所述变送器壳体内的第一接口，通过所述第一接口，所述变送器电路可通过连接电缆与第一上级数据处理系统，尤其是被实现为上级控制系统的系统，连接；和‑被布置在所述变送器壳体内的第二接口，所述第二接口连接所述变送器电路和天线，并且被实现为向所述天线提供无线电信号，或者通过所述天线接收无线电信号，所述无线电信号具有中心波长λ，其中所述天线包括辐射元件和至少一个金属镜元件，并且其中所述辐射元件具有λ/8至3λ/8，特别是例如λ/4的长度。

【技术特征摘要】
2013.11.29 DE 102013113258.81.用于液体和/或气体分析的传感器，包括：用于产生测量信号的测量换能器，以及与所述测量换能器连接的紧凑变送器，所述紧凑变送器被实现为接收和进一步处理所述测量信号，其中所述紧凑变送器包括：-变送器壳体；-被布置在所述变送器壳体内的变送器电路；-被布置在所述变送器壳体内的第一接口，通过所述第一接口，所述变送器电路可通过连接电缆与第一上级数据处理系统连接；和-被布置在所述变送器壳体内的第二接口，所述第二接口连接所述变送器电路和天线，并且被实现为向所述天线提供无线电信号，或者通过所述天线接收无线电信号，所述无线电信号具有中心波长λ，其中所述天线包括辐射元件和至少一个金属镜元件，并且其中所述辐射元件具有λ/8至3λ/8的长度，其中所述变送器壳体具有至少一个圆柱形部分，其中所述变送器壳体内的至少一部分所述辐射元件和一部分所述连接电缆彼此面对地延伸，在每种情况下，都与所述变送器壳体的圆柱形部分的圆柱轴线间隔隔开。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第二接口被实现为，根据蓝牙标准，向所述天线提供无线电信号，和/或从所述天线接收所述无线电信号。3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述测量换能器和所述紧凑变送器通过可插连接器耦接彼此可分离地连接，并且其中所述紧凑变送器包括第三接口，所述第三接口被实现为，当所述测量换能器和所述紧凑变送器通过所述可插连接器耦接而连接时，就将从所述变送器电路获得的数据信号发送至所述测量换能器的互补接口，并且接收数据信号，并且将所述数据信号发送至所述变送器电路。4.根据权利要求1所述的传感器，其中所述变送器壳体具有外径小于30mm的至少一个圆柱形部分。5.根据权利要求1所述的传感器，其中所述天线实现为λ/4单极天线或F天线。6.根据权利要求4所述的传感器，其中所述变送器壳体内的至少一部分所述辐射元件和一部分所述连接电缆彼此面对地延伸，在每种情况下，都彼此平行地与所述变送器壳体的圆柱形部分的圆柱轴线间隔隔开。7.根据权利要求1所述的传感器，其中所述辐射元件被实现为被施加在至少一个电路卡上的导电迹线结构。8.根据权利要求7所述的传感器，其中所述辐射元件具有底部，辐射元件通过所述底部与所述第二接口连接，并且其中所述电路卡在所述底部的区域中具有铜结构，所述铜结构起部分匹配网络的作用，以补偿所述辐射元件和所述至少一个镜元件之间的电容耦合。9.根据权利要求7所述的传感器，其中所述至少一个镜元件包括被布置在所述电路卡的内层上的金属的接地面。10.根据权利要求7所述的传感器，其中所述第一接口被至少部分地布置在所述电路卡上，并且所述连接电缆通过至少一个焊接连接与所述电路卡固定地连接，其中所述第二接口包括HF电路部分，所述HF电路部分与所述第一接口被布置在同一电路卡上，并且其中所述HF电路部分和形成所述辐射元件的导体结构被布置在所述电路卡的上侧上，并且所述连接电缆的所述焊接连接被布置在与所述上侧相背的所述电路卡的下侧上。11.根据权利要求7所述的传感器，其中所述第二接口被布置在另外的电路卡上，所述另外的电路卡被布置成垂直于所述电路卡，在所述电路卡上形成导体结构，所述导体结构形成所述辐射元件。12.根据权利要求11所述的传感器，其中所述另外的电路卡被布置成与所述电路卡固定地连接。13.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：比约恩·哈斯，哈希姆·阿姆罗，斯特凡·罗布尔，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE