内嵌传感器和流体管线系统技术方案

本发明专利技术涉及一种内嵌传感器和流体管线系统，内嵌传感器包括：可固定在流体管线的壁上的壳体；第一换能器，其用于检测包含在处理容器中的介质的主被测变量，所述换能器被集成到所述壳体中并被设计成生成取决于所述主被测变量的第一测量信号；以及连接到所述第一换能器的传感器电子器件，用于检测所述第一测量信号并被设计成处理所述第一测量信号；其中，所述内嵌传感器另外被设计成检测在所述处理容器中发生的压力波动。

Embedded Sensor and Fluid Pipeline System

【技术实现步骤摘要】
内嵌传感器和流体管线系统
本专利技术涉及一种可以被集成到流体管线中并被集成到流体管线系统的内嵌传感器。
技术介绍
流体管线系统可以形成气体或液体管线网络，例如，气体或饮用水供应网络。在此处和下文中，流体应理解为可流动介质，例如液体、液体混合物、分散体或悬浮液、气体或适用时包含气溶胶的气体或气体混合物。流体管线系统也可以是过程工业中的过程工厂的部件。在这种情况下，过程流体，例如过程液体或过程气体，在流体管线中输送。过程流体可用于例如生产过程产品，例如药剂、食品或化学产品。过程流体也可以是待处理的液体，例如，待处理的水，或在这种处理过程中使用的试剂。过程流体也可以是用于清洁流体管线系统的清洁或消毒剂，其在新的过程循环开始之前冲洗通过流体管线系统。其他可能的过程流体是在油输送/油制备领域或供油管道中出现的油或油/水混合物。使用在与阀相互作用的流体管线中产生过压或负压的泵或装置来输送流体通过流体管线系统。在此处和此后，阀指的是任何类型的阻挡元件，例如隔离阀、旋塞阀或各种类型的其他阀，其可选地，即取决于阻挡元件的位置，来阻挡或不阻挡通过流体管线的流体输送。根据流体管线系统的应用，这些阀可以手动或通过控制器自动地致动。在后一种情况下，阀包括可由控制器致动并将控制器的电信号转换成阀的机械运动的致动器。为了监测输送通过流体管线的流体的质量和数量，可以将内嵌传感器集成到流体管线中。这些传感器可以连接到可能提供用于致动阀的控制器，以便向控制器提供测量数据。控制器可以被设计成使用测量数据来控制或调节通过流体管线系统的流体输送，例如还用于控制或调节流体管线系统所属的过程工厂中的过程。这种内嵌传感器例如是温度传感器、液位传感器、流量传感器和分析传感器。除了产生取决于被测变量的测量信号的换能器之外，内嵌传感器还包括测量电子器件，所述测量电子器件根据测量信号确定被测变量的测量值。测量电子器件例如可以被设计成连接到换能器的发射器或测量换能器。发射器或换能器通常包括接口，其中它们可以根据标准通信协议将确定的测量值输出到上级单元，例如，如上所述的控制器。测量换能器可以具有带有显示器和输入装置的壳体，例如呈显示器、输入键或开关的形式。分析传感器通常包括换能器，所述换能器被设计成产生取决于分析被测变量的测量信号，尤其取决于测量流体中至少一种分析物的浓度的测量信号。分析物是包含在、尤其是溶解于测量介质中并且通过分析传感器确定和/或监测其在测量流体中的浓度的一种或多种物质。液位传感器的示例是基于电容或电导率测量的振动传感器或液位传感器。流量传感器的示例是磁感应流量传感器、基于科里奥利原理的质量流量传感器、超声波流量传感器、热流量传感器或涡流量传感器。分析传感器的示例是电导率传感器，尤其是导电或感应电导率传感器、密度和粘度传感器、pH传感器、离子选择性电极、溶解氧传感器、浊度传感器、气体传感器、被设计成基于光度吸收测量确定存在于光度测量路径中的物质的浓度的光度传感器、或光谱仪，尤其是拉曼光谱仪或NIR光谱仪。被设计为内嵌传感器的分析传感器具有集成到流体管线中的壳体。这些传感器的换能器被集成在所述壳体中，使得它可以检测包含在流体管线中或流过流体管线的流体的被测变量，所述流体管线通常与流体接触。具有测量换能器或发射器功能的测量电子器件可以与换能器位于共同的壳体中，或者远程定位并经由电缆连接到换能器。在流体管线系统中，压力波动，即在流体管线系统中存在的压力在短时间内相应发生浪涌状增加，是损坏的常见原因。压力波动也称为压力冲击。例如，流体管线本身以及阀、浮子、致动器或配件可能被这种压力波动损坏。压力波动通常由于空化而发生或当线路系统中的阀或配件被过快地和/或以非同步的方式被致动而发生。通常，不可能在早期阶段检测到这种压力波动，甚至无法系统地监测它们。因此，经常仅在症状上检测到损坏，例如当存在故障时，或在流体管线系统的日常维护工作进程期间。
技术实现思路
本专利技术的目的是能够记录和/或监测在流体管线系统中发生的压力波动。所述目的通过一种内嵌传感器和流体管线系统来实现。在下文中列出了有利的实施例。根据本专利技术的内嵌传感器包括-可固定在流体管线或容器的壁上的壳体；-第一换能器，其用于检测包含在流体管线或容器中的介质的主被测变量，所述换能器被集成到壳体中并被设计成生成取决于主被测变量的第一测量信号；以及-连接到第一换能器的传感器电子器件，用于检测第一测量信号并被设计成处理第一测量信号；其中，所述内嵌传感器另外被设计成检测在流体管线或容器中发生的压力波动。在上述流体管线系统的流体管线或容器中，经常提供内嵌传感器(inlinesensor)，以便监测并且(如果必要的话)控制或调节流体输送或流体被测变量，例如流体成分。通过设计这样的内嵌传感器本身来除主被测变量之外还检测压力波动或压力冲击，无需额外连接用于检测压力波动或压力冲击的另外的传感器，例如额外的压力传感器。这样可以简单地安装这种压力波动监测装置，特别是对现有设备中的流体管线系统进行简单的改装，因为对于压力波动或压力冲击监测而言，以任何方式提供用于监测流体被测变量的已经存在的测量点和通信基础设施也用于压力波动监测。为了检测压力波动，内嵌传感器可以具有用于检测次被测变量的第二换能器，所述换能器被集成到壳体中并被设计成生成取决于次被测变量的第二测量信号，其中作用在壳体上的压力变化，尤其是压力波动会影响次被测变量。通过将用于检测反映压力波动的次被测变量的第二换能器集成到内嵌传感器的壳体中，仅需要与流体管线的单个机械连接，以便既监测主被测变量也检测并记录压力波动。第二换能器可以是例如压力传感器、加速度传感器(例如3D加速度传感器)、应变仪或位置传感器(例如电容式位置传感器)。作为卫星支持的位置传感器的GPS传感器或磁力计也可以用作位置传感器。除了特别适用于根据本专利技术目的的特别容易获得的3D加速度传感器之外，电容式加速度传感器或根据压电效应操作的加速度传感器也可以用作加速度传感器。在有利实施例中，第二换能器可以是MEMS(微机电系统)传感器，例如MEMS压力传感器或MEMS加速度传感器。这种传感器仅具有小的空间需求并且可以有利地布置在传统的内嵌传感器的壳体的壁中或壁上。传感器电子器件可以至少部分地布置在包括第一换能器的壳体中。在一个可能的实施例中，它可以完全布置在此壳体中。或者，它可以分为集成在此壳体中的传感器电子器件的第一部分和布置在第二壳体(例如在远离包括第一换能器的壳体的壳体中)中的传感器电子器件的第二部分。传感器电子器件的第二部分可以通过无线电或通过电感、电容或光学耦合无线连接和/或电缆连接到传感器电子器件的第一部分。第二换能器可以例如被集成到壳体中，使得其被布置并固定在形成于壳体中的腔室内或壳体的壁中或壁上。例如，应变仪、加速度传感器或位置传感器可以被固定到壳体的壁的内侧或外侧，或者被封装(例如，铸造或注入)在壁内。如果内嵌传感器是具有参比电极的电位传感器，则第二换能器可以布置在腔室内，所述腔室用作壳体内的参比电极壳体并且通过传递(例如间隙或隔膜)与流体管线连通，使得在腔室内也可以检测到流体管线中发生的压力波动。在传感器电子器件的至少一部分被布置在内嵌传感器的壳体中的实施例中，可以在壳体中形成密封以防止液体和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内嵌传感器，包括：‑壳体，所述壳体能够固定在流体管线或容器的壁上；‑第一换能器，所述第一换能器用于检测包含在所述流体管线或所述容器中的介质的主被测变量，所述换能器被集成到所述壳体中并被设计成生成取决于所述主被测变量的第一测量信号；以及‑传感器电子器件，所述传感器电子器件被连接到所述第一换能器，所述传感器电子器件用于检测所述第一测量信号并被设计成处理所述第一测量信号；其中，所述内嵌传感器另外被设计成检测在所述流体管线或所述容器中发生的压力波动。

【技术特征摘要】
2017.12.22 DE 102017131076.21.一种内嵌传感器，包括：-壳体，所述壳体能够固定在流体管线或容器的壁上；-第一换能器，所述第一换能器用于检测包含在所述流体管线或所述容器中的介质的主被测变量，所述换能器被集成到所述壳体中并被设计成生成取决于所述主被测变量的第一测量信号；以及-传感器电子器件，所述传感器电子器件被连接到所述第一换能器，所述传感器电子器件用于检测所述第一测量信号并被设计成处理所述第一测量信号；其中，所述内嵌传感器另外被设计成检测在所述流体管线或所述容器中发生的压力波动。2.根据权利要求1所述的内嵌传感器，其中用于检测压力波动的所述内嵌传感器包括用于检测次被测变量的第二测量换能器，所述第二换能器被集成到所述壳体中并被设计成生成取决于所述次被测变量的第二测量信号，作用在所述壳体上的压力变化，尤其是压力波动影响所述次被测变量。3.根据权利要求2所述的内嵌传感器，其中所述第二换能器是压力传感器、加速度传感器，尤其是3D加速度传感器、应变仪或位置传感器，尤其是电容式位置传感器，或磁力计。4.根据权利要求2或3所述的内嵌传感器，其中所述第二换能器是MEMS压力传感器或MEMS加速度传感器。5.根据权利要求2至4之一所述的内嵌传感器，其中所述传感器电子器件被连接到所述第二测量换能器，用于检测所述第二测量信号并被设计成处理所述第二测量信号。6.根据权利要求1至5之一所述的内嵌传感器，其中，所述主被测变量是包含在所述流体管线或所述容器中的测量流体的分析被测变量、通过所述流体管线或所述容器的所述测量流体的质量或体积流量、所述流体管线或所述容器中的所述测量流体的温度、或所述流体管线或所述容器中的所述测量流体的料位。7.根据权利要求2至6之一所述的内嵌传感器，其中所述传感器电子器件以无线或有线方式被连接到上级数据处理单元以进行通信，所述传感器电子器件被设计成与所述上级数据处理单元通信，尤其是将所述第一测量信号和所述第二测量信号或包括从所述第一测量信号和所述第二测量信号导出的信息的信号输出到所述上级数据处理单元。8.根据权利要求2至7之一所述的内嵌传感器，其中所述传感器电子器件和/或所述上级...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼弗雷德·亚杰拉，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE