Сменный модуль для датчика жидкости или газа с гальванически развязанным передающим участком

Устройство предназначено для измерения рН-значений или окислительно-восстановительных потенциалов, температур, проводимостей или мутности жидкостей. Датчик жидкости или газа выполнен из сенсорного модуля SM и головки SMK сенсорного модуля с возможностью соединения между собой путем вставки друг в друга. В собранном состоянии они обеспечивают обмен данными и энергией через гальванически развязанный передающий тракт. Предусмотрен сменный модуль ST2, отличающийся от модуля SM отсутствием чувствительного элемента MD и наличием цифроаналогового преобразователя DA. Данный модуль выполнен с возможностью соединения с головкой SMK сенсорного модуля и служит для симуляции измеренного значения. Технический результат заключается в возможности симуляции измеряемых значений. Такая симуляция необходима для тестирования всей информационной цепочки между головкой SMK и центральным постом. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к сменному модулю для датчика жидкости или газа согласно ограничительной части п.1 формулы. Датчики жидкости или газа используются для измерения рН-значений или окислительно-восстановительных потенциалов, температур, проводимостей или мутности жидкостей.

Уровень техники

Ниже речь будет идти в основном о потенциометрических датчиках, например датчиках жидкости или газа. Потенциометрические датчики используются, прежде всего, для определения потенциалов при больших сопротивлениях, как это бывает при измерениях рН и окислительно-восстановительного потенциала. С помощью рН-электродов или окислительно-восстановительных электродов регистрируют потенциалы растворов.

Эти электроды во многих случаях применения подвержены сильному износу, так что их приходится нередко заменять после короткого времени эксплуатации.

Существуют рН-датчики очень простой конструкции, состоящие только из одного рН-электрода без каких-либо электронных элементов. Эти рН-электроды вырабатывают рН-зависимый потенциал, который может быть снят на подходящих электрических выводах. В качестве опции эти рН-электроды содержат для компенсации температуры интегрированный температурный датчик, например РТ100, потенциал которого может быть снят на подходящих температурных выходах. Для измерения эти рН-датчики подключают обычно кабелем к трансмиттеру, который из рН-зависимого потенциала и, при необходимости, температурного сигнала температурного датчика вырабатывает измерительный сигнал.

Помимо описанных простых рН-электродов или датчиков существуют также такие с интегрированным предварительным усилителем для преобразования полного сопротивления. Выходной сигнал предварительного усилителя является потенциалом рН-датчика, причем, однако, вместо внутреннего сопротивления рН-датчика, составляющего порядка 100 МОм, решающим является внутреннее сопротивление предварительного усилителя в несколько Ом. Поэтому дальнейшие передача выходного потенциала к трансмиттеру и его обработка значительно упрощены. Предварительный усилитель питается напряжением либо от аккумулятора, либо через кабель.

Под названием Direct Line фирма Honeywell предлагает простые трансмиттеры, устанавливаемые непосредственно на рН-датчиках. Таким образом, можно в непосредственной близости от датчика вырабатывать измерительный сигнал, например 4-20 мА, который затем может быть вполне передан на центральный пост.

У всех известных рН-электродов или рН-датчиков электроды после подключения к трансмиттеру требуется калибровать с тем, чтобы полученные параметры калибрования можно было хранить в трансмиттере. Специфическая для данного датчика информация, такая как обозначение места измерения и т.д., отсутствует, как правило, на месте в непосредственной близости от датчика.

С недавних пор известен также рН-датчик, предлагаемый фирмой Endress + Hauser под названием MemoSens, состоящий из сенсорного модуля и его головки, выполненных с возможностью вставки друг в друга. Передача данных и энергии между сенсорным модулем и его головкой происходит бесконтактно через соединительный тракт, служащий для гальванической развязки. Кроме того, предусмотрен сенсорный модуль в цифровой памяти, в которой хранятся в том числе параметры калибрования.

Точно так же невозможно простым образом проверить работоспособность рН-датчика. На центральном посту приходится полагаться на надежную передачу данных на пути от датчика к центральному посту.

Сущность изобретения

Задачей изобретения является поэтому создание съемного модуля для потенциометрического датчика, который не имел бы названных недостатков, обеспечивал бы, в частности, отображение специфической для данного датчика информации непосредственно на месте на датчике, проверку переданного на центральный пост результата измерения и был бы прост и недорог в изготовлении.

Эта задача решается посредством раскрытых в формуле изобретения сменных модулей для потенциометрических датчиков.

Предпочтительные усовершенствования изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы.

Краткое описание чертежей

Ниже изобретение более подробно поясняется на примере его осуществления, изображенного на чертежах:

- фиг.1 - сенсорный модуль в схематичном виде;

- фиг.2 - головку сенсорного модуля в схематичном виде;

- фиг.3 - сменный модуль согласно изобретению в виде передатчика с дисплеем в схематичном виде;

- фиг.4 - сменный модуль согласно изобретению с подключением к полевой шине;

- фиг.5 - сменный модуль согласно изобретению для симуляции результата измерения.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 изображен сенсорный модуль SM. Сенсорный модуль SM состоит из чувствительного элемента (например, стеклянного электрода), погружаемого в измеряемую жидкость. Чувствительный элемент вырабатывает аналоговый измерительный сигнал, предварительно обрабатываемый в аналоговом блоке обработки сигнала. Затем обработанный аналоговый измерительный сигнал преобразуют в аналого-цифровом преобразователе AD в цифровое значение, обрабатываемое дальше в микроконтроллере μС1. Микроконтроллер μС1 соединен через модем и сетевой блок NT с катушкой L1. Через сетевой блок NT весь сенсорный модуль SM питается напряжением. Подходящей к сенсорному модулю SM выполнена его головка, изображенная на фиг.2. У головки SMK сенсорного модуля катушка L2 соединена через усилитель V с модемом М2, соединенным с интерфейсом S3. Интерфейс S3 представляет собой обычный интерфейс RS485, служащий для обмена данными с измерительным преобразователем (не показан). Сенсорный модуль SM и его головка SMK выполнены с возможностью соединения между собой посредством вставки. Через катушки L1 и L2 возможен обмен данными и энергией. Таким образом, оба модуля гальванически развязаны.

На фиг.3 изображен сменный модуль согласно изобретению, служащий в качестве передатчика с дисплеем. Сменный модуль ST1, как и головка SMK сенсорного модуля, содержит катушку L2, усилитель V и модем М2. В противоположность головке сенсорного модуля, однако, в сменном модуле ST1 предусмотрен не интерфейс S3, а микроконтроллер μС, соединенный с дисплеем D и энергопитающим блоком EVE. Для передачи данных служит радиоблок F с антенной А, также соединенный с микроконтроллером μС. Энергопитающий блок EVE может состоять из аккумулятора или солнечных элементов. Через энергопитающий блок EVE напряжением снабжается также сенсорный модуль SM. На дисплее D может быть отображена специфическая для данного датчика информация, например обозначение места измерения. Для этого соответствующие данные считывают с сенсорного модуля SM. Если сменный модуль ST1 используется только для отображения специфической для данного датчика информации, то радиоблок F может не использоваться.

Кроме того, дисплей D может не использоваться, если желательна только беспроводная передача данных к вышестоящему блоку.

На фиг.4 изображено альтернативное выполнение сменного модуля ST1, который может быть соединен с промышленной сетью связи. Здесь микроконтроллер μС соединен не с радиоблоком F, а с интерфейсом S4 промышленной сети связи, который содержит кабельный вывод КА для полевой шины. Интерфейс S4 может представлять собой интерфейс сетей связи Profibus, Foundation Fieldbus или HART-интерфейс.

На фиг.5 схематично изображен сменный модуль ST2, служащий для симуляции рН-значения. Сменный модуль ST2 выполнен аналогично сенсорному модулю SM. Однако он не содержит чувствительного элемента МА. Перед аналоговым блоком SV обработки сигналов расположен выключатель SR, обслуживаемый микроконтроллером μC1. Далее предусмотрен цифроаналоговый преобразователь DA, также соединенный с выключателем SR. С помощью цифроаналогового преобразователя DA можно вырабатывать заданное напряжение, имитирующее перед блоком SV обработки сигналов измерительное напряжение. На дисплее D, также соединенном с микроконтроллером μС1, можно отображать симулированное измеренное значение (рН-значение). Передача данных между вставным модулем ST2 и, например, центральным постом происходит также через головку SMK сенсорного модуля. Оба сменных модуля ST1 и ST2 выполнены в виде брелков для ключей, и, например, обслуживающий персонал может, таким образом, легко носить их с собой.

1. Сменный модуль для датчика жидкости или газа, содержащего сенсорный модуль SM и головку SMK сенсорного модуля, выполненные с возможностью соединения между собой путем вставки друг в друга и в собранном состоянии обеспечивающие обмен данными и энергией через гальванически развязанный передающий тракт, причем сенсорный модуль SM содержит чувствительный элемент МА, блок SV обработки данных, аналого-цифровой преобразователь AD, микроконтроллер μС1, модем M/D, сетевую часть NT и катушку L1, которые соединены между собой, отличающийся тем, что сменный модуль ST2 выполнен с возможностью соединения с головкой SMK сенсорного модуля и, за исключением чувствительного элемента МА, соответствует сенсорному модулю SM, причем для симуляции в сменном модуле ST2 создают напряжение, которое соответствует заданному измеряемому значению и которое имитирует блоку SV обработки данных измерительное напряжение.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде брелка для ключей.

3. Способ контроля передачи данных между датчиком жидкости или газа, содержащего сенсорный модуль SM и головку SMK сенсорного модуля, выполненные с возможностью соединения между собой путем вставки друг в друга и в собранном состоянии обеспечивающие обмен данными и энергией через гальванически развязанный передающий тракт, и центральным постом, отличающийся тем, что для контроля используют сменный модуль ST2, имитирующий измеряемое значение, направляемое через головку SMK сенсорного модуля в центральный пост.