УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И/ИЛИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРА ПРОЦЕССА Российский патент 2010 года по МПК G01F23/28 G01D5/12 

Изобретение относится к устройству для определения и/или контроля, по меньшей мере, одного параметра процесса среды, содержащему, по меньшей мере, один сенсорный блок для регистрации параметра процесса, причем сенсорный блок вырабатывает измерительные сигналы, по меньшей мере, один электронный блок для управления сенсорным блоком, причем электронный блок содержит, по меньшей мере, один микропроцессор, и, по меньшей мере, один блок памяти, который связан с сенсорным блоком и в котором могут храниться управляющие данные, причем управляющие данные специфически относятся к сенсорному блоку и считываются электронным блоком. В случае параметра процесса речь идет, например, об уровне, плотности, рН-значении или давлении. Средой является, например, жидкость, сыпучий материал или газ.

В WO 01/18502 А1 описано измерительное устройство, в котором методом времени прохождения измеряется уровень. Это значит, что измерительный сигнал посылается в направлении поверхности среды и снова принимается после взаимодействия с ней. По разности времени определяется уровень. В качестве измерительных сигналов подходят микроволновые сигналы, которые либо свободно посылаются, либо направляются по электрическому проводу, или же ультразвуковые сигналы. В зависимости от вида измерительных сигналов в каждом случае требуется собственный сенсорный блок. Однако в то же время обработка сигналов методом времени прохождения является идентичной. Поэтому в данной публикации в измерительном приборе блок обработки комбинируется за счет того, что общие для различных типов сенсоров блоки связываются между собой, а специфические элементы соединяются с сенсорными блоками. Следовательно, практически блоки обработки разных измерительных приборов объединяются в один блок обработки, соединяемый с различными сенсорными блоками.

Для обнаружения предельного уровня среды известны так называемые колебательные вилки. Колебания этих вилок оцениваются по частоте, амплитуде или фазе. Используется тот факт, что, например, частота колебаний уменьшается, если среда покрывает вилку. Для надежного обнаружения предельного уровня должна быть известна так называемая воздушная частота, т.е. частота, с которой вилка колеблется свободно и в непокрытом состоянии. Эта резонансная частота зависит, однако, от выполнения вилки, т.е. может отличаться у отдельных вилок одной партии. Чтобы, тем не менее, обеспечить надежное включение, измерительные приборы оборудуются опознавательным резистором или любым опознавательным элементом, например ЭСППЗУ, в котором хранится, например, частота колебательной вилки (DE 4232659 или DE 10056353 А1).

Общее техническое развитие идет все дальше в направлении модуляризации и образования платформ. Однако при этом всегда следует иметь в виду, что большое число измерительных приборов служит также для обеспечения безопасности технологического оборудования, т.е. необходимо, чтобы также измерительные приборы функционировали надежно. В частности, при разных модулях следует обратить внимание на то, чтобы между собой были соединены также правильные компоненты. Это справедливо тем более, когда речь идет о программном обеспечении или его компонентах.

Задачей изобретения является создание модульного измерительного прибора, который обладал бы высокой степенью надежности работы.

Эта задача решается за счет того, что микропроцессор электронного блока в неактивированном состоянии выполняет только основные функции и в активированном состоянии управляет сенсорным блоком, причем микропроцессор переходит из неактивированного состояния в активированное состояние, когда он считывает управляющие данные из блока памяти. Предложенный в изобретении измерительный прибор располагает, следовательно, сенсорным блоком, который взаимодействует с блоком памяти. Управление сенсорным блоком осуществляется электронным блоком. В электронном блоке находится микропроцессор, который осуществляет собственно управление в нем. Микропроцессор управляет сенсорным блоком только тогда, когда он активирован за счет загрузки данных из блока памяти и содержит подходящие данные, или программы, или части программы для надлежащего функционирования. Это активирование относится к активированию измерительного процесса, т.е. к работе сенсорного блока. Это может происходить при первом включении измерительного прибора или, например, после каждого, при необходимости, повторного электропитания измерительного прибора или по специальному управляющему сигналу.

В одном варианте электронный блок выполнен с возможностью управления, по меньшей мере, двумя разными сенсорными блоками, причем они отличаются тем, что измеряют разные параметры процесса и/или используют разные принципы измерения. В этом варианте электронный блок выполнен, следовательно, с возможностью связи с разными сенсорными блоками. В связи с этим электронный блок обладает также необходимыми для этого функциями и возможностями. На основе данных взаимодействующего с соответствующим сенсорным блоком блока памяти микропроцессор электронного блока работает так, что управление сенсорным блоком или обработка выходных сигналов происходит подходящим образом. Следовательно, благодаря изобретению каждый сенсорный блок имеет необходимые для управления или обработки параметры программ или сами программы. В одном варианте каждый сенсорный блок представляет собой механический колебательный блок, т.е., например, колебательную вилку или моностержень, с соответствующим блоком преобразования механического колебания в электрический сигнал (например, пьезоэлектрический элемент). Однако сенсорные блоки отличаются своим применением либо в жидкостях, либо в сыпучих материалах. В случае жидкостей для определения и/или контроля уровня часто используется частота колебаний, а в случае сыпучих материалов - амплитуда. Соответственно различными являются возбуждение и обработка сигналов. Другой отличительный признак заключается в виде применения, причем, например, устанавливается фаза между принимаемым и возбуждаемым сигналами, которая в случае жидкостей обеспечивает обнаружение пены или ее гашение. Это значит, что управление сенсорными блоками и их выполнение осуществляются для разной чувствительности. Кроме того, для контроля уровня может использоваться один колебательный блок, а для измерения плотности - другой. Следовательно, сенсорные блоки используют один и тот же принцип изменения, однако имеют разное применение, относящееся либо к разным средам, либо к разным параметрам процесса. В другом варианте в одном сенсорном блоке реализуется также вибронный принцип измерения, а второй сенсорный блок представляет собой емкостный измерительный блок. В случае обоих сенсорных блоков к ним подается электрический сигнал переменного напряжения, который, однако, отличается, в частности, по частоте. Каждый сенсорный блок принимает измерительный сигнал, который в одном случае представляет информацию о механических колебаниях, а в другом - о емкости устройства из зондового блока и стенки резервуара или второго зондового блока и среды в качестве диэлектрика. Данные блока памяти дают тем самым сведения о различных диапазонах амплитуд, частот и/или фаз или о соответствующей форме сигнала возбуждения, используемых в соответствующих сенсорных блоках. Чем больше управление сенсорным блоком или обработка данных происходит цифровым путем, тем больше типов сенсоров можно объединить.

В одном варианте электронный блок выполнен таким образом, что в нем хранятся управляющие программы для разных сенсорных блоков и/или разные принципы измерения и что управляющие данные вызывают активирование подходящей к данному сенсорному блоку управляющей программы. В этом варианте в электронном блоке хранятся необходимые управляющие программы для разных сенсорных блоков, т.е. электронный блок принципиально подходит к разным типам сенсоров. Данные блока памяти вызывают выполнение подходящей программы.

В одном варианте управляющие данные включают в себя управляющую программу, являющуюся специфической для управления сенсорным блоком, или управляющие данные включают в себя части управляющей программы, являющиеся специфическими для сенсорного блока. В этом варианте в блоке памяти находится вся управляющая программа или ее сенсорно-специфические компоненты. Таким образом, тогда для управления сенсорным блоком в блок памяти загружается вся управляющая программа или ее специфические компоненты.

В одном варианте электронный блок выполнен с возможностью считывания управляющих данных из блока памяти после получения активирующей команды и/или после создания соединения между электронным и сенсорным блоками. В одном варианте в блоке памяти хранится код, который при возврате напряжения, т.е. при включении или повторном включении, обнаруживается микропроцессором. Если управляющая программа или необходимые данные еще не находятся в микропроцессоре, то осуществляется загрузка программы или данных.

В одном варианте микропроцессор электронного блока содержит, по меньшей мере, один интерфейс для обновления управляющей программы.

В одном варианте блок памяти содержит, по меньшей мере, один код, обеспечивающий специфическую связь блока памяти и сенсорного блока.

Изобретение более подробно поясняется с помощью прилагаемого чертежа, на котором изображено измерительное устройство в схематичном виде.

На чертеже представлен измерительный прибор. Сенсорный блок 1 представляет собой здесь вариант для вибронного измерительного прибора, т.е. оба колебательных блока колебательной вилки закреплены на мембране, в которой возбуждаются механические колебания. Параметры колебаний, такие как частота, амплитуда и фаза, позволяют определить такие параметры процесса, как уровень, плотность или вязкость. Сенсорный блок 1 соединен с электронным блоком 2, который подает на него электрическое переменное напряжение и в свою очередь принимает переменное напряжение, возникающее, например, за счет пьезоэлектрического элемента из колебаний мембраны или обоих зубцов вилки. Это переменное напряжение обрабатывается затем в электронном блоке 2 в отношении требуемых параметров, сдвигается по фазе, усиливается и снова подается на сенсорный блок 1.

Электронный блок 2 управляется при этом микропроцессором 3, который задает, например, требуемую настраиваемую фазу сигнала возбуждения и вид обработки.

Например, в случае жидкостей обрабатывается частота, а в случае сыпучих материалов - амплитуда колебаний. Для этого применения сенсорные блоки 1 отличаются в большинстве случаев также своим выполнением, причем колебательные блоки для сыпучих материалов в большинстве случаев больше и мощнее, чем для жидкостей. Какой вид обработки или какая фаза настраивается, хранится здесь в блоке 4 памяти, прочно соединенном с сенсорным блоком 1. В случае блока 4 памяти речь идет о памяти данных в классическом смысле или о микропроцессоре. Сенсорный блок 1 передает необходимые данные или в другом варианте всю управляющую программу или необходимые для специального сенсорного блока 1 части программы на микропроцессор 3. Это значит, что за счет сенсорного блока 1 общий электронный блок 2 превращается в специфический блок, подходящий для сенсорного блока 1. Поскольку сенсорный блок 1 соединен непосредственно с блоком 4 памяти и тем самым связан с его собственными данными, всегда осуществляется правильное управление сенсорным блоком 1.

Электронный блок 2 выполнен таким образом, что могут присоединяться и эксплуатироваться также другие сенсорные блоки 1, которые отличаются друг от друга выполнением (например, колебательная вилка для жидкости или для сыпучего материала или моностержень вместо вилки) или принципом изменения. Следовательно, во-первых, можно создать с одним электронным блоком 2 разные измерительные приборы соответственно с разными сенсорными блоками 1. Во-вторых, можно также заменить электронный блок 2 без необходимости, например, демонтажа всего измерительного прибора, т.е. сенсорный блок 1 может, например, во встроенном состоянии оставаться в резервуаре, а на обращенной от процесса стороне заменяется только электроника. При этом основные данные сохраняются в сенсорном блоке 1. Поскольку каждый сенсорный блок 1 несет в себе свою управляющую программу или ее релевантные и специфические части, он эксплуатируется правильным и подходящим к нему способом.

Данные измерений или обработанные данные, т.е. определенные параметры процесса, отображаются здесь непосредственно на месте измерения с помощью индикаторного блока 6, т.е. на дисплее. Необходимые отображаемые данные, например графические драйверы, также могут храниться в блоке 4 памяти.

Здесь предусмотрен также интерфейс 5, с помощью которого возможно обновление программного обеспечения. Обновление управляющих данных в сенсорном блоке может быть реализовано, например, за счет доступа к блоку 4 памяти.

Предложенный в изобретении прибор отличается, таким образом, тем, что, например, сенсорный блок 1 может быть соединен с различными электронными блоками 2 и что отдельные электронные блоки 2 считывают релевантные для управления сенсорным блоком 1 программы, или ее части, или данные из блока 4 памяти сенсорного блока. Таким образом, очень легко возможна, например, замена сенсорного блока 2 без необходимости удаления сенсорного блока 1 из процесса, а кроме того, сенсорный блок 1 эксплуатируется с правильной программой. К электронному блоку 2 могут быть подключены различные сенсорные блоки 1, а кроме того, изобретение также всегда обеспечивает надежность применения.

Перечень ссылочных позиций

1 - сенсорный блок

2 - электронный блок

3 - микропроцессор

4 - блок памяти

5 - интерфейс

6 - индикаторный блок

В состав устройства входят сенсорный блок (1), который вырабатывает измерительные сигналы для регистрации технологического параметра среды (например, предельного уровня), электронный блок (2) для управления сенсорным блоком (1), содержащий микропроцессор, и блок (4) памяти, который связан с сенсорным блоком (1) и в котором хранятся относящиеся к сенсорному блоку (1) специфические управляющие данные, считываемые электронным блоком (2). Микропроцессор (3) в неактивированном состоянии выполняет только основные функции, не относящиеся к управлению сенсорным блоком, и переходит из неактивированного состояния в активированное состояние в момент считывания управляющих данных из блока (4) памяти. Электронный блок (2) с помощью хранящихся в нем программ может управлять разными сенсорными блоками, выполненными с возможностью измерения разных технологических параметров или использования разных принципов измерения. В таком варианте выполнения управляющие данные вызывают активирование управляющей программы, относящейся к соответствующему сенсорному блоку. Изобретение обеспечивает создание модульного прибора, позволяющего объединять разные типы сенсоров и обладающего высокой надежностью. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для определения и/или контроля, по меньшей мере, одного технологического параметра среды, содержащее, по меньшей мере, один сенсорный блок (1) для регистрации технологического параметра, причем сенсорный блок (1) выполнен с возможностью вырабатывания измерительных сигналов, по меньшей мере, один электронный блок (2) для управления сенсорным блоком (1), причем электронный блок (2) содержит, по меньшей мере, один микропроцессор (3), и, по меньшей мере, один блок (4) памяти, который связан с сенсорным блоком (1) и в котором могут храниться управляющие данные, причем управляющие данные специфически относятся к сенсорному блоку (1) и могут считываться электронным блоком (2), отличающееся тем, что микропроцессор (3) электронного блока (2) выполнен с возможностью выполнения в неактивированном состоянии только основных функций, не относящихся к управлению сенсорным блоком, а в активированном состоянии - с возможностью управления сенсорным блоком (1), при этом микропроцессор (3) выполнен с возможностью перехода из неактивированного состояния в активированное состоянии во время считывания управляющих данных из блока (4) памяти.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронный блок (2) выполнен с возможностью управления, по меньшей мере, двумя разными сенсорными блоками (1), при этом сенсорные блоки (1) отличаются тем, что выполнены с возможностью измерения разных параметров процесса и/или использования разных принципов измерения.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что электронный блок (2) выполнен с возможностью хранения в нем управляющих программ для разных сенсорных блоков (1) и/или разных принципов измерения, при этом управляющие данные вызывают активирование относящейся к соответствующему сенсорному блоку (1) управляющей программы.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что управляющие данные включают в себя управляющую программу, являющуюся специфической для управления сенсорным блоком (1), или управляющие данные включают в себя части управляющей программы, являющиеся специфическими для сенсорного блока (1).

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что управляющие данные включают в себя управляющую программу, являющуюся специфической для управления сенсорным блоком (1), или управляющие данные включают в себя части управляющей программы, являющиеся специфическими для сенсорного блока (1).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронный блок (2) выполнен с возможностью считывания управляющих данных из блока (4) памяти после получения активирующей команды и/или после создания соединения между электронным блоком (2) и сенсорным блоком (1).

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микропроцессор (3) электронного блока (2) содержит, по меньшей мере, один интерфейс (5) для обновления управляющей программы.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок (4) памяти содержит, по меньшей мере, один код, обеспечивающий специфическую связь блока (4) памяти и сенсорного блока (1).