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Die
Erfindung betrifft Messgerät.
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In
der industriellen Messtechnik, insb. in der Automatisierungs- und
Prozesssteuerungstechnik, werden regelmäßig Messgeräte
eingesetzt, die beispielsweise in einem industriellen Prozessablauf
Prozessvariablen messen.
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Zu
den Messgeräten zählen z. B. Durchfluss-, Füllstands-,
Druck- oder Differenzdruck- und Temperaturmessgeräte. Sie
sind in der Regel dezentral in unmittelbarer Nähe der zu
messenden oder zu steuernden Prozesskomponente angeordnet, und liefern
ein Messsignal, das dem Messwert der erfassten Prozessvariablen
entspricht. Die Messsignale der Messgeräte werden an eine übergeordnete
Einheit, z. B. eine zentrale Steuereinheit, wie z. B. eine Warte oder
ein Prozessleitsystem, weitergeleitet.
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Messgeräte
umfassen hierzu regelmäßig einen Messaufnehmer
zur Erfassung der zu messenden primären Messgröße,
z. B. einen Durchflussmessaufnehmer oder einen Druckmessaufnehmer, und
eine zugeordnete Messaufnehmerelektronik. Zusätzlich können
Hilfsgrößen mit eigens hierfür vorgesehenen
zusätzlichen Sensoren aufgenommen werden. Die zusätzlichen
Sensoren sind regelmäßig in dem Messaufnehmer
integriert und über entsprechende Anschlussleitungen mit
der Messaufnehmerelektronik verbunden. Über diese Anschlussleitungen
erfolgt die Energieversorgung, die Messwertübertragung
und gegebenenfalls die Kommunikation zwischen der Messaufnehmerelektronik
und den zusätzlichen Sensoren. Die feste Verdrahtung der
zusätzlichen Sensoren ist kostenaufwendig und unflexibel.
Es ist beispielsweise in der Regel nicht möglich zusätzliche
Sensoren zu ergänzen und/oder auszutauschen.
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Darüber
hinaus werden die anhand der zusätzlichen Sensoren erfassten
Hilfsgrößen in der Regel unmittelbar in der Messaufnehmerelektronik
verarbeitet. Die mit den zusätzlichen Sensoren erfassten
Hilfsgrößen werden in der Regel ausschließlich zur
Kompensation von Messfehlern, die bei der Messung der primären
Messgröße auftreten, verwendet. Der Anwender hat
in der Regel keinen oder nur einen sehr eingeschränkten
Zugang zu diesen Informationen.
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Es
gibt eine Vielzahl von Anwendungen, in denen Messgeräte
eingesetzt werden, bei denen der Anwender ein großes Interesse
daran hat, möglichst viel Informationen über die
am Einsatzort des Messgeräts vorliegenden Bedingungen zu
erfahren. Diese Informationen werden häufig über
zusätzliche Messstellen am Einsatzort abgefragt. Sie werden
einerseits zur Erhöhung der Messgenauigkeit der mit dem Messgerät
erzielten primären Messgröße und andererseits
zur Überwachung, Diagnose, Kontrolle und/oder Optimierung
des anwendungs-spezifischen Prozesses eingesetzt.
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Zusätzliche
Messstellen sind kostenaufwendig in der Anschaffung und in der Installation
und führen zu einer Erhöhung der laufenden Kosten,
da die zusätzlichen Messstellen in Stand gehalten und gewartet
werden müssen.
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Heute
gibt es viele Anwendungen, bei denen Anwender vom Grundsatz her
redundante Systeme betreiben. Ein typisches Beispiel für
eine solche Redundanz ist die Temperaturerfassung. Dabei ist beispielsweise
zusätzlich zu einem im Durchflussmessgerät integrierten
Temperatursensor, dessen Messergebnisse ausschließlich
im Durchflussmessgerät verwendet werden, eine separate
Temperaturmessstelle vorgesehen, über die der Anwender
die Temperatur am Messort misst und zur Überwachung, Diagnose,
Kontrolle und/oder Optimierung seines anwendungs-spezifischen Prozesses
einsetzt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung ein möglichst flexibel einsetzbares
Messgerät zur Erfassung einer primären Messgröße
anzugeben, mit dem neben der primären Messgröße
auf kostengünstige flexible Weise zusätzliche
Informationen abgeleitet werden können.
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Hierzu
besteht die Erfindung in einem Messgerät mit
- – einem Messaufnehmer zur Erfassung mindestens einer
primären Messgröße,
- – einer Messgerätelektronik, und
- – mindestens einem zusätzlichen passiven Sensor
zur Erfassung einer sekundären Messgröße,
- – der über eine Funkverbindung mit der Messgerätelektronik
verbunden ist und über diese Funkverbindung mit Energie
versorgt wird, und
- – einer Schnittstelle über die das Messgerät über eine
bidirektionale Verbindung an eine übergeordnete Einheit
angebunden ist und über die von der Messgerätelektronik
bereit gestellte primäre und sekundäre Messergebnisse übertragbar
sind, bei dem die Messgeräteelektronik
- – eine Signalverarbeitung aufweist, die aus der primären
Messgröße ein der primären Messgröße entsprechendes
primäres Messergebnis ableitet und über die Schnittstelle
zur Verfügung stellt, und
- – eine Eingangsschaltung aufweist,
- – die die von den zusätzlichen Sensoren erfassten sekundären
Messgrößen aufnimmt und der Signalverarbeitung
und/oder einer Ausgabeeinheit zur Verfügung stellt, wobei
die Ausgabeeinheit aus jeder erfassten sekundären Messgröße
ein entsprechendes sekundäres Messergebnis ableitet und über
die Schnittstelle zur Verfügung zu stellt.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist die Eingangsschaltung ein offenes System, das
es dem Anwender erlaubt mindestens einen vom Anwender ausgewählten
passiven Sensor zur Erfassung einer weiteren sekundären
Messgröße an das Messgerät anzubinden, wobei
- – jeder dieser vom Anwender ausgewählten
passiven Sensoren über eine Funkverbindung mit der Messgerätelektronik
verbunden ist und über diese Funkverbindung mit Energie
versorgt wird, und
- – die Eingangsschaltung die von diesen weiteren passiven
Sensoren erfassten sekundäre Messgrößen
aufnimmt und der Ausgabeeinheit zur Verfügung stellt, wobei
die die Ausgabeeinheit aus jeder erfassten sekundären Messgröße
ein entsprechendes sekundäres Messergebnis ableitet und über
die Schnittstelle zur Verfügung zu stellt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung
- – ist jeder passive
Sensor mit einem Transponder ausgestattet,
- – der mit einer Transponder-Kennung versehen ist, die
vom Transponder zusammen mit dem von dem jeweiligen Sensor erfassten
sekundären Messgröße gesendet wird, und
- – die Eingangsschaltung ein Lesegerät aufweist, dass
anhand der zusammen mit der sekundären Messgröße
gesendeten Transponder-Kennung den zugehörigen passiven
Sensor identifiziert.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Ausgestaltung ordnet die Ausgabeeinheit jeder
sekundären Messgröße eine vom Benutzer über
die Schnittstelle vorgebbare Kennzeichnung zu, die zusammen mit dem
zugehörigen sekundären Messergebnis ausgegeben
wird.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist die primäre Messgröße
eine physikalische Eigenschaft eines Mediums, und jedes sekundäre
Messergebnis ist einer Kategorie zugeordnet, wobei
- – in einer ersten Kategorie diejenigen sekundären Messergebnisse
zusammengefasst sind, die Informationen über den Zustand
des Messgeräts liefern,
- – in einer zweiten Kategorie diejenigen sekundären
Messergebnisse zusammengefasst sind, die Informationen über
den Zustand der Messstelle liefern, und
- – in einer dritten Kategorie diejenigen sekundären Messergebnisse zusammengefasst
sind, die Informationen über den Zustand des Mediums liefern.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist die Ausgabeeinheit derart ausgelegt, dass sie
dem Benutzer periodisch und/oder auf Anfrage alle sekundären
Messergebnisse einer Kategorie über die Schnittstelle zur Verfügung
stellt.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung
- – ist der Messaufnehmer
ein Durchflussmessaufnehmer mit einem im Messbetrieb von einem Medium
durchströmten Messrohr, das in ein bestehendes Rohrleitungssystem
einsetzbar ist, und
- – in unmittelbarer Nähe des Messaufnehmers
ist ein zusätzliches Rohrsegment in das bestehende Rohrleitungssystem
einsetzbar, das mit mindestens einem weiteren zusätzlichen
passiven Sensor ausgestattet ist.
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Die
Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der
Zeichnung, in denen zwei Ausführungsbeispiele dargestellt
ist, näher erläutert; gleiche Teile sind in den
Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Messgeräts;
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2 zeigt
einen Schnitt des Messaufnehmers von 1,
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3 zeigt
den schaltungstechnischen Aufbau des erfindungsgemäßen
Messgeräts mit drei zusätzlichen werkseitig vorgesehenen
passiven Sensoren und einem zusätzlichen vom Anwender hinzugefügten
passiven Sensor,
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4 zeigt
eine Ansicht des erfindungsgemäßen Messgeräts
und einem diesem benachbarten Rohrsegment mit zusätzlichen
passiven Sensoren; und
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5 zeigt
einen Schnitt durch das Rohrsegment von 4 mit den
zusätzlichen passiven Sensoren.
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1 zeigt
eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Messgeräts
mit einem Messaufnehmer 1 zur Erfassung mindestens einer
primären Messgröße. Bei dem dargestellten
Messgerät handelt es sich um ein magnetisch induktives
Durchflussmessgerät. Dementsprechend ist der Messaufnehmer 1 ein
magnetisch induktiver Durchflussmessaufnehmer und die primäre
Messgröße ist der Durchfluss. Der Messaufnehmer 1 ist
in ein bestehendes Rohrleitungssystem 3 eingesetzt. Alternativ
können natürlich auch andere Arten von Messgeräten,
wie z. B. Druck- oder Füllstandsmessgeräte, eingesetzt
werden.
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2 zeigt
einen Schnitt durch den Messaufnehmer 1 von 1.
Dieser umfasst ein Messrohr 5, dessen Innenraum im Messbetrieb
vom Medium durchströmt wird. An das Messrohr 5 sind
endseitig Prozessanschlüsse 6, in dem in 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel zwei Flansche, angeformt, mit denen
das Messrohr 5 des Durchflussmessgeräts in das
bestehende Rohrleitungssystem 3 einsetzbar ist. Das Messrohr 5 ist
von einem Messaufnehmergehäuse 7 umgeben, in dem
eine am Messrohr 5 montierte Vorrichtung 9 zur
Erzeugung eines das Messohr 5 durchsetzenden Magnetfelds
angeordnet ist. Die Vorrichtung 9 zur Erzeugung des Magnetfeldes
umfasst eine Spulenanordnung, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
aus zwei einander gegenüberliegend zu beiden Seiten des
Messrohrs 5 angeordneten Spulen 11 besteht. Zur
Erzeugung des Magnetfeldes werden die Spulen 11 im Messbetrieb
von einem Erregerstrom durchflossen, der die Ausbildung eines Magnetfeldes
bewirkt, das das Messrohr 5 im wesentlichen senkrecht zu
dessen Rohrachse durchsetzt. Senkrecht zum Magnetfeld bewegte Ladungsträger
induzieren senkrecht zu deren Durchflussrichtung eine Spannung, die über
in das Messrohr 5 eingesetzte Elektroden 13 abgreifbar
ist. Hierzu sind beispielsweise zwei Elektroden 13 vorgesehen,
die einander gegenüberliegend zu beiden Seiten des Messrohrs 5 derart
angeordnet sind, dass eine gedachte Verbindungslinie zwischen den
Elektroden 13 senkrecht zu einer gedachten Verbindungslinie
zwischen den beiden Spulen 11 und damit senkrecht zum Magnetfeld
verläuft. Da die Verbindungslinie zwischen den beiden Elektroden 13 bei
dem in 2 dargestellten Schnitt senkrecht zur Zeichenebene
verläuft, ist die Position der beiden Elektroden 13 lediglich
durch einen Punkt angedeutet. Die induzierte Spannung ist proportional zu
dem Durchfluss eines das Messrohr 5 durchströmenden
Mediums.
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Auf
dem Messaufnehmergehäuse 7 ist ein in 1 dargestelltes
Messgerätgehäuse 15 angeordnet, in dem
sich eine in 3 dargestellte Messgerätelektronik 17 befindet. 3 zeigt
den schaltungstechnischen Aufbau des erfindungsgemäßen
Messgeräts. Die Messgerätelektronik 17 umfasst
eine Messaufnehmerschaltung 18, die über entsprechende
Anschlussleitungen 19 an den Messaufnehmer 1, insb.
an die Spulen 11 der Vorrichtung 9 zur Erzeugung
des Magnetfelds und an die Elektroden 13 angeschlossen
ist. Letztere dient der Energieversorgung des Messaufnehmers 1,
der Ansteuerung der Vorrichtung 9 zur Erzeugung des Magnetfelds
und der Ableitung und Aufnahme der primären Messgröße.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die primäre
Messgröße, nämlich der Durchfluss, anhand
der mittels der Elektroden 13 aufgenommenen induzierten
Spannung abgeleitet, die proportional zum Durchfluss ist.
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Die
Messgerätelektronik 17 weist eine Signalverarbeitung 21 auf,
die an die Messaufnehmerschaltung 18 angeschlossen ist.
Die Signalverarbeitung 21 leitet aus der primären
Messgröße, hier der induzierten Spannung, ein
der primären Messgröße entsprechendes
primäres Messergebnis, hier den Durchfluss, ab.
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Erfindungsgemäß umfasst
dass Messgerät mindestens einen zusätzlichen passiven
Sensor 23 zur Erfassung einer sekundären Messgröße.
Jeder passive Sensor 23 ist über eine Funkverbindung
mit der Messgerätelektronik 17 verbunden. Über
die Funkverbindung erfolgt sowohl die Übertragung der sekundären
Messgröße als auch die Energieversorgung des jeweiligen
passiven Sensors 23. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sind exemplarisch drei passive Sensoren 23, nämlich
ein in das Messrohr 5 eingesetzter passiver Drucksensor 23a zur
Erfassung des Drucks im Messrohr 5, ein in das Messrohr 5 eingesetzter
passiver Temperatursensor 23b zur Erfassung der Mediumstemperatur
und ein außerhalb des Messaufnehmergehäuses 7 auf
dem Messrohr 5 aufgebrachter passiver Temperatursensors 23c zur
Erfassung der Umgebungstemperatur, vorgesehen. Weitere Beispiele
für passive Sensoren 23 sind außen auf
das Messrohr 5 aufgebrachte passive Sensoren 23,
insb. Ultraschallsensoren, zur Messung der Wanddicke und/oder zur
Erkennung von Belagsbildung im Messrohr 5. Letztere liefern dem
Anwender wertvolle Informationen über den Zustand seines
Messgeräts.
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Als
passive Sensoren
23 eignen sich z. B. handelsübliche
Mikroelektromechanische Systeme (MEMS), die eine Kombination von
auf einem Substrat oder Chip angeordneten Sensoren und elektronischen
Schaltungen aufweisen. Häufig verwendete Beispiele hierfür
sind Temperatursensoren, Drucksensoren und Beschleunigungssensoren.
Es sind auch passive Sensoren
23 bekannt, die zur Erfassung
mehrer sekundärer Messgrößen einsetzbar sind.
So ist beispielsweise in der
US 2006/0075820 A1 ein MEMS Oberflächenwellen-Sensor
zur Erfassung von Druck und Temperatur beschrieben. Das Messprinzip
von Oberflächenwellensensoren (SAW) Sensoren beruht auf
der Beeinflussung von Oberflächenwellen, die in piozoelektrischen
Festkörpern erzeugt werden und einen Teil eines elektrischen Schwingkreises
bilden.
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Passive
Sensoren 23 sind in der Regel sehr klein und kostengünstig,
und müssen lediglich mechanisch befestigt werden. Ein elektrischer
Anschluss der Sensoren 23 ist nicht erforderlich. Hierdurch
ist der Einsatz dieser Sensoren 23 sehr viel kostengünstiger
als der Einsatz werkseitig im Messgerät installierter fest
verdrahteter herkömmlicher Sensoren wie sie heute in der
Regel in Messgeräten vorgesehen sind.
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Die
Messgerätelektronik 17 weist eine Eingangsschaltung 25 für
die passiven Sensoren 23 auf, die die passiven Sensoren 23 mit
Energie versorgt und die von den passiven Sensoren 23 erfassten
sekundären Messgrößen aufnimmt. Die Eingangsschaltung 25 umfasst
hierzu einen Controller 27, ein Lesegerät 29 und
eine daran angeschlossene Antenne 31. Die Eingangschaltung 25 übernimmt
hierbei eine Masterfunktion und steuert die Energieversorgung und
die Kommunikation mit den passiven Sensoren 23.
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Jeder
passive Sensor 23 weist vorzugsweise ein Sensorelement 33 zur
Erfassung der jeweiligen sekundären Messgröße
und einen mit einer Antenne 35 und einem Mikrochip 36 ausgestatteten
Transponder 37 auf. Der Transponder 37 nimmt die
Energie des vom Lesegerät 29 erzeugten elektromagnetischen
Feldes über die Antenne 35 auf und benutzt sie
soweit erforderlich für das Betreiben des Sensorelements 33,
für den Betrieb des Mikrochips 37 und zum Senden
der primären Messgröße.
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Vorzugsweise
sind die Transponder 37 der passiven Sensoren 23 mit
einer Transponder-Kennung ausgestattet, die vom Transponder 37 zusammen
mit der von dem jeweiligen Sensor 23 erfassten sekundären
Messgröße gesendet wird. Damit ist eine Identifizierung
der passiven Sensoren 23 möglich. Diese erfolgt
vorzugsweise, indem das Lesegerät 29 der Eingangsschaltung 25 anhand
der zusammen mit der jeweiligen sekundären Messgröße
gesendeten Transponder-Kennung den zugehörigen passiven
Sensor 23 identifiziert.
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Die
Eingangsschaltung 25 nimmt die gesendeten sekundären
Messgrößen auf und stellt sie der Signalverarbeitung 21 und/oder
einer Ausgabeeinheit 39 zur Verfügung. In der
Signalverarbeitung 21 werden die sekundären Messgrößen
beispielsweise zur Kompensation von von der jeweiligen sekundären
Messgröße abhängigen Messfehlern verwendet. Die
Ausgabeeinheit 39 dient dazu, aus jeder erfassten sekundären
Messgröße ein entsprechendes sekundäres
Messergebnis abzuleiten und zur Verfügung zu stellen.
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Das
Messgerät verfügt über eine mit der Messgerätelektronik
verbundene Schnittstelle 41, über die es über
eine bidirektionale Verbindung an eine übergeordnete Einheit 43 angebunden
ist. Dabei können alle bereits heute in Verbindung mit
handelsüblichen Messgeräten im Einsatz befindlichen Arten
von Schnittstellen 41 eingesetzt werden, die eine bidirektionale
Kommunikation erlauben. Hierzu zählen drahtlose Verbindungen
genauso wie drahtgebundene Verbindungen. Ein Beispiel hierfür
ist drahtgebundene Verbindung sind Busverbindungen, bei denen die
Signalübertragung zwischen dem Messgerät und der übergeordneten
Einheit 43 in digitaler Form über eine Datenbusleitung
erfolgt. Bekannte internationale Standards für die Signalübertragung
sind Profibus, Foundation Fieldbus oder CAN-Bus.
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Die übergeordnete
Einheit 43 ist beispielsweise ein PC oder eine zentrale
Steuereinheit, wie z. B. eine Warte oder ein Prozessleitsystem.
In der Regel werden in Industrieanlagen viele Messgeräte
eingesetzt, und die gesamte Prozessteuerung erfolgt über
die übergeordnete Einheit 43, die die Messergebnisse
der einzelnen Messgeräte empfängt und auswertet
und den gesamten Herstellungsprozess in Abhängigkeit von
deren Auswertung steuert. Dies kann beispielsweise über
die Generierung von Steuerungssignalen für Aktoren etc.
erfolgen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Durchfluss durch
einen Rohrleitungsabschnitt mittels eines steuerbaren Ventils in
Abhängigkeit von einem gemessenen Durchfluss eingestellt
werden.
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Die
Schnittstelle 41 ist in der Messgerätelektronik
sowohl mit der Signalverarbeitung 21 als auch mit der Ausgabeeinheit 39 verbunden.
Die Signalverarbeitung 21 stellt das aus der primären
Messgröße abgeleitete primäre Messergebnis über
die Schnittstelle 41 zur Verfügung. Die Ausgabeeinheit 39 stellt die
aus den mit den zusätzlichen passiven Sensoren 23 erfassten
sekundären Messgrößen abgeleiteten sekundären Messergebnisse über
die Schnittstelle 41 zur Verfügung. Damit stehen
dem Anwender über die Schnittstelle 41 neben dem
primären Messergebnis alle sekundären Messergebnisse
unmittelbar zur Verfügung. Die Ausgabe der primären
und sekundären Messergebnisse ist dabei vorzugsweise derart gestaltet,
dass der Anwender neben einer wahlweise kontinuierlichen oder periodischen
Ausgabe der primären und sekundären Messergebnisse
zusätzlich über eine entsprechende Bedienoberfläche
die Möglichkeit hat, gezielt einzelne Messergebnisse zu
einem von ihm gewünschten Zeitpunkt abzufragen. Diese Abfrage
und die zugehörige Ausgabe des Messergebnisses kann über
die übergeordnete Einheit 43 oder über
eine Vorortbedienung 44 erfolgen. In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel einer Vorortbedienung 44 dargestellt.
Es handelt sich dabei um eine am Messgerätgehäuse 15 vorgesehene
Bedieneinheit mit einer Anzeige und einer Eingabeeinheit. Die Vorortbedienung 44 ist,
wie in 3 dargestellt, über die Schnittstelle 41 an
die Messgerätelektronik 17 angeschlossen.
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Der
Anwender hat damit auf sehr einfache und kostengünstige
Weise Zugriff auf alle vorhandenen Messergebnisse und kann diese
entsprechend den Erfordernissen für seine spezielle Anwendung nutzen.
Er ist nicht mehr gezwungen, separate Messstellen für die
Erfassung dieser Messergebnisse einzurichten, zu betreiben und zu
warten. Hierdurch besteht eine deutliche Kostenersparnis und ein
hohes Maß an Information und Flexibilität, da
dem Anwender hiermit alle vorhandenen Messergebnisse zur Verfügung
stehen und er sie gemäß seinen speziellen anwendungs-spezifischen
Erfordernissen nutzen und einzeln oder in Kombination miteinander
weiter verarbeiten kann. Damit ist beispielsweise eine umfassende Überwachung
des Herstellungsprozesses und/oder der Produktqualität
möglich. Außerdem stehen die Messergebnisse dem
Anwender zur Diagnose, Kontrolle und/oder Optimierung seines anwendungs-spezifischen
Prozesses zur Verfügung und er kann sie nach Belieben weiter
Verarbeiten, um beispielsweise anhand von einem oder mehreren Messergebnissen
weitere für seine spezielle Anwendung wichtige Information
abzuleiten.
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Vorzugsweise
ist die Eingangsschaltung 25 als ein offenes System ausgebildet,
das es dem Anwender erlaubt, weitere passive Sensoren 45 an
das Messgerät anzubinden. Beispiele hierfür sind
Leitfähigkeitssensoren, Viskositätssensoren, pH-Sensoren und
Trübungssensoren. Da passive Sensoren in der Regel sehr
klein und kostengünstig sind und keinerlei Verdrahtung
für deren Energieversorgung und/oder deren Datenübertragung
benötigen, kann dies auf sehr einfache kostengünstige
Weise geschehen.
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Auch
die vom Benutzer hinzugefügten passiven Sensoren 45 sind
vorzugsweise mit einem Transponder 37 ausgestattet, der
mit einer Transponder-Kennung ausgestattet ist, die vom Transponder 37 zusammen
mit dem von dem jeweiligen Sensor 45 erfassten sekundären
Messgröße gesendet wird. Die Identifizierung der
passiven Sensoren 45 erfolgt dann auch hier, indem das
Lesegerät 29 der Eingangsschaltung 25 anhand
der zusammen mit der jeweiligen sekundären Messgröße
gesendeten Transponder-Kennung den zugehörigen passiven
Sensor 45 identifiziert.
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Die
vom Benutzer ausgewählten passiven Sensoren 45 können
beispielsweise über die Schnittstelle 41 und die
Ausgabeeinheit 39 explizit am Messgerät angemeldet
werden. Hierzu ist vorzugsweise eine entsprechende Menu geführte
Bedienoberfläche vorgesehen, die es dem Benutzer erlaubt, der
oder den zugehörigen sekundären Messgrößen über
die Schnittstelle 41 eine vom Benutzer vorgebbare Kennzeichnung
zuzuordnen. Dies gilt vorzugsweise nicht nur für die vom
Benutzer hinzugefügten passiven Sensoren 45 sondern
auch für die bereits werkseitig vorgesehenen passiven Sensoren 23.
Die entsprechenden Kennzeichnungen werden beispielsweise in einem
der Ausgabeeinheit 39 zugeordneten Speicher 47 abgelegt.
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Der
Anwender hat damit die Möglichkeit zusätzliche
Messergebnisse über von ihm ausgewählte passive
Sensoren 45 zu gewinnen, ohne dass er hierzu eine vollständige
Messstelle vorsehen muss. Er muss lediglich den entsprechenden passiven
Sensor 45 montieren. Ein Aufwendiger elektrischer Anschluss
ist nicht erforderlich. Die Energieversorgung und die Aufbereitung
und Übertragung der entsprechenden sekundären
Messergebnisse erfolgt durch die ohnehin im Messgerät vorhandene
Infrastruktur.
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Der
Benutzer kann die zusätzlichen passiven Sensoren 45 einzeln
an deren Messort anbringen. Alternativ oder zusätzlich
hierzu kann ein zusätzliches Rohrsegment 49 vorgesehen
werden, dass mit zusätzlichen passiven Sensoren 45 ausgestattet
ist. Dies ist in 4 dargestellt. Das Rohrsegment 49 wird
vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Messaufnehmers 1 in
das bestehende Rohrleitungssystem 3 eingesetzt. In dem
dargestellten Ausführungsbeispiel ist es unmittelbar an
einen der Prozessanschlüsse 6 des Messaufnehmers 1 angeschlossen. In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind exemplarisch
drei zusätzliche passive Sensoren 45a, 45b, 45c vorgesehen.
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Der
passive Sensor 45a ist außen auf dem Rohrsegment 49 angeordnet.
Dieser Sensor 45a ist beispielsweise ein Ultraschallsensor,
der dazu dient eine Wanddicke des Rohrsegmentes 49 zu messen. Derartige
Sensoren dienen zur Erhöhung der Betriebssicherheit. Sie
erlauben es eine Abnutzung des Rohrsegmentes 49 frühzeitig
zu erkennen und Lecks zu vermeiden. In dem Fall besteht das Rohrsegment 49 vorzugsweise
aus dem gleichen Material, wie das bestehende Rohrleitungssystem 3.
Da das Rohrsegment 49 den gleichen Bedingungen ausgesetzt
ist, wie das bestehende Rohrleitungssystem 3, gibt der Zustand
des Rohrsegments 49 Aufschluss über den Zustand
des Rohrleitungssystems 3. Damit steht dem Anwender eine
wichtige Information über den Zustand seiner Messstelle
zur Verfügung.
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Der
passive Sensor 45b ist derart in das Rohrsegment 49 eingesetzt,
dass dessen Sensorelement 33 in Kontakt mit dem das Rohrsegment 49 durchströmenden
Medium steht und dessen Antenne 31 außen auf dem
Rohrsegment 49 angeordnet ist. Über diesen Sensor 45b werden
beispielsweise sekundäre Messgrößen abgeleitet,
die Aufschluss über den Zustand des Mediums geben. Beispiele
hierfür sind Leitfähigkeitssensoren, pH-Sensoren
und Trübungssensoren. Ebenso können hier Sensoren 45b eingesetzt
werden, die Aufschluss über den Zustand der Messstelle
geben. Hierzu eignen sich z. B. Drucksensoren und Temperatursensoren.
Die sekundäre Messgröße Druck gibt z.
B. Aufschluss über die Verfügbarkeit des Mediums.
Zusätzlich lassen sie sich z. B. zur Erkennung und/oder
Ortung von Leckagen einsetzen. Die sekundäre Messgröße
Temperatur gibt z. B. Aufschluss über den anwendungs-spezifischen Herstellungsprozess.
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Der
passive Sensor 45c ist vollständig innerhalb des
Rohrsegment 49 angeordnet. Diese Variante ist nur in Verbindung
mit Rohrsegmenten 49 aus für elektromagnetische
Strahlung durchlässigen Werkstoffen, z. B. Kunststoffen,
einsetzbar. Diese Einschränkung des Rohrsegmentmaterials
ist erforderlich um die Energieversorgung und die Kommunikation
mit dem Sensor 45c durch die Rohrsegmentwand hindurch zu
gewährleisten. Diese Variante bietet den Vorteil, dass
keine durch das Rohrsegment 49 hindurch führende Öffnung
oder Durchführung erforderlich ist. Ansonsten sind die
Sensoren 45c im Hinblick auf deren Sensorart und die ableitbaren
sekundären Messgrößen und die damit verbundenen
Zustandsinformationen identisch zu den Sensoren 45b.
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Die
Ausgabeeinheit 39 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass
sie jeder sekundären Messgröße eine vom
Benutzer über die Schnittstelle 41 vorgebbare
Kennzeichnung zuordnet, die zusammen mit dem zugehörigen
sekundären Messergebnis ausgegeben wird.
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Vorzugsweise
werden die zur Verfügung stehenden Messergebnisse in drei
Kategorien unterteilt. Die erste Kategorie enthält diejenigen
sekundären Messergebnisse, die Aufschluss über
den Zustand des Messgeräts liefern. Hierzu zählen
beispielsweise die oben genannten Sensoren zur Erkennung von Belagsbildung
im Messrohr. Die zweite Kategorie enthält diejenigen sekundären
Messergebnisse, die Aufschluss über den Zustand der Messstelle
liefern. Hierzu gehört zum Beispiel das sekundäre
Messergebnis des Ultraschallsensors zur Messung der Wanddicke, sowie
die sekundären dem Messaufnehmer vorgeschalteten Druck-
und Temperatursensoren. Die dritte Kategorie enthält diejenigen
sekundären Messergebnisse, die Aufschluss über
den Zustand des Mediums liefern. Hierzu zählen zum Beispiel
die sekundären Messergebnisse der oben genannten Leitfähigkeitssensoren,
der pH-Sensoren und der Trübungssensoren.
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Die
Zuordnung der einzelnen sekundären Messergebnisse zu der
jeweiligen Kategorie wird vorzugsweise vom Benutzer über
die Schnittstelle 41 vorgenommen und im Messgerät,
z. B. in dem Speicher 47, abgelegt.
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Die
Ausgabeeinheit 39 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass
sie dem Benutzer periodisch und/oder auf Anfrage alle sekundären
Messergebnisse einer Kategorie über die Schnittstelle 41 zur
Verfügung stellt. Dies erlaubt dem Anwender eine gezielte
Analyse und/oder Diagnose.
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Das
erfindungsgemäße Messgerät bietet dem
Anwender ein hohes Maß an Flexibilität, da es neben
der eigentlichen primären Messgröße eine Vielzahl
von sekundären Messgrößen liefert, die
es dem Anwender erlauben sich ein auf seine Anwendung zugeschnittenes
Bild des Gesamtzustandes seiner Anlage und/oder seines Herstellungsprozesses
zu machen. Hierdurch ist auf einfache und kostengünstige
Weise eine sehr flexible an die jeweilige Anwendung angepasste Gewinnung
von Informationen gegeben.
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Hierdurch
besteht eine deutliche Kostenersparnis und ein hohes Maß an
Information und Flexibilität, da dem Anwender hiermit alle
vorhandenen Messergebnisse zur Verfügung stehen und er
sie gemäß seinen speziellen anwendungs-spezifischen
Erfordernissen nutzen und einzeln, in Kombination miteinander oder
Kategorieweise weiter verarbeiten kann. Damit ist beispielsweise
eine umfassende Überwachung des Herstellungsprozesses und/oder der
Produktqualität möglich. Außerdem stehen
die Messergebnisse dem Anwender zur Diagnose, Kontrolle und/oder
Optimierung seines anwendungs-spezifischen Prozesses zur Verfügung
und er kann sie nach Belieben weiter Verarbeiten, um beispielsweise anhand
von einem oder mehreren Messergebnissen weitere für seine
spezielle Anwendung wichtige Information abzuleiten. Redundante
Messstellen werden vermieden, da der Anwender unmittelbaren Zugriff auf
alle mittels der passiven Sensoren 23, 45 erfassten
sekundären Messergebnisse hat.
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Das
erfindungsgemäße Messgerät ist beispielsweise
in Wasserverteilungsnetzen, z. B. in der Trinkwasserversorgung,
einsetzbar. Dort werden regelmäßig viele Durchflussmessgeräte
eingesetzt. Das erfindungsgemäße Messgerät
liefert dem Anwender in dem Fall einen umfassenden Überblick über
seine gesamte Anlage. Jedes einzelne erfindungsgemäße
Messgerät liefert dabei wertvolle Informationen über
den Zustand des Messgeräts. Darüber hinaus stehen
dem Anwender über jedes erfindungsgemäße
Messgerät wertvolle Informationen über das Medium
zur Verfügung. Er kann z. B. anhand von sekundären
Messergebnisse, wie z. B. der Trübung, des pH-Werts und
der Leitfähigkeit, ständig die Wasserqualität überwachen.
Zusätzlich liefern die erfindungsgemäßen
Messgeräte Informationen über den Zustand der
Messstellen. So kann er beispielsweise über die sekundäre
Messgröße Druck die verfügbare Wassermenge
ermitteln und/oder Lecks in seinem Leitungssystem frühzeitig
erkennen. Stehen mehrere über die Anlage verteilte erfindungsgemäße Messgeräte
zur Verfügung kann er über die entsprechenden
Druckmessungen sogar eine Ortung von Lecks vornehmen.
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- 1
- Messaufnehmer
- 3
- Rohrleitungssystem
- 5
- Messrohr
- 6
- Prozessanschluss
- 7
- Messaufnehmergehäuse
- 9
- Vorrichtung
zur Erzeugung eines Magnetfelds
- 11
- Spulen
- 13
- Elektroden
- 15
- Messgerätgehäuse
- 17
- Messgerätelektronik
- 18
- Messaufnehmerschaltung
- 19
- Anschlussleitungen
- 21
- Signalverarbeitung
- 23
- passive
Sensoren
- 25
- Eingangsschaltung
- 27
- Controller
- 29
- Lesegerät
- 31
- Antenne
- 33
- Sensorelement
- 35
- Antenne
- 36
- Mikrochip
- 37
- Transponder
- 39
- Ausgabeeinheit
- 41
- Schnittstelle
- 43
- übergeordnete
Einheit
- 44
- Vorortbedienung
- 45
- weitere
passive Sensoren
- 47
- Speicher
- 49
- Rohrsegment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0075820
A1 [0028]