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DE102009022814B4 - Device arrangement for analyzing a measurement sample - Google Patents

Device arrangement for analyzing a measurement sample Download PDF

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DE102009022814B4
DE102009022814B4 DE102009022814.4A DE102009022814A DE102009022814B4 DE 102009022814 B4 DE102009022814 B4 DE 102009022814B4 DE 102009022814 A DE102009022814 A DE 102009022814A DE 102009022814 B4 DE102009022814 B4 DE 102009022814B4
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DE
Germany
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device arrangement
sensor
sensor module
sample line
sample
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Gerald Meier
Markus Hauser
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Testo SE and Co KGaA
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Abstract

Geräteanordnung (1) zur Analyse einer Messprobe, mit einer Probenleitung (2), die zur Aufnahme der Messprobe eingerichtet ist, und mit wenigstens einem Sensormodul (3, 14), welches an die Probenleitung (2) angeschlossen ist und welches einen Sensor (4, 15) aufweist, der zur Generierung eines elektrischen Signals (5, 16) in Abhängigkeit von wenigstens einer stofflichen Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung (2) eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul (3, 14) lösbar mit der Geräteanordnung (1) verbunden ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul (3, 14) eine Auswerteelektronik (20) umfasst, welche zur Umwandlung des von dem Sensor (4, 15) des wenigstens einen Sensormoduls (3, 14) generierten elektrischen Signals (5, 16) in ein digitales Signal (9, 18) eingerichtet ist, und ein weiteres Sensormodul (14) mit der Geräteanordnung (1) lösbar verbunden ist, wobei das weitere Sensormodul (14) einen Sensor (15) aufweist, der für wenigstens eine andere stoffliche Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung (2) sensitiv ist als der Sensor (4) des ersten Sensormoduls (3), die Sensormodule (3, 14) jeweils einen Stecksockel aufweisen, welcher Stecksockel zur Verbindung mit einem Steckplatz an der Geräteanordnung (1) ausgebildet ist, und die Sensormodule (3, 14) mit einem Datenbus (11) lösbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (20) in den Stecksockel integriert ist, dass die Sensormodule (3, 14) in beliebiger Anordnung an den Steckplätzen mit der Geräteanordnung (1) verbindbar sind und dass die Probenleitung (2) durch steckbare Schläuche gebildet ist, welche Eintritte und Austritte für die Messprobe an den Sensormodulen (3, 14) verbinden, und dass die Probenleitung (2) in die Geräteanordnung (1) integriert ist, und dass die Steckplätze Anschlussmittel (19) zum Anschluss eines Sensormoduls (3, 14) an die Probenleitung (2) aufweisen.Device arrangement (1) for analyzing a measurement sample, with a sample line (2) which is set up to receive the measurement sample, and with at least one sensor module (3, 14) which is connected to the sample line (2) and which has a sensor (4 , 15) which is set up to generate an electrical signal (5, 16) as a function of at least one material property of the measurement sample in the sample line (2), the at least one sensor module (3, 14) being detachably connected to the device arrangement (1 ) is connected, wherein the at least one sensor module (3, 14) comprises evaluation electronics (20) which are used to convert the electrical signal (5, 16) generated by the sensor (4, 15) of the at least one sensor module (3, 14) is set up in a digital signal (9, 18), and a further sensor module (14) is detachably connected to the device arrangement (1), the further sensor module (14) having a sensor (15) for at least one other material property of the measurement sample in the sample line (2) is sensitive than the sensor (4) of the first sensor module (3), the sensor modules (3, 14) each have a socket, which socket is designed for connection to a slot on the device arrangement (1). , and the sensor modules (3, 14) are detachably connected to a data bus (11), characterized in that the evaluation electronics (20) are integrated in the socket, that the sensor modules (3, 14) can be arranged in any arrangement at the slots with the Device arrangement (1) can be connected and that the sample line (2) is formed by pluggable hoses which connect inlets and outlets for the measurement sample on the sensor modules (3, 14), and that the sample line (2) is integrated into the device arrangement (1). and that the slots have connection means (19) for connecting a sensor module (3, 14) to the sample line (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Geräteanordnung zur Analyse einer Messprobe, mit einer Probenleitung, die zur Aufnahme der Messprobe eingerichtet ist, und mit wenigstens einem Sensormodul, welches an die Probenleitung angeschlossen ist und welches einen Sensor aufweist, der zur Generierung eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von wenigstens einer stofflichen Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul lösbar mit der Geräteanordnung verbunden ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul eine Auswerteelektronik umfasst, welche zur Umwandlung des von dem Sensor des wenigstens einen Sensormoduls generierten elektrischen Signals in ein digitales Signal eingerichtet ist, und ein weiteres Sensormodul mit der Geräteanordnung lösbar verbunden ist, wobei das weitere Sensormodul einen Sensor aufweist, der für wenigstens eine andere stoffliche Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung sensitiv ist als der Sensor des ersten Sensormoduls, die Sensormodule jeweils einen Stecksockel aufweisen, welcher Stecksockel zur Verbindung mit einem Steckplatz an der Geräteanordnung ausgebildet ist, und die Sensormodule mit einem Datenbus lösbar verbunden sind.The invention relates to a device arrangement for analyzing a measurement sample, with a sample line which is set up to receive the measurement sample, and with at least one sensor module which is connected to the sample line and which has a sensor which is used to generate an electrical signal as a function of at least a material property of the measurement sample is set up in the sample line, the at least one sensor module being detachably connected to the device arrangement, the at least one sensor module comprising evaluation electronics which are used to convert the electrical signal generated by the sensor of the at least one sensor module into a digital signal is set up, and a further sensor module is detachably connected to the device arrangement, the further sensor module having a sensor which is sensitive to at least one other material property of the measurement sample in the sample line than the sensor of the first sensor module, the sensor modules each having a socket, which socket is designed for connection to a slot on the device arrangement, and the sensor modules are detachably connected to a data bus.

Ein derartiges Gerät ist beispielsweise aus der DE 102 27 032 A1 bekannt, wobei die Sensormodule an ein zentrales Elektronikmodul angeschlossen sind, durch welches sie ausgewertet werden.Such a device is, for example, from DE 102 27 032 A1 known, wherein the sensor modules are connected to a central electronics module, through which they are evaluated.

Aus der US 5 834 777 A ist ein NDIR-Gassensor bekannt, der aus einem Halbleitermaterial gefertigt ist, wobei der NDIR-Gassensor eine Signalverarbeitungselektronik aufweist. From the U.S. 5,834,777 A an NDIR gas sensor is known which is made of a semiconductor material, the NDIR gas sensor having signal processing electronics.

Aus der DE 103 13 639 A1 ist ein Gassensormodul bekannt, das umfaßt einen Elementarsensor zum Erfassen einer Gaskonzentration; einen digitalen Datenspeicher zur Speicherung von Sensordaten oder Prozeßdaten und eine Schnittstelle zum Anschluss an eine übergeordnete Einheit zur Energieversorgung des Gassensormodul und zum Datenaustausch zwischen dem Gassensormodul und der übergeordneten Schnittstelle, wobei die Schnittstelle eine kontaktlose Schnittstelle ist.From the DE 103 13 639 A1 a gas sensor module is known which comprises an elementary sensor for detecting a gas concentration; a digital data memory for storing sensor data or process data and an interface for connection to a higher-level unit for supplying energy to the gas sensor module and for data exchange between the gas sensor module and the higher-level interface, the interface being a contactless interface.

Aus der DE 103 29 834 A1 ist ein modulares Gasmesssystem bekannt mit einer Basiseinheit mit angeschlossenen elektrischen Versorgungs- und Datenleitungen, einer mit einem Gassensor und mit einem Mikroprozessor ausgestatteten Messeinheit, welche mit der Basiseinheit mittels Schnellverschlüssen zu einer Funktionseinheit verbunden ist, und mit mindestens einem Erweiterungsmodul, welches von der aus der Basiseinheit und der Messeinheit gebildeten Funktionseinheit aufgenommen wird. Das Gasmesssystem bietet durch den modularen Aufbau die Möglichkeit, wahlweise unterschiedliche Erweiterungsmodule aufzunehmen.From the DE 103 29 834 A1 a modular gas measurement system is known with a base unit with connected electrical supply and data lines, a measurement unit equipped with a gas sensor and a microprocessor, which is connected to the base unit by means of quick-release fasteners to form a functional unit, and with at least one expansion module, which is Base unit and the measuring unit formed functional unit is included. Due to its modular design, the gas measurement system offers the option of optionally incorporating different expansion modules.

Die Anmelderin hat selbst tragbare Gasmessgeräte hergestellt, die eine Aufnahmekammer mit Steckplätzen für verschiedene Sensormodule aufweisen. Die Steckbarkeit der Sensormodule hat sich als vorteilhaft bewährt, da sich manche Sensormodule, insbesondere die auf einem elektrochemischen Wirkprinzip beruhenden Sensormodule, über die Lebensdauer verbrauchen, insbesondere die für den Messvorgang nötigen chemischen Substanzen, und daher die Sensormodule von Zeit zu Zeit ausgewechselt werden müssen. Da jedoch Sensormodule mit unterschiedlichen Typen von Sensoren unterschiedliche elektrische Ausgangssignale generieren, sind die Steckplätze der Gasmessgeräte auf jeweils einen Sensortyp oder eine Klasse von Sensortypen zugeschnitten.The applicant has itself manufactured portable gas measuring devices which have a receiving chamber with slots for various sensor modules. The pluggability of the sensor modules has proven to be advantageous, since some sensor modules, in particular the sensor modules based on an electrochemical principle of action, are consumed over their service life, in particular the chemical substances required for the measurement process, and the sensor modules therefore have to be replaced from time to time. However, since sensor modules with different types of sensors generate different electrical output signals, the slots in the gas-measuring devices are each tailored to one sensor type or one class of sensor types.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Geräteanordnung zur Analyse einer Messprobe bereitzustellen, das flexibel einsetzbar ist.The object of the invention is to provide a device arrangement for analyzing a measurement sample that can be used flexibly.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Geräteanordnung der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Auswerteelektronik in den Stecksockel integriert ist, dass die Sensormodule in beliebiger Anordnung an den Steckplätzen mit der Geräteanordnung verbindbar sind und dass die Probenleitung durch steckbare Schläuche gebildet ist, welche Eintritte und Austritte für die Messprobe an den Sensormodulen verbinden, und dass die Probenleitung in die Geräteeinheit integriert ist, und dass die Steckplätze Anschlussmittel zum Anschluss eines Sensormoduls an die Probenleitung aufweisen.To solve this problem, a device arrangement of the type mentioned at the outset provides for the evaluation electronics to be integrated into the plug-in base, for the sensor modules to be able to be connected to the device arrangement in any arrangement at the slots, and for the sample line to be formed by pluggable hoses which have inlets and Connect outlets for the measurement sample to the sensor modules, and that the sample line is integrated into the device unit, and that the slots have connection means for connecting a sensor module to the sample line.

Die Geräteanordnung kann als Gerät ausgebildet sein. Von Vorteil ist bei der Erfindung, dass das Sensormodul durch ein Sensormodul eines anderen Typs ersetzt werden kann, ohne dass eine Auswerteelektronik an der Geräteanordnung an den neuen Typ angepasst werden muss. Dadurch ist es möglich, die Geräteanordnung (das Gerät) an die jeweils gewünschte Analyse modular anzupassen. Die Geräteanordnung (das Gerät) ist somit flexibel einsetzbar.The device arrangement can be designed as a device. The advantage of the invention is that the sensor module can be replaced by a sensor module of a different type without having to adapt evaluation electronics on the device arrangement to the new type. This makes it possible to modularly adapt the device arrangement (the device) to the analysis required in each case. The device arrangement (the device) can thus be used flexibly.

Die Erfindung sieht somit vor, die komplette Elektronik zur Auswertung der jeweiligen Sensorsignale, insbesondere also einen Verstärker, einen analog-digital-Wandler (AD-Wandler) und einen Mikrocontroller, integriert in einen Stecksockel jedes Sensormoduls vorzusehen. Vorzugsweise liefern die Stecksockel somit digitale Signale für einen Datenbus, über den alle Sensormodule mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit verbunden sind. Vorzugsweise wird ein serieller Datenbus verwendet.The invention thus provides for all the electronics for evaluating the respective sensor signals, in particular an amplifier, an analog-to-digital converter (AD converter) and a microcontroller, to be integrated into a plug-in base of each sensor module. The sockets therefore preferably supply digital signals for a data bus, via which all sensor modules are connected to a central data processing unit. A serial data bus is preferably used.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Sensormodul mit einem Datenbus lösbar verbunden ist. Diese Verbindung kann durch elektrisch wirkende Verbindungsmittel und/oder optisch wirkende Verbindungsmittel und/oder induktiv wirkende Verbindungsmittel und/oder kapazitiv wirkende Verbindungsmittel bewirkt sein. Von Vorteil ist dabei, dass je nach Anforderung an die durchzuführende Analyse geeignete Sensormodule ausgewählt und mit der Geräteanordnung (dem Gerät) verbunden werden können.According to one embodiment of the invention, it can be provided that the at least one sensor module is detachably connected to a data bus. This connection can be effected by electrically acting connecting means and/or optically acting connecting means and/or inductively acting connecting means and/or capacitively acting connecting means. The advantage here is that, depending on the requirements of the analysis to be carried out, suitable sensor modules can be selected and connected to the device arrangement (the device).

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Sensormodul einen Mikrocontroller aufweist, der zur Durchführung der Datenkommunikation mit dem Bus eingerichtet ist. Dieser Mikrocontroller bildet somit einen Teil der Auswerteelektronik.In an advantageous embodiment, it can be provided that the at least one sensor module has a microcontroller that is set up to carry out the data communication with the bus. This microcontroller thus forms part of the evaluation electronics.

Besonders günstig ist es, wenn das wenigstens eine Sensormodul eine Speichereinheit aufweist, die zur Zwischenspeicherung digitaler Signale und/oder zur Ansteuerung des Mikrocontrollers eingerichtet ist. Diese Speichereinheit kann beispielsweise als Permanentspeichereinheit ausgebildet sein. Beispielsweise können in der Speichereinheit Abgleichdaten und Kalibrierkurven des Sensormoduls hinterlegt sein, die Fertigungsabweichungen des Sensormoduls erfassen. Die Speichereinheit kann darüber hinaus oder alternativ Daten enthalten, die eine Identifikation des Sensormoduls über den Datenbus ermöglichen. Von Vorteil ist dabei, dass die Geräteanordnung (das Gerät) sich selbsttätig an die jeweils vorgesehenen Sensormodule anpassen kann.It is particularly favorable if the at least one sensor module has a memory unit that is set up for temporarily storing digital signals and/or for controlling the microcontroller. This memory unit can be designed as a permanent memory unit, for example. For example, adjustment data and calibration curves of the sensor module can be stored in the memory unit, which record manufacturing deviations of the sensor module. In addition or as an alternative, the memory unit can contain data that enable the sensor module to be identified via the data bus. The advantage here is that the device arrangement (the device) can adapt itself automatically to the respectively provided sensor modules.

Zur Durchführung komplexer Analysen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein weiteres Sensormodul mit der Gerätanordnung (dem Gerät) lösbar verbunden ist, wobei das weitere Sensormodul einen Sensor aufweist, der für wenigstens eine andere stoffliche Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung sensitiv ist als der Sensor des ersten Sensormoduls.In order to carry out complex analyses, the invention provides that a further sensor module is detachably connected to the device arrangement (the device), the further sensor module having a sensor which is sensitive to at least one other material property of the measurement sample in the sample line than the sensor of the first sensor module.

Besonders günstig ist dabei, wenn die Sensormodule in Strömungsrichtung der Messprobe in der Probenleitung hintereinander an die Probenleitung angeschlossen sind. Vorzugsweise sind die Sensormodule in einer Reihenschaltung an die Probenleitung angeschlossen. Von Vorteil ist dabei, dass die Messprobe nacheinander mit den Sensoren der Sensormodule in Wirkkontakt kommt, wodurch ein sparsamer Verbrauch der Messprobe gewährleistet ist.It is particularly favorable if the sensor modules are connected to the sample line one behind the other in the direction of flow of the measurement sample in the sample line. The sensor modules are preferably connected to the sample line in a series connection. The advantage here is that the measurement sample comes into active contact with the sensors of the sensor modules one after the other, which ensures that the measurement sample is used sparingly.

Zur Anpassung der in der Messprobe befindlichen Stoffkonzentrationen an die Empfindlichkeitsbereiche der Sensormodule kann vorgesehen sein, dass die Probenleitung wenigstens eine Verzweigung aufweist, die zur Zuführung eines Verdünnungsstoffes eingerichtet ist. Vorzugsweise ist hierbei ein getaktetes Ventil vorgesehen, wobei durch die Taktung des Ventils das Verdünnungsverhältnis vorgebbar ist.In order to adapt the substance concentrations in the measurement sample to the sensitivity ranges of the sensor modules, it can be provided that the sample line has at least one branch that is set up for supplying a diluting substance. A clocked valve is preferably provided here, the dilution ratio being predeterminable by the clocking of the valve.

Eine konstruktiv besonders einfache und flexibel einsetzbare Ausführungsform ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, dass die Probenleitung durch steckbare Schläuche gebildet ist, welche Eintritte und Austritte für die Messprobe an den Sensormodulen verbinden. Von Vorteil ist dabei, dass die Reihenfolge, in welcher die Messprobe mit den Sensoren der Sensormodule in Wirkkontakt gebracht wird, durch die Steckanordnung der Schläuche vorgegeben werden kann.According to the invention, an embodiment that is structurally particularly simple and can be used flexibly results from the fact that the sample line is formed by pluggable hoses which connect inlets and outlets for the measurement sample on the sensor modules. The advantage here is that the order in which the measurement sample is brought into active contact with the sensors of the sensor modules can be predetermined by the plug-in arrangement of the hoses.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Schläuche vorgeformt, insbesondere C-förmig vorgeformt, ausgebildet sind. Von Vorteil ist dabei, dass somit nur ein möglicher Verbindungsweg der Probenleitung zwischen den Sensormodulen möglich ist, dass sich insbesondere keine Überkreuzungen der Versorgungsleitungen realisieren lassen. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass anhand der Belegung der Steckplätze mit Sensormodulen ersichtlich ist, welches Sensormodul in welcher Position der gewählten Anordnung angeordnet ist. Es kann somit eine zentrale Datenverarbeitungseinheit vorgesehen werden, die von dem an dem jeweiligen Steckplatz verbundenen Sensormodul jeweils den Sensortyp zusammen mit Informationen über den Steckplatz erhält, wodurch die Verarbeitungseinheit Querempfindlichkeiten zu anderen Messgrößen bei der Interpretation der gemessenen Zahlenwerte berücksichtigen kann.It is particularly favorable if the hoses are preformed, in particular preformed in a C-shape. The advantage here is that only one possible connection path for the sample line between the sensor modules is possible, and in particular that the supply lines cannot cross over. This advantageously means that the assignment of the slots with sensor modules makes it clear which sensor module is arranged in which position of the selected arrangement. A central data processing unit can thus be provided which receives the sensor type together with information about the slot from the sensor module connected to the respective slot, whereby the processing unit can take into account cross-sensitivities to other measured variables when interpreting the measured numerical values.

Gemäß der Erfindung sind an der Geräteanordnung (dem Gerät) wenigstens zwei Steckplätze für Sensormodule ausgebildet. Es können auch mehr als zwei Steckplätze für Sensormodule ausgebildet sein. Diese Steckplätze können beispielsweise in einer verschließbaren Aufnahmekammer angeordnet sein. Von Vorteil ist dabei, dass die Sensormodule an den Steckplätzen einfach austauschbar sind, und dass die Aufnahmekammer einen mechanischen Schutz der Sensormodule gegen Beschädigung bildet.According to the invention, at least two slots for sensor modules are formed on the device arrangement (the device). There can also be more than two slots for sensor modules. These slots can be arranged, for example, in a closable receiving chamber. The advantage here is that the sensor modules can be easily replaced at the slots, and that the receiving chamber forms mechanical protection for the sensor modules against damage.

Erfindungsgemäß weist das wenigstens eine Sensormodul einen Stecksockel zur Verbindung mit einem Steckplatz, der an der Geräteanordnung (dem Gerät) ausgebildet ist, aufweist, und wenn die Auswerteelektronik des Sensormoduls in den Stecksockel integriert ist.According to the invention, the at least one sensor module has a plug-in base for connection to a slot formed on the device arrangement (the device), and when the evaluation electronics of the sensor module are integrated in the plug-in base.

Erfindungsgemäß weisen die Steckplätze Anschlussmittel zum Anschluss eines Sensormoduls an den Datenbus auf. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Steckplätze Anschlussmittel zum Anschluss eines Sensormoduls an eine mit dem Datenbus verbundene Datenverarbeitungseinheit aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass mit dem Steckverbinden der Sensormodule in den Steckplätzen in einem Arbeitsgang die Verbindung mit dem Datenbus hergestellt werden kann.According to the invention, the slots have connection means for connecting a sensor module to the data bus. Preferably, vorgese be that the slots have connection means for connecting a sensor module to a data processing unit connected to the data bus. The advantage here is that the connection to the data bus can be established in one operation when the sensor modules are plugged into the slots.

Der Anschluss eines Sensormoduls an den Datenbus kann generell durch elektrische Verbindungsmittel, durch optische Verbindungsmittel, durch kapazitive Verbindungsmittel und/oder durch induktive Verbindungsmittel bewirkt sein.The connection of a sensor module to the data bus can generally be brought about by electrical connection means, by optical connection means, by capacitive connection means and/or by inductive connection means.

Eine besonders einfach handhabbare Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, dass die Steckplätze Anschlussmittel zum Anschluss eines Sensormoduls an die Probenleitung aufweisen. Besonders günstig ist es dabei, wenn die Probenleitung in die Geräteanordnung (das Gerät) integriert ist.A particularly easy-to-handle embodiment of the invention can provide that the slots have connection means for connecting a sensor module to the sample line. It is particularly favorable if the sample line is integrated into the device arrangement (the device).

Generell können die Anschlussmittel für eine Steckverbindung, eine Schraubverbindung oder für Kombinationen, beispielsweise eine Bajonettverbindung eingerichtet sein.In general, the connection means can be set up for a plug-in connection, a screw connection or for combinations, for example a bayonet connection.

Eine größtmögliche Flexibilität der Geräteanordnung (des Geräts) wird erreicht, wenn die Sensormodule in beliebiger Anordnung an den Steckplätzen mit der Geräteanordnung verbindbar sind. Insbesondere können die Steckplätze derart ausgebildet sein, dass an allen Steckplätzen die mechanische Aufnahme und/oder die Verbindung mit dem Datenbus und/oder die Verbindung mit der Probenleitung für die verfügbaren Typen von Sensormodulen bewirkt werden kann.The greatest possible flexibility of the device arrangement (of the device) is achieved if the sensor modules can be connected to the device arrangement in any arrangement at the slots. In particular, the slots can be designed in such a way that the mechanical accommodation and/or the connection to the data bus and/or the connection to the sample line for the available types of sensor modules can be effected at all slots.

Ein breites Anwendungsgebiet wird erreicht, wenn die Messprobbe und/oder der Verdünnungsstoff gasförmig ist/sind. In diesem Fall ist die Probenleitung zur Aufnahme und Durchleitung gasförmiger Stoffe eingerichtet.A wide range of applications is achieved when the measurement sample and/or the diluent is/are gaseous. In this case, the sample line is set up to receive and conduct gaseous substances.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Geräteanordnung (das Gerät) batteriebetrieben ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Geräteanordnung unabhängig von der Verfügbarkeit von externen Stromquellen betrieben werden kann. Es kann auch ein Betrieb über ein integriertes oder externes Netzteil vorgesehen sein.According to one embodiment of the invention, it can be provided that the device arrangement (the device) is battery-operated. The advantage here is that the device arrangement can be operated independently of the availability of external power sources. Operation via an integrated or external power pack can also be provided.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Geräteanordnung (das Gerät) tragbar ausgebildet ist, insbesondere als Handgerät ausgebildet ist.It is particularly favorable if the device arrangement (the device) is designed to be portable, in particular is designed as a hand-held device.

Zum Transport der Messprobe in der Probenleitung kann vorgesehen sein, dass die Geräteanordnung (das Gerät) eine Fördereinheit aufweist, die zur Förderung der Messprobe in der Probenleitung zu und/oder von dem wenigstens einen Sensormodul eingerichtet ist. Diese Fördereinheit kann beispielsweise als Pumpe ausbildet sein.In order to transport the measurement sample in the sample line, it can be provided that the device arrangement (the device) has a conveying unit that is set up to convey the measurement sample in the sample line to and/or from the at least one sensor module. This delivery unit can be designed as a pump, for example.

Zur Weiterverarbeitung der Messdaten kann vorgesehen sein, dass die Geräteanordnung (das Gerät) eine Datenverarbeitungseinheit aufweist, welche zum Auslesen des Sensormoduls und zur Bereitstellung zum weiteren Gebrauch der mit dem wenigstens einen Sensormodul gewonnenen Analysedaten eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul zum Datenaustausch lösbar mit dem Datenverarbeitungsmodul verbunden ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Datenverarbeitungsmodul in die Geräteanordnung (das Gerät) integriert ist.For further processing of the measurement data, it can be provided that the device arrangement (the device) has a data processing unit, which is set up to read out the sensor module and to make the analysis data obtained with the at least one sensor module available for further use, with the at least one sensor module being detachable for data exchange with connected to the data processing module. Provision is preferably made for the data processing module to be integrated into the device arrangement (the device).

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, ist aber nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale der Ansprüche untereinander und/oder mit Merkmalen des Ausführungsbeispiels.The invention will now be described in more detail using an exemplary embodiment, but is not limited to this exemplary embodiment. Further exemplary embodiments result from combining the features of the claims with one another and/or with features of the exemplary embodiment.

Es zeigt die einzige Figur eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Geräteanordnung zur Analyse einer Messprobe in schematischer Darstellung. Die Geräteanordnung 1 ist als Gerät ausgebildet.The single FIGURE shows a schematic representation of a device arrangement, denoted as a whole by 1, for the analysis of a measurement sample. The device arrangement 1 is designed as a device.

Zur Analyse einer Messprobe weist die Geräteanordnung 1 eine Probenleitung 2 auf, die von der gasförmigen Messprobe in der Figur von unten nach oben durchströmt wird.In order to analyze a measurement sample, the device arrangement 1 has a sample line 2 through which the gaseous measurement sample flows from bottom to top in the figure.

An die Probenleitung 2 ist ein erstes Sensormodul 3 angeschlossen. Das Sensormodul 3 weist einen Sensor 4 auf.A first sensor module 3 is connected to the sample line 2 . The sensor module 3 has a sensor 4 .

Der Sensor 4 ist so eingerichtet, dass die Anwesenheit einer vorbestimmten Komponente in der Messprobe in der Probenleitung 2 zur Erzeugung eines elektrischen Signals 5 oder mehrerer elektrischen Signale führt, wobei die Stärke des Signals oder der Signale durch die Konzentration der Komponente in der Messprobe bestimmt ist.The sensor 4 is set up in such a way that the presence of a predetermined component in the measurement sample in the sample line 2 leads to the generation of an electrical signal 5 or several electrical signals, the strength of the signal or signals being determined by the concentration of the component in the measurement sample .

Zur Verstärkung des elektrischen Signals 5 weist das Sensormodul 3 einen Operationsverstärker 6 auf.The sensor module 3 has an operational amplifier 6 to amplify the electrical signal 5 .

Das derart verstärkte Signal 7 wird einem AD-Wandler 8 zugeführt. Der AD-Wandler 8 wandelt das verstärkte Signal 7 des Sensors 4 in ein digitales Signal 9 um. Über einen Mikrocontroller 10 ist das Sensormodul 3 mit einem Datenbus 11 verbunden.The signal 7 amplified in this way is fed to an AD converter 8 . AD converter 8 converts amplified signal 7 from sensor 4 into a digital signal 9 . The sensor module 3 is connected to a data bus 11 via a microcontroller 10 .

Der Mikrocontroller 10 ist zur Durchführung der Datenkommunikation mit dem Datenbus 11 eingerichtet. Somit werden die digitalen Signale 9 durch den Mikrocontroller 10 an den Bus 11 angelegt.The microcontroller 10 is set up to carry out the data communication with the data bus 11 . Thus, the digital signals 9 are applied to the bus 11 by the microcontroller 10 .

AD-Wandler 8 und Mikrocontroller 10 bilden somit Teile der Auswertelektronik 20 des Sensormoduls 3.AD converter 8 and microcontroller 10 thus form parts of evaluation electronics 20 of sensor module 3.

Zur Zwischenspeicherung der digitalen Signale 9, beispielsweise während der Datenkommunikation mit dem Datenbus 11, verfügt das Sensormodul über einen Datenspeicher 12.The sensor module has a data memory 12 for temporarily storing the digital signals 9, for example during data communication with the data bus 11.

Dieser Datenspeicher 12 kann zusätzlich Daten und Algorithmen zum Betrieb des Mikrocontrollers 10 enthalten, und es können Daten zur Identifizierung des Sensormoduls 3 über den Bus 11 in den Datenspeicher 12 hinterlegt sein.This data memory 12 can also contain data and algorithms for operating the microcontroller 10 , and data for identifying the sensor module 3 can be stored in the data memory 12 via the bus 11 .

Das Sensormodul 3 ist als Ganzes lösbar mit der Geräteanordnung 1 verbunden.The sensor module 3 is detachably connected to the device arrangement 1 as a whole.

Hierzu sind an der Geräteanordnung 1 nicht weiter dargestellte Steckplätze ausgebildet, in welche das Sensormodul 3 mit einem nicht weiter gezeigten Stecksockel eingesteckt werden kann. Durch das Einstecken des Sensormoduls 3 als Steckmodul in einen der Steckplätze der Geräteanordnung 1 wird gleichzeitig die Verbindung zu dem Datenbus 11 über ein nicht näher dargestelltes Anschlussmittel 13 hergestellt.For this purpose, slots (not shown in detail) are formed on the device arrangement 1, into which the sensor module 3 can be plugged with a plug-in base (not shown in detail). By inserting the sensor module 3 as a plug-in module into one of the slots of the device arrangement 1, the connection to the data bus 11 is established at the same time via a connection means 13, not shown in detail.

Das Anschlussmittel 13 weist zur Herstellung dieser Verbindung elektrische Kontakte auf, die mit elektrischen Kontakten des Datenbusses 11 in Berührkontakt gebracht werden.To establish this connection, the connecting means 13 has electrical contacts which are brought into physical contact with electrical contacts of the data bus 11 .

Mit der Gerätanordnung 1 sind weitere Sensormodule 14 lösbar an weiteren Steckplätzen verbunden.With the device arrangement 1 further sensor modules 14 are detachably connected to further slots.

Die Figur zeigt beispielhaft ein weiteres Sensormodul 14, wobei das Vorhandensein weiterer Sensormodule 14 durch Punkte angedeutet ist.The figure shows an example of a further sensor module 14, the presence of further sensor modules 14 being indicated by dots.

Das Sensormodul 14 ist baugleich zu dem Sensormodul 3 ausgeführt. Das Sensormodul 14 ist äußerlich konstruktiv so ausgebildet, dass es alternativ oder zusätzlich zu dem Sensormodul 3 mit der Geräteanordnung 1 verbunden und betrieben werden kann.The sensor module 14 has the same construction as the sensor module 3 . The sensor module 14 is designed externally in such a way that it can be connected to the device arrangement 1 and operated as an alternative or in addition to the sensor module 3 .

Das Sensormodul 14 ist jedoch zur Erfassung einer anderen stofflichen Eigenschaft der Messprobe, beispielsweise einer anderen Stoff-Komponente in der Messprobe, ausgebildet als das Sensormodul 3. Hierzu weist das Sensormodul 14 einen Sensor 15 auf, der für wenigstens eine andere stoffliche Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung 2 sensitiv ist als der Sensor 4 des ersten Sensormoduls 3. Beispielsweise können die elektrischen Signale 16 am Ausgang des Sensors 15 die Konzentration einer weiteren Komponente in der Messprobe anzeigen.However, the sensor module 14 is designed to detect a different material property of the measurement sample, for example a different material component in the measurement sample, than the sensor module 3. For this purpose, the sensor module 14 has a sensor 15, which for at least one other material property of the measurement sample in of the sample line 2 is more sensitive than the sensor 4 of the first sensor module 3. For example, the electrical signals 16 at the output of the sensor 15 can indicate the concentration of another component in the measurement sample.

Diese elektrischen Signale 16 liegen in analoger Form vor und werden durch den Operationsverstärker 6 des Sensormoduls 14 verstärkt. Die verstärkten Signale 17 werden durch den AD-Wandler 8 des Sensormoduls 14 in digitale Signale 18 umgewandelt.These electrical signals 16 are in analog form and are amplified by the operational amplifier 6 of the sensor module 14 . The amplified signals 17 are converted into digital signals 18 by the AD converter 8 of the sensor module 14 .

Der Mikrocontroller 10 führt in Verbindung mit dem Speichermittel 12 des Sensormoduls 14 die Übertragung der digitalen Signale über die Anschlussmittel 13 an den Datenbus 11 durch.The microcontroller 10 carries out the transmission of the digital signals via the connection means 13 to the data bus 11 in connection with the storage means 12 of the sensor module 14 .

An dem Anschlussmittel 13 werden somit durch die Auswerteelektronik 20 an jedem Sensormodul 3, 14 die Messdaten in standardisierter, geräteunabhängiger Form für eine Weiterverarbeitung bereitgestellt.The measurement data are thus made available on the connection means 13 by the evaluation electronics 20 on each sensor module 3, 14 in a standardized, device-independent form for further processing.

In der schematischen Darstellung der Figur ist ersichtlich, dass die Sensormodule 3, 14 in Strömungsrichtung der Messprobe in der Probenleitung 2 hintereinander an diese Probenleitung 2 angeschlossen sind.In the schematic representation of the figure it can be seen that the sensor modules 3, 14 are connected to this sample line 2 one behind the other in the direction of flow of the measurement sample in the sample line 2.

Der Anschluss erfolgt über Anschlussmittel 19, die bei einem Ausführungsbeispiel in den für die Sensormodule 3 beziehungsweise 14 vorgesehenen Steckplatz integriert sind.The connection is made via connection means 19 which, in one exemplary embodiment, are integrated in the slot provided for the sensor modules 3 and 14, respectively.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Anschlussmittel 19 durch vorgeformte steckbare Schläuche gegeben, die mit entsprechenden Anschlussstutzen an den Sensormodulen 3, 14 verbunden sind.In a further exemplary embodiment, the connection means 19 are provided by preformed, pluggable hoses which are connected to corresponding connection pieces on the sensor modules 3, 14.

Der Datenbus 11 ist an eine nicht weiter gezeigte Datenverarbeitungseinheit anschlossen, mit welcher die digitalen Signale 9, 18 der Sensormodule 3, 14 ausgelesen werden können, um zum weiteren Gebrauch als Analysedaten bereitzustehen.The data bus 11 is connected to a data processing unit (not shown) with which the digital signals 9, 18 of the sensor modules 3, 14 can be read out in order to be available for further use as analysis data.

Diese Datenverarbeitungseinheit ist mit dem Datenbus 11 in denjenigen Teil der Geräteanordnung 1 integriert, mit dem die Sensormodule 3, 14 lösbar verbunden werden können.This data processing unit is integrated with the data bus 11 in that part of the device arrangement 1 to which the sensor modules 3, 14 can be detachably connected.

Die Geräteanordnung 1 ist tragbar ausbildet, wobei die Sensormodule 3, 14 durch eine Batterie oder durch ein Netzteil mit der zum Betrieb nötigen Energie versorgt werden.The device arrangement 1 is designed to be portable, with the sensor modules 3, 14 being supplied with the energy required for operation by a battery or by a power pack.

An die Probenleitung 2 ist ferner eine nicht weiter gezeigte Pumpe angeschlossen, die als Fördereinheit zur Förderung der gasförmigen oder flüssigen Messprobe in der Probeleitung 2 eingerichtet ist. Durch die Fördereinheit wird somit die Messprobe in der Probenleitung 2 zu und/oder von den Sensormodulen 3, 14 gefördert.Also connected to the sample line 2 is a pump, not shown in any more detail, which is set up as a conveying unit for conveying the gaseous or liquid measurement sample in the sample line 2 . The measurement sample in the sample line 2 is thus conveyed to and/or from the sensor modules 3, 14 by the conveying unit.

Bei der Geräteanordnung 1 (dem Gerät) zur Analyse einer Messprobe ist vorgesehen, dass wenigstens ein Sensormodul 3, 14 mit einer Probenleitung 2 lösbar verbunden ist, wobei das Sensormodul 3, 14 wenigstens einen Sensor 4, 15 aufweist, wobei der Sensor 4, 15 zur Erzeugung eines analogen elektrischen Signals 5, 16 in Abhängigkeit von wenigstens einer stofflichen Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung 2 eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul 3, 14 eine Auswerteelektronik 20 umfasst, welche Mittel 8 zur Umwandlung des von dem Sensor 4, 15 generierten analogen elektrischen Signals 5, 16 in eine digitales Signal 9, 18 aufweist.In the device arrangement 1 (the device) for analyzing a measurement sample, it is provided that at least one sensor module 3, 14 is detachably connected to a sample line 2, with the sensor module 3, 14 having at least one sensor 4, 15, with the sensor 4, 15 is set up to generate an analog electrical signal 5, 16 depending on at least one material property of the measurement sample in the sample line 2, wherein the at least one sensor module 3, 14 comprises evaluation electronics 20, which means 8 for converting the signal from the sensor 4, 15 generated analog electrical signal 5, 16 into a digital signal 9, 18 has.

Claims (11)

Geräteanordnung (1) zur Analyse einer Messprobe, mit einer Probenleitung (2), die zur Aufnahme der Messprobe eingerichtet ist, und mit wenigstens einem Sensormodul (3, 14), welches an die Probenleitung (2) angeschlossen ist und welches einen Sensor (4, 15) aufweist, der zur Generierung eines elektrischen Signals (5, 16) in Abhängigkeit von wenigstens einer stofflichen Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung (2) eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul (3, 14) lösbar mit der Geräteanordnung (1) verbunden ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul (3, 14) eine Auswerteelektronik (20) umfasst, welche zur Umwandlung des von dem Sensor (4, 15) des wenigstens einen Sensormoduls (3, 14) generierten elektrischen Signals (5, 16) in ein digitales Signal (9, 18) eingerichtet ist, und ein weiteres Sensormodul (14) mit der Geräteanordnung (1) lösbar verbunden ist, wobei das weitere Sensormodul (14) einen Sensor (15) aufweist, der für wenigstens eine andere stoffliche Eigenschaft der Messprobe in der Probenleitung (2) sensitiv ist als der Sensor (4) des ersten Sensormoduls (3), die Sensormodule (3, 14) jeweils einen Stecksockel aufweisen, welcher Stecksockel zur Verbindung mit einem Steckplatz an der Geräteanordnung (1) ausgebildet ist, und die Sensormodule (3, 14) mit einem Datenbus (11) lösbar verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteelektronik (20) in den Stecksockel integriert ist, dass die Sensormodule (3, 14) in beliebiger Anordnung an den Steckplätzen mit der Geräteanordnung (1) verbindbar sind und dass die Probenleitung (2) durch steckbare Schläuche gebildet ist, welche Eintritte und Austritte für die Messprobe an den Sensormodulen (3, 14) verbinden, und dass die Probenleitung (2) in die Geräteanordnung (1) integriert ist, und dass die Steckplätze Anschlussmittel (19) zum Anschluss eines Sensormoduls (3, 14) an die Probenleitung (2) aufweisen.Device arrangement (1) for analyzing a measurement sample, with a sample line (2) which is set up to receive the measurement sample, and with at least one sensor module (3, 14) which is connected to the sample line (2) and which has a sensor (4 , 15) which is set up to generate an electrical signal (5, 16) as a function of at least one material property of the measurement sample in the sample line (2), the at least one sensor module (3, 14) being detachably connected to the device arrangement (1 ) is connected, wherein the at least one sensor module (3, 14) comprises evaluation electronics (20) which are used to convert the electrical signal (5, 16) generated by the sensor (4, 15) of the at least one sensor module (3, 14) is set up in a digital signal (9, 18), and a further sensor module (14) is detachably connected to the device arrangement (1), the further sensor module (14) having a sensor (15) for at least one other material property of the measurement sample in the sample line (2) is sensitive than the sensor (4) of the first sensor module (3), the sensor modules (3, 14) each have a socket, which socket is designed for connection to a slot on the device arrangement (1). , and the sensor modules (3, 14) are detachably connected to a data bus (11), characterized in that the evaluation electronics (20) are integrated in the socket, that the sensor modules (3, 14) can be arranged in any arrangement at the slots with the Device arrangement (1) can be connected and that the sample line (2) is formed by pluggable hoses which connect inlets and outlets for the measurement sample on the sensor modules (3, 14), and that the sample line (2) is integrated into the device arrangement (1). and that the slots have connection means (19) for connecting a sensor module (3, 14) to the sample line (2). Geräteanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensormodul (3, 14) einen Mikrocontroller (10) aufweist, der zur Durchführung der Datenkommunikation mit dem Datenbus (11) eingerichtet ist.Device arrangement (1) according to claim 1 , characterized in that the at least one sensor module (3, 14) has a microcontroller (10) which is set up to carry out the data communication with the data bus (11). Geräteanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sensormodul (3, 14) eine Speichereinheit (12), insbesondere eine Permanentspeichereinheit, aufweist, die zur Zwischenspeicherung digitaler Signale (9, 18) und/oder zur Ansteuerung des Mikrocontrollers (10) eingerichtet ist.Device arrangement (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that the at least one sensor module (3, 14) has a memory unit (12), in particular a permanent memory unit, which is set up for temporarily storing digital signals (9, 18) and/or for controlling the microcontroller (10). Geräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormodule (3, 14) in Strömungsrichtung der Messprobe in der Probenleitung (2) hintereinander, insbesondere in einer Reihenschaltung, an die Probenleitung (2) angeschlossen sind.Device arrangement (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the sensor modules (3, 14) are connected to the sample line (2) one behind the other in the flow direction of the measurement sample in the sample line (2), in particular in a series connection. Geräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Probenleitung (2) wenigstens eine Verzweigung aufweist, die zur Zuführung eines Verdünnungsstoffes, insbesondere über ein getaktetes Ventil, wobei durch die Taktung des Ventils das Verdünnungsverhältnis vorgebbar ist, eingerichtet ist.Device arrangement (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the sample line (2) has at least one branch which is set up for supplying a diluent, in particular via a clocked valve, the dilution ratio being predeterminable by the clocking of the valve. Geräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckplätze Anschlussmittel (13) zum Anschluss eines Sensormoduls (3, 14) an den Datenbus (11), insbesondere an eine mit dem Datenbus (11) verbundene Datenverarbeitungseinheit, aufweisen.Device arrangement (1) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the slots have connection means (13) for connecting a sensor module (3, 14) to the data bus (11), in particular to a data processing unit connected to the data bus (11). Geräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messprobe und/oder der Verdünnungsstoff gasförmig ist/sind.Device arrangement (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the measurement sample and/or the diluent is/are gaseous. Geräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräteanordnung (1) batteriebetrieben ist.Device arrangement (1) according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the device arrangement (1) is battery operated. Geräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräteanordnung (1) tragbar ausgebildet ist, insbesondere als Handgerät ausgebildet ist.Device arrangement (1) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the device arrangement (1) is designed to be portable, in particular as a hand-held device. Geräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräteanordnung (1) eine Fördereinheit aufweist, die zur Förderung der Messprobe in der Probenleitung (2) zu und/oder von dem wenigstens einen Sensormodul (3, 14) eingerichtet ist.Device arrangement (1) according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the device arrangement (1) has a conveyor unit which is set up to convey the measurement sample in the sample line (2) to and/or from the at least one sensor module (3, 14). Geräteanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Geräteanordnung (1) eine Datenverarbeitungseinheit aufweist, welche zum Auslesen des wenigstens einen Sensormoduls (3, 14) und zur Bereitstellung zum weiteren Gebrauch der mit dem wenigstens einen Sensormodul (3, 14) gewonnenen Analysedaten eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Sensormodul (3, 14) zum Datenaustausch lösbar mit dem Datenverarbeitungsmodul verbunden ist.Device arrangement (1) according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the device arrangement (1) has a data processing unit, which for reading the at least one sensor module (3, 14) and for providing for further use with the analysis data obtained from at least one sensor module (3, 14), the at least one sensor module (3, 14) being detachably connected to the data processing module for data exchange.
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