现场设备和用于校准现场设备的方法.pdf

本发明涉及一种现场设备(1)和用于校准现场设备(1)的方法，现场设备(1)具有现场设备电子电路(2)和用于过程处理的传感器单元(5)，其中现场设备电子电路(2)接收传感器单元(5)的测量信号，并且包括用于分析测量信号的分析单元(4)和用于校准现场设备(1)的装置。根据本发明，用于校准现场设备(1)的装置包括数字调节元件(11)和微处理器(3)，其中数字调节元件(11)由微处理器(3)控制，用于校准现场设备(1)。

1.  一种现场设备(1)，具有现场设备电子电路(2)和用于过程测量的传感器单元(5)，其中现场设备电子电路(2)接收传感器单元(5)的测量信号，其中现场设备电子电路(2)包括用于分析测量信号的分析单元(4)和用于校准现场设备(1)的装置，其特征在于：
用于校准现场设备(1)的装置包括数字调节元件(11)和微处理器(3)，其中，为了校准现场设备(1)，数字调节元件(11)由微处理器(3)控制。

2.  根据权利要求1所述的现场设备(1)，其中：
在现场设备(1)的校准中，数字调节元件(11)通过合适的信号作用于分析单元(4)和/或测量信号产生(6)。

3.  根据权利要求1或2所述的现场设备(1)，其中：
分析单元(4)包括比较器(12)，其产生依赖于测量信号(M1)与额定值(S1)的比较的状态信号(Z1)，其中额定值(S1)由数字调节元件(11)产生。

4.  根据权利要求1或2所述的现场设备(1)，其中：
数字调节元件(11)对于测量信号产生(6)的作用包括放大因数改变。

5.  根据前述任一条权利要求所述的现场设备(1)，其中：
校准是由开关元件(9)启动的，开关元件(9)从外部无接触地开动。

6.  根据权利要求5所述的现场设备(1)，其中：
开关元件(9)是笛簧继电器，其通过磁体从外部开动。

7.  根据权利要求5所述的现场设备(1)，其中：
开关元件(9)是霍尔传感器，其通过磁体从外部开动。

8.  根据权利要求5所述的现场设备(1)，其中：
开动元件(8)和开关元件(9)之间的接口(9.1)实施为用于开动元件(8)和开关元件(9)之间的无线数据交换的发送/接收单元。

9.  根据权利要求8所述的现场设备(1)，其中：
开关元件(9)和开动元件(8)之间的接口(9.1)实施为无线电发射机应答器装置，用于使用发送线圈和接收线圈传递电感数据，其中开动元件(8)包括发送线圈，开关元件(9)包括接收线圈。

10.  根据权利要求8所述的现场设备(1)，其中：
接口(9.1)实施为红外接口或无线电接口，其中发送单元是开动元件(8)的一部分，接收单元是开关元件(9)的一部分。

11.  根据权利要求8-10中任一条所述的现场设备(1)，其中：
开动元件(8)实施为存储卡。

12.  用于校准现场设备(1)的方法，其特征在于：
在第一方法步骤(200)中，现场设备电子电路(2)确定现场设备(1)的操作类型，在第二方法步骤(300)中，现场设备电子电路(2)确定状态信号(Z1)的额定状态，其中，依赖于确定的操作类型和确定的额定状态，在第三方法步骤(400、500)中，改变现场设备(1)的灵敏度直至得到状态信号(Z1)的转换，并且其中状态信号(Z1)的额定状态代表实际传感器状态。

13.  根据权利要求12所述的方法，其中
用于校准现场设备(1)的方法从现场设备(1)的外部手动开始

14.  根据权利要求1 2或13所述的方法，其中：
操作类型是通过分析现场设备(1)的连接器分配而确定的。

15.  根据权利要求12-14中任一条所述的方法，其中；
状态信号(Z1)的额定状态是利用代表现场设备的操作类型的信号和代表状态信号(Z1)的开始状态的信号之间的逻辑连接，以及校准过程已经开始(100)的事实而确定的。

现场设备和用于校准现场设备的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的现场设备，其具有现场设备电子电路和用于过程测量的传感器单元，还涉及根据权利要求12的前序部分的用于校准现场设备的方法。
背景技术
在具有现场设备电子电路以及分配的电导性或电容性传感器单元的现场设备的情况，在极端现场条件的情况必须使用电位计进行现场设备的灵敏度的校准，其中特别地使用电位计调整电子分析设备的切换阈值。切换阈值改变的方向依赖于现场设备是以作为抽空保护的“MIN”操作类型操作，即，当低于预定料位时报警；还是以作为溢出保护的“MAX”操作类型操作，即，当超过预定料位时报警。然后通常当指示的传感器状态由于现场条件(填料等)不适合实际传感器状态时执行校准。
在实际中所有先前销售的用于液体和松散材料的料位确定(诸如基于电容性测量或电导性测量工作)的传感器单元的情况中，正弦交流电压信号用作传感器单元的控制信号。结果，交流信号也直接用作测量信号。这些交流信号通常利用模拟振荡器产生，并为了进一步的处理而被模拟滤波、整流，并且在极限水平切换的情况中，利用模拟比较器与预定的阈值比较。通常，微处理器仅用于对利用模拟电子设备准备的信号进行线性化、缩放以及向该信号提供时延、切换滞后或反相。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种现场设备，其特别是在现场设备安装有密封外壳的情况中可以被容易地校准，并且提供用于校准该现场设备的方法。
根据本发明，关于现场设备，通过权利要求1的特征实现该目的；关于方法，通过权利要求12的特征实现该目的。从属权利要求涉及本发明具有优点的实施例以及进一步的发展。
本发明的一个主要思想是提供一种数字调节元件形式的装置，用于校准现场设备，该元件由微处理器控制。当微处理器已经是现场设备电子电路的一部分时，由于这种微处理器可以用于校准，所以本发明的思想可以特别具有优点的得以实施。
使用微处理器和数字调节元件的校准对于外壳被密封从而手动的微调电位计不可能进入的现场设备特别具有优点。
在本发明的一个具有优点的实施例中，数字调节元件通过合适的信号作用于现场设备中的分析单元和/或信号产生部件，其中数字调节元件的作用在于例如调节分析单元中的阈值或者信号产生部分中的放大因数。
在本发明的另一实施例中，分析单元包括比较器，其可以实施为模拟电路或编程的功能模块，并且基于测量信号与额定值的比较而产生状态信号，其中额定值是微处理器通过数字调节元件产生的。
在本发明的具有优点的进一步发展中，校准由开关元件启动，该开关元件从现场设备外壳的外部无接触地开动。在这个进一步发展中，例如通过改变磁场而实现该开动。开关元件例如实施为笛簧继电器或霍尔传感器，并且相关的开动元件实施为永磁体。这个实施例具有可以廉价实施的优点。
为了保护免受校准过程的意外启动，提供了时间窗，其中必须执行预定的开动步骤，例如开动两次或开动一定长的时间，以开始校准过程。
在本发明的另一个进一步发展中，开动元件和开关元件之间的接口实施为用于开动元件和开关元件之间的电感、光或电磁信号的无线数据交换的发送/接收元件，其中开动元件可以实施为存储卡。
于是，开关元件和开动元件之间地接口可以例如实施为无线电发射机应答器装置，用于使用发送线圈和接收线圈传递电感数据，其中开动元件包括发送线圈，开关元件包括接收线圈。
另外，接口可以实施为用于光传输的红外接口或实施为无线电接口，例如使用蓝牙协议，并且发送单元是开动元件的一部分，接收单元是开关元件的一部分。
如果用于启动校准过程的开关元件通过空气接口开动，具有优点地有可能通过不同编码的信号启动不同的校准过程，和/或令启动依赖于特定的代码，使得不可能有校准过程的未授权操作或意外启动。
本发明的用于校准现场设备的方法在第一方法步骤中包括确定现场设备操作的操作类型。在方法的特别具有优点的实施例中，现场设备电子电路通过分析现场设备的连接器分配而确定操作类型。
现场设备可以以作为抽空保护的第一操作类型“MIN”操作，即，当低于预定料位时发生报警，或者以作为溢出保护的操作类型“MAX”操作，即，当超过预定料位时发生报警。
在第二方法步骤中，现场设备电子电路确定传感器的额定状态，其中额定状态是利用代表现场设备的操作类型的信号和代表状态信号的开始状态的信号之间的逻辑连接，以及校准过程已经开始的事实而确定的。
在传感器的额定状态的确定中，假设传感器的实际状态不是由状态信号的开始状态代表，由于校准过程是从现场设备外部手动开始的，状态信号的开始状态必须改变，使得状态信号的额定状态自身建立起来以代表传感器的实际状态。
当对应于状态信号的开始状态的指示的传感器状态由于现场条件(填料等)而不适合实际传感器状态时，通常启动校准过程。为了保护免受校准过程的意外启动，方法的一个实施例需要开动元件在预定时间段中开动开关元件两次，以开始校准过程。当然，其它开动方式对于开始校准过程也是可以想象的，例如通过开动元件将开关元件开动一段预定的时间段。
依赖于确定的操作类型和确定的状态信号的额定状态，在第三方法步骤中改变现场设备的灵敏度直至注意到状态信号的转换。
现场设备的灵敏度例如通过降低比较器的阈值而得以增加，或者在信号产生部件中产生测量信号的情况中通过提高放大因数而得到增加。类似地，现场设备的灵敏度通过增加比较器的阈值而降低，或者通过降低测量信号的放大因数而降低。
附图说明
现在根据附图详细解释本发明，附图中：
图1是本发明的现场设备的第一实施例的电路框图；
图2是本发明的现场设备的第二实施例的电路框图；
图3是本发明的方法的流程图。
具体实施方式
正如可以从图1看到的，现场设备1包括现场设备电子电路2和用于确定和/或监控容器(未显示)中介质的料位的传感器单元5，其中传感器单元5实施为例如电导性或电容性探头。现场设备电子电路2包括微处理器3、分析单元4、信号产生单元6、存储单元7、数字调节元件11和开关元件9，其中开动元件8从现场设备电子电路的外壳14外部无接触地开动开关元件9。在所示实施例中，外壳14被密闭，无接触的开动通过改变磁场而发生，开关元件9是例如笛簧继电器或霍尔传感器，并且相关的开动元件8是永磁体。在所示实施例中提供接口9.1，使得不超过开关元件8到外壳14的确定距离。然而，接口9.1可以实施得较为复杂，例如用于开动元件8和开关元件9之间的电感、光或电磁信号的无线数据交换的发送/接收单元。所示的分析单元4包括比较器12和用于产生输出信号的单元13，其中比较器12实施为模拟电路并产生状态信号Z1作为测量信号M1与额定值S1的比较的函数，M1由信号产生单元6产生，S1由数字调节元件11产生，额定值S1由微处理器3通过数字调节元件11产生。状态信号Z1可以假设两种状态并且代表状态“自由”，即，传感器未被介质覆盖，或表示状态“覆盖”，即，传感器被介质覆盖。
依赖于状态信号Z1的实际状态，用于产生输出信号的单元13产生相应的输出信号，其中用于产生输出信号的单元13执行对于输出信号的所需的调节，以发送至上级单元。产生的输出信号依赖于输出信号的进一步使用，或者依赖于所使用的传输协议。于是，可以产生例如4-20mA信号、0-10V信号、PFM信号(脉冲频率调制信号)、二进制开关信号或数字代码等。然而，可以想象，对于不同的传输协议或者应用用途，产生并输出多种输出信号(4-20mA、0-10V、PFM信号、二进制开关信号等)。
数字调节元件11是例如数/模转换器，其将来自微处理器3的数字额定值转换为模拟额定值S1。为了校准现场设备1，微处理器3执行校准功能10，其中校准功能10作为可以在微处理器3中运行的程序存储在存储单元7中。作为校准功能10的一部分，额定值S1通过数字调节元件11而改变并且存储在额定值存储器10.1中。然而，还有可能在信号产生单元6中改变放大因数(图1中的虚线)。额定值的改变依赖于状态信号的状态和操作现场设备的操作类型。现场设备的操作类型依赖于传感器单元5与现场设备电子电路2的连结，即，传感器单元5如何与信号产生单元6相连。现场设备可以以作为抽空保护的第一操作类型“MIN”操作，即，当低于预定料位时发生报警，或者以作为溢出保护的操作类型“MAX”操作，即，当超过预定料位时发生报警。
图2通过例子显示了第二实施例，其是图1的实施例的变型。与第一实施例相比，不同在于分析单元4具有比较器12和用于产生输出信号的单元13，并且数字调节元件11还实施为可由微处理器执行的功能，其中相关的可执行程序类似地存储在存储单元7中。作为一个新的单元出现的是模/数转换器15，其将信号产生单元6中产生的模拟测量信号转换为数字测量信号M1，用于在微处理器中处理。关于各个单元功能的操作方式，参考对于图1的说明。
如图3所示，在校准过程的手动启动开始100后，现场设备的操作类型被确定200。依赖于确定的操作类型(MIN或MAX)，方法出现分支，然后两条分支都确定300状态信号Z1的开始状态。依赖于状态信号Z1的确定的开始状态，接下来在循环中增加400或降低500现场设备的灵敏度，并且存储新值。如果在询问600中注意到已经达到状态信号Z1的额定状态，则结束700校准过程。如果还未达到额定值，则再次改变400、500敏感度，直至达到状态信号的额定状态。为了改变敏感度，改变比较器的额定值S1和/或测量信号M1的放大因数，其中为了增加敏感度，减小额定值S1或者增加放大因数，为了降低敏感度，增加额定值S1或者减小放大因数。
对于方法，下面的过程是可能的：
在“MAX”操作类型中，状态信号的开始状态为“自由”，而传感器的实际状态为“覆盖”，即，状态信号的额定状态是“覆盖”。由于显示了错误的状态，这必须通过校准过程改变。通过校准过程的手动启动，敏感度降低，直至比较器转换并且达到状态信号的额定状态。
在“MAX”操作类型中，状态信号的开始状态为“覆盖”，而传感器的实际状态为“自由”，即，状态信号的额定状态是“自由”。由于显示了错误的状态，这必须通过校准过程改变。通过校准过程的手动启动，敏感度增加，直至比较器转换并且达到状态信号的额定状态。
在“MIN”操作类型中，状态信号的开始状态为“自由”，而传感器的实际状态为“覆盖”，即，状态信号的额定状态是“覆盖”。由于显示了错误的状态，这必须通过校准过程改变。通过校准过程的手动启动，敏感度降低，直至比较器转换并且达到状态信号的额定状态。
在“MIN”操作类型中，状态信号的开始状态为“覆盖”，而传感器的实际状态为“自由”，即，状态信号的额定状态是“自由”。由于显示了错误的状态，这必须通过校准过程改变。通过校准过程的手动启动，敏感度增加，直至比较器转换并且达到状态信号的额定状态。