專利名稱：現場設備和用于校準現場設備的方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的現場設備，其具有現場設備電子電路和用于過程測量的傳感器單元，還涉及根據權利要求12的前序部分的用于校準現場設備的方法。
背景技術：
在具有現場設備電子電路以及分配的電導性或電容性傳感器單元的現場設備的情況，在極端現場條件的情況必須使用電位計進行現場設備的靈敏度的校準，其中特別地使用電位計調整電子分析設備的切換閾值。切換閾值改變的方向依賴于現場設備是以作為抽空保護的“MIN”操作類型操作，即，當低于預定料位時報警；還是以作為溢出保護的“MAX”操作類型操作，即，當超過預定料位時報警。然后通常當指示的傳感器狀態由于現場條件(填料等)不適合實際傳感器狀態時執行校準。
在實際中所有先前銷售的用于液體和松散材料的料位確定(諸如基于電容性測量或電導性測量工作)的傳感器單元的情況中，正弦交流電壓信號用作傳感器單元的控制信號。結果，交流信號也直接用作測量信號。這些交流信號通常利用模擬振蕩器產生，并為了進一步的處理而被模擬濾波、整流，并且在極限水平切換的情況中，利用模擬比較器與預定的閾值比較。通常，微處理器僅用于對利用模擬電子設備準備的信號進行線性化、縮放以及向該信號提供時延、切換滯后或反相。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種現場設備，其特別是在現場設備安裝有密封外殼的情況中可以被容易地校準，并且提供用于校準該現場設備的方法。
根據本發明，關于現場設備，通過權利要求1的特征實現該目的；關于方法，通過權利要求12的特征實現該目的。從屬權利要求涉及本發明具有優點的實施例以及進一步的發展。
本發明的一個主要思想是提供一種數字調節元件形式的裝置，用于校準現場設備，該元件由微處理器控制。當微處理器已經是現場設備電子電路的一部分時，由于這種微處理器可以用于校準，所以本發明的思想可以特別具有優點的得以實施。
使用微處理器和數字調節元件的校準對于外殼被密封從而手動的微調電位計不可能進入的現場設備特別具有優點。
在本發明的一個具有優點的實施例中，數字調節元件通過合適的信號作用于現場設備中的分析單元和/或信號產生部件，其中數字調節元件的作用在于例如調節分析單元中的閾值或者信號產生部分中的放大因數。
在本發明的另一實施例中，分析單元包括比較器，其可以實施為模擬電路或編程的功能模塊，并且基于測量信號與額定值的比較而產生狀態信號，其中額定值是微處理器通過數字調節元件產生的。
在本發明的具有優點的進一步發展中，校準由開關元件啟動，該開關元件從現場設備外殼的外部無接觸地開動。在這個進一步發展中，例如通過改變磁場而實現該開動。開關元件例如實施為笛簧繼電器或霍爾傳感器，并且相關的開動元件實施為永磁體。這個實施例具有可以廉價實施的優點。
為了保護免受校準過程的意外啟動，提供了時間窗，其中必須執行預定的開動步驟，例如開動兩次或開動一定長的時間，以開始校準過程。
在本發明的另一個進一步發展中，開動元件和開關元件之間的接口實施為用于開動元件和開關元件之間的電感、光或電磁信號的無線數據交換的發送/接收元件，其中開動元件可以實施為存儲卡。
于是，開關元件和開動元件之間的接口可以例如實施為無線電發射機應答器裝置，用于使用發送線圈和接收線圈傳遞電感數據，其中開動元件包括發送線圈，開關元件包括接收線圈。
另外，接口可以實施為用于光傳輸的紅外接口或實施為無線電接口，例如使用藍牙協議，并且發送單元是開動元件的一部分，接收單元是開關元件的一部分。
如果用于啟動校準過程的開關元件通過空氣接口開動，具有優點地有可能通過不同編碼的信號啟動不同的校準過程，和/或令啟動依賴于特定的代碼，使得不可能有校準過程的未授權操作或意外啟動。
本發明的用于校準現場設備的方法在第一方法步驟中包括確定現場設備操作的操作類型。在方法的特別具有優點的實施例中，現場設備電子電路通過分析現場設備的連接器分配而確定操作類型。
現場設備可以以作為抽空保護的第一操作類型“MIN”操作，即，當低于預定料位時發生報警，或者以作為溢出保護的操作類型“MAX”操作，即，當超過預定料位時發生報警。
在第二方法步驟中，現場設備電子電路確定傳感器的額定狀態，其中額定狀態是利用代表現場設備的操作類型的信號和代表狀態信號的開始狀態的信號之間的邏輯連接，以及校準過程已經開始的事實而確定的。
在傳感器的額定狀態的確定中，假設傳感器的實際狀態不是由狀態信號的開始狀態代表，由于校準過程是從現場設備外部手動開始的，狀態信號的開始狀態必須改變，使得狀態信號的額定狀態自身建立起來以代表傳感器的實際狀態。
當對應于狀態信號的開始狀態的指示的傳感器狀態由于現場條件(填料等)而不適合實際傳感器狀態時，通常啟動校準過程。為了保護免受校準過程的意外啟動，方法的一個實施例需要開動元件在預定時間段中開動開關元件兩次，以開始校準過程。當然，其它開動方式對于開始校準過程也是可以想象的，例如通過開動元件將開關元件開動一段預定的時間段。
依賴于確定的操作類型和確定的狀態信號的額定狀態，在第三方法步驟中改變現場設備的靈敏度直至注意到狀態信號的轉換。
現場設備的靈敏度例如通過降低比較器的閾值而得以增加，或者在信號產生部件中產生測量信號的情況中通過提高放大因數而得到增加。類似地，現場設備的靈敏度通過增加比較器的閾值而降低，或者通過降低測量信號的放大因數而降低。
現在根據附圖詳細解釋本發明，附圖中圖1是本發明的現場設備的第一實施例的電路框圖；圖2是本發明的現場設備的第二實施例的電路框圖；圖3是本發明的方法的流程圖。
具體實施例方式
正如可以從圖1看到的，現場設備1包括現場設備電子電路2和用于確定和/或監控容器(未顯示)中介質的料位的傳感器單元5，其中傳感器單元5實施為例如電導性或電容性探頭。現場設備電子電路2包括微處理器3、分析單元4、信號產生單元6、存儲單元7、數字調節元件11和開關元件9，其中開動元件8從現場設備電子電路的外殼14外部無接觸地開動開關元件9。在所示實施例中，外殼14被密閉，無接觸的開動通過改變磁場而發生，開關元件9是例如笛簧繼電器或霍爾傳感器，并且相關的開動元件8是永磁體。在所示實施例中提供接口9.1，使得不超過開關元件8到外殼14的確定距離。然而，接口9.1可以實施得較為復雜，例如用于開動元件8和開關元件9之間的電感、光或電磁信號的無線數據交換的發送/接收單元。所示的分析單元4包括比較器12和用于產生輸出信號的單元13，其中比較器12實施為模擬電路并產生狀態信號Z1作為測量信號M1與額定值S1的比較的函數，M1由信號產生單元6產生，S1由數字調節元件11產生，額定值S1由微處理器3通過數字調節元件11產生。狀態信號Z1可以假設兩種狀態并且代表狀態“自由”，即，傳感器未被介質覆蓋，或表示狀態“覆蓋”，即，傳感器被介質覆蓋。
依賴于狀態信號Z1的實際狀態，用于產生輸出信號的單元13產生相應的輸出信號，其中用于產生輸出信號的單元13執行對于輸出信號的所需的調節，以發送至上級單元。產生的輸出信號依賴于輸出信號的進一步使用，或者依賴于所使用的傳輸協議。于是，可以產生例如4-20mA信號、0-10V信號、PFM信號(脈沖頻率調制信號)、二進制開關信號或數字代碼等。然而，可以想象，對于不同的傳輸協議或者應用用途，產生并輸出多種輸出信號(4-20mA、0-10V、PFM信號、二進制開關信號等)。
數字調節元件11是例如數/模轉換器，其將來自微處理器3的數字額定值轉換為模擬額定值S1。為了校準現場設備1，微處理器3執行校準功能10，其中校準功能10作為可以在微處理器3中運行的程序存儲在存儲單元7中。作為校準功能10的一部分，額定值S1通過數字調節元件11而改變并且存儲在額定值存儲器10.1中。然而，還有可能在信號產生單元6中改變放大因數(圖1中的虛線)。額定值的改變依賴于狀態信號的狀態和操作現場設備的操作類型。現場設備的操作類型依賴于傳感器單元5與現場設備電子電路2的連結，即，傳感器單元5如何與信號產生單元6相連。現場設備可以以作為抽空保護的第一操作類型“MIN”操作，即，當低于預定料位時發生報警，或者以作為溢出保護的操作類型“MAX”操作，即，當超過預定料位時發生報警。
圖2通過例子顯示了第二實施例，其是圖1的實施例的變型。與第一實施例相比，不同在于分析單元4具有比較器12和用于產生輸出信號的單元13，并且數字調節元件11還實施為可由微處理器執行的功能，其中相關的可執行程序類似地存儲在存儲單元7中。作為一個新的單元出現的是模/數轉換器15，其將信號產生單元6中產生的模擬測量信號轉換為數字測量信號M1，用于在微處理器中處理。關于各個單元功能的操作方式，參考對于圖1的說明。
如圖3所示，在校準過程的手動啟動開始100后，現場設備的操作類型被確定200。依賴于確定的操作類型(MIN或MAX)，方法出現分支，然后兩條分支都確定300狀態信號Z1的開始狀態。依賴于狀態信號Z1的確定的開始狀態，接下來在循環中增加400或降低500現場設備的靈敏度，并且存儲新值。如果在詢問600中注意到已經達到狀態信號Z1的額定狀態，則結束700校準過程。如果還未達到額定值，則再次改變400、500敏感度，直至達到狀態信號的額定狀態。為了改變敏感度，改變比較器的額定值S1和/或測量信號M1的放大因數，其中為了增加敏感度，減小額定值S1或者增加放大因數，為了降低敏感度，增加額定值S1或者減小放大因數。
對于方法，下面的過程是可能的
在“MAX”操作類型中，狀態信號的開始狀態為“自由”，而傳感器的實際狀態為“覆蓋”，即，狀態信號的額定狀態是“覆蓋”。由于顯示了錯誤的狀態，這必須通過校準過程改變。通過校準過程的手動啟動，敏感度降低，直至比較器轉換并且達到狀態信號的額定狀態。
在“MAX”操作類型中，狀態信號的開始狀態為“覆蓋”，而傳感器的實際狀態為“自由”，即，狀態信號的額定狀態是“自由”。由于顯示了錯誤的狀態，這必須通過校準過程改變。通過校準過程的手動啟動，敏感度增加，直至比較器轉換并且達到狀態信號的額定狀態。
在“MIN”操作類型中，狀態信號的開始狀態為“自由”，而傳感器的實際狀態為“覆蓋”，即，狀態信號的額定狀態是“覆蓋”。由于顯示了錯誤的狀態，這必須通過校準過程改變。通過校準過程的手動啟動，敏感度降低，直至比較器轉換并且達到狀態信號的額定狀態。
在“MIN”操作類型中，狀態信號的開始狀態為“覆蓋”，而傳感器的實際狀態為“自由”，即，狀態信號的額定狀態是“自由”。由于顯示了錯誤的狀態，這必須通過校準過程改變。通過校準過程的手動啟動，敏感度增加，直至比較器轉換并且達到狀態信號的額定狀態。
權利要求
1.一種現場設備(1)，具有現場設備電子電路(2)和用于過程測量的傳感器單元(5)，其中現場設備電子電路(2)接收傳感器單元(5)的測量信號，其中現場設備電子電路(2)包括用于分析測量信號的分析單元(4)和用于校準現場設備(1)的裝置，其特征在于用于校準現場設備(1)的裝置包括數字調節元件(11)和微處理器(3)，其中，為了校準現場設備(1)，數字調節元件(11)由微處理器(3)控制。
2.根據權利要求1所述的現場設備(1)，其中在現場設備(1)的校準中，數字調節元件(11)通過合適的信號作用于分析單元(4)和/或測量信號產生(6)。
3.根據權利要求1或2所述的現場設備(1)，其中分析單元(4)包括比較器(12)，其產生依賴于測量信號(M1)與額定值(S1)的比較的狀態信號(Z1)，其中額定值(S1)由數字調節元件(11)產生。
4.根據權利要求1或2所述的現場設備(1)，其中數字調節元件(11)對于測量信號產生(6)的作用包括放大因數改變。
5.根據前述任一條權利要求所述的現場設備(1)，其中校準是由開關元件(9)啟動的，開關元件(9)從外部無接觸地開動。
6.根據權利要求5所述的現場設備(1)，其中開關元件(9)是笛簧繼電器，其通過磁體從外部開動。
7.根據權利要求5所述的現場設備(1)，其中開關元件(9)是霍爾傳感器，其通過磁體從外部開動。
8.根據權利要求5所述的現場設備(1)，其中開動元件(8)和開關元件(9)之間的接口(9.1)實施為用于開動元件(8)和開關元件(9)之間的無線數據交換的發送/接收單元。
9.根據權利要求8所述的現場設備(1)，其中開關元件(9)和開動元件(8)之間的接口(9.1)實施為無線電發射機應答器裝置，用于使用發送線圈和接收線圈傳遞電感數據，其中開動元件(8)包括發送線圈，開關元件(9)包括接收線圈。
10.根據權利要求8所述的現場設備(1)，其中接口(9.1)實施為紅外接口或無線電接口，其中發送單元是開動元件(8)的一部分，接收單元是開關元件(9)的一部分。
11.根據權利要求8-10中任一條所述的現場設備(1)，其中開動元件(8)實施為存儲卡。
12.用于校準現場設備(1)的方法，其特征在于在第一方法步驟(200)中，現場設備電子電路(2)確定現場設備(1)的操作類型，在第二方法步驟(300)中，現場設備電子電路(2)確定狀態信號(Z1)的額定狀態，其中，依賴于確定的操作類型和確定的額定狀態，在第三方法步驟(400、500)中，改變現場設備(1)的靈敏度直至得到狀態信號(Z1)的轉換，并且其中狀態信號(Z1)的額定狀態代表實際傳感器狀態。
13.根據權利要求12所述的方法，其中用于校準現場設備(1)的方法從現場設備(1)的外部手動開始
14.根據權利要求1 2或13所述的方法，其中操作類型是通過分析現場設備(1)的連接器分配而確定的。
15.根據權利要求12-14中任一條所述的方法，其中；狀態信號(Z1)的額定狀態是利用代表現場設備的操作類型的信號和代表狀態信號(Z1)的開始狀態的信號之間的邏輯連接，以及校準過程已經開始(100)的事實而確定的。
全文摘要
本發明涉及一種現場設備(1)和用于校準現場設備(1)的方法，現場設備(1)具有現場設備電子電路(2)和用于過程處理的傳感器單元(5)，其中現場設備電子電路(2)接收傳感器單元(5)的測量信號，并且包括用于分析測量信號的分析單元(4)和用于校準現場設備(1)的裝置。根據本發明，用于校準現場設備(1)的裝置包括數字調節元件(11)和微處理器(3)，其中數字調節元件(11)由微處理器(3)控制，用于校準現場設備(1)。
文檔編號G08C17/00GK1602413SQ02825434
公開日2005年3月30日 申請日期2002年12月11日 優先權日2001年12月18日
發明者亞歷山大·米勒 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司