Измерительная система и способ определения измеряемой величины - RU2641512C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к измерительному устройству для определения по меньшей мере одной измеряемой величины, по меньшей мере с одним сенсорным устройством, по меньшей мере одним анализирующим устройством и по меньшей мере одним интерфейсом. При этом сенсорное устройство вырабатывает по меньшей мере одну зависимую, по меньшей мере, от измеряемой величины измерительную информацию, и анализирующее устройство определяет по меньшей мере одно результирующее значение для измеряемой величины. Кроме того, изобретение относится к измерительной системе по меньшей мере с одним измерительным устройством для определения по меньшей мере одной измеряемой величины и по меньшей мере с одним отдельным от измерительного устройства устройством обработки данных. При этом измерительное устройство вырабатывает также по меньшей мере одну зависимую, по меньшей мере, от измеряемой величины измерительную информацию и определяет по меньшей мере одно результирующее значение для измеряемой величины. Кроме того, измерительное устройство и устройство обработки данных, по меньшей мере, временно соединены друг с другом. Помимо этого, изобретение относится к способу определения по меньшей мере одной измеряемой величины. В случае с измеряемой величиной речь идет, например, о расходе, уровне наполнения, водородном показателе или температуре среды.

В современной автоматизации процессов применяется множество измерительных приборов для определения или для контроля измеряемых величин, чтобы контролировать процессы или управлять ими. При многих измерениях требуется специфическая информация об измеряемой среде, о процессе или вообще рамочные условия. При этом, от случая к случаю, должны учитываться и вторичные измеряемые величины, так как определенная непосредственно при измерении величина имеет множественные зависимости от различных переменных параметров состояния. В этом отношении, при определенных условиях, требуются большие блоки памяти для хранения параметров или же информации. Кроме того, необходимые для как можно более точного измерения расчетные формулы или же алгоритмы обработки данных могут быть затратными в применении.

Если определяется, например, расход текучей среды, то, в зависимости от принципа измерения, для высокоточных измерений в рассмотрение или же анализ может также вовлекаться вязкость. То же самое относится и к плотности среды, если должен быть произведен перерасчет между измерениями массового и объемного расхода.

Выполнение сложных расчетов и обеспечение возможности использования больших накопителей данных повышает стоимость измерительных устройств и, при определенных условиях, входит в конфликт с применением. Прежде всего, измерения во взрывоопасных областях делают необходимым ограничение имеющейся в распоряжении измерительного устройства энергии. Однако это противоречит тому факту, что выполнение относительно длинных алгоритмов связано с частым обращением к блокам памяти в большинстве случаев с повышенной потребностью в энергии.

Выложенное описание изобретения к неакцептованной заявке DE 10 2006016381 A1 показывает измерительную систему по меньшей мере с одним измерительным прибором и выполненным и расположенным отдельно от измерительного прибора анализирующим устройством. Измерительный прибор вырабатывает грубое значение, из которого анализирующее устройство определяет измеренную величину. В одном варианте анализирующее устройство имеет доступ к дополнительному измерительному прибору. Измеренная величина отображается измерительным прибором посредством принадлежащего измерительному прибору индикаторного устройства. Поэтому измерительный прибор служит для выработки грубого значения и индикации полученной из него отдельным устройством измеренной величины.

Прибор для измерения уровня наполнения, который является применимым для любых областей применения, описывает выложенное описание к неакцептованной заявке DE 10260959 A1. При этом в памяти заложено множество комплектов параметров, которые являются подходящими для различных случаев применения. Анализирующее устройство в каждом случае обращается к соответствующему комплекту параметров и рассчитывает из собственно измерительного сигнала уровень наполнения.

Поэтому в основе изобретения лежит задача указать измерительное устройство и, наряду с соответствующей измерительной системой, также способ определения измеряемой величины, которое довольствуется ограниченной потребностью в энергии и памяти, и к тому же позволяет осуществлять сложный анализ для получения результирующего значения для измеряемой величины.

Измерительной устройство, в котором решена выведенная и показанная выше задача, прежде всего и по существу отличается тем, что анализирующее устройство выдает измерительную информацию или зависящую от нее информацию через интерфейс, что анализирующее устройство через интерфейс получает по меньшей мере одну выработанную в зависимости от измерительной информации или зависящей от нее информации промежуточную информацию, и что анализирующее устройство определяет результирующее значение в зависимости от промежуточной информации.

Измерительное устройство согласно изобретению вырабатывает измерительную информацию, которая зависит от подлежащей определению измеряемой величины, и поэтому из которой определяется вычисленное значение в качестве результирующего значения измерения для измеряемой величины. Это определение происходит не полностью в измерительном устройстве и не полностью в отдельном от измерительного устройства модуле, а измерительное устройство получает исходя из измерительной информации от отдельного устройства промежуточную информацию, с помощью которой измерительное устройство производит дальнейший расчет или же окончательно определяет измеренную величину. Тем самым часть определения измеренной величины перекладывается в некоторой степени за пределы измерительного устройства. Преимущество состоит в том, что таким образом измерительное устройство может быть сконструировано относительно просто и компактно. И потребность в энергии для, при определенных условиях, сложных расчетов таким образом переводится из области процесса за его пределы в надежную область.

Для передачи данных измерительное устройство располагает интерфейсом, который в одном варианте, прежде всего, также обеспечивает подключение к интернету, так что при этом варианте измерительное устройство может соответственно обрабатывать или же вырабатывать данные или же информацию или сигналы. При этом связь с внешней средой также может быть установлена, при необходимости, только на определенные периоды времени.

Выведенная и показанная выше задача согласно еще одному учению изобретения в указанной вначале измерительной системе решена тем, что анализирующее устройство выдает измерительную информацию или зависящую от нее информацию устройству обработки данных. Устройство обработки данных определяет зависящую от измерительной информации или зависящей от нее информации промежуточную информацию, которую получает анализирующее устройство. Наконец, анализирующее устройство определяет результирующее значение в зависимости от промежуточной информации. Приведенные выше высказывания об измерительном устройстве согласно изобретению соответственно относятся и к измерительной системе, или же пояснения по измерительной системе соответственно относятся и к измерительному устройству, которое является, прежде всего, частью измерительной системы.

Измерительная система согласно изобретению, которая позволяет выполнять определение по меньшей мере одной измеряемой величины, состоит, по меньшей мере, из собственно измерительного устройства и устройства обработки данных. Измерительное устройство выполнено для измерения измеряемой величины и позволяет, исходя из измерительной информации в качестве первичной или грубой величины, производить определение - прежде всего, расчет - вычисленного значения в качестве выдаваемой для измерения в качестве результирующего значения величины. Для определения предусмотрено устройство обработки данных, которое отличается, например, относительно большим накопителем данных или превосходящим по сравнению с измерительным устройством вычислительным процессором. В качестве альтернативы, устройство обработки данных для расчета превосходит измерительное устройство в том, что устройство обработки данных находится в области, которая не подлежит ограничению энергии. Такие ограничения энергии являются обычными, например, при применении во взрывоопасных зонах. Для определения результирующего значения измерительная информация вырабатывается измерительным устройством, передается на устройство обработки данных и там обрабатывается в промежуточную информацию. Эта промежуточная информация затем, в свою очередь, используется измерительным устройством для определения результирующего значения.

В одном варианте измерительной системы предусмотрено по меньшей мере одно вторичное сенсорное устройство, которое вырабатывает по меньшей мере одну вторичную измерительную информацию. Благодаря этой дополнительной информации может быть повышена точность измерения подлежащей определению измеряемой величины, за счет того, что зависимости от такой вторичной измеряемой величины вовлекаются в определение результирующего значения, или за счет того, что одна и та же измеряемая величина для контроля или для коррекции определяется снова и, при необходимости, другим способом измерения.

Поэтому в одном варианте осуществления вторичная измерительная информация вторичным сенсорным устройством передается на устройство обработки данных. Поэтому проблемы подключения и опрос также переводятся от измерительного устройства на устройство данных с появляющимися при этом большими возможностями.

При этом в одном варианте осуществления устройство обработки данных выполнено так, что оно определяет промежуточную информацию, по меньшей мере, в зависимости от вторичной измерительной информации. В этом варианте устройство обработки данных как бы рассчитывает измерительную информацию с вторичной измерительной информацией, чтобы из этого вырабатывать промежуточную информацию. В качестве альтернативы, устройство обработки данных передает вторичную информацию или, при определенных условиях, зависящую от нее информацию на измерительное устройство, так что последнее с ее помощью и с помощью промежуточной информации определяет результирующее значение.

Согласно дополнительному техническому решению изобретения выведенная и указанная выше задача решена в указанном вначале способе определения по меньшей мере одной измеряемой величины способом, который включает в себя, по меньшей мере, следующие шаги: измерительным устройством вырабатывается по меньшей мере одна зависящая от измеряемой величины измерительная информация. От измерительного устройства эта измерительная информация или зависящая от нее информация передается на отдельное от измерительного устройства устройство обработки данных. Отдельным устройством обработки данных, исходя из измерительной информации или зависящей от нее информации, определяется по меньшей мере одна промежуточная информация. Вслед за этим измерительным устройством, исходя, по меньшей мере, из по меньшей мере одной промежуточной информации, определяется по меньшей мере одно результирующее значение для измеряемой величины.

Способ определения измеряемой величины при переходе от прямо определенной измерительной информации в качестве первичной грубой измеренной величины, в которой отражается собственно интересующая нас измеряемая величина, к результирующему значению для определенной или же измеренной величины вводит промежуточный шаг, на котором устройством обработки данных, исходя из измерительной информации или зависящей от нее информации, которая возникает, например, в результате предварительной обработки измерительной информации измерительным устройством, определяется и предоставляется в распоряжение измерительному устройству промежуточная информация. Эта промежуточная информация, которая, например, основана на более сложных алгоритмах или расчетах, или для которой требуется обращение к большим блокам данных, затем используется измерительным устройством для определения результирующего значения.

Приведенные выше высказывания об измерительном устройстве и измерительной системе согласно изобретению соответственно относятся и к способу, или же пояснения и варианты осуществления способа соответственно относятся и к измерительному устройству и измерительной системе.

В одном варианте осуществления способа согласно изобретению вторичным сенсорным устройством вырабатывается по меньшей мере одна вторичная измерительная информация. В этом варианте с помощью вторичного сенсорного устройства получается больше информации о подлежащей измерению среде или подлежащем измерению процессе или пространстве. Это служит, например, для того, чтобы повысить точность измерения или чтобы провести рассмотрение убедительности. Если, например, уровень среды непрерывно измеряется с помощью измерительного устройства, которое использует принцип радара, то, например, вторичное сенсорное устройство выполнено в виде выключателя предельного уровня. В качестве альтернативы, вторичное сенсорное устройство служит для выработки вторичной измерительной информации, которая используется для устранения зависимости (первичной) измеряемой величины от вторичной измеряемой величины. Так, например, температурная зависимость (первичной) измеряемой величины должна учитываться посредством измерения температуры.

При этом измерение вторичной измеряемой величины находит свое применение таким образом, что в одном варианте осуществления промежуточная информация определяется, исходя из вторичной измерительной информации и исходя, либо из измерительной информации, либо из зависящей от нее информации. В еще одном варианте осуществления результирующее значение определяется исходя из вторичной измерительной информации и промежуточной информации.

В частности, имеется множество возможностей осуществления и усовершенствования измерительного устройства согласно изобретению, измерительной системы согласно изобретению и способа согласно изобретению. Для этого делается ссылка, с одной стороны, на пункты 1, 2 и 6 подчиненных пунктов формулы изобретения, с другой стороны, на следующее описание примеров осуществления в связи с чертежом. На чертеже показано на:

фиг. 1: схематическое, на блок-схеме по существу поясняющее функциональные взаимосвязи представление измерительной системы согласно изобретению,

фиг. 2: блок-схема примерного варианта осуществления шагов способа согласно изобретению.

На фиг. 1 показан конструктивный пример измерительного устройства 1 как части измерительной системы 9, причем фигура не является изображением в смысле корректной электрической схемы соединений, а скорее должна показать взаимосвязи между различными компонентами измерительной системы 9. На фиг. 2 дополнительно показана последовательность шагов способа определения измеряемой величины.

На фиг. 1 показана, частично в виде блок-схемы, измерительная система 9 с сенсорным устройством 2, которое служит для измерения расхода среды (обозначено стрелкой) по поплавковому принципу. Сенсорное устройство 2 соединено с анализирующим устройством 3, которое, исходя из измерительной информации сенсорного устройства, определяет или же специально рассчитывает итоговую величину - то есть, прежде всего, результирующее значение измерения - для измеряемой величины расхода. Поэтому измерительная информация представляет собой грубую величину или первичную измеренную величину, из которой получается расход.

Чтобы от грубой величины измерения дойти до расхода, требуются дополнительные данные в качестве информации об измеряемой среде и дополнительные шаги по расчету. Так, например, при определении расхода в качестве важного параметра учитывается вязкость измеряемой среды.

Проблематичным в этой зависимости от этих переменных параметров среды или окружения/процесса в зависимости от принципа измерения или же вида применения является количество данных или, при определенных условиях, требующие сложных вычислений связи между отдельными параметрами. С одной стороны, эти требования могут выполняться за счет соответствующего выбора компонентов, что, однако, при определенных условиях, связано с повышенными затратами. С другой стороны, можно, либо ограничить применение отдельными средами или окружающими условиями, либо за счет упрощений при анализе данных снижается точность измерений. Трудности при расчетах могут возникать, прежде всего, тогда, когда измерительный прибор находится, например, во взрывоопасной области, так что существует ограничение подвода энергии. Поэтому более сложные расчеты могут - при существующем ограничении энергии - приводить к явному увеличению длительности расчетов, что, по меньшей мере, контрастирует с тем, что существует определенная потребность в актуальных результатах измерений.

Поэтому данные о вязкости различных сред или же коррекция относительно температурной зависимости вязкости в показанном варианте осуществления не полностью сохраняются или же учитываются в самом измерительном устройстве 1, а хранятся во внешней памяти или же рассчитываются вне измерительного устройства 1. Для обмена данными анализирующее устройство 3 располагает интерфейсом 4, который, например, позволяет осуществлять подключение к линии полевой шины или к интернету, или вообще к отдельным от измерительного устройства 1 модулям.

Сенсорное устройство 2 состоит из измерительной трубы 5, по которой протекает измеряемая среда, и которая, прежде всего, участками имеет конически расширяющийся диаметр. Горизонтально подвижно в измерительной трубе 5 расположен поплавок 6. Поплавок 6 за счет подъемной силы и протекающей мимо него средой поднимается горизонтально вверх, и за счет силы тяжести прижимается вниз. После переходной фазы поплавок 6 остается на уровне, который позволяет сделать заключение о расходе среды. Это положение здесь магнитным образом снимается, например, посредством детектирующего устройства 7 (это определение положения описано, например, в описании патента DE 19639060 С2). Детектирующее устройство 7, исходя из измерения, вырабатывает измерительную информацию, в случае с которой, в зависимости от варианта осуществления, речь идет о первичной грубой измеренной величине или о грубом измерительном сигнале. В показанном варианте измерительная информация является указанием уровня поплавка 6.

Связь между величиной уровня и расходом, среди прочего, определяется формой поплавка 6, формой измерительной трубы 5 и, прежде всего, также вязкостью измеряемой среды. Прежде всего для последней зависимости - если применение измерительного устройства 1 не ограничено определенными средами - требуется для множества сред хранить в памяти большее количество калибровочных данных. При этом это предъявляет высокие требования к - выполненному здесь как часть анализирующего устройства 3 - блоку 8 памяти измерительного устройства 1. Кроме того, при этом также должна учитываться температурная зависимость вязкости.

Чтобы повысить точность измерения и чтобы, таким образом, определять более надежные результаты, измерительное устройство 1 включено в измерительную систему 9, которая расширяет возможности измерения и противостоит вышеуказанной проблематике.

Анализирующее устройство 3 через интерфейс 4 соединено с устройством 10 обработки данных. При этом соединение может быть постоянным или только временным и служит, прежде всего, для обмена данными или же информационного обмена. Здесь соединение выполнено, прежде всего, двунаправленным. Устройство 10 обработки данных предпочтительно находится вне окружения процесса, так что, прежде всего, не существует никаких ограничений энергии или лимитов места размещения. В одном варианте речь идет, прежде всего, о сервере, который является достижимым через соединение с интернетом. Устройство 10 обработки данных располагает интерфейсом 11 устройства обработки данных, который служит для связи с анализирующим устройством 3. Кроме того, устройство 10 обработки данных располагает выполненным здесь отдельно накопителем 12 данных, в котором хранятся многие калибровочные кривые или наборы параметров для различных сред.

Для учета температурной зависимости вязкости среды дополнительно предусмотрено еще одно вторичное сенсорное устройство 13, которое здесь выполнено в виде температурного датчика и измеряет температуру измеряемой среды. Вторичное сенсорное устройство 13 соединено с устройством 10 обработки данных, которое, исходя из температуры среды в качестве вторичной измерительной информации, выбирает подходящие калибровочные данные и из измерительной информации измерительного устройства 1 определяет и, прежде всего, рассчитывает промежуточную информацию. При этом в одном варианте в случае с промежуточной информацией речь идет об отдельной величине, а в другом варианте и наборе данных, который передается, прежде всего, на анализирующее устройство 3 измерительного устройства 1 для хранения в тамошнем блоке 8 памяти.

Исходя из промежуточной информации анализирующее устройство 3 определяет итоговую величину расхода в качестве результирующего значения измерения.

В целом, измерительное устройство 1 измеряет, получает от отдельного устройства 10 обработки данных из измерения промежуточную информацию и, в свою очередь, само определяет итоговую величину в качестве результирующего значения измерения подлежащей измерению величины.

На фиг. 2 схематически показана последовательность отдельных шагов альтернативного варианта осуществления способа согласно изобретению.

На шаге 101 измерительным устройством получается измерительная информация, которая зависит от подлежащей измерению величины.

На шаге 102 эта измерительная информация передается на устройство обработки данных. Там на шаге 103, исходя из сохраненных там данных или формул, происходит расчет или же, в общем, определение промежуточной информации. Эта промежуточная информация на шаге 104 передается обратно на измерительное устройство.

На шаге 105 происходит обращение измерительным устройством к вторичному сенсорному устройству, с которого снимается вторичная измерительная информация в качестве дополнительной информации об измеряемой среде или процессе, в котором находится среда, и в котором происходит измерение.

Исходя из промежуточной информации и вторичной измерительной информации, на шаге 106 измерительным устройством определяется результирующее значение для подлежащей определению измеряемой величины и на шаге 107 показывается с помощью имеющегося индикаторного устройства.

Если измерительное устройство определяет, что нового расчета промежуточной информации не требуется, для чего на шаге 108 оно вырабатывает актуальную измерительную информацию, происходит возврат к шагу 105. То есть опрос вторичного сенсорного устройства на шаге 105 и расчет актуального результирующего значения на шаге 106 происходит на основе измерительной информации и вторичной измерительной информации, однако, с использованием по-прежнему действительной промежуточной информации в качестве шага промежуточного расчета при определении результирующего значения. Поэтому в этом варианте, прежде всего, соединение между измерительным устройством и устройством обработки данных может существовать лишь временно и не должно поддерживаться все время.

То есть способ основан на том, что часть расчета или же часть хранения данных перекладывается с собственно измерительного устройства на отдельное устройство обработки данных. Однако в конечном счете результирующее значение вырабатывается самим измерительным устройством, так что соединение между измерительным устройством и устройством обработки данных, при определенных условиях, может требоваться только ограниченные периоды времени.

Реферат

Предложенная группа изобретений относится к средствам для измерения, по меньшей мере одной измеряемой величины при помощи сенсорного устройства. Измерительная система (9) содержит по меньшей мере одно измерительное устройство (1) для определения по меньшей мере одной измеряемой величины и по меньшей мере одно отдельное от измерительного устройства (1) устройство (10) обработки данных, причем измерительное устройство (1) выполнено с возможностью выработки по меньшей мере одного грубого измеренного значения, зависящего, по меньшей мере, от измеряемой величины и с возможностью определения по меньшей мере одного результирующего значения измеряемой величины, а измерительное устройство (1) и устройство (10) обработки данных, по меньшей мере, временно соединены друг с другом. При этом измерительное устройство (1) содержит анализирующее устройство (3), выполненное с возможностью выдачи грубого измеренного значения в устройство (10) обработки данных, а устройство (10) обработки данных выполнено с возможностью определения зависящей от грубого измеренного значения промежуточной информации, причем анализирующее устройство (3) выполнено с возможностью приема промежуточной информации и вычисления результирующего значения в зависимости от промежуточной информации. Данное устройство реализует соответствующий способ измерения. Данные изобретения позволяют проводить сложный анализ для получения результирующего значения измеряемой величины при ограниченных возможностях энергопотребления и выделения памяти. 5 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула