Устройство для измерения/определения физической величины среды

005899 Изобретение относится к устройству для измерения/определения физической величины среды, при этом устройство имеет чувствительную часть и электронную часть. Для определения измеряемой физической величины используют различные чувствительные элементы, в основе которых лежат частично очень разные физические принципы измерения. Так например,уровень загружаемого материала в резервуаре определяют по времени прохождения ультразвуковых волн или электромагнитных волн, в частности микроволн, которые отражаются от поверхности загружаемого материала. При использовании микроволн их излучают свободно в направлении поверхности загружаемого материала или же микроволны вводят в резервуар вдоль проводящего элемента. Кроме того, для измерения уровня заполнения используют емкостные и радиометрические способы измерения. Для определения предельного уровня предпочтительно используют резонансную частоту колебательного стержня или способной к колебаниям структуры, состоящей из множества колебательных стержней. В этом способе измерения используют эффект, заключающийся в том, что резонансная частота изменяется в зависимости от того, выполняют ли стержни свои колебания свободно или в контакте с загружаемым материалом. При всем многообразии конструкций отдельных измерительных устройств для определения уровня заполнения или других физических величин одно остается постоянным: все они нуждаются в энергии. Эту энергию обычно подводят к ним с помощью электрических проводников. Поэтому недостатком всех известных измерительных устройств является то, что они для прокладки кабелей, необходимых для подачи энергии, требуют относительно высоких затрат на монтаж. Дополнительно к этому, сами кабели являются, естественно, относительно дорогими. Хотя известно также расположение солнечных батарей вблизи измерительных устройств для снабжения энергией, однако применение солнечных батарей по известным всем причинам ограничивается немногими исключительными случаями; солнечные батареи могут работать только тогда, когда на них,по меньшей мере, временно падает прямое солнечное излучение. Задача предлагаемого изобретения состоит в создании устройства для измерения и/или определения измеряемой физической величины, которое было бы недорогим. Задача решается благодаря тому, что в корпусе расположена, по меньшей мере, электронная часть и что предусмотрен по меньшей мере один топливный элемент, с помощью которого, по меньшей мере,частично покрывается потребность устройства в энергии. Топливные элементы сами по себе известны из уровня техники. Например, в качестве реакционных газов применяют водород и кислород. Они разделены очень тонкой, проводящей протоны мембраной,которая на обеих сторонах несет очень тонкое платиновое покрытие. Одновременно эта мембрана поддерживает создание электрической энергии, поскольку она разлагает водород на протоны и электроны. Протоны проходят через мембрану и соединяются с кислородом с образованием воды. Для электронов мембрана является непрозрачной. За счет избытка электронов на стороне водорода и недостатка электронов на стороне кислорода образуются положительный и отрицательный полюса. Если их соединить,то течет электрический ток, который можно использовать для работы устройства. Преимущество устройства согласно изобретению заключается в том, что отсутствует необходимость снабжать измерительное устройство проводниками или кабелем. Это сказывается положительно, в частности, тогда, когда измерительное устройство согласно изобретению используется во взрывоопасной зоне, где проводники/кабели должны, кроме того, соответствовать заданным требованиям. Поэтому понятно, что отсутствие кабеля обеспечивает значительное уменьшение стоимости каждой измерительной точки. В соответствии с предпочтительной модификацией устройства согласно изобретению измеряемой физической величиной является, например, уровень заполнения, плотность, давление, расход, температура или химический состав технологической среды. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения устройства, согласно изобретению по меньшей мере один топливный элемент расположен в корпусе, в котором наряду с электронной частью интегрирована также чувствительная часть. Однако возможно также отделить чувствительную часть от электронной части измерительного устройства и предусмотреть для обеих частей отдельные корпуса. В этом случае по меньшей мере один топливный элемент может быть расположен, например, в корпусе, в котором находится электронная часть. Поэтому в конечном итоге размещение топливного элемента (топливных элементов) определяется тем, является ли измерительное устройство компактным чувствительным элементом, в котором чувствительная часть и электронная часть интегрированы в одном блоке, или же чувствительная часть пространственно отделена от электронной части. В названном последнем случае, естественно, целесообразно предусматривать по меньшей мере один топливный элемент в непосредственном окружении электронной части, поскольку обычно здесь расходуется энергия. Кроме того, блок,который содержит электронную часть, более доступен снаружи, чем расположенная в технологической среде или вблизи технологической среды чувствительная часть, что, естественно, значительно упрощает зарядку топливного элемента (топливных элементов). В предпочтительной модификации устройства согласно изобретению предусмотрена проводная линия передачи данных, по которой передаются измерительные данные, которые отражают физическую-1 005899 величину, в удаленный пункт управления. В частности, предусмотрен микропроцессор, который расположен в корпусе и который оценивает измерительные данные физической величины и передает информацию по линии передачи данных в удаленный пункт управления и/или который поддерживает связь с пунктом управления по линии передачи данных. В альтернативном варианте выполнения устройства согласно изобретению предусмотрено, что в корпусе расположен приемопередающий блок, при этом приемопередающий блок передает измерительные данные физической величины без проводов в удаленный пункт управления, и/или приемопередающий блок без проводов поддерживает связь с удаленным пунктом управления. При этом в предпочтительном варианте выполнения устройства согласно изобретению речь идет, следовательно, о полностью автономной системе. За счет этого обеспечивается, естественно, очень простая установка измерительного устройства, с одной стороны, и, с другой стороны, можно полностью отказаться от кабелей. Измерительное устройство предпочтительно выполнено так, что пользователь не может его больше открывать. За счет этого можно отказаться от сложных конструкций корпуса, которые обычно служат для защиты доступного снаружи измерительного устройства от внешних воздействий. Такое выполнение измерительного устройства возможно, в частности, только за счет того, что на измерительном устройстве нет больше кабелей и, следовательно, проходов для кабелей. За счет упрощенной конструкции измерительного устройства можно значительно сократить стоимость изготовления. Кроме того, при выполнении измерений во взрывоопасных зонах в предпочтительном варианте выполнения устройства согласно изобретению предусмотрено, что корпус является герметизированным корпусом. Для обеспечения непрерывной работы устройства согласно изобретению в одном предпочтительном варианте выполнения устройства согласно изобретению предусмотрено, что микропроцессор выдает сообщение предупреждения или сообщение о неисправности, как только по меньшей мере один топливный элемент достигнет заданного порогового значения, при этом это пороговое значение задается так,что запас энергии топливного элемента является достаточным только для заданного ограниченного периода времени. Дополнительно к этому предусмотрен контур регулирования, который обеспечивает подачу создаваемой топливным элементом энергии в зависимости от соответствующей потребности в энергии. В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения устройства согласно изобретению предусмотрен зарядный блок, через который можно заряжать по меньшей мере один топливный элемент. Зарядный блок является, в частности, шприцем. За счет этого обеспечивается зарядка топливного элемента в течение очень короткого времени. За счет этого можно полностью исключить время простоя измерительного устройства. Ниже приводится подробное выполнение изобретения со ссылками на чертежи, на которых изображено фиг. 1 - схема первого варианта выполнения устройства согласно изобретению; фиг. 2 - схема второго варианта выполнения устройства согласно изобретению и фиг. 3 - схема третьего варианта выполнения устройства согласно изобретению. На фиг. 1 показан первый вариант выполнения устройства согласно изобретению. Измерительное устройство является так называемым компактным чувствительным элементом, в котором чувствительная часть 2 и электронная часть 3 размещены в одном корпусе 7. Обмен данными и информацией с удаленно расположенным пунктом 8 управления происходит через проводные линии 5, 6 передачи данных. Снабжение энергией устройства 1 обеспечивается с помощью топливного элемента 4, который также размещен в корпусе 7. Микропроцессор 10 контролирует среди прочего текущее состояние зарядки топливного элемента 4. Как только подача энергии обеспечивается еще только для заданного ограниченного промежутка времени, то выдается предупреждающее сообщение и/или предупреждающий сигнал, который сообщает обслуживающему персоналу, что необходимо зарядить топливный элемент 4. В простейшем случае зарядка топливного элемента 4 осуществляется с помощью шприца 9. На фиг. 2 показана схема второго варианта выполнения устройства 1 согласно изобретению. В этом варианте выполнения чувствительная часть 2 и электронная часть 3 размещены в пространственно раздельных корпусах. Например, чувствительная часть 2 расположена так, что она находится в контакте с технологической средой, в то время как электронная часть расположена вне резервуара, в котором находится подлежащая измерению или контролированию технологическая среда. Обмен данными и информацией измерительного устройства 1 с удаленным пунктом 8 управления осуществляется в этом варианте выполнения по радио. Для этого как в измерительном устройстве 1, так и в удаленном пункте 8 управления предусмотрен соответствующий приемопередающий блок 11, 12. В показанном случае измерительное устройство 1 является, в частности, вибродатчиком для определения предельного уровня загружаемого материала в резервуаре. Как указывалось выше, такие чувствительные элементы определяют уровень заполнения на основе резонансной частоты способной к колебаниям структуры. В показанном случае способная к колебаниям структура является двумя колебатель-2 005899 ными стержнями 13, 14, которые расположены в виде камертона. Такие вибрационные датчики достаточно известны из уровня техники и предлагаются заявителем, например, под названием "Liquiphant"'. Особенно предпочтительный вариант выполнения устройства согласно изобретению показан на фиг. 3. Этот вариант выполнения представляет собой автономную систему, поскольку не предусматриваются никакие провода/кабели, соединяющие измерительное устройство с другими блоками. Измерительное устройство 1 снова является компактным чувствительным элементом: чувствительная часть 2 и электронная часть 3 расположены в одном корпусе 7. Измерительное устройство 1 питается от топливного элемента 4, который также расположен в корпусе 7. Обмен данными и информацией с пунктом 8 управления осуществляется без проводов по радио. Как указывалось выше, измерительное устройство 1 можно, с одной стороны, очень просто устанавливать, с другой стороны, можно полностью отказаться от дорогих кабелей/проводов. Поскольку не требуется никаких вводов для кабелей и поскольку зарядку топливного элемента можно простым образом осуществлять извне, например, с помощью шприца, то корпус 7 может иметь очень простую конструкцию; оба упрощения проявляются в уменьшении стоимости изготовления. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для измерения физической величины среды, содержащее чувствительную часть (2),электронную часть (3), приемопередающий блок (11) и по меньшей мере один топливный элемент (4), с помощью которого, по меньшей мере, частично покрывается потребность устройства (1) в энергии, причем электронная часть (3), приемопередающий блок (11) и по меньшей мере один топливный элемент расположены в одном корпусе (7), который пространственно отдельно расположен от чувствительной части (2), при этом топливный элемент снабжен контуром регулирования, который в зависимости от потребности энергии электронной части и чувствительной части изменяет энергию, вырабатываемую топливным элементом, а приемопередающий блок (11) выполнен с возможностью поддержания связи с удаленным пунктом (8) управления. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измеряемой физической величиной является, например, уровень заполнения, плотность, давление, расход, температура или химический состав среды. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере одну проводную линию (5, 6) передачи данных, выполненную с возможностью передавать измеренные данные физической величины в удаленный пункт (8) управления. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно содержит микропроцессор (10), расположенный в корпусе (7) и выполненный с возможностью оценивать измеренные данные физической величины и передавать эту информацию по проводной линии (5, 6) передачи данных в удаленный пункт (8) управления и/или поддерживать связь с удаленным пунктом (8) управления по проводной линии (5, 6) передачи данных. 5. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что корпус (7) выполнен в виде герметизированного корпуса. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что микропроцессор (10) выполнен с возможностью выдавать сообщение предупреждения или сообщение о неисправности, как только по меньшей мере один топливный элемент (4) больше не покрывает потребность устройства (1) в энергии. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрен зарядный блок (9), выполненный с возможностью заряжать через себя по меньшей мере один топливный элемент (4).