(57)【要約】【課題】エラーが生じた場合にも安全状態へ移行できる測定装置を提供する。【解決手段】スイッチ装置（５）が第１の状態にある場合、制御装置（４）が信号出力調整装置（６）に接続され、スイッチ装置（５）が第２の状態にある場合および／または信号出力調整装置（６）が制御装置（４）への接続から解放されている場合、信号出力調整装置（６）がエラー信号を出力信号として形成し、センサ装置（２）は設定可能な最小値を上回るエネルギが供給されている場合にスイッチ装置（５）を第１の状態に保持し、制御装置（４）はエラー状態の発生を識別した場合にセンサ装置（２）へのエネルギ供給を設定可能な限界値まで低下させる。【選択図】図１
2014095706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの測定信号を形成する少なくとも１つのセンサ装置（２）と、前記少なくとも１つの測定信号から少なくとも１つの出力信号を形成する少なくとも１つの送信装置（３）とによって、少なくとも１つの測定量を求める測定装置（１）において、
前記送信装置（３）は、少なくとも１つの制御装置（４）と、少なくとも１つのスイッチ装置（５）と、少なくとも１つの信号出力調整装置（６）とを含み、
前記信号出力調整装置（６）は前記少なくとも１つの出力信号を形成するように構成されており、
前記スイッチ装置（５）は少なくとも第１の状態もしくは第２の状態のいずれかを取るように構成されており、
前記スイッチ装置（５）が前記第１の状態にある場合、前記制御装置（４）が前記信号出力調整装置（６）に接続され、
前記スイッチ装置（５）が前記第２の状態にある場合および／または前記信号出力調整装置（６）が前記制御装置（４）への接続から解放されている場合、前記信号出力調整装置（６）が少なくとも１つのエラー信号を前記出力信号として形成し、
前記制御装置（４）は前記センサ装置（２）へのエネルギ供給に作用し、
前記センサ装置（２）は前記スイッチ装置（５）に作用し、
前記センサ装置（２）は、設定可能な最小値を上回るエネルギが供給されている場合に、前記スイッチ装置（５）を前記第１の状態に保持し、
前記制御装置（４）は、エラー状態の発生を識別した場合に、前記センサ装置（２）へのエネルギ供給を設定可能な限界値まで低下させる
ことを特徴とする測定装置（１）。
【請求項２】
前記制御装置（４）がエラー状態の発生を識別した場合、前記制御装置（４）は前記信号出力調整装置（６）を介してエラー信号を前記出力信号として形成させ、前記センサ装置（２）へのエネルギ供給を設定可能な限界値まで低下させる、請求項１記載の測定装置（１）。
【請求項３】
前記センサ装置（２）がエラー状態の発生を識別した場合、前記センサ装置（２）は前記スイッチ装置（５）を前記第１の状態から前記第２の状態へ移行させる、請求項１または２記載の測定装置（２）。
【請求項４】
前記信号出力調整装置（６）はインタフェース（７）を介して前記少なくとも１つの出力信号を出力する、請求項１から３までのいずれか１項記載の測定装置（１）。
【請求項５】
前記制御装置（４）を介して、例えば前記制御装置（４）のみを介して、前記センサ装置（２）へのエネルギ供給を行う、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定装置（１）。
【請求項６】
前記制御装置（４）は前記センサ装置（２）の前記少なくとも１つの測定信号を受信し、前記少なくとも１つの測定信号に少なくとも基づいて前記信号出力調整装置（６）を介した出力信号の形成を制御する、請求項１から５までのいずれか１項記載の測定装置（１）。
【請求項７】
前記スイッチ装置（５）は、前記第１の状態として閉成状態を取り、前記第２の状態として開放状態を取るように構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の測定装置（１）。
【請求項８】
前記制御装置（４）は少なくとも１回のエラーテストを実行し、該少なくとも１回のエラーテストの少なくとも１つの結果を前記センサ装置（２）へ伝送する、請求項１から７までのいずれか１項記載の測定装置（１）。
【請求項９】
前記センサ装置（２）にエネルギが供給されている場合、前記センサ装置（２）は前記スイッチ装置（５）を前記第１の状態に保持する、請求項１から８までのいずれか１項記載の測定装置（１）。
【請求項１０】
前記制御装置（４）がエラー状態の発生を識別した場合、前記制御装置（４）は前記センサ装置（２）へのエネルギ供給を中断する、請求項１から９までのいずれか１項記載の測定装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのセンサ装置と少なくとも１つの送信装置とによって、少なくとも１つの測定量を求める測定装置に関する。ここで、センサ装置は少なくとも１つの測定信号を形成し、送信装置は少なくとも１つの測定信号から少なくとも１つの出力信号を形成する。測定量とは例えば媒体の流量もしくは充填レベルもしくはｐＨ値もしくは温度である。
【背景技術】
【０００２】
今日のプロセスオートメーションでは、測定量を計算ないし監視する測定機器がプロセスの監視ないし制御のために多数用いられている。特に危険をともなう適用分野ないし安全性が重要となる適用分野では、測定機器もしくは一般の測定装置が高度な確実性を満足しなければならない。逆に云えば、測定機器は所定の信頼性を提供する必要がある。このことは、安全性要求段階もしくは安全度水準ＳＩＬによって記述される。この場合、段階が高くなるにつれ、誤動作の危険性が小さくなっていかなければならない。
【０００３】
誤動作を識別するために、測定装置には、特に個々のコンポーネントを監視する機能部が設けられる。
【０００４】
エラーが識別されると、一方では特にエラー信号により報知が行われ、他方では、特にクリティカルなエラーが生じた場合、測定機器が、エラー状態に陥った測定機器による事故の発生を防止できるように安全状態へ切り替えられる。
【０００５】
以下の考察では、測定機器または一般の測定装置は少なくとも１つのセンサ装置および少なくとも１つの送信装置へ分割されているものとする。センサ装置は測定に基づいて測定信号を形成し、この測定信号が送信装置によって処理される。処理とは、例えば、送信装置内に較正データが格納され、測定信号から本来求めるべき測定量を推定できるようになることを意味する。例えば、測定信号がレーダー方式による充填レベル測定計のマイクロ波信号の走行時間である場合、基準データによってマイクロ波信号を反射する媒体の充填レベルを推定することができる。これに代えてまたはこれに加えて、送信装置において測定信号をフィールドバスを介した通信が可能となるデータ（多くの場合標準化データ）へ変換してもよい。形成される出力信号は例えば４ｍＡから２０ｍＡの信号である。
【０００６】
ここでの測定装置とは、１つの測定機器（フィールド機器とも称される）であってもよいし、測定のための個々のコンポーネントを統合したものであってもよい。
【０００７】
重要なのは、エラーが識別されることに加え、エラー状態において、高い信頼性でもって測定装置が安全状態、特に停止状態もしくは遮断状態へ移行されることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の課題は、エラーが生じた場合にも安全状態へ移行できる測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、本発明の測定装置において、送信装置が、少なくとも１つの制御装置と、少なくとも１つのスイッチ装置と、少なくとも１つの信号出力調整装置とを含み、信号出力調整装置が少なくとも１つの出力信号を形成するように構成されており、スイッチ装置が少なくとも第１の状態もしくは第２の状態のいずれかを取るように構成されており、スイッチ装置が第１の状態にある場合、制御装置が信号出力調整装置に接続され、スイッチ装置が第２の状態にある場合および／または信号出力調整装置が制御装置への接続から解放されている場合、信号出力調整装置が少なくとも１つのエラー信号を出力信号として形成し、制御装置がセンサ装置へのエネルギ供給に作用し、センサ装置がスイッチ装置に作用し、センサ装置は設定可能な最小値を上回るエネルギが供給されている場合にスイッチ装置を第１の状態に保持し、制御装置はエラー状態の発生を識別した場合にセンサ装置へのエネルギ供給を設定可能な限界値まで低下させることにより解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の測定装置の各要素の機能的関連性を示す概略的なブロック回路図である。
【図２】図１の測定装置において使用されるセンサ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態では、制御装置がエラー状態の発生を識別した場合、制御装置により信号出力調整装置を介してエラー信号が出力信号として形成され、センサ装置へのエネルギ供給が設定可能な限界値まで低下される。
【００１２】
測定装置は、少なくとも１つのセンサ装置と、このセンサ装置の測定信号を処理ないし変換ないし調整するように構成された送信装置とに分割されて構成されている。出力信号は、任意に構成されたインタフェースの例であるフィールドバスインタフェースを介して、別のユニットや制御室等へ伝送される。送信装置にはスイッチ装置が含まれ、このスイッチ装置は、エラーの無い状態およびセンサ装置に充分なエネルギが供給されている状態では、センサ装置によって、制御装置と信号出力調整装置との接続を形成する状態に保持される。制御装置はこの接続を介して出力信号の形成を制御し、逆方向でエネルギを受け取る。
【００１３】
別の実施形態では、特に、制御装置およびスイッチ装置および信号出力調整装置が直列に接続される。ここで、さらに別の実施形態では、少なくともエネルギ供給に関連して、センサ装置が制御装置の後方に直列接続されるか、または、より広く云って、制御装置へのエネルギ供給の中断によってセンサ装置へのエネルギ供給の中断がもたらされるように配置される。
【００１４】
スイッチ装置が制御装置と信号出力調整装置との間の接続を遮断する状態にある場合、一方では制御装置へのエネルギ供給が中断され、他方では、信号出力調整装置によってこの中断が識別されて、エラー信号が出力信号として形成される。
【００１５】
スイッチ装置は、センサ装置により、制御装置と信号出力調整装置とが接続された状態に保持される。センサ装置からの作用がない場合には、スイッチ装置は自らこの接続が遮断される状態にとどまる。したがって、センサ装置へのエネルギ供給が最小値を下回って低下するかまたは完全に途絶した場合、制御装置へのエネルギ供給も中止される。
【００１６】
一実施形態では、制御装置がエラー状態の発生を識別した場合、この制御装置により信号出力調整装置を介してエラー信号が出力信号として形成され、特にセンサ装置へのエネルギ供給が調整される。別の実施形態では、センサ装置へのエネルギ供給が中断される。さらに別の実施形態では、制御装置からセンサ装置へ、エラー状態が識別されたことが報知される。供給されるべきエネルギが低下すると、センサ装置からスイッチ装置への作用がなくなり、制御装置へのエネルギ供給が終了する。これに代えてまたはこれに加えて、制御装置からセンサ装置へエラー状態発生が情報として伝送されているのに、センサ装置へのエネルギ供給が適切に制限ないし終了されなかった場合（制御装置もしくはその環境に別のエラーが存在する場合）には、センサ装置がこれを識別し、そこから、スイッチ装置へ作用して、自立処理を行うように構成してもよい。
【００１７】
別の実施形態では、センサ装置がエラー状態の発生を識別した場合、センサ装置によりスイッチ装置が第１の状態から第２の状態へ移行される。ここでのエラー状態とは、制御装置が識別されたエラーに適切に応働しなかったケースを意味する。この実施形態によれば、制御装置に加え、測定装置のエラー状態を監視し、測定装置を安全状態へ移行させる第２の要素が設けられることになる。センサ装置および制御装置からそのつどスイッチ装置への作用が生じ、スイッチ装置が一方の状態から他方の状態へ切り替えられ、これにより、制御装置へのエネルギ供給ないしセンサ装置へのエネルギ供給が中断される。
【００１８】
別の実施形態では、信号出力調整装置によりインタフェースを介して少なくとも１つの出力信号が出力される。一実施形態では、一般にデータインタフェースとして用いられるインタフェースはフィールドバスインタフェースであり、別の実施形態では特に４ｍＡから２０ｍＡ信号に対するインタフェースである。これらのインタフェースを介して測定装置への電流供給が行われる。ここで、インタフェースは、ディジタルもしくはアナログもしくは混合のデータ通信を行うことができる。
【００１９】
別の実施形態では、測定装置内で、センサ装置へのエネルギ供給は制御装置を介して行われ、特には制御装置のみを介して行われる。これにより、センサ装置に対して別の外部エネルギ源を用意する必要がなくなり、制御装置によってセンサ装置を電流供給の無い場合の安全状態へ確実に移行させることができる。
【００２０】
別の実施形態では、制御装置はセンサ装置の１つまたは複数の測定信号の受信にも用いられる。続いて制御装置は信号出力調整装置を介して出力信号を形成する。このために例えば制御装置に対する較正データもしくは基準データが記憶される。
【００２１】
別の実施形態では、スイッチ装置は、第１の状態として閉成状態を取り、また、第２の状態として開放状態を取るように構成される。よって、この実施形態では主として、スイッチ装置は、開放されているかまたは閉成されているスイッチである。有利には、スイッチ装置は通常のケースで開放状態にある。つまり、このスイッチ装置は、ふつう開放されていて、特別な作用があったときにのみ閉成されるスイッチである。
【００２２】
別の実施形態では、制御装置により少なくとも１回のエラーテストが実行され、この少なくとも１回のエラーテストの少なくとも１つの結果がセンサ装置へ伝送される。この実施形態では、制御装置は自身を検査するかまたは周辺装置との接続ないし通信を検査する。エラーテストもしくはセルフテストの１つまたは複数の結果は、制御装置からセンサ装置へ伝送される。このため特に、センサ装置は、これらの結果を評価して場合により基準値と比較し、特にエラーテストの結果を考慮して応働するように構成される。
【００２３】
別の実施形態では、センサ装置にエネルギが少なくとも充分に供給されている（つまり設定された最小値よりも大きなエネルギが供給されている）通常の場合、センサ装置によりスイッチ装置が第１の状態に保持される。スイッチ装置は第１の状態では制御装置と信号出力調整装置との間の接続を形成しているので、この実施形態では、センサ装置の挙動により、制御装置およびセンサ装置双方へのエネルギ供給が保証される。なお、センサ装置にエネルギが充分に供給されない場合には、センサ装置がもはやスイッチ装置を第１の状態に保持できないことが考慮され、スイッチ装置が自然状態すなわち第２の状態へ移行される。
【００２４】
別の実施形態では、制御装置がエラー状態の発生を識別した場合、制御装置によりセンサ装置へのエネルギ供給が中断される。このため、エネルギ供給はゼロへ低減される。
【００２５】
個々には本発明の測定装置には多数の実施形態ないし実施態様がある。これらは一方では請求項１に従属する各従属請求項に、他方では図に関連する以下の実施例の説明に示されている。
【実施例】
【００２６】
図１には測定装置１の実施例が示されている。ただし、図１は正確な電気回路プランを示すものではなく、測定装置１の各要素の機能関係を表すものである。図２にはセンサ装置２の実施例が概略的に示されている。
【００２７】
図１のブロック図では、センサ装置２および送信装置３を含む測定装置１が示されている。センサ装置２は測定量の本来の測定を行い、この測定に基づいて測定信号を形成する。この測定信号は送信装置３へ伝送され、送信装置３は測定信号に基づいて出力信号を形成する。出力信号は、例えば、フィールドバスもしくは出力インタフェースのどちらの形態で通信がなされたかに応じて定められる。
【００２８】
センサ装置２および送信装置３は、ここでは、相互に独立かつ離間して配置されたそれぞれのユニットとして示されている。これに代えて、２つの装置２，３をコンパクトな一体のユニットにまとめてもよい。
【００２９】
図示されている測定装置１は、特に、エラー状態が発生した場合に安全状態を取り、確実にエラー信号を形成することを特徴としている。このことは送信装置３の構成によって実現される。すなわち、ここでは、安全性に関する要素ないしコンポーネントに焦点を当てているが、実用上は（わかりやすくするために図示されていない）別の要素ないし部品も存在する。
【００３０】
送信装置３には、少なくとも、相互に直列に接続された制御装置４とスイッチ装置５と信号出力調整装置６とが設けられている。制御装置４はセンサ装置２の測定信号を受信し、この測定信号に基づいて信号出力調整装置６を制御する。これにより、適切な出力信号が（インタフェースの実施例の１つである）フィールドバスインタフェース７を介して出力される。
【００３１】
図１の実施例では、信号は４ｍＡから２０ｍＡの信号であり、２線線路へ出力される。出力信号としては、振幅によって測定信号、特に測定すべきプロセス量である測定値が４ｍＡないし２０ｍＡの限界値によって定められる値範囲内にあることを表す電流信号が形成される。別の実施例として、エラー信号が３．５ｍＡより小さい電流値ないし２２ｍＡより大きい電流値を有してもよい。ただし、４ｍＡより小さい電流値を有する出力信号は一般にエラー信号と解釈される。図示されていない別の実施例として、制御装置４の出力側の後方にディジタル‐アナログ変換器を設けることもできる。
【００３２】
逆に云えば、信号出力調整装置６により、送信装置３へのエネルギ供給（もしくは特に制御装置４へのエネルギ供給）、ひいては、間接的に、センサ装置２へのエネルギ供給が実現される。
【００３３】
制御装置４はスイッチ装置５を介して信号出力調整装置６へ接続されている。スイッチ装置５は、ここでは少なくとも、第１の状態と第２の状態とを取る。図１に示されている実施例では、スイッチ装置５は、第１の状態で閉成され、第２の状態で開放される。これにより、スイッチ装置５の第１の状態では、制御装置４と信号出力調整装置６とがスイッチ装置５を介して相互に接続され、スイッチ装置５の第２の状態では相互に分離される。
【００３４】
安全状態へ確実に移行させるために、スイッチ装置５は、特に、スイッチ装置に対する能動的な作用がなくなると、第２の状態すなわち開放状態へ移行するように構成されている。ここでの能動的な作用とは特にセンサ装置２からの作用であり、これによりスイッチ装置５は能動的に第１の状態すなわち閉成状態に保持される。つまり、センサ装置２がスイッチ装置５へ作用しなくなったとき、スイッチ装置５は第２の状態へ移行する、すなわち、スイッチが開放される。
【００３５】
こうしたスイッチ装置５は例えばトランジスタによって実現される。これに加えて、センサ装置２がスイッチ装置５を能動的に２つの状態間で切り替えるように構成することもできる。電気的絶縁のために、図示されていない実施例として、光カプラを介してセンサ装置２をスイッチ装置５に接続してもよい。
【００３６】
スイッチ装置５が閉成される状態、すなわち、第１の状態では、制御装置４は信号出力調整装置６と通信し、相応に出力信号を形成する。
【００３７】
信号出力調整装置６は、スイッチ装置５が開放されている場合、これに応じてエラー信号が出力信号として形成されたことを識別するように構成されている。有利な実施例では、エラー信号はエラー状態発生が識別された際に制御装置４が形成する信号に等しいが、別の実施例として、２つのエラー信号を区別して、エラー信号を形成した源が異なることを表してもよい。
【００３８】
制御装置４が測定装置１もしくは測定すべきプロセスのエラー状態を識別した場合、信号出力調整装置６を介して、エラー信号が出力信号として形成される。続いて、制御装置４はセンサ装置２へのエネルギ供給を遮断し、これにより、スイッチ装置５を第２の状態すなわち開放状態へ移行させる。ここで、使用される要素ないしコンポーネントに依存して、２つのイベント間には設定可能な遅延時間が発生しうる。スイッチ装置５の開放により、制御装置４へのエネルギ供給も遮断される。こうして、センサ装置２および制御装置４がエネルギ供給から切り離されるので、測定装置１の安全性に関連する全ての要素が停止状態へ移行される。別の実施例として、制御装置４が特に送信装置３を制御するユニットであってもよい。
【００３９】
制御装置４は特に、セルフテストを実行してその結果をセンサ装置２へ伝送するか、または、形成された出力信号を再び読み込んでこれをセンサ装置２へ供給するように構成されている。これらのデータから、または、構成に応じて別の情報から、センサ装置２はエラー状態が発生したか否かを検出するように構成されている（なお、容認テストが実行された場合またはテスト結果が容認された場合、再読み込み出力信号が記憶された値に一致する）。センサ装置２がスイッチ装置５に作用すると、スイッチ装置５は第２の状態へ移行するかもしくは第１の状態の保持を中止することによって開放される。これにより、上述したように、エラー信号が信号出力調整装置６によって形成され、制御装置４がエネルギ供給から切り離される。
【００４０】
つまり、測定装置１のエラー発生時の挙動は次のようにまとめられる。すなわち、制御装置４がエラー状態の発生を識別した場合、制御装置４は信号出力調整装置６を介してエラー信号を出力信号として形成し、センサ装置２へのエネルギ供給を遮断する。これにより、スイッチ装置５はもはや閉成を保持しない状態へ移行し、制御装置４へのエネルギ供給を遮断する。これに代えて、センサ装置２がエラー状態の発生を検出した場合、センサ装置２は、スイッチ装置５の直接切り替えまたは間接的な閉成保持の終了により、スイッチ装置５を開放させる。これにより、制御装置４およびこれに接続されているセンサ装置２の双方がエネルギ供給から切り離される。
【００４１】
図２には、センサ装置２の実施例として、流体に対する渦流式流量計が示されている。渦流式流量計の測定方式は、液体もしくは気体である媒体（矢印で示されている）に、媒体の通る測定管９の中心に設けられた滞留体８の後方で、いわゆるカルマン渦が形成されることに基づく。カルマン渦とは、流れとともに前方へ運動し、滞留体８で解消される渦によって形成される渦流である。渦が滞留体８によって解消される頻度は流速に依存して定まり、この関係は所定の前提条件のもとではほぼ線形である。ゆえに、記録ユニット１０を用いて渦周波数を測定することにより、媒体の流速を求めることができ、付加的に媒体の圧力および温度などを考慮すれば、体積流量ないし質量流量を求めることもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１  測定装置、  ２  センサ装置、  ３  送信装置、  ４  制御装置、  ５  スイッチ装置、  ６  信号出力調整装置、  ７  フィールドバスインタフェース、  ８  滞留体、  ９  測定管、  １０  記録ユニット
【図１】
2014095706.tif 000003
【図２】
2014095706.tif 000004