用于现场设备的可拆卸显示操作模块的制作方法

1.本发明涉及用于填充物位测量、极限物位确定、流量测量、压力测量和/或温度测量的例如为现场设备的测量设备。特别地，本发明涉及具有无线电模块的现场设备、制造方法和用途。


背景技术：

2.为了进行填充物位测量或极限物位确定，在许多情况下，特别是现场设备的测量设备装配有无线电模块，以便例如实现这些设备到自动化系统的简单相互连接。这类自动化系统的概念有时用术语“工业4.0”来表示。至少一些现场设备装配有坚固的金属传感器壳体，以便减少由环境影响(例如，机械负载、湿气、紫外线辐射等)造成的损坏。然而，金属传感器壳体可能至少减小布置在传感器壳体内的无线电模块的无线电波的范围。


技术实现要素：

3.本发明的目的是至少部分地改善无线电模块的范围。该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的改进示例在从属权利要求和以下说明中得出。
4.第一方面涉及一种用于测量设备和/或现场设备的可拆卸显示操作模块，该测量设备和/或现场设备用于填充物位测量或极限物位确定。显示操作模块包括无线电模块和电连接元件，该电连接元件被构造为与连接配合件形成可拆除连接，以用于将来自无线电模块的高频信号传输到现场设备的高频壳体套管和/或天线。
5.在下文中，术语“显示操作模块”用于表示包含无线电模块的现场设备的模块。它可以是显示操作模块、仅显示模块、仅操作模块、仅无线电模块、这类模块的组合和/或其他形式。可拆卸的显示操作模块可以例如被插接到现场设备电子器件上和/或以其他方式可拆除地布置在传感器壳体内。因此，在至少一些实施例中可以实现模块化的概念，该模块化的概念使得例如可以将不同类型的传感器与至少部分布置在传感器壳体内的显示操作模块和/或其他模块结合。例如，传感器可以被设计为阻抗极限开关、振动极限开关、具有高频前端、超声波前端或激光前端的测量设备和/或放射性测量设备。例如，在vega公司的模块化系统中实现了用于测量设备或现场设备的模块化概念。显示操作模块plicscom可以称为显示操作模块的示例，该模块可用于传感器的运行和操作。
6.对于过程自动化和/或自动化系统中的至少一些应用，有利的是为测量设备或现场设备装配无线电模块，以便例如将测量值、用于预测传感器和系统维护的数据、参数化数据和/或其他类型的数据无线传输到例如自动化系统和/或现场设备的用户、过程控制中心、云端和/或其他接收点。例如，可以针对低功耗和/或高数据传输率来优化所使用的至少一些无线电标准。由于过程自动化的设备在很多情况下会受到潜在破坏性环境影响，因此这些设备中的至少一些可以具有金属传感器壳体。金属传感器壳体可能是必需的或至少是有用的，以便减少诸如温度波动、湿气、uv辐射、机械负载等环境影响的冲击。然而，如果无线电模块布置在壳体内，则金属传感器壳体可能削弱无线电波的传播。至少一些类型的非金属传感器壳体也可能削弱无线电波的传播。例如，如果将无线电模块设计为显示操作模
块的一部分，则这种布置可以支持现场设备的模块化概念。但是，壳体内的布置与诸如低功耗和/或高数据传输率的要求相反。通过被构造为与连接配合件形成可拆除的连接以将高频信号从无线电模块传输到现场设备的高频壳体套管的电连接元件可以有利地克服这些矛盾的要求。特别地，高频壳体套管可用于将高频信号传递到天线和/或连接到天线，并以此方式实现范围大、低功耗和/或高数据传输率。这可以不仅适用于金属传感器壳体而且还适用于非金属传感器壳体。高频壳体套管是被构造为用于传输和/或传递高频率的壳体套管。通过显示操作模块的该实施例，也能够以特别简单的方式使用和/或集成所谓的“工业4.0”的信息和通信系统。
7.在一些实施例中，电连接元件被固定在印刷电路板上。电连接元件可以被钎焊、粘附、浇铸、焊接、拧紧和/或以其他方式固定在例如印刷电路板、印刷电路卡、电路板和/或印刷电路上。因此，有利地提供了一种可特别简单控制的连接，并且可以容易地集成到显示操作模块的生产中。
8.在一些实施例中，电连接元件经由电缆连接到印刷电路板。电缆可以例如被钎焊到和/或以其他方式固定到印刷电路板上。在实施例中，电缆可以被设计为相对较短的，例如仅具有几厘米(cm)的长度。因此可以有利地实现与高频壳体套管的特别灵活的连接。
9.在一些实施例中，电连接元件被设计为同轴插头，且连接配合件被构造为同轴插座，或者电连接元件被构造为同轴插座，且连接配合件被构造为同轴插头。同轴连接件可以被设计为可拧紧的、卡口的和/或可插接的连接件。同轴电缆和插接连接器的优点在于，它们可以特别是低损耗地传导例如用于无线电通信的高频电磁波。替代地或补充地，也可以使用其他类型的连接件，例如双绞线或诸如usb、firebolt等其他hf连接件。
10.在一些实施例中，电连接元件被构造为传输ism频带(ism：工业、科学和医学频带)和/或电信频带中的频率。电信频带可以使用诸如2g、3g、lte、5g等无线电网络。诸如蓝牙、ieee 802.15.4(例如，具有ant、蓝牙、zigbee)、lora、mioty等无线电标准可以使用ism频带。无线电模块可以例如支持无线个人区域网(wpan)、无线lan(wlan)和/或低功耗广域网(lpwan)的协议。例如，可以针对低功耗或高数据传输率优化所使用的协议和/或频率。无线电设备可以被构造为将数据传输到服务器和/或另一测量和/或显示设备，且/或从该服务器和/或该另一测量和/或显示设备中接收数据。
11.结合现场设备的模块化概念，显示操作模块可以装配和/或改装有不同类型的通信协议和/或频率，以便因此能够满足广泛的要求。
12.在一些实施例中，电连接元件被构造为传输30mhz和20ghz之间的频率，例如100mhz和10ghz之间的频率，特别是100mhz和5ghz之间的频率。在这些频率范围内，天线“扩展(auslagerung)”对于改善传输性能是特别有利的。
13.在一些实施例中，显示操作模块被构造为布置在传感器壳体内。该布置特别可以支持用于现场设备的构造的模块化概念。
14.一方面涉及一种用于填充物位测量或极限物位确定的现场设备的传感器壳体，其被构造为完全容纳具有无线电模块和/或电连接元件的上述和/或下述的显示操作模块。在此，传感器壳体包括高频壳体套管，该高频壳体套管被构造为传输来自无线电模块的高频信号并连接到天线。由于传感器壳体完全容纳了这些元件，因此可以实现有效的保护功能，例如防止潜在的破坏性环境影响。
15.在一些实施例中，高频壳体套管被设计为同轴插头或同轴插座。例如可以将壳体套管拧
入到传感器壳体的螺纹中，例如拧入到在该应用制造时布置在传感器壳体上的螺纹中，并例如以可密封的方式穿透传感器壳体。为此可以使用一系列电缆螺纹连接件，例如pg螺纹连接件、公制螺纹、npt螺纹连接件和/或其他类型的螺纹连接件。高频壳体套管优选地被设计成坚固的。
16.在一些实施例中，电连接元件被设计为同轴插头或同轴插座。例如在sma、mcx、mmcx、smp和/或其他变形例中，可以例如使用同轴连接器作为连接类型(即，天线如何连接到同轴电缆)。
17.在一些实施例中，天线被设计为可集成到传感器壳体中。可集成的天线可以例如被实现为传感器壳体的可拆除或不可拆除的部分。
18.一方面涉及一种制造用于填充物位测量或极限物位确定的现场设备的方法，其包括以下步骤：
19.提供现场设备的传感器壳体；
20.在传感器壳体上布置高频壳体套管和/或天线，该高频壳体套管和/或天线连接到连接配合件，即电连接元件的配合件；
21.将连接配合件连接到电连接元件，该电连接元件连接到可拆卸显示操作模块的无线电模块；以及
22.将显示操作模块布置在传感器壳体中，其中，传感器壳体完全容纳显示操作模块以及连接元件。
23.高频壳体套管可以实现电气和机械连接。例如，高频壳体套管可以布置在壁上，其中，电气套管实施成穿过壁。高频壳体套管可以例如布置在壳体套管中，该壳体套管布置在壳体中的螺纹中。在此，壳体套管可以被设计为保护内部传感器电子器件不受环境影响。在拧入壳体套管后，可以连接hf插接连接器，例如连接电连接元件和连接配合件。然后可以例如通过插接式锁合件将显示操作模块连接到传感器电子器件。然后可以将天线连接到壳体套管的插头。此外，在安装显示操作模块时可以存在优点。在一些实施例中，例如在vega的系统的情况下，仅在拧入壳体套管后才插入电连接元件。
24.在一些实施例中，该方法包括以下其他步骤：
25.将天线布置在传感器壳体上；以及
26.将天线连接到高频壳体套管。
27.天线例如可以布置在传感器壳体的壁上，天线也可以被设计为集成的和/或可插接、可拆除的。该连接可以电气地并且可选地机械地进行。作为替代实施例，天线可以紧固在外部和/或被设计为例如有线天线。根据无线电标准，可以使用不同的天线。在此，天线可以适用于相应的频率范围。
28.一方面涉及上述和/或下述的测量设备、现场设备、测量系统和/或传感器壳体或上述和/或下述的方法的用于填充物位测量、极限物位确定、压力测量和/或温度测量的用途。
29.为了进一步阐明，将根据附图中所示的实施例说明本发明。这些实施例仅应理解为示例而不是限制。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。
附图说明
30.图1以立体图示出了根据一实施例的显示操作模块的简图。
31.图2以正视图示出了根据一实施例的显示操作模块的简图。
32.图3以侧视图示意性地示出了根据一实施例的显示操作模块的简图。
33.图4示意性地示出了根据另一实施例的具有连接元件和其他元件的显示操作模块的简图。
34.图5示意性地示出了根据另一实施例的具有连接元件和其他元件的显示操作模块的简图。
35.图6以后视图示意性地示出了根据另一实施例的具有连接元件的显示操作模块的简图。
36.图7以立体侧视图示意性地示出了根据一实施例的现场设备的简图。
37.图8以俯视图示意性地示出了根据一实施例的现场设备的简图。
38.图9以立体图示意性地示出了根据另一实施例的现场设备的简图。
39.图10示出了根据一实施例的现场设备的制造方法。
具体实施例
40.图1以立体图示出了根据一实施例的显示操作模块100的简图。显示操作模块100包括上部分112和下部分118。侧向把手114、显示器115和操作按钮116布置在上部分112中。通过侧向把手114能够以简单的方式实现显示操作模块100的拆卸或拆除以及安装。图2以正视图示出了图1所示的上部分112的元件。图3以侧视图示出了显示操作模块100的上部分112和下部分118。此外，还示出了电连接元件140，该电连接元件在该实施例中从下部分118突出并可以例如被设计为同轴插头。
41.图4示出了根据另一实施例的具有连接元件和其他元件的显示操作模块100的示意性简图。在此，电连接元件140(例如，同轴插头)通过线路145(例如，同轴线路)连接到显示操作模块100。电连接元件140可以连接到连接配合件160(例如，同轴插座)，即可以电气地和/或机械地连接到该连接配合件。连接配合件160经由线路165(例如，同轴线路)连接到高频壳体套管220。线路225(例如，同轴线路)从高频壳体套管220连接到天线240。
42.图5以仰视图示出了根据另一实施例的具有连接元件140和其他元件的显示操作模块100的示意性简图。在该示例性实施例中，连接元件140固定在印刷电路板180上。此外，还示出了插接式锁合件119，其布置在下部分118的环形元件上，使得可以通过旋转实现显示操作模块100的简单拆卸或拆除且/或安装。这支持了模块化系统的上述概念。图6以后视图示出了图5所示的下部分118的元件。
43.图7以立体侧视图示出了根据一实施例的现场设备300的示意性简图。现场设备300包括坚固的金属传感器壳体200。由金属壳体200保护的显示操作模块100布置在传感器壳体200中。金属壳体200可以包括非金属部分，例如观察窗210，可以透过该观察窗看到显示器115(例如，参见图1)。在一实施例中，观察窗可以被开口代替，从而可以操作操作按钮116。如果不能直接接触操作按钮116，则可以通过无线电来操作现场设备300。天线240布置在高频壳体套管220上。在使用其他频段时，天线的设计可以不同。
44.图8以俯视图示出了根据一实施例的现场设备300的示意性简图。通过金属壳体200中的观察窗210可以看到安装的显示操作模块100。
45.图9以立体图示出了根据另一实施例的现场设备300的示意性简图。在此，传感器壳体200完全容纳显示操作模块100以及连接元件140(不可见)，因此这些元件在很大程度
上受到传感器壳体200的保护而免受环境影响的损坏。传感器装置280仅部分地容纳在金属传感器壳体200中并且具有其自身的保护。天线240布置在高频壳体套管220上，该天线240被设计为用于与图7所示的天线不同的频率范围，并因此具有不同的形状。在此，高频壳体套管220的设计可以与图7所示的设计相似或相同。
46.图10示出了根据一实施例的现场设备300(例如，参见图7至图9)的制造方法的流程图400。在步骤402中，提供现场设备300的传感器壳体200，特别是金属传感器壳体。在步骤404中，将连接到连接配合件160的高频壳体套管220布置在传感器壳体200上。在步骤406中，将连接配合件160连接到电连接元件140，该电连接元件140本身连接到具有无线电模块120的可拆卸的显示操作模块100。在步骤408中，将显示操作模块100布置在传感器壳体200中，其中，传感器壳体200完全容纳显示操作模块100和连接元件140。
47.还应注意，除非明确地排除和/或由于技术上的不可能，否则不同的实施例可以相互组合。另外，应指出，“包括”和“具有”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。此外，应指出，已经参考其中一个上述示例性实施例说明的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制。
48.相关申请的交叉引用
49.本技术要求2020年5月15日提交的欧洲专利申请20 174 959.5的优先权，其全部内容通过引入方式并入本文。
50.附图标记列表
51.100
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操作模块
52.112
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上部分
53.114
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侧向把手
54.115
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显示器
55.116
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操作按钮
56.118
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下部分
57.120
ꢀꢀꢀ
无线电模块
58.140
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电连接元件
59.145
ꢀꢀꢀ
线路
60.160
ꢀꢀꢀ
连接配合件
61.165
ꢀꢀꢀ
线路
62.180
ꢀꢀꢀ
印刷电路板
63.200
ꢀꢀꢀ
金属传感器壳体
64.210
ꢀꢀꢀ
观察窗
65.220
ꢀꢀꢀ
高频壳体管套
66.225
ꢀꢀꢀ
线路
67.240
ꢀꢀꢀ
天线
68.280
ꢀꢀꢀ
传感器装置
69.300
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现场设备、测量设备、测量系统
70.400
ꢀꢀ
流程图
71.402
‑
408
ꢀꢀ
步骤