CN217585898U - 传感器设备和具有这种传感器设备的流体流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种传感器设备(12)，具有用于产生交变激励磁场的激励磁体(20)，具备脉冲线模块(24)的能量发生器(22)，在其中能够通过交变激励磁场产生电能脉冲，至少一个传感器元件(32、34)，用于检测物理参量并提供传感器信号，用于评估至少一个传感器信号的评估单元(36)，和无线电数据接口(38)，无线电数据接口通过数据连接件与评估单元相连接，其中，至少一个传感器元件(32、34)和评估单元(36)分别与能量发生器(22)电连接且能够通过能量发生器被供应电能，以及还涉及一种具有这种传感器设备(12)的流体流量测量装置(10)。根据本实用新型的传感器设备(12)或流体流量测量装置(10)不需要外部的电缆连接来供应能量和传输数据，并且因此也可以廉价地安装在难以接近的测量位置中。

Description

传感器设备和具有这种传感器设备的流体流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种传感器设备，其具有用于产生交变激励磁场的激励磁体；具备脉冲线模块的能量发生器，在其中能够通过交变激励磁场产生电能脉冲；至少一个传感器元件，用于检测物理参量并提供传感器信号；用于评估至少一个传感器信号的评估单元。本实用新型此外涉及一种具有这种传感器设备的流体流量测量装置。

背景技术

这种传感器设备或流体流量测量装置例如可以使用在复杂的工业设施中。在此，这种传感器设备例如可以用于检测机器轴的转动，并且这种流体流量测量装置例如可以用于检测气体或液体线路的流量。

例如由文献EP 2 479 542 B1已知一种具有这种传感器设备的流体流量测量装置，其中，传感器设备的激励磁体布置在通过气体流量驱动的轴上。公开的传感器设备包括用于检测轴的当前的旋转角的位置传感器以及用于检测流过流体流量测量装置的气体的当前的温度和当前的压力的温度传感器和压力传感器。在公开的传感器设备中，在运行中通过由激励磁体产生的交变激励磁场在能量发生器的脉冲线模块中产生电能脉冲。在此，由此产生的电能足以为多个传感器元件和评估单元供应分别为了运行所需的电能。因此，公开的流体流量测量装置的传感器设备以能量自给自足的方式工作，从而不需要外部的能量输入来运行流体流量测量装置。

然而，为了读取检测到的和/或确定的输出参数，在公开的传感器设备或流体流量测量装置中需要有线的数据连接件。因此，必须要么设置以复杂方式安装的并且通向传感器设备或流体流量测量装置的永久的电缆连接，要么传感器设备或流体流量测量装置必须安装在相对容易接近的测量位置，从而为了读取，在需要时可以将电缆与传感器设备或流体流量测量装置连接。

实用新型内容

因此，本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种传感器设备和一种流体流量测量装置，其也可以廉价地安装在难以接近的测量位置中。

所述技术问题按照本实用新型通过一种传感器设备解决，所述传感器设备具有：

-用于产生交变激励磁场的激励磁体，

-具备脉冲线模块的能量发生器，在其中能够通过交变激励磁场产生电能脉冲，

-至少一个传感器元件，用于检测物理参量并提供传感器信号，

-用于评估至少一个传感器信号的评估单元，和

-无线电数据接口，所述无线电数据接口通过数据连接件与所述评估单元相连接，

在此规定，所述至少一个传感器元件和所述评估单元分别与所述能量发生器电连接并且能够通过所述能量发生器被供应电能，其中，设有至少一个电阻式传感器元件，其电阻根据待检测的物理参量而变化。

所述技术问题按照本实用新型还通过一种流体流量测量装置解决，所述流体流量测量装置具有：

-轴，所述轴的当前的转速与当前的流体流量成正比，和

-传感器设备，其具有：

·固定在所述轴上的、用于产生交变激励磁场的激励磁体，

·具有脉冲线模块的能量发生器，在其中能够通过交变激励磁场产生电能脉冲，

·至少一个传感器元件，用于检测流过所述流体流量测量装置的流体的物理特性并且用于提供传感器信号，

·用于评估至少一个传感器信号的评估单元，其中，所述评估单元构造用于通过评估脉冲线模块的能量脉冲的时间变化曲线来检测所述轴的转动，和

·无线电数据接口，所述无线电数据接口通过数据连接件与所述评估单元相连接，

在此规定，所述至少一个传感器元件、所述评估单元和所述无线电数据接口分别与所述能量发生器电连接并且能够通过所述能量发生器被供应电能，其中，设有至少一个电阻式传感器元件，其电阻根据待检测的物理参量而变化。

根据本实用新型的传感器设备包括用于产生交变激励磁场的激励磁体。通常，永磁激励磁体安置在可转动的轴上，从而通过轴的转动产生交变激励磁场。备选地，激励磁体然而也可以安置向前和向后线性运动的或在任何封闭的弯曲轨道上运动的设备上。在任何情况下，通过永磁激励磁体的运动产生交变激励磁场、即极性连续反转的、即场线的(有效)方向在时间进程中连续变化的激励磁场。

根据本实用新型的传感器设备包括具有脉冲线模块的能量发生器，在其中可以通过交变激励磁场产生电能脉冲。脉冲线模块通常具有脉冲线(也被称为韦根线)和径向包围脉冲线的线圈装置。一旦超过特定的触发场强，则脉冲线的磁化方向在外部磁场的作用下突然反转(umklappen)。由此，在线圈装置中产生具有定义电能的短电压脉冲。在下文中，脉冲线的磁化方向的反转也被称为脉冲线模块的“触发”。脉冲线模块通常具有唯一的脉冲线，但也可以具有多个脉冲线。

根据本实用新型的传感器设备包括至少一个用于检测物理参量并用于提供传感器信号的传感器元件。传感器元件例如可以是用于检测设备温度和 /或流体温度的温度传感器，或者用于检测流体压力的压力传感器。传感器元件例如还可以是运动和/或加速度传感器，用于检测设备的运动、振动或临时的冲击和/或空间取向。例如，力传感器、磁场传感器、湿度传感器、声压传感器和/或亮度传感器也是可以想到的。原则上，传感器元件可以是任何类型的传感器，其构造用于检测物理参量并且用于提供与检测的参量相关的传感器信号。根据本实用新型的传感器设备可以具有唯一的传感器元件，或可以具有多个不同的或相似的传感器元件。

根据本实用新型的传感器设备包括用于评估至少一个传感器信号的评估单元。为了传输传感器信号，评估单元优选与至少一个传感器元件电连接。然而原则上，评估单元可以通过任何类型的数据连接件与至少一个传感器元件连接。评估单元以预定义的方式和方法评估接收的传感器信号，以便确定至少一个输出参数。评估单元可以具有微控制器或完全由微控制器构造。然而，评估单元原则上可以通过任何类型的电路形成，这种电路适合于评估至少一个传感器信号并且确定输出参数。

根据本实用新型的传感器设备包括无线电数据接口，所述无线电数据接口通过数据连接件与评估单元相连接。无线电数据接口能够与具有合适的接收接口的外部的电子数据处理(EDV)系统进行无线通信，并且尤其能够实现无线读取或传输由评估单元确定的输出参数。因此，根据本实用新型的传感器设备原则上也适合连接所谓的“物联网”(IoT)。例如，无线电数据接口可以基于已知的接口标准/规范“(被动)Wi-Fi、“LoRa(反向散射)”、“蓝牙”、“SigFox”、“Zigbee”或“RFID”。然而原则上，无线电数据接口可以由能够实现无线电数据传输的任何类型的电路形成。无线电数据接口优选地构造为，使得可以由无线电数据接口本身、例如从入射的电磁辐射产生为了运行无线电数据接口所需的电能。然而备选地，无线电数据接口也可以构造为，使得无线电数据接口可以由能量发生器被供应所需的电能。

根据本实用新型，至少一个传感器元件和评估单元分别与能量发生器电连接，并且可以通过能量发生器被分别供应所需的电能。各个部件可以直接与能量发生器电连接，或者可以间接地、例如通过变压器或其他的传感器设备部件与能量发生器连接。在任何情况下，为了传感器设备的正常运行所需的电能完全由能量发生器产生和提供。根据本实用新型的传感器设备以完全能量自给自足的方式工作，并且因此不需要任何外部的能量供应，即既不通过电缆也不通过安装电池进行能量供应。

在根据本实用新型的传感器设备中，既不必为能量供应，也不必为输出参数设置电缆连接。此外，根据本实用新型的传感器设备既不必为了能量供应(电池更换)，也不必为了读取输出参数而相对容易地接近。因此，根据本实用新型的传感器设备也可以廉价地安装在难以接近的测量位置上。

根据本实用新型的流体流量测量装置包括轴，所述轴的当前的转速与当前的流体流量成正比。通常，流体流量测量装置包括抗扭地与轴相连的叶轮，所述叶轮被流过流体流量测量装置的流体流过，从而叶轮和因此轴被流体旋转驱动。

根据本实用新型的流体流量测量装置包括前述的根据本实用新型的传感器设备，其中，激励磁体固定在轴上，并且因此被流体流量驱动。在此，由激励磁体产生的激励磁场的交变频率与轴的转速成正比，并且因此与当前的流体流量成正比。

根据本实用新型的流体流量测量装置的传感器设备的评估单元构造用于，通过评估脉冲线模块的能量脉冲来检测轴的转动。在此原则上，能量脉冲的评估被理解为对能量脉冲信息的任何形式的处理，尤其是对所产生的能量脉冲的简单的计数。通常，所述评估单元对脉冲线模块的能量脉冲的时间变化曲线进行评估，以便由此确定激励磁场的交变频率，其中，又可以通过当前的交变频率确定当前的轴转速和由此当前的流体流量。在此，能量脉冲的评估可以要么持续进行，要么可以根据存储的能量脉冲变化曲线进行追溯。

根据本实用新型的流体流量测量装置的传感器设备的至少一个传感器元件布置和构造为，通过至少一个传感器元件可以检测流过流体流量测量装置的流体的物理特性。因此，除了当前的流体流量之外，通过根据本实用新型的流体流量测量装置还可以检测流体的至少一个物理特性。例如，根据本实用新型的流体流量测量装置的传感器设备可以具有用于检测当前的流体温度和/或当前的流体压力的温度传感器和/或压力传感器。这提供了可以以多种方式使用的流体流量测量装置。此外，通过与检测的物理流体特性的相关性能够实现对流体流量的特别精确的检测。

因为在根据本实用新型的传感器设备中既不必为能量供应，也不必为读取或传输输出参数而设置电缆连接，所以根据本实用新型的流体流量测量装置也可以廉价地安装在难以接近的测量位置中，例如复杂的工业设施内的难以接近的测量位置中。

因为在脉冲线模块被触发时仅产生相对短的能量脉冲，所以在根据本实用新型的优选的实施方案中，所述能量发生器具有与脉冲线模块电连接的储能器，并且能量脉冲的电能可以临时存储在储能器中。这能够从激励磁场的特定的交变频率开始实现传感器设备部件的基本上连续的能量供应。此外，即使在缺少激励磁场的情况下，并且因此在没有产生能量的情况下，储能器也能够实现传感器设备的暂时的运行，例如用于通过无线电数据接口读取传感器设备。储能器通常构造为，储能器的存储容量大于单个能量脉冲的电能。因此，如果产生的能量脉冲的电能不能完全满足传感器设备运行的需要，那么储能器能够短时地实现提供电能，该电能大于单个能量脉冲的电能。储能器例如可以构造为廉价的陶瓷电容器。

有利地设有至少一个电阻式传感器元件，其电阻根据待检测的物理参量而变化。电阻式传感器元件可以简单且廉价地实现，并且针对可靠的功能仅需要相对少的电能。例如，电阻式传感器元件可以是电阻式温度传感器、电阻式压力传感器或电阻式力传感器。

在本实用新型的有利的实施方案中设有多个传感器元件，其中，每个传感器元件构造用于检测不同的物理参量，并且其中，每个传感器元件能够通过所述能量发生器被供应以电能。传感器设备因此适用于检测不同的物理参量并且尤其也在评估期间使不同的物理参量相互关联。这能够实现特别精确的评估，并且因此可以提供可靠的且以多种方式使用的能量自给自足的传感器设备。

在本实用新型的优选的实施方案中，所述无线电数据接口根据调制的反向散射的原理工作。这意味着，无线电数据接口不会产生自己的无线电信号，而是反射进入的无线电信号，并且在此通常通过反相的磁场减弱被调制。为此，与无线电信号的主动产生相比，需要明显更少的电能。在此特别优选地，无线电数据接口构造为，使得由入射的电磁辐射产生为了调制所需的电能，从而为了无线电数据接口的运行不需要外部的能量输入。这因此提供了一种特别节能的无线电数据接口，其能够在没有外部的能量供应的情况下或仅以相对小的外部的能量供应实现可靠的数据传输。

优选地，无线电数据接口与能量发生器电连接。无线电数据接口可以直接与能量发生器电连接，或者可以例如通过变压器或其他的传感器设备部件与能量发生器间接连接。至少可以在无线电数据接口和能量发生器之间实现能量传输、即电能传输。在此，电连接优选地构造为，使得双向的能量传输、即电能从能量发生器到无线电数据接口的传输以及电能从无线电数据接口到能量发生器的传输是可能的。如果无线电数据接口构造为，在无线电数据接口中产生的电能多于为了无线电数据接口运行所需的电能，那么该能量可以提供给能量发生器，并且因此用于传感器设备的能量供应。如果无线电数据接口不产生电能，或者在无线电数据接口中产生的电能不足以运行该无线电数据接口，那么可以通过电连接从能量发生器向无线电数据接口提供所需的电能。以这种方式确保无线电数据接口的可靠的功能性。能量发生器和无线电数据接口之间的电连接因此提供了特别可靠且节能的传感器设备。

有利地设有数据存储器，所述数据存储器通过数据连接件与所述评估单元相连接。数据存储器能够实现存储由评估单元确定的输出参数，从而不必连续传输、而是可以在需要时共同读取和/或传输输出参数。在此优选地，数据存储器构造为非易失性的数据存储器，例如构造为铁电存储器，从而即使在能量供应中断之后也可以读取数据。这提供了节能且可靠的传感器设备。

通常，所述传感器设备的激励磁体布置在可转动的轴上。在本实用新型的有利的实施方案中，所述评估单元在此构造用于通过评估脉冲线模块的能量脉冲来检测轴的转动。在此原则上，对能量脉冲的评估被理解为对能量脉冲信息的任何类型的处理，尤其是对所产生的能量脉冲的简单的计数。在此，对能量脉冲的评估可以要么持续地进行，要么可以根据存储的能量脉冲变化曲线进行追溯。通常，评估单元对脉冲线模块的能量脉冲的时间变化曲线进行评估，以便确定激励磁场的交变频率。在此，激励磁体布置在所述轴上，使得激励磁场的当前的交变频率与当前的轴转速直接成正比。因此，不需要附加的传感器元件来检测轴的转动。这提供了能够以多种方式使用的廉价且节能的传感器设备。

附图说明

随后根据附图描述根据本实用新型的具有根据本实用新型的传感器设备的流体流量测量装置的实施例，附图示出根据本实用新型的具有根据本实用新型的传感器设备的流体流量测量装置的示意图。

具体实施方式

附图示出流体流量测量装置10，其具有传感器设备12和轴14。轴14 抗扭地与叶轮16连接，所述叶轮布置在流体通道18中，所述流体通道被流体流过。所述叶轮16如此构造，使得叶轮16和因此还有轴14被流过流体通道18的流体旋转地驱动。

传感器设备12包括永磁激励磁体20，其固定在轴14的背离叶轮16的端部上。激励磁体20与轴14抗扭地连接并且如此构造和布置，使得在轴14 旋转时由激励磁体20产生交变激励磁场。

传感器设备12还包括能量发生器22，该能量发生器具有脉冲线模块24 和储能器26。储能器26与脉冲线模块24电连接并且例如可以由简单的电容器形成。基于交变激励磁场，脉冲线模块24的脉冲线28(韦根线)的磁化方向连续变化，其中，在磁化方向的每次变化时，在径向包围脉冲线28的线圈装置30中产生电能脉冲。在本实施例中，通过产生的能量脉冲的电能为储能器26充电。产生的电能因此被临时存储在储能器26中。在此，储能器26如此构造，使得储能器的存储容量大于单个能量脉冲的电能。

在本实施例中，传感器设备12包括布置在流体通道18中的两个传感器元件32、34，以便检测流过流体通道18的流体的物理特性。两个传感器元件32、34分别与能量发生器22电连接，用以供应能量，其中，能量发生器 22分别向两个传感器元件32、34提供为了运行所需的全部电能。

在本实施例中，第一传感器元件32是电阻式温度传感器，其电阻根据温度而变化。因此，在本实施例中，当施加恒定的电压时，第一传感器元件 32提供其电流强度与检测的温度成正比的温度传感器信号。备选地，也可以以恒定的电流给第一传感器元件32通电，其中，在该情况下温度传感器信号的电压与检测到的温度成正比。

在本实施例中，第二传感器元件34是电阻式压力传感器，其电阻根据环境压力而变化。因此，在本实施例中，在施加恒定的电压时，第二传感器元件34提供其电流强度与检测到的环境压力成正比的压力传感器信号，或者在以恒定的电流通电时提供其电压与检测到的环境压力成正比的压力传感器信号。

此外，传感器设备12包括评估单元36，所述评估单元与能量发生器22 电连接，用以供应能量，其中，评估单元36的能量发生器22提供为了运行所需的全部电能。评估单元36分别与两个传感器元件32、34电连接，用以传输传感器信号。备选地，评估单元36也可以通过任意类型的数据接口与传感器元件32、34连接，用以传输传感器信号。评估单元36构造用于，评估由两个传感器元件32、34接收到的传感器信号，并且确定和提供相应的输出参数。在本实施例中，评估单元36还构造用于，评估在能量发生器22 的脉冲线模块24中产生的能量脉冲的时间变化曲线，并且由此确定和提供轴14的当前转速和/或当前旋转角。

传感器设备12还包括无线电数据接口38，所述无线电数据接口与能量发生器22电连接。所述无线电数据接口38通过数据连接件与评估单元36 相连接，其中，数据连接件优选实施为简单的电连接。无线电数据接口例如能够将由评估单元36确定的输出参数无线地传输到未示出的外部的具有相对应的接收接口的电子数据处理(EDV)系统。在本实施例中，无线电数据接口38根据调制的反向散射的原理，例如根据已知的“LoRa反向散射”规范工作。在此，为了无线电数据接口38的运行所需的电能理想地完全从接收的电磁辐射产生。因此在理想情况下，为了无线电数据接口38的运行，不必由能量发生器22向无线电数据接口38提供电能，相反，如果无线电数据接口38可以产生比为其运行所需的更多的电能，那么无线电数据接口38甚至可以将电能提供到能量发生器22。如果在无线电数据接口38中产生的电能有时不足以运行无线电数据接口38，那么可以从能量发生器22向无线电数据接口38提供缺少的电能。

在本实施例中，传感器设备12还包括数据存储器40，所述数据存储器与能量发生器22电连接，用以供应能量，其中，所述能量发生器22向数据存储器40提供为了运行所需的全部电能。优选地，数据存储器40构造为非易失性的铁电性的数据存储器。例如，数据存储器40通过数据连接件、优选通过简单的电连接与评估单元36连接，并且例如能够存储由评估单元36 确定的输出参数。

附图标记列表

10 流体流量测量装置

12 传感器设备

14 轴

16 叶轮

18 流体通道

20 激励磁体

22 能量发生器

24 脉冲线模块

26 储能器

28 脉冲线

30 线圈装置

32 第一传感器元件

34 第二传感器元件

36 评估单元

38 无线电数据接口

40 数据存储器

Claims (8)

1.一种传感器设备(12)，具有：

-用于产生交变激励磁场的激励磁体(20)，

-具备脉冲线模块(24)的能量发生器(22)，在其中能够通过交变激励磁场产生电能脉冲，

-至少一个传感器元件(32、34)，用于检测物理参量并提供传感器信号，

-用于评估至少一个传感器信号的评估单元(36)，和

-无线电数据接口(38)，所述无线电数据接口通过数据连接件与所述评估单元相连接，

其特征在于，所述至少一个传感器元件(32、34)和所述评估单元(36)分别与所述能量发生器(22)电连接并且能够通过所述能量发生器被供应电能，其中，设有至少一个电阻式传感器元件(32、34)，其电阻根据待检测的物理参量而变化。

2.根据权利要求1所述的传感器设备(12)，其特征在于，所述能量发生器(22)具有与脉冲线模块(24)电连接的储能器(26)。

3.根据权利要求1所述的传感器设备(12)，其特征在于，设有多个传感器元件(32、34)，其中，每个传感器元件(32、34)构造用于检测不同的物理参量并且能够通过所述能量发生器(22)被供应以电能。

4.根据权利要求1所述的传感器设备(12)，其特征在于，所述无线电数据接口(38)根据调制的反向散射的原理工作。

5.根据权利要求1所述的传感器设备(12)，其特征在于，设有数据存储器(40)，所述数据存储器通过数据连接件与所述评估单元(36)相连接。

6.根据权利要求1所述的传感器设备(12)，其特征在于，所述无线电数据接口(38)与所述能量发生器(22)电连接，从而能够在所述无线电数据接口(38)与能量发生器(22)之间传输电能。

7.根据权利要求1所述的传感器设备(12)，其特征在于，所述激励磁体(20)布置在可转动的轴(14)上，并且其中，所述评估单元(36)构造用于通过评估脉冲线模块(24)的能量脉冲的时间变化曲线来检测所述轴(14)的转动。

8.一种流体流量测量装置(10)，具有：

-轴(14)，所述轴的当前的转速与当前的流体流量成正比，和

-传感器设备(12)，其具有：

·固定在所述轴(14)上的、用于产生交变激励磁场的激励磁体(20)，

·具有脉冲线模块(24)的能量发生器(22)，在其中能够通过交变激励磁场产生电能脉冲，

·至少一个传感器元件(32、34)，用于检测流过所述流体流量测量装置的流体的物理特性并且用于提供传感器信号，

·用于评估至少一个传感器信号的评估单元(36)，其中，所述评估单元(36)构造用于通过评估脉冲线模块(24)的能量脉冲的时间变化曲线来检测所述轴(14)的转动，和

·无线电数据接口(38)，所述无线电数据接口通过数据连接件与所述评估单元(36)相连接，

其特征在于，所述至少一个传感器元件(32、34)、所述评估单元(36)和所述无线电数据接口(38)分别与所述能量发生器(22)电连接并且能够通过所述能量发生器被供应电能，其中，设有至少一个电阻式传感器元件(32、34)，其电阻根据待检测的物理参量而变化。

Images