Die vorliegende Erfindung betrifft eine Durchflussmessanordnung nach dem Differenzdruckmessprinzip mit einer Hoch- und Niederdruckleitung und ein Verfahren zum Erkennen einer verstopften Hoch- oder Niederdruckleitung. Durchflussmessanordnungen nach dem Differenzdruckmessprinzip mit Hoch- und Niederdruckleitungen dienen insbesondere zur Durchflussmessung oder Filterüberwachung, wobei die Hoch- und Niederdruckleitung in

Strömungsrichtung oberhalb und unterhalb eines Wirkdruckgebers, beispielsweise einer Blende oder einer Venturi Düse, oder eines Filters an eine medienführende Leitung angeschlossen sind, um den Wirkdruck mittels des Mediums zu einem Differenzdruckmesswandler der

Durchflussmessanordnung zu übertragen. Beim Betrieb dieser

Messanordnungen kann es zu Verstopfungen der Hoch- und/oder

Niederdruckleitung kommen, wodurch eine zuverlässige Messung

beeinträchtigt wird. Es sind daher Bemühungen bekannt, die Verstopfung von Hoch- und Niederdruckleitung frühzeitig zu erkennen. US 5,680,109 A beschreibt einen Differenzdrucksensor, der eine

Hochdruckimpulsleitung und eine Niederdruckimpulsleitung aufweist, die jeweils an einem Prozessanschluss angeschlossen sind. An der

Hochdruckimpulsleitung und Niederdruckimpulsleitung ist jeweils ein

Absolutdrucksensor angeschlossen. Um festzustellen, ob die

Hochdruckimpulsleitung oder die Niederdruckimpulsleitung blockiert ist, wird ein Rauschsignal aus dem entsprechenden Absolutdrucksensor ermittelt. Eine Varianz des Rauschsignals wird bestimmt und mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn die Varianz kleiner als der Schwellenwert ist, wird eine Impulsleitungsblockierung angegeben.

Der obige Ansatz, Fluktuationen zu analysieren, ist an sich zielführend, ist jedoch sehr aufwändig, da zusätzliche Sensoren erforderlich sind. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine

Durchflussmessanordnung nach dem Differenzdruckmessprinzip und ein Verfahren bereitzustellen, welche es ermöglichen einfacher zu erkennen, ob die Hochdruckleitung oder die Niederdruckleitung verstopft ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Durchflussmessanordnung gemäß Patentanspruch 1 und das Verfahren gemäß Patentanspruch 4.

Die erfindungsgemäße Durchflussmessanordnung zur Messung eines

Durchflusses eines Mediums durch ein Messrohr, umfasst

mindestens einen im Messrohr befindlichen Wirkdruckgeber, der insbesondere eine Reduzierung einer vom Medium durchströmten Querschnittsfläche im Inneren des Messrohrs im Bereich des Wirkdruckgebers und damit ein von den Abmessungen des Wirkdruckgebers und vom Durchfluss abhängiges Gefälle des Mediendrucks bewirkt,

einen Differenzdruckmesswandler zum Erfassen einer Differenz zwischen einem hochdruckseitigen Mediendruck und einem

niederdruckseitigen Mediendruck und zum Bereitstellen eines

Differenzdruckmesssignals, welches von der Differenz zwischen dem hochdruckseitigen Mediendruck und dem niederdruckseitigen Mediendruck abhängt, wobei die Differenz zwischen dem hochdruckseitigen Mediendruck und dem niederdruckseitigen Mediendruck ein Maß für den Durchfluss des Mediums ist,

eine Hochdruckleitung, welche an einen Hochdruckeingang des

Differenzdruckmesswandlers angeschlossen ist, um den

Differenzdruckmesswandler mit dem hochdruckseitigen Mediendruck zu beaufschlagen,

eine Niederdruckleitung, welche an einen Niederdruckeingang des Differenzdruckmesswandlers angeschlossen ist um den

Differenzdruckmesswandler mit dem niederdruckseitigen Mediendruck zu beaufschlagen,

eine Auswerteeinheit zum Auswerten des Differenzdruckmesssignals, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, eine Relation zwischen dem Differenzdruckmesssignal und einem charakteristischen Parameter eines Rauschens oder einer Fluktuation des Differenzdruckmesssignals festzustellen,

die Feststellung einer monoton fallenden Relation zwischen dem Differenzdruckmesssignal und dem charakteristischen Parameter als Hinweis auf eine verstopfte Hochdruckleitung zu werten, und

die Feststellung einer monoton steigenden Relation zwischen dem Differenzdruckmesssignal und den charakteristischen Parameter, dessen monoton steigende Relation signifikant stärker ist als die monoton steigende Relation einer unverstopften Durchflussmessanordnung, als Hinweis auf eine verstopfte Niederdruckleitung zu werten.

Für die Entscheidung, ob die Hoch- oder die Niederdruckleitung verstopft ist, wird das Rauschen bzw. Fluktuation als Funktion des

Differenzdruckmesssignals betrachtet. Weist die Funktion einen negativen Linearkoeffizienten auf, dann ist die Hochdruckleitung verstopft. Weist dagegen die Funktion einen signifikant größeren Linearkoeffizienten auf, als die Funktion einer nicht verstopften Durchflussmessanordnung, dann ist die Niederdruckleitung verstopft. Die Erkennung einer Verstopfung mittels der erfindungsgemäßen Durchflussmessanordnung ist insbesondere bei sehr dynamischen Prozessen vorteilhaft.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die monoton steigende bzw. fallende Relation zwischen dem Differenzdruckmesssignal und dem charakteristischen Parameter näherungsweise durch eine linear steigende bzw. fallende Funktion modelliert, wobei die signifikant stärker monoton steigende Relation, eine näherungsweise linear steigende Funktion ist, deren Linearkoeffizient signifikant größer ist als der fehlerbereinigte Linearkoeffizient einer linear steigenden Funktion einer unverstopften

Durchflussmessanordnung.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die monoton steigende bzw. fallende Relation zwischen dem Differenzdruckmesssignal und dem charakteristischen Parameter näherungsweise durch eine quadratisch steigende bzw. fallende Funktion modelliert, wobei die signifikant stärker monoton steigende Relation, eine näherungsweise quadratisch steigende Funktion ist, deren Koeffizient des quadratischen Glieds signifikant größer ist als der fehlerbereinigte Koeffizient des quadratischen Glieds einer quadratisch steigenden Funktion einer unverstopften Durchflussmessanordnung.

Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren gelöst. Das Verfahren beinhaltet, ein Verfahren zum Überwachen einer

Durchflussmessanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Verfahrensschritte:

zumindest zeitweises Erfassen eines zeitlichen Verlaufs des

Differenzdruckmesssignals und eines charakteristischen Parameters eines Rauschens oder einer Fluktuation des Differenzdruckmesssignals,

Feststellen einer Relation zwischen dem Differenzdruckmesssignal und einem charakteristischen Parameter eines Rauschens oder einer Fluktuation des Differenzdruckmesssignals, wobei die Feststellung einer monoton fallenden Relation zwischen dem Differenzdruckmesssignal und dem charakteristischen Parameter als Hinweis auf eine verstopfte Hochdruckleitung zu werten ist, und die Feststellung einer monoton steigenden Relation zwischen dem

Differenzdruckmesssignal und den charakteristischen Parameter, dessen monoton steigende Relation signifikant stärker ist als die monoton steigende Relation einer unverstopften Durchflussmessanordnung, als Hinweis auf eine verstopfte Niederdruckleitung zu werten ist.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : einen skizzierten Längsschnitt einer erfindungsgemäßen

Durchflussmessanordnung,

Fig. 2a: eine graphische Darstellung des Differenzdruckmesssignals als Funktion der Zeit bei einer unverstopften Durchflussmessanordnung, Fig. 2b: eine graphische Darstellung des Differenzdruckmesssignals als Funktion der Zeit bei einer verstopften Niederdruckleitung,

Fig. 2c: eine graphische Darstellung des Differenzdruckmesssignals als Funktion der Zeit bei einer verstopften Hochdruckleitung, und

Fig. 3: eine graphische Darstellung der Fluktuation bzw. Rauschen des Differenzdruckmesssignals als Funktion des Differenzdruckmesssignals bei mehreren Zuständen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Durchflussmessanordnung 1 , umfassend einen Differenzdruckmessumformer 5. Der Differenzdruckmessumformer 5 weist eine Auswerteeinheit 10 auf, die als Elektronikmodul ausgestaltet ist. Der Differenzdruckmessumformer 5 misst einen Differenzdruck zwischen einem Hochdruckeingang 7 und einem

Niederdruckeingang 9 des Differenzdruckmessumformers 5, wobei der Hochdruckeingang 7 bzw. der Niederdruckeingang 9 als hochdruckseitigen Prozessanschlussflansch bzw. niederdruckseitigen Prozessanschlussflansch ausgestaltet sind.

Ferner weist der Differenzdruckmessumformer 5 ein Sensormodul 1 1 auf, das die Auswerteeinheit 10 hält. Signale des Sensormoduls 1 1 werden von der Auswerteeinheit 10 verarbeitet. Die Auswerteeinheit 10 ist über eine

Zweidrahtleitung 12 an ein Prozessleitsystem 13 angeschlossen, wobei die Auswerteeinheit 10 über die Zweidrahtleitung 12 kommuniziert und mit

Energie versorgt wird. Die Zweidrahtleitung 12 kann insbesondere als Feldbus nach dem Profibus- bzw. Foundation Fieldbus-Standard oder nach dem HART-Standard betrieben werden. Derartige Differenzdruckmessumformer sind an sich bekannt und werden beispielsweise unter der Marke Deltabar von der Anmelderin hergestellt und in Verkehr gebracht.

Die Durchflussmessanordnung 5 umfasst weiterhin einen Wirkdruckgeber 4 zum Einbau in ein Messrohr 3. Der Wirkdruckgeber 4 umfasst eine Blende 14, einen hochdruckseitigen Druckabgriffkanal 15 auf einer Hochdruckseite der Blende 14 und einen niederdruckseitigen Druckabghffkanal 16 auf einer Niederdruckseite der Blende 14. Der Hochdruckeingang 7 ist über eine Hochdruckleitung 6 an den hochdruckseitigen Druckabgriffkanal 15

angeschlossen, und der Niederdruckeingang 9 ist über eine

Niederdruckleitung 8 an den niederdruckseitigen Druckabg ffkanal 16 angeschlossen. Die Begriffe„hochdruckseitig" und

„niederdruckseitig" beziehen sich auf eine durch einen Durchfluss (in der Zeichnung von links nach rechts) erzeugte Druckdifferenz 17, wobei diese proportional zum Quadrat der Durchflussgeschwindigkeit ist und

beispielsweise in der Größenordnung von einigen 10 bis 100 mbar beträgt.

Der statische Druck, dem diese durchflussabhängige Druckdifferenz überlagert ist, kann beispielsweise von 1 bar bis zu einigen 100 bar betragen. Die Druckdifferenz wird mit einem Sensorelement des Sensormoduls 1 1 erfasst, wobei das Sensormodul 1 1 ein von der erfassten Druckdifferenz abhängiges Sensormodulsignal an die Auswerteeinheit 10 ausgibt, wobei die Verarbeitungsschaltung der Auswerteeinheit 10 anhand des

Sensormodulsignals ein die Druckdifferenz repräsentierendes

Differenzdruckmesssignal generiert und über die Zweidrahtleitung 12 an das Prozessleitsystem 13 ausgibt.

Zeitreihen des Differenzdruckmesssignals und/oder von Fluktuationen des Differenzdruckmesssignals können in einem Datenspeicher der

Auswerteeinheit 10 und/oder im Prozessleitsystem 13 gespeichert werden.

Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass Fluktuationen bzw. Rauschen des Drucks in einem strömenden Medium mit zunehmender Fließgeschwindigkeit des Mediums größer werden. Bei einer intakten Durchflussmessanordnung werden diese Fluktuationen aber über die Hoch- und Niederdruckleitung zum Differenzdruckmessumformer gelangen, und sich dort gegenseitig zu einem gewissen Grad kompensieren.

Wenn nun die Hoch- oder Niederdruckleitung verstopft, wird mit der Zeit diese Kompensation schwächer werden, so dass die Fluktuationen bzw. das Rauschen des Differenzdruckmesssignals ab- oder zunehmen. Hierbei geht es insbesondere um Fluktuationen in einem Frequenzbereich von mehr als 1 Hz, insbesondere mehr als 10 Hz bzw. mehr als 100 Hz. Wenn also bei einem gegebenen Durchfluss bzw. mittleren Differenzdruck die Fluktuation des Differenzdruckmesssignals im Vergleich zu Referenzdaten, die bei offenen Wirkdruckleitungen erfasst wurden, zugenommen hat, ist dies ein erstes Indiz für eine ganz oder teilweise verstopfte Hoch- oder

Niederdruckleitung.

Die Erfindung trägt nun dazu bei, Fehldiagnosen einer verstopften Hoch- oder Niederdruckleitung aufgrund zu- oder abnehmender Fluktuationen des

Differenzdruckmesssignals zu vermeiden. Fig. 2a zeigt eine graphische Darstellung, in welcher das

Differenzdruckmesssignal 22 des Differenzdrucks Δρ in mbar als Funktion der Zeit für eine unverstopfte Durchflussmessanordnung dargestellt ist. Ungefähr zu einem mittleren Zeitpunkt wird der Durchfluss in dem Messrohr 3 von 0,7 m ³ pro Stunde auf 1 m ³ pro Stunde angehoben. Dies resultiert in eine

Änderung des Differenzdruckmesssignals 22 des Differenzdrucks Δρ zwischen der Hoch- und Niederdruckseite des Wirkgebers. Das

Differenzdruckmesssignal 22 des Differenzdrucks Δρ steigt in diesem Fall von ca. 50 mbar auf ca. 100 mbar. Deutlich zu erkennen ist, dass das Rauschen bzw. die Fluktuation < öes Differenzdruckmesssignals 22 des Differenzdrucks Δρ nach der Verdoppelung, ebenfalls verdoppelt ist.

Fig. 2b zeigt eine weitere graphische Darstellung, bei welcher das

Differenzdruckmesssignal 22 des Differenzdrucks Δρ in mbar als Funktion der Zeit für eine verstopfte Niederdruckleitung dargestellt ist. Ungefähr zum gleichen Zeitpunkt wie in Fig. 2a, wurde der Durchfluss in dem Messrohr 3 von ca. 0,7 m ³ pro Stunde auf ca. 1 m ³ pro Stunde angehoben. Deutlich zu erkennen ist, dass bei einer Verdoppelung des Rauschens bzw. der

Fluktuation σ, das Differenzdruckmesssignal 22 des Differenzdrucks Δρ von ca. 50 mbar auf fast 140 mbar verdoppelt ist. Dies ist eine Steigerung des Differenzdruckmesssignals 22 des Differenzdrucks Δρ um beinahe das dreifache. Daraus lässt sich ableiten, dass bei einer verstopften

Niederdruckleitung eine Erhöhung des Rauschens bzw. der Fluktuation σ mit einer signifikant größeren Erhöhung des Differenzdruckmesssignals 22 des Differenzdrucks Δρ einhergeht.

Fig. 2c zeigt eine weitere graphische Darstellung, bei welcher das

Differenzdruckmesssignal 22 des Differenzdrucks Δρ in mbar als Funktion der Zeit für eine verstopfte Hochdruckleitung dargestellt ist. Auch hier wurde ungefähr zum gleichen Zeitpunkt wie in Fig. 2a bzw. Fig. 2c, der Durchfluss in dem Messrohr 3 von ca. 0,7 m ³ pro Stunde auf ca. 1 m ³ pro Stunde

angehoben. Deutlich zu erkennen ist, dass bei einer Verdoppelung des Rauschens bzw. der Fluktuation σ, das Differenzdruckmesssignal 22 des Differenzdrucks Δρ von ca. 50 mbar auf ca. 30 mbar absinkt. Dies ist eine Reduzierung des Differenzdruckmesssignals 22 des Differenzdrucks Δρ um beinahe die Hälfte. Daraus lässt sich ableiten, dass bei einer verstopften Hochdruckleitung eine Erhöhung des Rauschens bzw. der Fluktuation σ mit einer Verringerung des Differenzdruckmesssignals 22 des Differenzdrucks Δρ einhergeht.

Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, bei der das mittlere Rauschen bzw. die mittlere Fluktuation σ des Differenzdruckmesssignals 22 des

Differenzdrucks Δρ als Funktion des Differenzdruckmesssignals 22 des Differenzdrucks Δρ für vier verschiedene Zustände dargestellt ist. Die

Relationen aller vier Zustände sind durch lineare Funktionen 18, 19, 20, 21 modelliert.

Jede lineare Funktion beschreibt einen Zustand der Hochdruckleitung und der Niederdruckleitung. Diese vier Zustände sind: Hochdruckleitung und

Niederdruckleitung offen (Funktion 18), Hochdruckleitung verstopft und Niederdruckleitung offen (Funktion 19), Hochdruckleitung offen und Niederdruckleitung verstopft (Funktion 20), Hochdruckleitung und

Niederdruckleitung verstopft (Funktion 21 ).

Deutlich zu sehen ist, dass die Funktion 19 des Zustands„Hochdruckleitung verstopft und Niederdruckleitung offen" einen negativen Linearkoeffizienten (- 0,003) aufweist. Des Weiteren weist die Funktion 20 mit dem Zustand „Hochdruckleitung offen und Niederdruckleitung verstopft" einen

Linearkoeffizienten (+0,012) auf, der signifikant größer ist als der

Linearkoeffizient der Funktion 18 (+0,003) mit dem Zustand„Hochdruckleitung und Niederdruckleitung offen". Der Linearkoeffizient der Funktion 20 ist ca. vier Mal größer als der Linearkoeffizient der Funktion 18. Die Funktion 21 , bei dem sowohl die Hochdruckleitung als auch die Niederdruckleitung verstopft ist, weist einen Linearkoeffizienten von Null auf. Folglich lassen sich sämtliche Zustände anhand ihrer charakteristischen Linearkoeffizienten erkennen.

Bezugszeichenliste

Durchflussmessanordnung

Medium

Messrohr

Wirkdruckgeber

Differenzdruckmesswandler

Hochdruckleitung

Hochdruckeingang

Niederdruckleitung

Niederdruckeingang

Auswerteeinheit

Sensormodul

Zweidrahtleitung

Prozessleitsystem

Blende

hochdruckseitiger Druckabgriffkanal

niederdruckseitiger Druckabgriffkanal

Druckdifferenz

Hochdruckleitung und Niederdruckleitung offen

Hochdruckleitung verstopft und Niederdruckleitung offen

Hochdruckleitung offen und Niederdruckleitung verstopft

Hochdruckleitung und Niederdruckleitung verstopft

Differenzdruckmesssignal