PAULITSCH, Christoph (Kaiserallee 21, Karlsruhe, 76133, DE)
ENS, Wolfgnag (Keplerstr. 5, Linkenheim-Hochstetten, 76351, DE)
PAULITSCH, Christoph (Kaiserallee 21, Karlsruhe, 76133, DE)
| Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Druckmessumformers (40), der zumindest mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckimpuls- leitung (16, 18) an eine Leitung (12) in einem Bereich vor und nach einer Unstetigkeitsstelle, insbesondere einer Blende (14), angeschlossen ist und wobei ein vom Druckmessumformer (40) umfasster Drucksensor (20) ein Messsignal (22) in Bezug auf einen Druck in der Hoch- oder Niederdruckimpulsleitung (16, 18) oder eine Differenz davon liefert dadurch gekennzeichnet, dass das vom Drucksensor (16) gelieferte Messsignal (22) von einem im Bereich der Blende (14) vorgesehenen Staukörper (34) beeinflusst ist und dass das Messsignal (22) zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal (22) durch den Staukörper (34) ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels einer Analyseeinrichtung (24) als Beitrag zu dem Messsignal (22) durch den Staukörper (34) ein höher- frequenter Anteil des Messsignals (22) durch Vergleich mit einem aus dem Messsignal erzeugten oder vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert ausgewertet wird und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs eine vorgegebene oder vorgebbare Aktion ausgelöst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei mittels einer Analyseeinrichtung (24) ein nie- derfrequenter Anteil des Messsignals (22) getrennt von einem sich als Beitrag durch den Staukörper (34) ergebenden höher- frequenten Anteil des Messsignals (22) ausgewertet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei mittels der Analyseeinrichtung (24) zu dem niederfrequenten Anteil und dem höherfrequenten Anteil des Messsignals (22) ein Kennwert ermittelt wird und entweder jeder Kennwert oder eine Differenz beider Kennwerte mit einem vor- gegebenen oder vorgebbaren Referenzwert verglichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs eine vorgegebene oder vorgebbare Aktion ausgelöst wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, wobei mittels der Analyseeinrichtung (24) in Bezug auf das Messsignal (22) eine Durchflussberechnung mit Ermittlung eines oder mehrerer Durchflusswerte (46) mittels einer Wirk ¬ druck- oder Wirbelsensordiagnose und Vergleich desselben oder einer Differenz der Durchflusswerte mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert durchgeführt wird und wobei in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs der höherfrequente Anteil des Messsignals (22) bzw. der nieder- und der höherfrequente Anteil des Messsig- nals (22) ausgewertet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zunächst mit einer von der Analyseeinrichtung (24) umfassten ersten Auswerteeinheit 30 zur Wirkdruckdiagnose ein Durchflusswert (46) ermittelt und mit dem Schwellwert verglichen wird, wobei in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs mit einer von der Analyseeinrichtung (24) ebenfalls umfassten zweiten Auswerteeinheit 30 zur Wirbelsensordiagnose oder der ersten und der zweiten Auswerteeinheit (30, 32) ein Durchflusswert (46) ermittelt und mit dem oder einem weiteren Schwellwert verglichen wird und wobei eine vorgegebene oder vorgebbare Aktion ausgelöst wird, wenn bei beide Vergleiche eine über- oder Unterschrei- tung des Schwellwert ergeben.
7. Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
8. Computerprogrammprodukt, insbesondere Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 7.
9. Druckmessumformer, der zumindest mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckimpulsleitung (16, 18) an eine Leitung (12) in einem Bereich vor und nach einer Unstetigkeitsstelle, insbesondere einer Blende (14), angeschlossen oder anschließbar ist und der mittels eines vom Druckmessumformer (40) umfassten Drucksensors (20) zur Abgabe eines Messsignals (22) in Bezug auf einen Druck in der Hoch- oder Niederdruckimpulsleitung (16, 18) oder eine Differenz davon bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Drucksensor (20) lieferbare Messsignal (22) im Betrieb von einem im Bereich der Blende (14) vorgesehenen Staukörper (34) beeinflusst ist und dass das Messsignal (22) zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal (22) durch den Staukörper (34) auswertbar ist.
10. Druckmessumformer nach Anspruch 9, mit einer zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 4 vorgesehenen Analyseeinrichtung (24), insbesondere einer Analyseeinrichtung (24) mit einem Computer- programm nach Anspruch 7.
11. Druckmessumformer nach Anspruch 10, wobei die Analyseeinrichtung (24) eine zur Ermittlung eines oder mehrerer Durchflusswerte (46) mittels einer Wirk- druck- oder Wirbelsensordiagnose in Bezug auf das Messsignal (22) und zum Vergleich desselben oder einer Differenz der Durchflusswerte mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert vorgesehene Diagnosekennwertberechnungseinheit (44) umfasst und wobei in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zur Aktivierung der Auswertung des höherfrequenten oder des nieder- und des höherfrequente Anteils des Messsignals (22) vorgesehene Schaltmittel (48, 50) ansteuerbar sind.
12. Druckmessumformer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, mit einer zur Anzeige eines Ergebnisses der Auswertung des Mess- Signals (22) in Bezug auf den Beitrag zu dem Messsignal (22) durch den Staukörper (34) und/oder zur Anzeige eines Ergebnisses der Auswertung des hö- herfrequenten Anteils des Messsignals (22) und/oder zur Anzeige eines Ergebnisses der getrennten Auswertung des nieder- und des höherfrequenten Anteils des Messsignals (22) bestimmten Anzeigeeinheit (38) . |
Beschreibung
Verfahren zur Diagnose einer Verstopfung einer Impulsleitung bei einem Druckmessumformer sowie DruckmessUmformer
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Ver ¬ stopfung einer Impulsleitung bei einem (Druck-) Messumformer sowie einen (Druck-) Messumformer, der zur Ausführung des Verfahrens hergerichtet und vorgesehen ist. Messumformer der o. g. Art sind an sich bekannt und insbesondere zur Messung von Druckveränderungen an einer Unstetigkeitsstelle, z. B. einer so genannten Messblende, in einer von einer Flüssigkeit oder einem Gas (Fluid) durchströmten Leitung vorgesehen. Solche Druckveränderungen werden über sich an der Messblende ergebende Druckdifferenzen erfasst. Auf Basis einer solchen Differenzdruckmessung ist auch eine Durchflussmessung möglich.
Der Druckmessumformer umfasst als sensorisch wirksames Element einen (Differenz-) Drucksensor, der über so genannte Impuls- oder Wirkdruckleitungen an einen Bereich vor und nach der Unstetigkeitsstelle gekoppelt ist. Eine solche Kopplung kann allerdings mit der Zeit nachlassen, z. B. indem eine oder beide Impulsleitungen verstopfen (clogging, fouling) . Eine nachlassende Kopplung ist aber unter Umständen an vom Drucksensor aufgenommenen Messsignalen erkennbar. Soweit die Erfindung also ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zur Diagnose einer Impulsleitung - also insbesondere eine Erkennung einer Verstopfung einer oder mehrerer Impulsleitungen und/oder eine Erkennung von Ablagerungen an der Messblende oder einer als Schnittstelle zwischen den Impulsleitungen und dem Druckmessumformer fungierenden Membran und/oder eine Erkennung einer etwaigen Membranabrasion, etc. - betrifft, bezieht sie sich insbesondere auf ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zur Analyse eines diesbezüglichen Kennwertes im Hinblick auf eine Abweichung von oder eine übereinstimmung mit zumindest einem vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert. Eine nachlassende oder ge-
störte Kopplung ist insoweit z. B. anhand eines Maßes für die übereinstimmung des Kennwertes mit einem solchen Referenzwert oder einer Mehrzahl solcher Referenzwerte erkennbar.
Gattungsgemäße Verfahren oder Vorrichtungen sind allgemein bekannt. Aus der US 5,680,109 ist z. B. bekannt, neben einem Differenzdruckmessumformer einen zusätzlichen Absolutdrucksensor zu verwenden und eine Varianz des Messrauschens mit einem Referenzwert zu vergleichen. In der WO 2001 35174 wird vorgeschlagen, ein unabhängiges Referenzsignal zu ermitteln, dessen Unterschied zum Messsignal Aussagen über eine Verschlechterung der Qualität des Messsignals zulässt. Zur Bewertung des Messsignals ist aus der US 6,532,392 bekannt geworden, das Messsignal mit einem vorbestimmten Wert eines Pa- rameters zu vergleichen und zur abschließenden Bewertung vorgegebene Regeln, Fuzzy-Logik oder neuronale Netze zu verwenden. Aus der WO 97 36215 ist bekannt, einen statistischen Parameter eines digitalisierten Messsignals mittels vorgegebener Regeln, Fuzzy Logik oder neuronalen Netzen zu ermitteln und dann eine Fuzzy-Zugehörigkeitsfunktion auf den statistischen Parameter anzuwenden. Aus der US 6,654,697 ist des Weiteren bekannt, mittels eines moving-average Algorithmus' eine Differenz zwischen einem digitalisierten Messsignal und dem ermittelten Mittelwert zu bestimmen. Aus dieser Differenz werden dann unter Berücksichtigung aktueller und historischer Daten diagnostische Daten ermittelt, wobei in einem Trainingsmodus aus den aktuellen und historischen Daten ein trainierter Datensatz berechnet wird. Aus der US 6,539,267 ist schließlich bekannt, mittels eines Algorithmus' einen statis- tischen Parameter, wie z. B. Varianz oder Anderungsgeschwin- digkeit, zu berechnen und mittels eines Mikroprozessors einen trainierten Wert zu generieren, indem der statistische Parameter während normaler Funktionsweise überwacht wird. Für unterschiedliche Rahmenbedingungen kann der trainierte Parame- ter dynamisch angepasst werden.
Weiterer Stand der Technik ergibt sich aus folgenden Dokumenten: WO 97 48974; JP 2004 354280; US 6,397,411;
US 2002 029,130; US 2004 068,392; US 2004 204,883; US 6,701,274; US 5,570,300; US 5,675,724; US 5,665,899; US 5,661,668; US 6,047,220; US 5,956,663; US 5,828,567 und US 5,495,769.
Darüber hinaus soll in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2005 023 115 ein Ansatz zur gleichzeitigen Erfassung von Staudruck und Wirbelfrequenz durch direkte Messung der auf einen Staukörper wirkenden Kräfte behandelt werden, wie dies in R. Müller: „Selbstüberwachung differenzdruckbasierter Durchflussmessverfahren für Flüssigkeiten", Dissertation, TU Darmstadt, eingereicht am 15.09.2005, zum Ausdruck kommt. Die kontinuierliche Benutzung des Wirbelsensors und die Berücksichtigung höherfrequenter Anteile der resultierenden Signale erhöhen allerdings den Rechenaufwand.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Erkennung von Verstopfungen und dergleichen der Impulsdruckleitungen oder im Bereich der Impulsdruckleitungen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zum Betrieb eines Druckmessumformers, der zumindest mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckimpulsleitung an eine Leitung in einem Bereich vor und nach einer Unstetigkeitsstelle, insbesondere einer (Mess-) Blende, angeschlossen ist, wobei ein vom Druckmessumformer umfasster Drucksensor ein Messsignal in Bezug auf einen Druck in der Hoch- oder Niederdruckimpulsleitung oder eine Differenz davon liefert, vorgesehen, dass das vom Drucksensor gelieferte Messsignal von einem im Bereich der Blende vorgesehenen Staukörper beeinflusst ist und dass das Messsignal zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal durch den Staukörper ausgewertet wird.
Die Aufgabe wird entsprechend auch mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Dazu ist bei einem Druckmessumformer, der zumindest mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckimpulsleitung an eine Leitung in einem Bereich
vor und nach einer Unstetigkeitsstelle, insbesondere einer Blende, angeschlossen oder anschließbar ist und der mittels eines vom Druckmessumformer umfassten Drucksensors zur Abgabe eines Messsignals in Bezug auf einen Druck in der Hoch- oder Niederdruckimpulsleitung oder eine Differenz davon bestimmt ist, vorgesehen, dass das vom Drucksensor lieferbare Messsignal im Betrieb von einem im Bereich der Blende vorgesehenen Staukörper beeinflusst ist und dass das Messsignal zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal durch den Staukörper auswertbar ist.
Dadurch, dass das Messsignal „zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal durch den Staukörper ausgewertet wird" oder auswertbar ist, ist eine mehrfache Auswertung des Messsignals möglich, nämlich einerseits nach einer oder mehreren im Stand der Technik bekannten Varianten und andererseits zumindest auch in Bezug auf den Beitrag durch den Staukörper. Die zusätzliche Auswertung erhöht die Qualität der Detektion eines Sensorfehlers, z. B. durch Verstopfung der Impulsleitungen, Membranabrasion, Membranablagerungen oder dergleichen. Der Staukörper führt zu einer zusätzlichen, charakteristischen, höherfrequenten Signalkomponente im Messsignal. Insoweit ist eine Auswertung des Messsignals „zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal durch den Staukörper" insbesondere dadurch möglich, dass höherfre- quente Signalkomponenten des Messsignals ausgewertet werden.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer nähe- ren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass mittels einer Analyseeinrich ¬ tung als Beitrag zu dem Messsignal durch den Staukörper ein höherfrequenter Anteil des Messsignals, im Folgenden als Wirbelablösefrequenz oder Bereich um eine Wirbelablösefrequenz bezeichnet, durch Vergleich mit einem aus dem Messsignal erzeugten oder einem vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert ausgewertet wird und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs eine vorgegebene oder vorgebbare Aktion ausgelöst wird. Wenn also die ermittelte Wirbelablösefrequenz oder ein charakteristisches Spektrum oder dergleichen im Bereich der Wirbelablösefrequenz einem erwarteten Wert innerhalb vorgegebener oder vorgebbarer Grenzen entspricht, wobei der erwarte ¬ te Wert durch den Referenzwert angegeben ist, ist eine quali ¬ fizierte Auswertung des höherfrequenten Anteils des Messsig- nals im Hinblick auf eine Diagnose möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass alternativ oder zusätzlich mittels einer Analyseeinrichtung ein niederfrequenter Anteil des Messsignals ge- trennt von einem sich als Beitrag durch den Staukörper ergebenden höherfrequenten Anteil des Messsignals ausgewertet wird. Damit erfolgt als Alternative oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Auswertung des höherfrequenten Anteils des Messsignals eine gleichzeitige oder zumindest unabhängige Auswertung eines nieder- und eines höherfrequenten Anteils des Messsignals.
Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass mittels der Analyseeinrichtung zu dem niederfrequenten Anteil und dem höherfrequen- ten Anteil des Messsignals ein Kennwert ermittelt wird und entweder jeder Kennwert oder eine Differenz beider Kennwerte mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert verglichen und in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs eine vorgegebene oder vorgebbare Aktion ausgelöst wird. Im Unter- schied zu der weiter oben beschriebenen Auswertung des höherfrequenten Anteils des Messsignals und die Auslösung einer Aktion in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung wird hier also für die Auswertung sowohl der niederfrequente als auch
der höherfrequente Anteil des Messsignals in Betracht gezogen, wobei zu jedem untersuchten Anteil des Messsignals ein Kennwert gebildet wird und entweder jeder Kennwert oder eine Differenz beider Kennwerte mit einem vorgegebenen oder vor- gebbaren Referenzwert verglichen wird. In Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs wird dann, wie bereits oben beschrieben, eine vorgegebene oder vorgebbare Aktion, z. B. ei ¬ ne optische oder akustische Anzeige, die das Ergebnis des Vergleichs repräsentiert, ausgelöst.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels der Analyseeinrichtung in Bezug auf das Messsignal eine Durchflussberechnung mit Ermittlung eines Durchflusswertes durchgeführt wird. Zum einen wird die mit einer Wirbelsensordiagnose ermittelbare höherfrequente Lage der
Wirbelablösefrequenz benutzt, zum anderen eine Wirkdruckdiagnose. Der ermittelte Durchflusswert oder die Differenz der Durchflusswerte wird dann mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert verglichen. In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs in Bezug auf den Durchflusswert wird dann in einer quasi nachgeschalteten Untersuchung entweder der höherfrequente Anteil des Messsignals, wie oben zur Erläuterung des ursprünglich eingereichten Anspruchs 2 beschrieben, der niederfrequente Anteil alleine, oder der nieder- und der hö- herfrequente Anteil des Messsignals, wie oben zur Erläuterung des ursprünglich eingereichten Anspruchs 3 beschrieben, ausgewertet .
Die Ausgestaltung des Verfahrens sieht also insbesondere vor, dass zunächst eine Durchflussberechnung durchgeführt wird und dass, wenn ein oder mehrere bei der Durchflussberechnung ermittelte Durchflusswerte von einem durch den Referenzwert repräsentierten erwarteten Wert um einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert abweicht oder abweichen, quasi zur Kontrolle der Durchflussberechnung noch das durch den Staukörper beeinflusste Messsignal herangezogen wird, und zwar entweder durch Auswertung nur des höherfrequenten Anteils des Messsignals, und insofern im Wesentlichen auf den Beitrag
durch den Staukörper beschränkt, oder nur des niederfrequen ¬ ten Anteils des Messsignals, der gering vom Staukörper beein- flusst wird, oder durch Auswertung des nieder- und des hö- herfrequenten Anteils des Messsignals, so dass sich quasi ei- ne dreifache überprüfung ergibt.
Zum Beispiel wird die Durchflussberechnung erst durch Auswer ¬ tung des Differenzdrucks durchgeführt. Zur Kontrolle wird dann überprüft, ob die vom Staukörper erzeugte Wirbelablösung im Messsignal an der durch den vorher bestimmten Durchfluss erwarteten Frequenz vorhanden ist.
Das oben beschriebene und nachfolgend weiter erläuterte Verfahren wird bevorzugt als Software realisiert, so dass die Erfindung auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des oben skizzierten oder nachfolgend erläuterten Verfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Speichermedium oder dergleichen, mit einem solchen Computerprogramm be- trifft.
Zur Durchführung des oben skizzierten und nachfolgend erläuterten Verfahrens ist die bereits erwähnte Analyseeinrichtung vorgesehen, bei der es sich insbesondere um eine Analyseein- richtung mit einem Computerprogramm der oben beschriebenen Art handelt.
Bezüglich der Analyseeinrichtung ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass diese eine zur Ermittlung eines Diagnosekenn- wertes in Bezug auf das Messsignal und zum Vergleich des Diagnosekennwertes mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert vorgesehene Diagnosekennwertberechnungseinheit um- fasst, wobei in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zur Aktivierung der Auswertung entweder des höherfrequenten, des niederfrequenten oder des nieder- und des höherfrequenten Anteils des Messsignals vorgesehene Schaltmittel (die auch durch ein Computerprogramm implementierbar sind) ansteuerbar sind. Bei einer solchen Ausgestaltung des Druckmessumformers,
namentlich der davon umfassten Analyseeinrichtung, ist die überprüfung des Druckmessumformers, wenn der bei der Diagnosekennwertberechnung ermittelte Diagnosekennwert von dem erwarteten Wert um mehr als einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert abweicht, auch automatisch auslösbar, indem die o. g. Schaltmittel in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs des Diagnosekennwertes angesteuert werden oder an ¬ steuerbar sind. Mit der Ansteuerung der jeweiligen Schaltmittel wird entweder die Auswertung des höherfrequenten An- teils des Messsignals oder des niederfrequenten Anteils des Messsignals oder die Auswertung des nieder- und des höherfrequenten Anteils des Messsignals sowie ggf. die Auslösung ei ¬ ner Aktion in Bezug auf diese nachgeschaltete Auswertung ak ¬ tiviert .
Entsprechend ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass der Druckmessumformer eine Anzeigeeinheit umfasst, die zur Anzeige eines Ergebnisses der Auswertung des Messsignals entweder in Bezug auf den Beitrag zu dem Messsignal durch den Staukörper und/oder zur Anzeige eines Ergebnisses der Auswertung des höherfrequenten Anteils des Messsignals und/oder zur Anzeige eines Ergebnisses der getrennten Auswertung des nieder- und höherfrequenten Anteils des Messsignals bestimmt und hergerichtet ist.
Der Vorteil der Erfindung und einer ihrer Ausgestaltungen, bei der der höherfrequente Anteil nicht zur Durchflussermittlung benutzt wird, besteht also insbesondere darin, dass zur Verbesserung der Qualität bei der Detektion der Verstopfung von Impulsleitungen, Membranschäden oder dergleichen ein un- kalibrierter Staukörper, dessen genaue übereinstimmung mit einer vorgegebenen Geometrie also eher von untergeordneter Bedeutung ist, verwendbar ist. Der im Bereich der Blende vorhandene Staukörper führt, wie oben bereits beschrieben, zu einer Veränderung des Spektrums des Messsignals, insbesondere im höherfrequenten Bereich des Messsignals. Durch dessen Analyse, so insbesondere durch Untersuchung der Lage und der Amplitude bei oder im Bereich der so genannten Wirbelablöse-
frequenz, ist zwar kein absoluter Durchflusswert erhältlich, aber zumindest eine Diagnoseinformation, die im Hinblick auf eine Detektion der Verstopfung einzelner oder mehrerer Impulsleitungen auswertbar ist.
In Fortführung dieses Ansatzes kann, wie oben beschrieben, durch die Analyseeinrichtung kontinuierlich die Verstopfung der Wirkdruckleitungen überprüft werden, indem niederfrequente Signalanteile des Messsignals analysiert werden. Parallel oder intermittierend kann auf Basis des Messsignals ein
Durchflusswert mittels einer bevorzugt ebenfalls von der Analyseeinrichtung umfassten Durchflussberechnungseinheit berechnet werden. Bei Detektion einer Verstopfung, die entweder bei der Analyse der niederfrequenten Signalanteile des Mess- signals oder bei Abweichung des Durchflusswertes von einem erwarteten Wert erkannt wird oder auch auf Bedienerwunsch wird zur überprüfung der Verstopfung der höherfrequente Signalanteil des Messsignals ausgewertet. Dazu wird z. B. die Leistungsdichte in einem gewissen Frequenzbereich des hö- herfrequenten Signalanteils untersucht. Kurz gefasst wird durch diese zusätzliche Analyse besonders der Effekt der Wirbelablösung untersucht. Durch die Mehrzahl der Auswertungsund Diagnosekriterien ist deren gegenseitige überwachung im Sinne einer Plausibilitätskontrolle sowie eine Kalibrierung möglich. In diesem Zusammenhang ist z. B. gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Amplitude des höherfrequenten Signalanteils während einer „Gutphase", wenn also aufgrund der restlichen Diagnosekriterien kein Anhalt für eine Verstopfung vorliegt, im Rahmen der Auswertung der niederfrequenten Signalanteile gelernt und nachgeführt wird.
Zum theoretischen Hintergrund des Ansatzes gemäß der Erfindung sei noch erwähnt, dass ein einfacher Staukörper nicht nur unterschiedliche, höherfrequente Signalanteile abhängig vom Gasanteil des Fluids hervorruft, sondern im Allgemeinen durch zusätzliche Ablösung des Fluids und Turbulenz an der Blende den Rauschanteil im gesamten Frequenzbereich erhöht. Dieser Rauschanteil wird abhängig vom Verstopfungsgrad der
Impulsleitungen unterschiedlich stark zum Differenzdruckmess- umformer übertragen, so dass ein Staukörper nach den Erkenntnissen gemäß der Erfindung zur Detektion der Verstopfung von Impulsleitungen einsetzbar ist.
Aufgrund des erhöhten niederfrequenten Rauschens ist auch die Verstopfungserkennung mit Hilfe von Algorithmen, die sich auf niederfrequente Signalanteile beziehen, vereinfacht. In die ¬ sem Sinne ist auch das erhöhte niederfrequente Rauschen eine Beeinflussung des Messsignals durch den Staukörper im Sinne der obigen Ausführungen zu dem ursprünglich eingereichten Anspruch 1 und des Weiteren ist auch die Verstopfungserkennung mit Hilfe von Algorithmen, die sich auf solche durch den Staukörper erhöhten niederfrequenten Signalanteile beziehen, eine Auswertung des Messsignals „zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal durch den Staukörper" . Das Ergebnis einer solchen Untersuchung kann, falls notwendig, durch eine detaillierte Analyse höherfrequenter Signalanteile, die charakteristisch für den Staukörper sind, überprüft und damit die Zuverlässigkeit der Detektion erhöht werden.
Anstelle des Staukörpers kann ein ebenfalls im Sinne der vorliegenden Erfindung als Staukörper fungierender Durchflusswirbelsensor verwendet werden. Im Zusammenhang mit der Ver- wendung eines Staukörpers anstelle eines Wirbelsensors oder eines Wirbelsensors als Staukörper ergibt sich ein Vorteil des Ansatzes gemäß der Erfindung dadurch, dass ein bekannter Wirbelsensor eine zusätzliche Elektronik sowie eine Kalibrierung benötigt, um das Wirbelkörpersignal für die Durchfluss- messung verwertbar zu machen, die Erfindung aber nicht. Gemäß der Erfindung wird der Staukörper oder der als Staukörper verwendete Wirbelkörper nicht kontinuierlich als Wirbelsensor, sondern nur zur Sensordiagnose, also zur Verbesserung der Qualität einer Detektion einer Verstopfung von Wirkdruck- leitungen oder Membranfehlern benutzt. Des Weiteren wird die Auswertung in Bezug auf den Staukörper auch nur zeitweise benötigt und entsprechend gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entweder automatisch oder manuell aktiviert. Durch diese
nicht kontinuierliche Analyse höherfrequenter Anteile des Messsignals kann der Berechnungsaufwand verringert werden. Insbesondere muss die Analyseeinrichtung nicht für die Benutzung zweier Sensorarten gleichzeitig ausgelegt werden, so dass die gleiche Analyseeinrichtung zur Ermittlung sämtlicher Diagnosekriterien verwendbar ist.
Wenn während der „Gutphase" die Amplitude der Wirbelfrequenz gelernt und nachgeführt wird, kann auch eine nicht ausrei- chende Wirbelfrequenzamplitude zur überprüfung der Verstopfungserkennung im Wege einer Analyse des niederfrequenten Rauschens verwendet werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschrän- kung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder spe- ziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
Darin zeigen
FIG 1 einen entsprechend der Erfindung hergerichteten Druckmessumformer,
FIG 2 eine alternative Ausführungsform eines entsprechend der Erfindung hergerichteten Druckmessumformers,
FIG 3 eine weitere alternative Ausführungsform eines ent- sprechend der Erfindung hergerichteten Druckmessumformers und
FIG 4 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Staukörpers in einer Leitung.
FIG 1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine von einem als Pfeil dargestellten Fluid 10 durchflossene Leitung 12 mit einer Unstetigkeitsstelle in Form einer so genannten (Mess-) Blende 14. Stromauf- und stromabwärts der Messblende 14 greifen Impuls- oder Wirkdruckleitungen 16, 18 an die Leitung 12 an. Mit den Wirkdruckleitungen 16, 18 ist ein Diffe- renzdruckmessumformer 20 an die Leitung 12 gekoppelt. Dieser gibt als Messsignal 22 ein Differenzdruckmesssignal ab, das in einer Analyseeinrichtung 24, die z. B. in Form einer Aus- werteelektronik ausgeführt ist, zunächst durch eine Vorverarbeitungseinrichtung 26 einer Vorverarbeitung, also z. B. einer Filterung und/oder einer Digitalisierung oder dergleichen, unterworfen wird. Nach der Vorverarbeitung wird das Messsignal 22 in einen Signalspeicher 28 transferiert. Auf- grund des im Signalspeicher 28 vorgehaltenen oder aus dem Signalspeicher 28 abrufbaren Messsignals 22 ist eine Auswertung desselben möglich und zwar einerseits in Bezug auf einen niederfrequenten Anteil des Messsignals 22 und andererseits in Bezug auf einen höherfrequenten Anteil des Messsig- nals 22. Dazu ist eine erste bzw. eine zweite Auswerteeinheit 30, 32 innerhalb der Analyseeinrichtung 24 vorgesehen. Die Funktionalität der ersten Auswerteeinheit 30 kann auch als Verstopfungsdetektion anhand der Wirkdruckverhältnisse beschrieben werden. Entsprechend wird auf die erste Auswerte- einheit 30 und/oder deren Funktionalität auch mit der Kurzbezeichnung „Wirkdruckdiagnose" Bezug genommen. Die zweite Auswerteeinheit 32 ist zur Auswertung eines höherfrequenten Anteils des Messsignals 22 vorgesehen, wobei der höherfrequente
Anteil des Messsignals 22 durch einen im Bereich der Blende 14 vorgesehenen Staukörper 34 beeinflusst ist. Durch die zweite Auswerteeinheit wird also das Messsignal 22 zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal 22 durch den Staukörper 34 ausgewertet. In Fortführung der oben be ¬ reits beschriebenen Benennung wird entsprechend auf die zweite Auswerteeinheit 32 und/oder deren Funktionalität mit der Kurzbezeichnung „Wirbelsensordiagnose" Bezug genommen. Nachdem der Staukörper 34 nicht nur den höherfrequenten Anteil des Messsignals 22, sondern, insbesondere abhängig vom Gasanteil des Fluids 10, allgemein durch zusätzliche Ablösung des Fluids 10 stromabwärts des Staukörpers 34 sowie durch den Staukörper 34 verursachte Turbulenzen den Rauschanteil im gesamten Frequenzbereich des Messsignals 22 erhöht, bezieht sich auch die durch die erste Auswerteeinheit durchgeführte Auswertung des niederfrequenten Anteils des Messsignals 22 ebenfalls auf eine Auswertung des Messsignals 22 zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal 22 durch den Staukörper 34.
Durch die Auswerteeinheiten 30, 32 wird zu dem niederfrequenten Anteil und dem höherfrequenten Anteil des Messsignals 22 jeweils ein Kennwert ermittelt. Daran anschließend wird entweder jeder Kennwert oder eine Differenz beider Kennwerte mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert verglichen. Dazu ist ein den Auswerteeinheiten 30, 32 nachgeschalteter Vergleicher 36 vorgesehen, der auch (nicht dargestellt) einen Speicher für den Referenzwert umfasst oder Zugriff auf einen Speicherbereich, in dem der Referenzwert hinterlegt ist, hat. In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs wird eine vorgegebene oder vorgebbare Aktion ausgelöst, z. B. indem eine optische oder akustische Anzeigeeinheit 38 angesteuert wird.
Die Gesamtheit der in FIG 1 dargestellten Einheiten ohne die Leitung 12 entlang ihrer gesamten Längserstreckung und ohne die Wirkdruckleitungen 16 und 18 wird auch als Druckmessumformer 40 bezeichnet.
FIG 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Druckmessumformers 40 gemäß FIG 1, wobei auf bereits im Zusammenhang mit der Be ¬ schreibung von FIG 1 erläuterte Einheiten nachfolgend nicht erneut eingegangen wird.
Im Unterschied zu der Darstellung gemäß FIG 1 kann der Druck ¬ sensor 20 nunmehr als Messsignal 22 nicht nur ein Differenz- druckmesssignal sondern auch ein Absolutdruckmesssignal 42 liefern. Differenzdruckmesssignal und Absolutdruckmesssignal 42 werden aber nach wie vor, es sei denn es ist etwas Gegenteiliges explizit angegeben, unter dem Oberbegriff Messsignal 22 zusammengefasst . Des Weiteren ist im Unterschied zu der Darstellung gemäß FIG 1 bei der Ausführung des Druckmessumformers 40 gemäß FIG 2 eine auch als „Durchflussberechnungs- einheit Wirkdruck" bezeichnete Diagnosekennwertberechnungs- einheit 44 dargestellt. Diese greift, genau wie die erste und zweite Auswerteeinheit 30, 32 auf den Signalspeicher 28 zu, um anhand des Messsignals 22, insbesondere anhand des vom Messsignal 22 umfassten Differenzdruckmesssignals, eine Durchflussberechnung durchzuführen. Als Ergebnis der Durchflussberechnung wird ein Durchflusswert 46 direkt oder indirekt der Anzeigeeinheit 38 zugeführt. Wenn der angezeigte Durchflusswert 46 oder der mit einer der oder beiden Auswerteeinheiten 30, 32 berechnete Diagnosekennwert von einem er- warteten Durchflusswert (Diagnosegrenzwert) um mehr als einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert abweicht, kann die Verstopfungserkennung entsprechend dem Ansatz gemäß der Erfindung aktiviert, also die Funktionalität, die bereits im Zusammenhang mit FIG 1 erläutert wurde, abgerufen werden.
Dazu sind in der schematisch vereinfachten Darstellung als Schalter dargestellte Schaltmittel 48, 50 vorgesehen, die entweder manuell durch einen Benutzer - nach Auswertung des über die Anzeigeeinheit 38 präsentierten Durchflusswertes oder Diagnosekennwertes - oder automatisch - nach Vergleich
(z. B. durch einen dafür vorgesehenen Vergleicher) des Durchflusswertes 46 oder Diagnosekennwertes in Bezug auf eine Abweichung von einem erwartetem Wert um mehr als einen vorgege-
benen oder vorgebbare Schwellwert - betätigt werden. Die Schaltmittel 48, 50 können entweder einzeln oder gemeinsam betätigt werden. Bei einer einzelnen Betätigung kann jede durch die Auswerteeinheiten 30, 32 implementierte Funktiona- lität einzeln abgerufen werden, d. h. das Messsignal 22 in Bezug auf den nieder- oder höherfrequenten Signalanteil analysiert werden. Das Ergebnis der Auswertung ist ein Indiz im Hinblick auf eine eventuell vorliegende Verstopfung im Be ¬ reich der Impulsleitungen 16, 18 oder im Bereich der Blende 14 oder eine Membranabrasion oder dergleichen. Mit dem durch eine oder jede Auswerteeinheit 30, 32 erhältlichen Diagnosekriterium in Bezug auf eine eventuell vorliegende Verstopfung lässt sich das Durchflusssignal 46 auf Plausibilität prüfen. Wenn beide Schaltmittel 48, 50 gleichzeitig aktiviert werden, ist bevorzugt vorgesehen, dass der durch beide Auswerteeinheiten 30, 32 in Bezug auf den nieder- bzw. höherfrequenten Signalanteil des Messsignal ermittelte Kennwert nach Bildung einer Differenz beider Kennwerte mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Referenzwert verglichen wird, wobei der Vergleich mit dem Referenzwert das Diagnosekriterium im Hinblick auf eine vorliegende oder nicht vorliegende Verstopfung darstellt und zur Anzeigeeinheit 38 weitergeleitet wird.
Mit den rückwärtsgerichteten Pfeilen ausgehend vom Verglei- eher 36 zu jeder Auswerteeinheit 30, 32 ist dargestellt, dass eine gegenseitige überwachung der Diagnosemerkmale und/oder eine Kalibrierung innerhalb der Analyseeinrichtung 24 in der beschriebenen Art und Weise möglich und vorgesehen ist.
FIG 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform des
Druckmessumformers 40. Dabei ist im Vergleich zu der in FIG 1 dargestellten Ausführungsform anstelle der ersten und zweiten Auswerteeinheit 30, 32 die bereits im Zusammenhang mit FIG 2 erläuterte Diagnosekennwertberechnungseinheit 44 mit einer auch als „Durchflussberechnungseinheit Wirbelsensor" bezeichneten weiteren Diagnosekennwertberechnungseinheit 45 kombiniert. Mit der Diagnosekennwertberechnungseinheit 44 wird eine Durchflussberechnung auf Basis des Wirkdrucks durchge-
führt. Mit der weiteren Diagnosekennwertberechnungseinheit 45 wird eine Analyse der Wirbelablösefrequenz in Bezug auf deren Lage in einem erwarteten, also vorgegebenen oder vorgebbaren Bereich, durchgeführt. Alle weiteren Elemente entsprechen den bereits im Zusammenhang mit FIG 1 erläuterten Elementen und werden entsprechend hier nicht erneut beschrieben.
FIG 4 zeigt abschließend zur allgemeinen Veranschaulichung in einer Schnittdarstellung der Leitung 12 eine schematisch ver- einfachte Darstellung eines Staukörpers 34, wie er bei der
Realisierung des Ansatzes gemäß der Erfindung Verwendung finden könnte. Anhand der Darstellung ist erkennbar, dass der Staukörper 34 im Bereich der Messblende 14 angeordnet ist. Der Staukörper 34 hat eine Grundform nach Art eines Prismas, wobei Grundfläche gegen die Strömungsrichtung des Fluids 10 in der Leitung 12 gerichtet ist. Andere Geometrien und/oder Orientierungen eines Staukörpers sind ohne weiteres denkbar.
Zusammenfassend lässt sich die vorliegende Erfindung damit wie folgt beschreiben: Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Druckmessumformers 40 sowie ein solcher Druckmessumformer 40 angegebenen, der zumindest mit einer Hochdruck- und einer Niederdruckimpulsleitung 16, 18 an eine Leitung 12 im Bereich vor und nach einer Unstetigkeitsstelle, insbesondere einer Blende 14, angeschlossen ist, wobei ein vom Druckmessumformer 40 umfasster Drucksensor 20 ein Messsignal 22 in Bezug auf einen Druck in der Hoch- oder Niederdruckimpulsleitung 16, 18 oder eine Differenz davon liefert, bei dem das vom Drucksensor 20 gelieferte Messsignal 22 von einem im Bereich der Blende 14 vorgesehenen Staukörper 34 beeinflusst ist und das Messsignal 22 zumindest auch in Bezug auf einen Beitrag zu dem Messsignal 22 durch den Staukörper ausgewertet wird bzw. auswertbar ist.