Die Erfindung betrifft einen vibronischen Sensor umfassend: eine mechanisch schwingfähige Einheit in Form einer Schwinggabel oder eines Einstabs, und eine Elektronikvorrichtung zum Anregen der mechanisch schwingfähigen Einheit zu mechanischen Schwingungen und zum Empfangen von mechanischen Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit, wobei die Elektronikvorrichtung in einem Messmodus die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt, von der mechanisch schwingfähigen Einheit Messschwingungen empfängt und aus den Messschwingungen Messwerte zumindest einer Prozessgröße ermittelt, und wobei die Elektronikvorrichtung in einem Verifikationsmodus, ohne die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Anregesignal zu beaufschlagen, von der mechanisch schwingfähigen Einheit Verifikationsschwingungen empfängt und aus den Verifikationsschwingungen Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße ermittelt. Die Prozessgröße ist beispielsweise der Füllstand, die Viskosität oder die Dichte eines Mediums, bei dem es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit oder um ein Schüttgut handelt.

Vibronische Sensoren werden beispielsweise als Grenzstandschalter eingesetzt (vgl. die DE 10 2012 101 667 A1 ). Solche vibronischen Sensoren sind empfindlich gegenüber Einbaubedingungen und physikalische Randbedingungen, sodass ein gewisses Risiko besteht, dass ein vibronischer Sensor nicht vollständig oder nur unzureichend funktionsfähig ist. In der DE 102012 101 667 A1 wird die Schwingungsanregung daher so gesteuert, dass Fremdvibrationen in den empfangenen Signalen unterdrückt werden oder die eigentlichen Signale nicht stören. Ein adaptives Filter zum Unterdrücken von Fremdvibrationen offenbart die DE 10 2016 111 134 A1 . Dabei wird zwischenzeitig die Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit unterbrochen. Diese Unterbrechungen verwendet auch das Verfahren gemäß der US 5,743,134 A, um Fehler im System zu erkennen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zur Verifikation eines Betriebs eines vibronischen Sensors vorzuschlagen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Elektronikvorrichtung eine Warnmeldung in dem Fall ausgibt, dass die Messwerte der Verifikationsgröße mindestens ein vorgegebenes Warnkriterium erfüllen.

Der erfindungsgemäße vibronische Sensor verfügt über eine mechanisch schwingfähige Einheit, bei der es sich um eine Schwinggabel oder einen Einstab handelt. Weiterhin ist eine Elektronikvorrichtung vorhanden, die die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt und mechanische Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit empfängt. Die empfangenen Schwingungen wertet die Elektronikvorrichtung aus.

Die Elektronikvorrichtung kann in zwei unterschiedlichen Modi arbeiten: normaler Messmodus oder Verifikationsmodus. Im Messmodus wird eine Prozessgröße eines Mediums gemessen und/oder überwacht. Im Verifikationsmodus wird ermittelt, ob der Sensor zuverlässige Messwerte liefern kann, ob es also ratsam ist, den Messmodus auszuführen. Der Verifikationsmodus kann dabei beispielsweise nach einer Installation des Sensors am Messort ausgeführt werden oder regelmäßig, um auf mögliche Änderungen im Umfeld des Sensors reagieren zu können.

Im Messmodus werden die von der Elektronikvorrichtung empfangenen Schwingungen - hier als Messschwingungen bezeichnet - bzw.

Schwingeigenschaften wie Frequenz, Amplitude oder Phase im Hinblick auf die Messwerte der Prozessgröße ausgewertet. Es wird also beispielsweise aus einer Signalamplitude oder der Dämpfung ermittelt, ob ein Medium einen gewissen Füllstand erreicht, überschritten oder unterschritten hat. Dies geschieht in Verbindung damit, dass die Elektronikvorrichtung die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Anregesignal zu Schwingungen anregt.

Im Verifikationsmodus wird die mechanisch schwingfähige Einheit nicht mit einem Anregesignal beaufschlagt. Die Elektronikvorrichtung regt die mechanisch schwingfähige Einheit somit gerade nicht zu Schwingungen an. Gleichwohl empfängt die Elektronikvorrichtung von der mechanisch schwingfähigen Einheit die sog.

Verifikationsschwingungen. Die Schwingungen stammen von der Messumgebung, in welchem der Sensor eingebaut ist. Dazu gehören nicht nur Aufbauten oder z. B. benachbarte Maschinen, sondern auch das Medium selbst. Die mechanisch schwingfähige Einheit dient also als eine Art von Mikrophon. Die Verifikationsschwingungen wertet die Elektronikvorrichtung im Hinblick auf Verifikationsgrößen aus. Erfüllen die für die Verifikationsgröße ermittelten Messwerte mindestens ein vorgegebenes Warnkriterium, so erzeugt die Elektronikvorrichtung ein Warnsignal. Das Signal kann dabei beispielsweise direkt für einen Benutzer ausgegeben oder in einem Datenspeichert hinterlegt werden. Auf diese Weise kann ein Anwender frühzeitig eingreifen und Fehlmessungen verhindern.

Störschwingungen können beispielsweise bei bewegten Medien durch Kavitation oder Wirbelablösung an der schwingfähigen Einheit verursacht werden. Andere Ursachen können ein siedendes Medium oder mechanische Vibrationen sein, welche aus der Messumgebung in die schwingfähige Einheit eingekoppelt werden, wie z. B. durch Pumpwerke, Ventile, Rüttler usw.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Elektronikvorrichtung während des Verifikationsmodus die Verifikationsschwingungen erst nach einer vorgebbaren Zeitdauer nach einem vorangehenden Ausführen des Messmodus empfängt. In dieser Ausgestaltung werden erst dann die Verifikationsschwingungen empfangen, wenn die Schwingungen der schwingfähigen Einheit infolge der Anregung während des Messmodus verklungen sind. Damit soll sichergestellt werden, dass die Verifikationsschwingungen im Wesentlichen nur das Ergebnis von Störungen sind.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektronikvorrichtung aus den Verifikationsschwingungen - vorzugweise nach Anwendung einer Fouriertransformation - die Messwerte der Verifikationsgröße in Abhängigkeit von mindestens einem Frequenzbereich ermittelt. Der Frequenzbereich kann beispielsweise aus Eigenschaften des Messbetriebs oder des Sensors abgeleitet sein. Störschwingungen weisen je nach Ursache unterschiedliche Frequenzspektren auf. Mechanisch schwingfähige Einheiten wie beispielsweise Schwinggabeln weisen Eigenzustände mit jeweils zugehörigen Eigenschwingungen auf. Abhängig vom Frequenzspektrum der Störschwingungen werden diese Eigenschwingungen unterschiedlich angeregt, so dass aus einem Frequenzspektrum der angeregten Eigenschwingungen Rückschlüsse auf die Ursache der Störschwingungen gezogen werden können. Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Frequenzbereich abhängig von einer Frequenz der Messschwingungen ist. In einer Ausgestaltung wird der auszuwertende Frequenzbereich so ausgewählt, dass es sich um den Bereich handelt, in welchem die Messschwingungen liegen. Damit kann also festgestellt werden, ob es durch mögliche Störungen unmittelbar zu Signalveränderungen der interessierenden Signale kommen kann. In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung handelt es sich um einen Frequenzbereich, außerhalb es für die eigentlichen Messungen relevanten Frequenzbereichs. Damit lassen sich beispielsweise die Ursachen der Störungen erkennen, wenn diese sich durch besondere - und vorbekannte - Frequenzen auszeichnen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Verifikationsgröße eine Amplitude von einem Signal innerhalb des Frequenzbereichs umfasst, und dass das Warnkriterium darin besteht, dass ein Messwert der Verifikationsgröße größer als ein vorgebbarer Amplituden-Schwellwert ist. In dieser Ausgestaltung liegt dann ein Warnkriterium vor, wenn ein Störsignal größer als eine kritische Größe ist.

Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Verifikationsgröße ein Signal-zu-Rauschen- Verhältnis von einem Signal innerhalb des Frequenzbereichs umfasst, und dass das Warnkriterium darin besteht, dass ein Messwert des Signal-zu-Rauschen- Verhältnisses größer als ein vorgebbarer Signal-zu-Rauschen-Schwellwert ist. In dieser Ausgestaltung wird ermittelt, ob sich Störsignale zu sehr aus dem Rauschband herausheben und dadurch ggf. zu stark im eigentlichen Messsignalspektrum erscheinen können. Dafür werden beispielsweise der ermittelte Messwert des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses und der vorgegebene Signal-zu- Rauschen-Schwellwert zueinander ins Verhältnis gesetzt.

In einer Ausgestaltung werden vor einer erstmaligen Inbetriebnahme des Sensors Schwellwerte für Messwerte der Verifikationsgröße festgelegt. Solche Schwellwerte können beispielsweise Werte von Amplituden oder Phasen der Störschwingungen, und insbesondere frequenzabhängige Werte von solchen Amplituden oder Phasen sein.

Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Elektronikvorrichtung derartig ausgestaltet ist, den Verifikationsmodus - vorzugsweise in einem wiederkehrenden Zyklus - selbsttätig zu starten. In dieser Ausgestaltung überwacht die Elektronikvorrichtung regelmäßig, ob alles weiterhin in Ordnung ist, ob also die Messungen weiterhin zuverlässig möglich sind. Dafür startet die Elektronikvorrichtung von sich aus den Verifikationsmodus. Dies geschieht vorzugweise regelmäßig und in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand/Intervall.

Alternativ oder ergänzend wird der Verifikationsmodus von einem Benutzer gestartet. Dies kann z. B. nach dem Einbau des Sensors erfolgen oder wenn Änderungen im Umfeld des Sensors vorgenommen werden.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektronikvorrichtung die Verifikationsgröße derartig ermittelt, dass der Messwert der Verifikationsgröße einen Störpotentialwert umfasst. Der Störpotentialwert beschreibt eine Wahrscheinlichkeit einer möglichen Auswirkung eines erkannten Störsignals auf die eigentliche Messung. Dabei werden mehrere Daten, die sich aus den Verifikationsschwingungen ergeben, ausgewertet. So wird beispielsweise in einem ersten Schritt ermittelt, in welchem Frequenzbereich die Verifikationsschwingungen Störsignale aufweisen, die um einen gewissen Grenzwert das Rauschen überragen, die also ausreichend und erkennbar groß sind. Dieser Frequenzbereich oder diese Frequenzbereiche wird bzw. werden mit dem normalen Arbeitsbereich der Messschwingungen verglichen. Der Arbeitsbereich ergibt sich z. B. aus den Frequenzen, wie sie bei Schwingungen der schwingfähigen Einheit im unbedeckten und vom Medium bedeckten Zustand ergeben. Der Arbeitsbereich hängt ggf. von Änderungen der Dichte oder der Viskosität des Mediums oder von Temperatureffekten ab. Der Arbeitsbereich ist somit bezogen auf Eigenschaften des Sensors selbst und/oder auf Eigenschaften des normalen Messbetriebs, insbesondere des Messmediums. In einem zweiten Schritt wird die Amplitude der Störsignale ermittelt und vorzugsweise mit den Amplituden der Messschwingungen verglichen. In einem dritten Schritt werden die Erkenntnisse der beiden vorangehenden Schritte kombiniert. Sind also beispielweise der ermittelte Frequenzbereich der Störsignale und der Arbeitsbereich ausreichend voneinander entfernt, so ist eine größere Amplitude der Störsignale akzeptabel. Überschneiden sich umgekehrt die Frequenzbereiche, so ist die Amplitude der Störsignale entscheidend. Insgesamt werden die ermittelten Werte beispielsweise zu einem Wert einer Skala (z. B. von 0 bis 100) verrechnet, um einem Anwender eine Abschätzung für das Störpotential zu vermitteln. Sind also beispielsweise die Frequenzbereiche disjunkt und hat das Störsignal nur eine kleine Amplitude, so wäre ein kleiner Störpotentialwert gegeben. Überschneiden sich umgekehrt die Frequenzbereiche und ist die Amplitude der Störsignale signifikant größer als das Rauschen, so würde dies einen großen Störpotentialwert ergeben.

In einer Ausgestaltung führt der Fall, dass der Störpotentialwert größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, dazu, dass dies als Erfüllen des Warnkriteriums gewertet wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben: Fig. 1 zeigt einen falsch in ein Messrohr eingebauten vibronischen Sensor und Fig. 2 zeigt einen korrekt in ein Messrohr eingebauten Sensor.

Abbildungen Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils einen vibronischen Sensor 1 , welcher in einem Messrohr 5 beispielsweise als Grenzstandsschalter dient, um das Vorliegen eines Mediums im Messrohr 5 zu überwachen.

In dem Beispiel der Fig. 1 ist der Sensor 1 so eingesetzt, dass die mechanisch schwingfähige Einheit 2 in Form einer Schwinggabel seitlich angeströmt wird. Auf diese Weise können beispielsweise von den Zinken der Schwinggabel 2 abgelöste Strömungswirbel mit der Schwinggabel 2 wechselwirken und Störschwingungen erzeugen.

Eine Elektronikvorrichtung 3 ist zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit 2 eingerichtet, wobei die Elektronikvorrichtung 3 aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 2 Messwerte zumindest einer Prozessgröße ableitet. Schwingungsgrößen können beispielsweise Amplitude, Phase, Frequenz einer Schwingung der schwingfähigen Einheit 2 sein. Eine Prozessgröße kann beispielweise ein Grenzstand oder ein Füllstand eines Mediums sein. Im Messmodus wird die mechanisch schwingfähige Einheit durch die Elektronikvorrichtung 3 zum Schwingen angeregt. Die Elektronikvorrichtung 3 ist dabei in einem Gehäuse 4 des vibronischen Sensors 1 angeordnet. Störschwingungen überlagern sich jedoch mit Messsignalen von Schwingungsgrößen, welche von der Elektronikvorrichtung 3 zur Messwerteerstellung ausgewertet werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verifikationsmodus beispielsweise durch einen Anwender des vibronischen Sensors 1 vor einem ersten Messbetrieb gestartet. Für den Verifikationsmodus ist die Elektronikvorrichtung 3 dazu eingerichtet, aus extern angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 2 Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße zu bestimmen und aus diesen Messwerten abzuleiten, ob ein Messbetrieb des Sensors 1 innerhalb von Sollparametern sinnvoll möglich ist. Sofern ein Warnkriterium gegeben ist, gibt die Elektronikvorrichtung 3 eine Warnmeldung beispielsweise an den vorgenannten Anwender aus.

Im hier gezeigten Beispiel kann durch eine Korrektur des Einbaus des vibronischen Sensors 1 ein sachgemäßer Betrieb ermöglicht werden, indem die Zinken parallel zur Strömung des Mediums (angedeutet durch die Pfeile) verlaufen (vgl. Fig. 2).

Störschwingungen können generell auf vielfältige Art und Weise angeregt werden. So ist z. B. Blasenbildung im Medium durch Sieden oder durch eine chemische Reaktion möglich. Streichen die Blasen vom Sensor 1 vorbei, so können Störschwingungen angeregt werden. Weitere mögliche Ursachen können sein: turbulente Strömung, Dichteschwankungen im vorbeiströmenden Medium, Kavitation, mechanische Vibrationen, welche von Extern in die schwingfähige Einheit gekoppelt werden, wie z. B. durch Pumpwerke, Ventile, Rüttler, Vibrationen einer Tankwand.

Bei der Erfindung werden im Verifikationsmodus zwei Schritte ausgeführt:

In einem ersten Verfahrensschritt ermittelt im Verifikationsmodus die Elektronikvorrichtung 3 aus extern angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 2 Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße. Aus den Messwerten leitet sie ab, ob ein Messbetrieb des Sensors innerhalb von Sollparametern möglich ist. In einem zweiten Verfahrensschritt gibt die Elektronikvorrichtung 3 eine Warnmeldung - beispielsweise an einen Anwender - aus, sofern ein Warnkriterium erfüllt und daher ein Durchführen des Messbetriebs innerhalb von Sollparametern nicht sinnvoll möglich ist.