AT505301B1

AT505301B1 - PROCESS FOR ERROR DETECTION OF A FLOW SENSOR

Info

Publication number: AT505301B1
Application number: AT0122707A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Austria Gmbh
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2008-12-15
Also published as: AT505301A4

Description

2 AT 505 301 B12 AT 505 301 B1

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fehlererkennung eines Strömungssensors, beispielsweise durch Verschmutzung.The invention relates to a method for fault detection of a flow sensor, for example by contamination.

Bei einer üblichen Bauform von Massenstromsensoren befindet sich zwischen zwei Temperatursensoren ein elektrisches Heizelement. Ohne Fluidmassenstrom erwärmt das Heizelement die beiden Temperatursensoren, so dass diese wärmer als das ruhende Fluid sind. Die elektrische Heizleistung wird bei Fluidmassenstrom auf das strömende Medium übertragen, so dass sich bei dem in Strömungsrichtung liegenden zweiten Temperatursensor eine höhere Temperatur einstellt. Es gilt: Q = m-cp · AT = U-1 mit Q Wärmeeintrag über ein Heizelement m Massenstrom des zu messenden Fluids cp spezifische Wärmekapazität des Fluids ΔΤ Temperaturdifferenz zwischen den Temperatur-Messstellen U Spannung des Heizelements I Strom des HeizelementsIn a conventional type of mass flow sensors is located between two temperature sensors, an electric heating element. Without fluid mass flow, the heating element heats the two temperature sensors so that they are warmer than the static fluid. The electric heating power is transmitted at fluid mass flow to the flowing medium, so that sets a higher temperature at the second temperature sensor lying in the flow direction. The following applies: Q = m-cp.AT = U-1 with Q heat input via a heating element m mass flow of the fluid to be measured cp specific heat capacity of the fluid ΔΤ temperature difference between the temperature measuring points U voltage of the heating element I current of the heating element

Hieraus lässt sich der Massenstrom berechnen.From this the mass flow can be calculated.

Durch chemische Reaktionen und Verschmutzungen kann es zu Veränderungen des Sensorelementes kommen, welche eine Veränderung des Sensorsignals zur Folge haben. So kann sowohl die Wärmeleitung vom Heizer auf die beiden Temperatursensoren verbessert oder verschlechtert werden.Chemical reactions and contamination can lead to changes in the sensor element, which result in a change in the sensor signal. Thus, both the heat conduction from the heater to the two temperature sensors can be improved or deteriorated.

Das Sensorsignal muss in regelmäßigen Abständen auf Plausibilität geprüft werden, um eine eventuelle Sensordrift zu erkennen. Da im laufenden Betrieb in der Regel definierte Massenströme des Mediums nicht oder nur unter großem Aufwand vorgeben lassen, ist ein Sensor-Check auf Plausibilität des Signals nicht ohne weiteres möglich.The sensor signal must be checked for plausibility at regular intervals to detect any sensor drift. Since, during operation, generally defined mass flows of the medium can not be specified or only at great expense, a sensor check for the plausibility of the signal is not readily possible.

Aus der EP 1207347 ist ein Strömungssensor bekannt, bei dem zur Plausibilitätsprüfung das Heizelement stromlos geschaltet wird und der Sensor keiner Strömung ausgesetzt wird. Die beiden Temperaturelemente können in diesem Zustand geprüft werden.From EP 1207347 a flow sensor is known in which the heater is de-energized for plausibility check and the sensor is exposed to any flow. The two temperature elements can be tested in this condition.

Hierdurch ist es nicht möglich, eine Drift der Temperatursensoren und/oder des Heizers über einen weiten Arbeitsbereich festzustellen. Eine Möglichkeit zur Detektierung einer Verschmutzung, die auf alle drei Bauteile des Chips wirkt, ist in DE 10129300 A1 beschrieben.As a result, it is not possible to detect a drift of the temperature sensors and / or the heater over a wide operating range. One way to detect contamination that acts on all three components of the chip is described in DE 10129300 A1.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Fehler von Massenstromsensoren mit einem Heizer und zwei Temperatursensoren im normalen Sensorbetrieb zu erkennen.The invention is therefore based on the object to detect errors of mass flow sensors with a heater and two temperature sensors in normal sensor operation.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs dadurch gelöst, dass unter Referenzbedingungen der Sensor unterschiedlichen Massenströmen ausgesetzt wird und hierbei die Temperaturen der beiden Temperatursensoren erfasst werden. Aus diesen Temperaturen wird rechnerisch der Massenstrom sowie der Quotient der beiden Temperaturen bestimmt. Diese Werte werden als Referenzwerte gespeichert. Im normalen Sensoreinsatz wird aus dem Messwert der beiden Temperaturen ein Massenstrom und der Quotient der beiden Temperaturen errechnet. Anschließend werden diese Werte mit den Referenzwerten verglichen. Weicht der aktuelle Quotient für einen bestimmten, errechneten Massenstrom vom Referenzquotienten aus dem Speicher für denselben Massenstrom wesentlich ab, so liegt ein Fehler vor; ein Fehlersignal wird ausgegeben. 3 AT 505 301 B1This object is achieved according to the features of the independent claim in that under reference conditions, the sensor is exposed to different mass flows and in this case the temperatures of the two temperature sensors are detected. The mass flow and the quotient of the two temperatures are calculated from these temperatures. These values are stored as reference values. In the normal sensor application, a mass flow and the quotient of the two temperatures are calculated from the measured value of the two temperatures. Subsequently, these values are compared with the reference values. If the current quotient for a specific, calculated mass flow from the reference quotient from the memory differs significantly for the same mass flow, then there is an error; an error signal is output. 3 AT 505 301 B1

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche. Die Erfindung wird nun anhand der Figuren detailliert erläutert. Hierbei zeigenAdvantageous embodiments will become apparent according to the features of the dependent claims. The invention will now be explained in detail with reference to FIGS. Show here

Figur 1 einen Strömungssensor, an dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, Figur 2 die Temperatur des Fluids, die Temperaturen der beiden Temperatursensoren sowie deren Quotienten über den errechneten Massenstrom,1 shows a flow sensor to which the method according to the invention is applied, FIG. 2 the temperature of the fluid, the temperatures of the two temperature sensors and their quotients over the calculated mass flow,

Figur 3 die Temperaturen der beiden Temperatursensoren sowie deren Differenz über den errechneten Massenstrom, wobei der Referenz- und Fehlerfall dargestellt sind, und Figur 4 der errechnete Quotient der beiden Temperaturen über den errechneten Massenstrom, wobei der Referenz- und Fehlerfall dargestellt sind.Figure 3 shows the temperatures of the two temperature sensors and their difference on the calculated mass flow, the reference and error case are shown, and Figure 4 is the calculated quotient of the two temperatures on the calculated mass flow, the reference and error case are shown.

Ein Strömungssensor 1 gemäß Figur 1 verfügt über einen elektrischen Heizer 2 zwischen zwei Temperatursensoren 3, 4, die allesamt auf einer Membran 5 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Der elektrische Heizer 1 bringt eine Wärmemenge Q = C/*/ein. Ohne Massenstrom erhitzt der elektrische Heizer 1 via Wärmeleitung die zwei Temperatursensoren 3, 4, wodurch diese sich auf eine Temperatur höher der Umgebungstemperatur erhitzen (vgl. Figur 2). Bei symmetrischem Aufbau ist davon auszugehen, dass die beiden Temperaturen gleich hoch sind.A flow sensor 1 according to FIG. 1 has an electrical heater 2 between two temperature sensors 3, 4, all of which are arranged one behind the other on a membrane 5 in the flow direction. The electric heater 1 introduces a heat quantity Q = C / * /. Without mass flow, the electric heater 1 via heat conduction heats the two temperature sensors 3, 4, causing them to heat to a temperature higher than the ambient temperature (see Figure 2). With a symmetrical design, it can be assumed that the two temperatures are the same.

Wird der Strömungssensor 1 von links nach rechts von einem Massenstrom m überströmt, so gibt der in Strömungsrichtung zunächst angeströmte, erste Temperatursensor 3 Wärme an den Massenstrom rin ab, wodurch die Temperatur T1 des ersten Temperatursensors 3 fällt. Der Massenstrom m nimmt am Heizer die Wärme Q auf und erhitzt sich somit. Anschließend strömt der Massenstrom rin am zweiten Temperatursensor 4, welcher die Temperatur T2 erfasst, vorbei. Wegen des Wärmeeintrags Q ist die mittels des zweiten Temperatursensors 4 erfasste Temperatur T2 höher als die mittels des ersten Temperatursensors 3 erfasste Temperatur T^If the flow sensor 1 flows over from a mass flow m from left to right, the first temperature sensor 3 initially flowed in the direction of flow emits heat to the mass flow rin, as a result of which the temperature T1 of the first temperature sensor 3 drops. The mass flow m absorbs the heat Q at the heater and thus heats up. Subsequently, the mass flow rin flows past the second temperature sensor 4, which detects the temperature T2. Because of the heat input Q, the temperature T2 detected by the second temperature sensor 4 is higher than the temperature T 1 detected by the first temperature sensor 3

Wird der Massenstrom erhöht, so fällt die mittels des ersten Temperatursensors 3 erfasste Temperatur Tt kontinuierlich und nähert sich bei großen Massenströmen der Temperatur des strömendes Fluids Tfiuid an. Ausgehend von keinem Massenstrom steigt die mittels des zweiten Temperatursensors 4 erfasste Temperatur T2 zunächst aufgrund des oben genannten Grundes an. Da der Massenstrom rin jedoch gleichzeitig den zweiten Temperatursensor 4 kühlt, fällt die Temperatur T2 ab einem bestimmten Massenstrom. Jedoch ist für alle Massenströme (größer Null) die mittels des zweiten Temperatursensors 4 erfasste Temperatur T2 höher als die mittels des ersten Temperatursensors 3 erfasste Temperatur Tv Die beiden Temperaturen T1( T2 sind stets größer als die Temperatur Tfluid des Fluids. Aus den beiden Temperaturen T,, T2 werden gemäß der Formel • Ul = Ul m cp- AT ~ cp (T2 -T:) T (m) der Massenstrom m und der Quotient V(m) = _2, .. ermittelt. T^m)If the mass flow is increased, the temperature T t detected by means of the first temperature sensor 3 drops continuously and, at high mass flows, approaches the temperature of the flowing fluid Tfiuid. Starting from no mass flow, the temperature T2 detected by means of the second temperature sensor 4 initially rises due to the above-mentioned reason. However, since the mass flow rin simultaneously cools the second temperature sensor 4, the temperature T2 drops from a certain mass flow. However, for all mass flows (greater than zero), the temperature T2 detected by means of the second temperature sensor 4 is higher than the temperature Tv detected by the first temperature sensor 3. The two temperatures T1 (T2 are always greater than the temperature Tfluid of the fluid ,, T2 the mass flow m and the quotient V (m) = _2, .. are determined according to the formula • Ul = Ulm cp- AT ~ cp (T2 -T :) T (m).

Unter Referenzbedingungen wird ausgehend von keiner Strömung der Massenstrom m erhöht, dabei der Massenstrom rin und der Quotient Vref(m) errechnet und in einem Speicher abgelegt.Under reference conditions, starting from no flow, the mass flow m is increased, while the mass flow rin and the quotient Vref (m) are calculated and stored in a memory.

Im normalen Arbeitsbetrieb werden ebenfalls der Quotient V(m) der mittels der beiden Temperatursensoren 3, 4 gemessenen Temperaturen T^m), T2(m) sowie der Massenstrom rh ermittelt. In dem Fall, in dem der aktuell gemessene Quotient V(m) vom gespeicherten Quotienten Vref(m) bei gleichem Massenstrom aus der entsprechenden Referenzmessung mehr als eine vorgegebene Toleranz abweicht, wird ein Fehlersignal ausgegeben.In normal operation, the quotient V (m) of the measured by the two temperature sensors 3, 4 temperatures T ^ m), T2 (m) and the mass flow rh are also determined. In the case where the currently measured quotient V (m) deviates more than a predefined tolerance from the stored quotient Vref (m) for the same mass flow from the corresponding reference measurement, an error signal is output.

Die vorgegebene Toleranz kann hierbei absolut oder relativ zu mindestens einem MesswertThe specified tolerance can be absolute or relative to at least one measured value

Claims

4 AT 505 301 B1. In one embodiment of the invention, the temperature T ^ m) of the first temperature sensor 3 in the flow direction is stored in the memory in the determination of the reference values, since its temperature - in contrast to the second temperature sensor 4 - steadily decreases with increase in mass flow. In the event of a fault, the mass flow rin is determined from the signal of the first temperature sensor 3 in the flow direction. This allows an "emergency operation". However, if this first temperature sensor 3 is defective, then the error is amplified. If the heater is defective, then no correct result for the mass flow can be determined. Only in the case where the second temperature sensor 4 is defective, a correct mass flow can be read from the memory. 1. A method for fault detection of a flow sensor (1) having two temperature sensors (3, 4) with intermediate heating element (2), characterized in that, under reference conditions, the quotient Vref {rh) of the two temperature sensors (3 , 4) measured temperatures T ^ m), T2 (m) determined as a function of one of the two temperatures or the mass flow m and stored in a memory, in normal operation also the quotient V (m) by means of the two temperature sensors (3, 4) measured temperatures T ^ m), T2 (m) and from the mass flow m are determined and in the case where the currently measured quotient V (m) from the stored quotient Vref (m) at the same mass flow m from the corresponding reference measurement more than a specified tolerance deviates, an error signal is output.

2. A method for fault detection of a flow sensor according to claim 1, characterized in that the tolerance has a predetermined value or relative to at least one measured value.

3. A method for fault detection of a flow sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that in the determination of the reference values and the temperature T ^ m) of the flow direction of the first temperature sensor (3) is stored in the memory and in the fault detected from the signal of in the flow direction of the first temperature sensor (3) and the reference values stored in the memory, the mass flow m is determined. For this purpose 2 sheets of drawings