DE102019114174A1 - Vibronic multi-sensor - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein, insbesondere computerimplementiertes Verfahren zur Detektion von Gasblasen in einem flüssigen Medium (M) mit einem Sensor (1) mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit (4), umfassend folgende Verfahrensschritte,- Anregen der schwingfähigen Einheit (4) mit einem ersten Anregesignal (11) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit (4) gemäß einer ersten vorgebbaren Schwingungsmode (S1) der schwingfähigen Einheit (4), und Empfangen der mechanischen Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit (4) in Form eines ersten Empfangssignals (X1),- Anregen der schwingfähigen Einheit (4) mit einem zweiten Anregesignal (12) zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit (4) gemäß einer zweiten vorgebbaren Schwingungsmode (S2) der schwingfähigen Einheit (4), und Empfangen der mechanischen Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit (4) in Form eines zweiten Empfangssignals (X2),- Bestimmen einer ersten und zweiten charakteristischen Größe (f,A) des ersten (X1) und zweiten Empfangssignals (X2),- Bestimmen eines Verhältnisses (V) der ersten (f1,A1) und zweiten charakteristischen Größe (f2,A2), und- Generieren einer Aussage über das Vorhandensein von Gasblasen anhand des Verhältnisses (V) der ersten (f1,A1) und zweiten charakteristischen Größe (f1,A1).The present invention relates to a particularly computer-implemented method for the detection of gas bubbles in a liquid medium (M) with a sensor (1) with a mechanically oscillatable unit (4), comprising the following method steps, excitation of the oscillatable unit (4) with a first Excitation signal (11) for generating mechanical vibrations of the vibratable unit (4) according to a first predeterminable vibration mode (S1) of the vibratable unit (4), and receiving the mechanical vibrations from the mechanically vibratable unit (4) in the form of a first reception signal (X1 ), - Exciting the oscillatable unit (4) with a second excitation signal (12) for generating mechanical oscillations of the oscillatable unit (4) according to a second predeterminable oscillation mode (S2) of the oscillatable unit (4), and receiving the mechanical oscillations from the mechanically oscillatable unit (4) in the form of a second received signal (X2), - Determine n a first and second characteristic variable (f, A) of the first (X1) and second received signal (X2), - determining a ratio (V) of the first (f1, A1) and second characteristic variable (f2, A2), and- Generating a statement about the presence of gas bubbles based on the ratio (V) of the first (f1, A1) and second characteristic variable (f1, A1).
Description
Die Erfindung betrifft ein, insbesondere computerimplementiertes, Verfahren zur Detektion von Gasblasen in einem flüssigen Medium mit einem Sensor mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt. Bei dem Sensor handelt es sich um eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße des Mediums, insbesondere um einen vibronischen Sensor oder um ein nach dem Coriolis-Messprinzip arbeitendes Feldgerät. Das Medium befindet sich in einem Behältnis, beispielsweise in einem Behälter oder in einer Rohrleitung. Die Prozessgröße wiederum ist beispielsweise ein, insbesondere vorgebbarer Füllstand, ein Durchfluss, die Dichte oder die Viskosität des Mediums.The invention relates to a, in particular computer-implemented, method for the detection of gas bubbles in a liquid medium with a sensor with a mechanically oscillatable unit. The invention also relates to a computer program and a computer program product. The sensor is a device for determining and / or monitoring at least one process variable of the medium, in particular a vibronic sensor or a field device operating according to the Coriolis measuring principle. The medium is located in a container, for example in a container or in a pipeline. The process variable in turn is, for example, a fill level, in particular a specifiable fill level, a flow rate, the density or the viscosity of the medium.
Vibronische Sensoren finden vielfach Anwendung in der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik. Im Falle von Füllstandsmessgeräten weisen sie zumindest eine mechanisch schwingfähige Einheit, wie beispielsweise eine Schwinggabel, einen Einstab oder eine Membran auf. Diese wird im Betrieb mittels einer Antriebs-/Empfangseinheit, häufig in Form einer elektromechanischen Wandlereinheit, zu mechanischen Schwingungen angeregt, welche wiederum beispielsweise ein piezoelektrischer Antrieb oder ein elektromagnetischer Antrieb sein kann. Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und beispielsweise unter der Bezeichnung LIQUIPHANT oder SOLIPHANT vertrieben. Die zugrundeliegenden Messprinzipien sind im Prinzip aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Die Antriebs-/Empfangseinheit regt die mechanisch schwingfähige Einheit mittels eines elektrischen Anregesignals zu mechanischen Schwingungen an. Umgekehrt kann die Antriebs-/Empfangseinheit die mechanischen Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit empfangen und in ein elektrisches Empfangssignal umwandeln. Bei der Antriebs-/Empfangseinheit handelt es sich entsprechend entweder um eine separate Antriebseinheit und eine separate Empfangseinheit, oder um eine kombinierte Antriebs-/Empfangseinheit.Vibronic sensors are widely used in process and / or automation technology. In the case of fill level measuring devices, they have at least one mechanically oscillatable unit, such as an oscillating fork, a single rod or a membrane. During operation, this is excited to mechanical vibrations by means of a drive / receiver unit, often in the form of an electromechanical converter unit, which in turn can be, for example, a piezoelectric drive or an electromagnetic drive. Corresponding field devices are manufactured by the applicant in a large variety and sold, for example, under the name LIQUIPHANT or SOLIPHANT. The underlying measurement principles are known in principle from a large number of publications. The drive / receiver unit stimulates the mechanically oscillatable unit to produce mechanical oscillations by means of an electrical excitation signal. Conversely, the drive / receiver unit can receive the mechanical vibrations of the mechanically vibratable unit and convert them into an electrical received signal. The drive / receiver unit is accordingly either a separate drive unit and a separate receiver unit, or a combined drive / receiver unit.
Dabei ist die Antriebs-/Empfangseinheit in vielen Fällen Teil eines rückgekoppelten elektrischen Schwingkreises, mittels welchem die Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit zu mechanischen Schwingungen erfolgt. Beispielsweise muss für eine resonante Schwingung die Schwingkreisbedingung, gemäß welcher der Verstärkungsfaktor ≥1 ist und alle im Schwingkreis auftretenden Phasen ein Vielfaches von 360° ergeben, erfüllt sein. Zur Anregung und Erfüllung der Schwingkreisbedingung muss eine bestimmte Phasenverschiebung zwischen dem Anregesignal und dem Empfangssignal gewährleistet sein. Deshalb wird häufig ein vorgebbarer Wert für die Phasenverschiebung, also ein Sollwert für die Phasenverschiebung zwischen dem Anregesignal und dem Empfangssignal eingestellt. Hierfür sind aus dem Stand der Technik unterschiedlichste Lösungen, sowohl analoge als auch digitale Verfahren, bekannt geworden, wie beispielsweise in den Dokumenten
Sowohl das Anregesignal als auch das Empfangssignal sind charakterisiert durch ihre Frequenz ω, Amplitude A und/oder Phase Φ. Entsprechend werden Änderungen in diesen Größen üblicherweise zur Bestimmung der jeweiligen Prozessgröße herangezogen. Bei der Prozessgröße kann es sich beispielsweise um einen Füllstand, einen vorgegebenen Füllstand, oder auch um die Dichte oder die Viskosität des Mediums, sowie um den Durchfluss handeln. Bei einem vibronischen Grenzstandschalters für Flüssigkeiten wird beispielsweise unterschieden, ob die schwingfähige Einheit von der Flüssigkeit bedeckt ist oder frei schwingt. Diese beiden Zustände, der Freizustand und der Bedecktzustand, werden dabei beispielsweise anhand unterschiedlicher Resonanzfrequenzen, also anhand einer Frequenzverschiebung, unterschieden.Both the excitation signal and the received signal are characterized by their frequency ω, amplitude A and / or phase Φ. Accordingly, changes in these variables are usually used to determine the respective process variable. The process variable can be, for example, a fill level, a predetermined fill level, or the density or viscosity of the medium, as well as the flow rate. In the case of a vibronic level switch for liquids, a distinction is made, for example, between whether the oscillatable unit is covered by the liquid or whether it oscillates freely. These two states, the free state and the covered state, are distinguished, for example, on the basis of different resonance frequencies, that is to say on the basis of a frequency shift.
Die Dichte und/oder Viskosität wiederum lassen sich mit einem derartigen Messgerät nur ermitteln, wenn die schwingfähige Einheit vom Medium bedeckt ist. Im Zusammenhang mit der Bestimmung der Dichte und/oder Viskosität sind ebenfalls unterschiedliche Möglichkeiten aus dem Stand der Technik bekannt geworden, wie beispielswiese die in den Dokumenten
Bei nach dem Coriolis-Messprinzip arbeitenden Messgeräten, welche beispielsweise zur Bestimmung und/oder Überwachung des Massedurchflusses oder der Dichte dienen, wird als schwingfähige Einheit dagegen ein in einem Gehäusemodul schwingfähig gehaltertes mit einer Rohrleitung kommunizierendes Messrohr eingesetzt, welches zumindest zeitweise zu Schwingungen um eine statische Ruhelage, insbesondere Biegeschwingungen, angeregt wird. Die zugrundeliegenden Messprinzipien sind ebenfalls aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt und beispielsweise in der
Eine Problematik bei auf mechanischen Schwingungen basierenden Sensoren betrifft das Vorhandensein von Gasblasen in unterschiedlichen Medien. Gasblasen haben einen großen Einfluss auf die viskoelastischen Eigenschaften von Flüssigkeiten. Entsprechend kann es zu einer ungewollten, nicht mit der jeweils betrachteten Prozessgröße in Zusammenhang stehenden, Veränderungen der Schwingfrequenz der schwingfähigen Einheit und damit einhergehend zu verfälschten Messwerten für die jeweilige Prozessgröße kommen.A problem with sensors based on mechanical vibrations relates to the presence of gas bubbles in different media. Gas bubbles have a major influence on the viscoelastic properties of liquids. Correspondingly, there may be unwanted changes in the oscillation frequency of the oscillatable unit that are not related to the process variable being considered, and thus falsified measured values for the respective process variable.
Für die Entstehung von Gasblasen in flüssigen Medien können unterschiedlichste Ursachen verantwortlich sein, wie ein Rühr- oder Pumpvorgang im Prozess, eine Ausgasung gelöster Luft nach einer Drucksenkung im Medium, oder auch eine Änderung der Medientemperatur. Besonders häufig kommt es in Süßwasser oder wässrigen Lösung zur Bildung von Gasblasen. Dabei spielen sowohl im Medium verteilte, also auch auf einer Oberfläche der jeweiligen Sensoreinheit des Sensors, welche die schwingfähige Einheit umfasst, abgeschiedene Gasblasen eine Rolle.. A wide variety of causes can be responsible for the formation of gas bubbles in liquid media, such as stirring or pumping in the process, outgassing of dissolved air after a pressure drop in the medium, or a change in the medium temperature. Gas bubbles are particularly common in fresh water or aqueous solutions. Gas bubbles that are distributed in the medium and also separated on a surface of the respective sensor unit of the sensor, which includes the oscillatable unit, play a role.
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zuverlässigen Messbetrieb eines Sensors mit einer schwingfähigen Einheit im Falle einer Gasblasenbildung auf einfache Art und Weise zu ermöglichen.The present invention is based on the object of enabling reliable measuring operation of a sensor with an oscillatable unit in a simple manner in the event of gas bubble formation.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1, durch das Computerprogramm nach Anspruch 15 sowie das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 16.This object is achieved by the method according to
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren, insbesondere computerimplementiertes Verfahren, zur Detektion von Gasblasen in einem flüssigen Medium mit einem Sensor mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- - Anregen der schwingfähigen Einheit mit einem ersten Anregesignal zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit gemäß einer ersten vorgebbaren Schwingungsmode der schwingfähigen Einheit, und Empfangen der mechanischen Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit in Form eines ersten Empfangssignals,
- - Anregen der schwingfähigen Einheit mit einem zweiten Anregesignal zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit gemäß einer zweiten vorgebbaren Schwingungsmode der schwingfähigen Einheit, und Empfangen der mechanischen Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit in Form eines zweiten Empfangssignals,
- - Bestimmen einer ersten und zweiten charakteristischen Größe des ersten und zweiten Empfangssignals,
- - Bestimmen eines Verhältnisses der ersten und zweiten charakteristischen Größe, und
- - Generieren einer Aussage über das Vorhandensein von Gasblasen anhand des Verhältnisses der ersten und zweiten charakteristischen Größe.
- - Exciting the oscillatable unit with a first excitation signal for generating mechanical vibrations of the oscillatable unit according to a first predeterminable oscillation mode of the oscillatable unit, and receiving the mechanical vibrations from the mechanically oscillatable unit in the form of a first received signal,
- - Exciting the oscillatable unit with a second excitation signal for generating mechanical oscillations of the oscillatable unit according to a second predeterminable oscillation mode of the oscillatable unit, and receiving the mechanical oscillations from the mechanically oscillatable unit in the form of a second received signal,
- - determining a first and second characteristic variable of the first and second received signal,
- - determining a ratio of the first and second characteristic variables, and
- - Generating a statement about the presence of gas bubbles on the basis of the ratio of the first and second characteristic variables.
Die schwingfähige Einheit ist Teil einer Sensoreinheit des Sensors zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums. Im Falle eines vibronischen Sensors handelt es sich bei der schwingfähigen Einheit beispielsweise um einen Einstab oder um eine Schwinggabel. Im Falle eines Durchflussmessgeräts dagegen ist die schwingfähige Einheit gegeben durch ein Messrohr. Bei dem ersten und zweiten Anregesignal handelt es sich jeweils um ein elektrisches Signal mit einer vorgebbaren ersten bzw. zweiten Frequenz, insbesondere um ein sinusförmiges oder um ein rechteckförmiges Signal. Vorzugsweise wird die mechanisch schwingfähige Einheit zumindest zeitweise zu Resonanzschwingungen angeregt. Die mechanischen Schwingungen werden durch das die schwingfähige Einheit umgebende Medium beeinflusst, so dass anhand eines die Schwingungen repräsentierenden Empfangssignals Rückschlüsse auf verschiedene Eigenschaften bzw. Prozessgrößen des Mediums möglich sind.The oscillatable unit is part of a sensor unit of the sensor for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium. In the case of a vibronic sensor, the oscillatable unit is, for example, a single rod or an oscillating fork. In the case of a flow meter, on the other hand, the oscillatable unit is given by a measuring tube. The first and second excitation signals are each an electrical signal with a predeterminable first or second frequency, in particular a sinusoidal or a square-wave signal. The mechanically oscillatable unit is preferably excited at least temporarily to resonate oscillations. The mechanical vibrations are influenced by the medium surrounding the vibratable unit, so that conclusions can be drawn about various properties or process variables of the medium on the basis of a received signal representing the vibrations.
Das erste und das zweite Empfangssignal werden jedoch ebenfalls durch die Anwesenheit von Gasblasen beeinflusst. Da der Einfluss der Gasblasen auf das erste und zweite Empfangssignal jedoch unterschiedlich ist, kann anhand der Auswertung des Verhältnisses der beiden charakteristischen Größen der beiden Empfangssignale in den beiden unterschiedlichen Schwingungsmoden entsprechend eine Aussage über das Vorhandensein von Gasblasen gemacht werden. Das Verfahren ist vorteilhaft sehr einfach umsetzbar. Es sind keine aufwendigen konstruktiven Maßnahmen oder weitere Sensoreinheiten notwendig. Vielmehr bedarf es lediglich der Anregung der schwingfähigen Einheit mit zwei unterschiedlichen Anregesignalen zur Erzeugung zweier unterschiedlicher Schwingungsmoden. Die beiden Schwingungsmoden können gleichzeitig, also einander überlagert, oder abwechselnd, insbesondere sequentiell, angeregt werden.However, the first and second received signals are also influenced by the presence of gas bubbles. However, since the influence of the gas bubbles on the first and second received signal is different, a statement about the presence of gas bubbles can be made based on the evaluation of the ratio of the two characteristic quantities of the two received signals in the two different oscillation modes. The method is advantageously very easy to implement. No complex structural measures or additional sensor units are necessary. Rather, it only needs the excitation of the oscillatable unit with two different excitation signals to generate two different vibration modes. The two oscillation modes can be excited simultaneously, that is to say superimposed on one another, or alternately, in particular sequentially.
In einer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei der ersten Schwingungsmode um eine Grundschwingungsmode der schwingfähigen Einheit. In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn die Massenverteilung, Steifigkeit und/oder Geometrie der schwingfähigen Einheit derart gewählt ist/sind, dass die Grundschwingungsmode bei einer Frequenz f1<1,5 kHz liegt.In one embodiment of the invention, the first oscillation mode is a fundamental oscillation mode of the oscillatable unit. In this regard, it is advantageous if the mass distribution, rigidity and / or geometry of the oscillatable unit is / are chosen such that the fundamental oscillation mode is at a frequency f 1 <1.5 kHz.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass die zweite Schwingungsmode derart gewählt wird, dass die Schwingungen der schwingfähigen Einheit von der Bildung von Gasblasen im Bereich der mechanisch schwingfähigen Einheit beeinflusst werden. Die höhere Schwingungsmode wird demnach bewusst mit Hinblick auf die Detektion der Gasblasen ausgewählt. Eine Bestimmung und/oder Überwachung der jeweiligen Prozessgröße wird dann bevorzugt anhand einer anderen Schwingungsmode durchgeführt.A further particularly preferred embodiment includes that the second oscillation mode is selected in such a way that the oscillations of the oscillatable unit are influenced by the formation of gas bubbles in the area of the mechanically oscillatable unit. The higher oscillation mode is therefore deliberately selected with a view to detecting the gas bubbles. The respective process variable is then preferably determined and / or monitored on the basis of a different oscillation mode.
Bezüglich der zweiten Schwingungsmode ist es von Vorteil, wenn die höhere Schwingungsmode derart gewählt wird, dass die Frequenz der zweiten Schwingungsmode in einem Frequenzbereich liegt, in welchem eine Eigenfrequenz der Gasblasen liegt. Die Eigenfrequenz bzw. die Resonanzfrequenz von Gasblasen hängt dabei unter anderem von den, insbesondere physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des Mediums und von der Blasengröße ab. Wird der Sensor bei Frequenzen betrieben, welche im Bereich der Resonanzfrequenz der jeweils auftretenden Gasblasen liegt, so wird die Schwingungsenergie des Sensors durch die Gasblasen absorbiert und eine Resonanzschwingung der schwingfähigen Einheit ist sehr stark gedämpft oder nicht mehr möglich.With regard to the second oscillation mode, it is advantageous if the higher oscillation mode is selected such that the frequency of the second oscillation mode lies in a frequency range in which a natural frequency of the gas bubbles lies. The natural frequency or the resonance frequency of gas bubbles depends, among other things, on the, in particular physical and / or chemical properties of the medium and on the bubble size. If the sensor is operated at frequencies which are in the range of the resonance frequency of the gas bubbles occurring, the vibration energy of the sensor is absorbed by the gas bubbles and a resonance vibration of the vibratable unit is very strongly damped or no longer possible.
Bevorzugt handelt es sich bei der zweiten Schwingungsmode um eine erste höhere Schwingungsmode der schwingfähigen Einheit.The second oscillation mode is preferably a first, higher oscillation mode of the oscillatable unit.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass es sich bei der ersten und zweiten charakteristischen Größe des ersten und zweiten Empfangssignals um eine Frequenz, eine Amplitude, oder eine aus zumindest der Frequenz oder der Amplitude abgeleitete Größe handelt.Another embodiment of the invention includes that the first and second characteristic variables of the first and second received signals are a frequency, an amplitude, or a variable derived from at least the frequency or the amplitude.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass im Falle, dass das Verhältnis der ersten und zweiten charakteristischen Größe null beträgt, oder eine Steigung des Verhältnisses der ersten und zweiten charakteristischen Größe als Funktion der Zeit einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, auf das Vorhandensein von Gasblasen geschlossen wird. Im Falle des Vorhandenseins von Gasblasen ist eine Anregung der schwingfähigen Einheit in einer durch die Gasblasen beeinflussten Schwingungsmode, beispielsweise der zweiten Schwingungsmode, nicht mehr möglich. Es kann keine Frequenz bzw. Amplitude für das entsprechende zweite Empfangssignal mehr detektiert werden.A particularly preferred embodiment includes that in the event that the ratio of the first and second characteristic variable is zero or a slope of the ratio of the first and second characteristic variable as a function of time exceeds a predeterminable limit value, the presence of gas bubbles is concluded. If gas bubbles are present, it is no longer possible to excite the vibratable unit in an vibration mode influenced by the gas bubbles, for example the second vibration mode. It is no longer possible to detect a frequency or amplitude for the corresponding second received signal.
Eine andere besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass im Falle, dass das Verhältnis der ersten und zweiten charakteristischen Größe größer als null ist oder eine Steigung des Verhältnisses der ersten und zweiten charakteristischen Größe als Funktion der Zeit einen vorgebbaren Grenzwert unterschreitet wird, darauf geschlossen wird, dass keine Gasblasen vorhanden sind.Another particularly preferred embodiment includes that in the event that the ratio of the first and second characteristic variable is greater than zero or a slope of the ratio of the first and second characteristic variable as a function of time falls below a predeterminable limit value, it is concluded that there are no gas bubbles.
Noch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass anhand des ersten Empfangssignals eine Prozessgröße des Mediums anhand des ersten Empfangssignals ermittelt wird. Bevorzugt handelt es sich bei der Prozessgröße um einen, insbesondere vorgebbaren, Füllstand, einen Durchfluss, die Dichte oder die Viskosität des Mediums. Insbesondere die Bestimmung der Dichte des Mediums zeigt eine empfindliche Abhängigkeit vom Vorhandensein von Gasblasen in der jeweiligen Flüssigkeit.Another embodiment of the method according to the invention includes that a process variable of the medium is determined on the basis of the first received signal on the basis of the first received signal. The process variable is preferably a fill level, in particular a predeterminable fill level, a flow rate, the density or the viscosity of the medium. In particular, the determination of the density of the medium shows a sensitive dependence on the presence of gas bubbles in the respective liquid.
Es ist von Vorteil, wenn die Prozessgröße nur im Falle, dass keine Gasblasen vorhanden sind, ermittelt wird.It is advantageous if the process variable is only determined when there are no gas bubbles.
Es ist ebenfalls von Vorteil, wenn während eines Zeitintervalls, in welchem Gasblasen vorhanden sind, ein zuletzt vor Entstehung der Gasblasen ermittelter Wert für die Prozessgröße ausgegeben wird, und/oder wobei während eines Zeitintervalls, in welchem keine Gasblasen mehr vorhanden sind, jeweils ein aktuell ermittelter Wert für die Prozessgröße ausgegeben wird.It is also advantageous if, during a time interval in which gas bubbles are present, a value for the process variable that was last determined before the formation of the gas bubbles is output, and / or a current value in each case during a time interval in which there are no more gas bubbles determined value for the process variable is output.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung beinhaltet, dass anhand des Verhältnisses der ersten und zweiten charakteristischen Größe eine Prozessüberwachung vorgenommen wird. Das Vorhandensein von Gasblasen kann in bestimmten Prozessen auch gewünscht und mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht oder verifiziert werden.Another particularly preferred embodiment includes that process monitoring is carried out on the basis of the ratio of the first and second characteristic variables. The presence of gas bubbles can also be desired in certain processes and monitored or verified by means of the method according to the invention.
So kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise vorteilhaft eine Gärung oder ein Desinfektionsprozess überwacht werden. Für derartige Prozesse ist das Vorhandensein von Gasblasen während einzelner Verfahrensschritte zwingend erforderlich. Das erfindungsgemäße Verfahren kann hier einerseits einen Aufschluss über das tatsächliche Vorhandensein der Gasblasen geben. Darüber hinaus kann auch ein Zeitpunkt ermittelt werden, zu welchem keine Gasblasen mehr vorhanden sind. Anhand dieses Zeitpunkts können dann beispielsweise weitere Prozessschritte eingeleitet oder Prozessgrößen des Mediums bestimmt und/oder überwacht werden.For example, fermentation or a disinfection process can advantageously be monitored by means of the method according to the invention. The presence of gas bubbles during individual process steps is absolutely necessary for such processes. The inventive method can on the one hand provide information about the actual presence of the gas bubbles. In addition, a point in time can also be determined at which there are no more gas bubbles. On the basis of this point in time, for example, further process steps can then be initiated or process variables of the medium can be determined and / or monitored.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm zur Detektion von Gasblasen in einem flüssigen Medium mit computerlesbaren Programmcodeelementen, die, wenn sie auf einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, zumindest eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.The object on which the invention is based is further achieved by a computer program for detecting gas bubbles in a liquid medium with computer-readable program code elements which, when executed on a computer, cause the computer to execute at least one embodiment of the method according to the invention.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm und zumindest einem computerlesbaren Medium, auf dem zumindest das Computerprogramm gespeichert ist.The object on which the invention is based is also achieved by a computer program product with a computer program according to the invention and at least one computer-readable medium on which at least the computer program is stored.
Es sei darauf verwiesen, dass die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Ausgestaltungen sich mutatis mutandis auch auf das erfindungsgemäße Computerprogramm und das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt anwendbar sind und umgekehrt.It should be pointed out that the configurations described in connection with the method according to the invention can also be applied mutatis mutandis to the computer program according to the invention and the computer program product according to the invention, and vice versa.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Skizze eines (a) vibronischen Sensors und (b) eines nach dem Coriolis-Messprinzip arbeitendes Feldgerät gemäß Stand der Technik, -
2 eine schematische Darstellung des Einflusses von Gasblasen auf das Empfangssignal, -
3 Diagramme der Frequenz des ersten und zweiten Empfangssignals sowie des Verhältnisses der ersten und zweiten Frequenz je als Funktion der Zeit, und -
4 Diagramme der Amplitude des ersten und zweiten Empfangssignals sowie des Verhältnisses der ersten und zweiten Amplitude je als Funktion der Zeit.
-
1 a schematic sketch of a (a) vibronic sensor and (b) a field device operating according to the Coriolis measuring principle according to the prior art, -
2 a schematic representation of the influence of gas bubbles on the received signal, -
3 Diagrams of the frequency of the first and second received signal and of the ratio of the first and second frequency as a function of time, and -
4th Diagrams of the amplitude of the first and second received signal and of the ratio of the first and second amplitude as a function of time.
In den Figuren sind gleiche Elemente jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen.In the figures, the same elements are provided with the same reference numerals.
In
Im Bereich des einlassseitigen
Jedes der beiden Messrohre
Gasblasen in einem flüssigen Medium haben einen großen Einfluss auf die viskoelastischen Eigenschaften der Flüssigkeit. Daraus resultiert, dass Gasblasen ebenfalls einen großen Einfluss auf das die mechanischen Schwingungen der schwingfähigen Einheit
Im Falle der
Für den Fall von Medien in Form von wässrigen Lösungen kann die Eigenfrequenz
Dabei ist a der Radius der Gasblasen, γ der polytropische Koeffizient, pA der Prozessdruck und
Die jeweils maximale Gasblasengröße in Wasser ist abhängig von der archimedischen Kraft, welche die Blasen aus der Flüssigkeit austreibt, und von der Haftung der Gasblasen auf der Oberfläche der Sensoreinheit
Im Falle, dass mittels des Sensors
Analoge Überlegungen gelten für den Fall eines Coriolis-Messgeräts
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt nun die zuverlässige Detektion von Gasblasen in flüssigen Medien. Dazu wird die schwingfähige Einheit 4,7 mittels zweier verschiedener Anregesignale
Zwei mögliche beispielhafte Ausgestaltungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind in den Figuren
Im Falle der
Für das gezeigte Beispiel ist die schwingfähige Einheit 4,7 derart ausgelegt, dass die Grundschwingungsmode bei einer Eigenfrequenz f1,vac< 1,5 kHz liegt und die erste höhere Schwingungsmode bei einer Eigenfrequenz f2,vac~9f1,vac. Auf diese Weise können Gasblasen mit Durchmessern d>0,5mm sicher detektiert werden.For the example shown, the
Der Verlauf der zweiten Frequenz
Eine zuverlässigere Aussage über das Vorhandensein von Gasblasen wird möglich durch Betrachtung des Verhältnisses
Die gleichen Überlegungen lassen sich auf den Fall, dass anstelle der Frequenz f als charakteristische Größe die Amplitude A verwendet wird, übertragen. Dieser Fall ist beispielhaft für die gleiche Anwendung eines in frisches Süßwasser eintauchenden Sensors
Für den Fall der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Vibronischer SensorVibronic sensor
- 22
- SensoreinheitSensor unit
- 33
- Behältercontainer
- 44th
- Schwingfähige Einheit eines vibronischen SensorsVibratory unit of a vibronic sensor
- 55
- Antriebs-/EmpfangseinheitDrive / receiver unit
- 66th
- ElektronikeinheitElectronics unit
- 7,7a, 7b7.7a, 7b
- schwingfähige Einheit eines Coriolis-Messgerätsoscillatable unit of a Coriolis measuring device
- 88th
- GehäusemodulHousing module
- 99
- Trägercarrier
- 1010
- VerschalungCladding
- 11a,11b11a, 11b
- Prozessanschlüsse Process connections
- MM.
- Mediummedium
- S1,S2S1, S2
- SchwingungsmodenModes of vibration
- 1,11,121,11,12
- AnregesignaleExcitation signals
- X,X1,X1X, X1, X1
- EmpfangssignaleReceived signals
- f1, f2 f 1 , f 2
- erste, zweite Frequenzfirst, second frequency
- A1, A2 A 1 , A 2
- erste, zweite Amplitudefirst, second amplitude
- fG f G
- Eigenfrequenz der GasblasenNatural frequency of the gas bubbles
- fP f P
- kritische Frequenzcritical frequency
- ρρ
- Dichte des MediumsDensity of the medium
- VV
- Verhältnisrelationship
- tt
- Zeittime
- SS.
- Empfindlichkeitsensitivity
- dd
- Durchmesser der GasblasenDiameter of the gas bubbles
- aa
- Radius der GasblasenRadius of the gas bubbles
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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