CN110709677A - 过程监视方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种至少基于一个用于确定容器(3)中的至少一种介质(4)的至少一个过程变量的电容和/或导电测量探头(2)的自动化技术中的过程监视方法，一种适用于执行该方法的装置(1)以及一种计算机程序和一种计算机可读介质。该方法包括以下方法步骤：查明测量探头(2)是否至少部分地与介质(4)接触；至少将介质(4)的电导率(σ)、介质(4)的介电常数(ε)和/或介质(4)对测量探头(2)的覆盖程度(B)记录为时间的函数；以及，基于作为时间的函数的电导率(σ)、介电常数(ε)和/或覆盖程度(B)来监视在容器(3)内运行的至少一个过程。

Description

过程监视方法

技术领域

本发明涉及一种用于基于电容和/或导电测量探头在自动化技术中用于过程监视的方法、一种相应的装置、一种计算机程序和一种计算机可读介质。

背景技术

在自动化技术中使用的电容和/或导电测量探头在许多情况下用于监视料位。当为此而使用了公知的导电测量方法时，监视例如是否存在经由导电介质的在探头电极与导电容器的壁或第二电极之间的电接触。相应的现场设备由申请人例如以商标Liquipoint进行出售。

然而，在例如蒸馏水、糖浆或酒精的具有较低电导率(＜1μS/cm)的介质的情况下，或者甚至在例如油和脂肪的具有小于1μS/cm的电导率且介电常数小于20的介质的情况下，介质的电导率相对于空气的电导率的变化太小，以至于仍然无法通过典型的导电料位测量设备的电器安全地记录。在这些情况下，通常使用同样公知的电容测量方法，其中，通过由探头电极和容器壁或第二电极形成的电容器的电容来查明介质的料位。在这种情况下，取决于介质的电导率，介质或探头绝缘层形成电容器的电介质。在许多不同的实施例中，利用电容测量原理的现场设备由申请人例如以商标Liquicap和Solicap进行出售。

原则上，对于导电的和非导电的介质，借助于电容测量方法的料位检测确实是可行的。然而，对于具有增加的电导率的介质，优选地，测量探头的绝缘是必要的，因为介质否则影响测量电路的短路。然而，该绝缘的阻抗，尤其是下面将要描述的保护电极的阻抗，对于有粘性的介质是不利的，因为该阻抗然后包含用于介质的补充的串联连接的阻抗。

从DE3212434 C2已知，使用保护电极来防止积聚物形成，该保护电极同轴地围绕传感器电极并且与传感器电极处于相同电位。取决于积聚物的特性，在该实施例的情况下，存在适当地产生保护信号的问题。在此上进行了发展，DE102006047780 A1公开了一种具有放大单元和限制元件的测量探头，以便在大的测量范围内对积聚物形成不敏感。此外，DE102008043412 A1公开了一种具有存储单元的料位测量设备，其中存储了各种介质的极限值。在超过或低于该极限值的情况下，以积聚物形成不影响可靠开关的方式产生开关信号。

为了能够利用单个测量设备与介质的电气特性无关地记录介质的过程变量，尤其是预定料位，从DE102011004807A1已知一种具有与用于电容的或导电的测定容器中的介质的至少一种过程变量的装置至少部分同轴的结构的探头单元。该探头单元可以基本上平齐地应用在容器中，这相对于针对某些应用必须满足的卫生标准是尤其有利的。

这种类型的多传感器也是DE102013102055A1的主题，其描述了一种方法和装置，借助于该方法和装置，可以交替地在导电和电容操作模式下确定预定的料位。为了能够进一步实现改进的测量分辨率，从DE102014107927A1已知的是为测量探头供应由两个周期性的信号部分组成的激励信号，其中，为电容操作模式生成第一信号分量，为导电操作模式生成第二信号分量。

最后，在DE102013104781A1中公开了一种允许在电容和导电操作模式下监视介质的至少一种介质特定性质的方法和装置。在这种情况下，介质特定性质可以是介质的电导率，或者甚至是介质的介电性质，诸如例如其介电常数。

发明内容

从现有技术出发，本发明的目的是扩展电容和/或导电测量探头的使用领域。

该目的通过权利要求1所限定的方法、通过权利要求11所限定的装置、权利要求14所限定的计算机程序以及通过权利要求15所限定的计算机可读介质来实现。

关于该方法，本发明的目的通过一种至少基于用于确定容器中的至少一种介质的至少一个过程变量的一个电容和/或导电测量探头在自动化技术中用于过程监视的方法来实现。该方法包括以下方法步骤：

-查明测量探头是否至少部分地与介质接触，

-至少将介质的电导率、介质的介电常数和/或介质对测量探头的覆盖程度记录为时间的函数，以及

-基于作为时间的函数的电导率、介电常数和/或覆盖程度来监视在容器内运行的至少一个过程或所述过程。

有利地，可以基于作为时间的函数的电导率、介电常数和/或覆盖程度来监视容器内发生的过程。本发明因此使得能够经由查明相关过程变量的值来进行全面的过程监视。

在该方法的实施例中，在测量探头的导电操作模式和/或电容操作模式下查明电导率、介电常数和/或覆盖程度。取决于介质的电导率和/或介电常数，电容或导电操作模式可以是更合适的。在这方面尤其参考了DE102013104781A1(US2016116322)，其公开内容通过引用结合于此。

在该方法的附加实施例中，查明并为监视该过程考虑了容器中的至少一种介质的至少一个过程参数——尤其是温度或压力。

有利的实施例包括查明容器中是否存在介质的预定料位。在这种情况下，例如当已达到预定料位时，执行过程监视。预定料位例如是对应于由介质预定覆盖测量探头——优选介质完全覆盖测量探头的料位。在该方法的替代实施例中，查明测量探头是否被至少一种介质的薄膜至少部分地——优选完全地覆盖。因此，例如查明在测量探头的区域中是否存在介质的残留物。

该方法的尤其优选的实施例提供了在容器中监视至少第一介质和第二介质的混合。因此，至少第一和第二介质的混合被监视。在这种情况下，例如可以监视至少两种介质是否基本上混合均匀。

该方法的另一尤其优选的实施例提供了监视在容器中发生的清洁过程。在这方面，有利地基于电导率、介电常数和/或覆盖程度的变化来检测清洁过程已进行的程度。同样有利地是，在清洁过程结束之后，基于电导率、介电常数和/或覆盖程度来检测在容器中剩余的至少一种介质的残留物。

在该方法的另一优选的实施例中，监视容器中存在预定比例的至少第一介质和第二介质。

在另一优选的实施例中，反过来，针对过程监视对配方的保持。

此外，本发明的目的通过一种在自动化技术中用于过程监视装置来实现，该装置包括电容和/或导电测量探头以及电子单元，该电子单元被实施为执行本发明方法的至少一个实施例。

该装置被实施为例如对应于DE102011004807A1并且包括具有一个至少部分同轴构造的测量探头。该探头单元可以例如以其可以基本平齐地插入容器中的方式来实施。除了DE102011004807A1之外，在这方面同样参考了DE102014107927A1。这里对两份文件都进行了参考。

关于装置，该装置有利地还包括接口，尤其是数字接口，其用于将所查明的至少电导率、介电常数和/或覆盖程度的测量值传输到外部单元。

同样有利地，该装置还包括显示单元，其用于显示作为时间的函数的至少电导率、介电常数和/或覆盖程度，和/或用于显示关于在容器内运行的过程的信息。

此外，本发明的目的通过一种包括命令的计算机程序来实现，当计算机执行该程序时，该命令使计算机执行本发明方法的至少一个实施例。最后，本发明的目的同样通过一种包括命令的计算机可读介质来实现，在由计算机执行时，该命令使计算机执行本发明方法的至少一个实施例。

这里要注意的是，针对本发明的方法所描述的实施例也可以被实施于适用于本发明的装置、计算机程序和计算机可读介质，反之亦然。

附图说明

现在将基于附图更加详细地解释本发明，附图为如下所示：

图1是根据现有技术的电容和/或导电测量探头的示意图；

图2是借助于本发明方法的实施例来监视两种介质混合的示意图；以及

图3是借助于本发明方法的实施例来监视容器中的清洁过程的示意图。

具体实施方式

图1示出了一种现有技术的测量设备1，借助于该测量设备可以使用电容和/或导电测量方法来确定和/或监视过程变量，诸如例如料位或预定的料位。测量探头2延伸到至少部分填充有介质4的容器3中。这里，测量探头2经由容器3顶部中的开口3a延伸到容器3中。在图1示出的示例中，测量探头2从上方伸入到容器3中。可替换地，测量探头2也可以安装在容器3的侧壁中。在这种情况下，也可以将测量探头齐平安装，使得测量探头的末端基本上与容器3的内表面齐平，这在具有小内径的管或容器的情况下是尤其有利的。这种测量探头由申请人例如以标志FTW33制造并且销售。

在这里示出的示例中，测量探头2由传感器电极5和保护电极6组成。两个电极都与电子单元7电连接，该电子单元负责信号记录、评估和/或馈送。在图1的示例中，由容器3的壁提供接地电极。在当前的情况下，容器3相应地由导电材料构成。当然，在容器3具有不导电材料壁的情况下，接地电极也可以替代地被实现为测量探头2的完整部分或者另一独立电极。

电子单元7基于在电容和导电操作模式中生成的响应信号来确定和/或监视测量操作模式中的过程变量，诸如例如是否超过和/或未达到容器3中的介质4的预定料位，并且在给定的情况下，当达到预定料位时，生成相应的报告或者启动相应的开关过程。为此，电子单元7可以由例如在DE102013104781A1中所描述的，或者以用于两个操作模式的单个电子单元7的形式，例如在DE102014107927A1中所提供的，用于两个操作模式的两个子单元组成。

根据本发明的方法的过程监视，首先查明测量探头2是否至少部分地与介质4接触。例如，可以检查测量探头2是否基本上被介质4完全地覆盖。例如，当监视至少两种不同介质4的混合时，这是有利的。可替代地，同样可能的是测试测量探头2是否至少部分地被介质4的薄膜覆盖。在这种情况下，优选地测量探头至少被介质4覆盖例如50％。

为了执行本发明的方法，然后将至少一种介质4的至少电导率、至少一种介质4的介电常数和/或介质4对测量探头2的覆盖程度记录为时间的函数，并且基于这样的数据来监视在容器3内运行的过程。

关于介质4的电导率或介电常数的查明，参考了DE102014107927A1。随后，将覆盖程度B定义为从传感器电极5可分接的传感器电流与在保护电极6上可分接的保护电流之比。

图2示出了本发明方法的第一实施例。要监视的过程是在容器3中第一介质4a和第二介质4b的混合。该视图示出了作为时间t的函数的覆盖程度B、电导率σ、介电常数ε。借助于合适的显示元件[未示出]，可以将这种表示直接呈现在测量设备1上。显示单元可以是例如阻力指示器或数据记录器。在这种情况下，测量设备1被直接实现为执行本发明方法的至少一个实施例。例如，电子单元7可以包括合适的装置，诸如例如计算单元和/或存储单元。

替代地，测量设备1还可以经由例如I/O链路接口的通信接口，特别是数字通信接口[未示出]来操作。有线接口和无线接口都提供此连接中的选项。例如，该方法可以在例如计算机的外部单元[未示出]中执行。为此，该方法可以例如以计算机程序的形式实现。可替代地，该方法也可以在计算机可读介质中实现。

在时间点M0处，测量探头2处于空气中。在时间点M1处，开始用第一介质4a填充容器3。在时间点M2处，第一介质4a在容器3中达到预定料位。在本示例中，预定料位对应于第一介质4a基本上完全覆盖测量探头2。在时间点M2处，将第二介质4b填充到容器中，并且开始两种介质4a和4b的混合。在时间点M3处，一旦实现了两种介质4a和4b的完全且基本均匀的混合，测量值就保持恒定。此外，在图2所示的示例中，在时间点M3处，开始加热两种混合介质4a和4b，并且对容器3进行抽真空。在时间点M3和M4之间的时间段内，容器3中的介质4a和4b的电导率σ和稠度持续变化。在时间点M4处，将第三介质4c添加到容器中，并且在容器3内重新开始混合过程。再次，例如可以基于电导率σ何时变为恒定来检测混合的均匀性。在本示例中，在时间点M5处就是这种情况。

图3示出了本发明方法的第二示例。在这种情况下，在容器中进行清洁过程。为了清洁容器，通常容器3至少部分地填充合适的清洁液。通常，清洁过程包括多个循环，在每个循环中将一种或多种清洁液引入容器3中。在时间点M1处，清洁过程尚未开始。在这里示出的示例中，电导率σ与清洁进程成比例地下降。在时间点M2处，开始清洁过程的第二周期。一旦在时间点M3处检测到电导率在预定的持续时间内基本恒定，可以结束清洁过程。因此，可以基于电导率σ、介电常数ε和/或覆盖程度B的变化来监视清洁过程的进程。同样，可以基于这些变量中的至少一个来监视在清洁循环结束后，介质4的残留物是否仍留在容器3中。在这种情况下，例如介质4或清洁液4的电导率σ尚未达到平稳水平。

在这种情况下，当测量探头2在各个循环期间基本上完全被用于监视清洁过程而对应于存在的特定介质4的清洁液覆盖时，以及当测量探头2被清洁液4的薄膜覆盖时，可以可靠地监视清洁过程。这对应于喷洒到测量探头2上的液体薄膜。

因此，基于作为时间的函数的所测量的电导率σ、介电常数ε和/或覆盖程度B，可以获得与自动化技术中的不同过程有关的定性信息。这里要注意的是，对于过程监视而言，诸如在图2示出的示例中，不必须将电导率σ、介电常数ε和覆盖程度同时视为时间的函数。而是，当仅仅测量变量中的一个或两个时，对于期望的过程监视同样可以是足够的。在此同样要注意的是，除了过程监视的两个示例之外，还可以监视许多其他的过程，这些所有都落入本发明的范围内。例如可以监视在容器3中存在预定比例的至少第一介质4a和第二介质4b，或者甚至可以监视配方的保持。

例如，可以为电导率σ、介电常数ε和/或覆盖程度B记录和存储参考值或参考曲线。这些参考值或参考曲线则对应于正确运行的过程。在预定的时间间隔内或者在要监视的过程执行期间，则可以记录电导率σ、介电常数ε和/或覆盖程度B的相应测量值或测量曲线，并与参考值或参考曲线进行比较。当测量值或测量曲线与关联的参考值或参考曲线之间的偏差超过了预定的极限值时，则例如可以假定在特定的过程中出现了错误，并且在给定的情况下生成并输出报告。

附图标记列表

1 测量设备

2 测量探头

3 容器

3a 容器中的开口

4 介质

4a-4c 第一介质、第二介质、第三介质

5 传感器电极

6 保护电极

7 电子单元

M0-M5 要监视的过程期间的时间点

σ 电导率

ε 介电常数

Claims (15)

1.一种至少基于一个电容和/或导电测量探头(2)在自动化技术中用于过程监视的方法，所述测量探头(2)用于确定容器(3)中的至少一种介质(4)的至少一个过程变量，所述方法包括以下方法步骤：

-查明所述测量探头(2)是否至少部分地与所述介质(4)接触，

-至少将所述介质(4)的电导率(σ)、所述介质(4)的介电常数(ε)和/或所述介质(4)对所述测量探头(2)的覆盖程度(B)记录为时间的函数，以及

-基于作为时间的函数的所述电导率(σ)、所述介电常数(ε)和/或所述覆盖程度(B)来监视在所述容器(3)内运行的至少一个过程或所述过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述测量探头(2)的导电操作模式和/或电容操作模式下查明所述电导率(σ)、所述介电常数(ε)和/或所述覆盖程度(B)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，查明并为监视所述过程考虑所述容器(3)中的所述至少一种介质(4)的至少一个过程参数，尤其是温度或压力。

4.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中，查明在所述容器(3)中是否存在介质(4)的预定的料位，或者其中查明所述测量探头(2)是否至少部分地，优选完全地被所述至少一种介质(4)的薄膜覆盖。

5.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其中，在所述容器(3)中监视至少第一介质(4a)和第二介质(4b)的混合。

6.根据权利要求1-4中至少一项所述的方法，其中，监视在所述容器(3)中发生的清洁过程。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，基于所述电导率(σ)、所述介电常数(ε)和/或所述覆盖程度(B)的变化来检测所述清洁过程已进行的程度。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，在所述清洁过程终止后，基于所述电导率(σ)、所述介电常数(ε)和/或所述覆盖程度(B)来检测在所述容器(3)中剩余的所述至少一种介质(4)的残留物。

9.根据权利要求1-4中至少一项所述的方法，其中，监视预定比例的至少所述第一介质(4a)和所述第二介质(4b)在所述容器(3)中存在。

10.根据权利要求1-4中至少一项所述的方法，其中，针对过程监视对配方的保持。

11.一种在自动化技术中用于过程监视的装置(1)，包括电容和/或导电测量探头(2)以及电子单元(7)，所述电子单元(7)被实施为执行根据前述权利要求中一个所述的至少一种方法。

12.根据权利要求11所述的装置，还包括接口，特别是数字接口，所述接口用于将至少所述电导率(σ)、所述介电常数(ε)和/或所述覆盖程度(B)的所查明的测量值传输到外部单元。

13.根据权利要求11或12所述的装置，还包括显示单元，所述显示单元用于显示作为时间的函数的至少所述电导率(σ)、所述介电常数(ε)和/或所述覆盖程度(B)，和/或用于显示有关在所述容器(4)内运行的所述过程的信息。

14.一种包括命令的计算机程序，当计算机执行所述程序时，所述命令使所述计算机执行根据权利要求1至9中至少一项所述的方法。

15.一种包括命令的计算机可读介质，当被计算机执行时，所述命令使所述计算机执行根据权利要求1至9中至少一项所述的方法。

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