CN110832289B - 用于监视线圈的状态方法和用于确定和/或监视过程变量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监视具有至少两条连接导线(d1、d2)的线圈(17)的状态的方法，所述线圈(17)是用于确定容器(5)中介质(4)的至少一个过程变量的装置(1)的一部分，并且涉及一种用于确定容器(5)中介质(4)的过程变量的装置(1)，所述装置能够执行根据本发明的方法。所述方法包括如下方法步骤：查明对于所述线圈(17)和所述连接导线(d1、d2)的欧姆总电阻的目标值(Rges,ref)；向所述线圈(17)供应电激励信号，并借助于所述两条连接导线(d1、d2)从所述线圈(17)接收电接收信号；至少使用所述接收的信号来查明所述欧姆总电阻的实际值(Rges)；以及，将所述实际值(Rges)与所述目标值(Rges,ref)进行比较，并使用所述比较来查明状态指示。

Description

用于监视线圈的状态方法和用于确定和/或监视过程变量的 装置
技术领域
本发明涉及一种用于监视具有至少两条连接导线的线圈的状态的方法，所述线圈是用于确定和/或监视容器中介质的至少一个过程变量的装置的一部分。本发明还涉及一种可以执行本发明的方法的装置。所述装置是过程和/或自动化技术的现场装置。例如，它可以是电子振动传感器，其包括：机械可振荡单元；具有至少一个线圈的驱动/接收单元；以及电子单元。然后，过程变量例如是介质的液位或流量或其密度或粘度。所述介质位于容器中，在本发明的上下文中，所述容器包括罐、容器或管线。继而，所述介质是例如液体、气体或散装货物。
背景技术
电子振动传感器广泛应用于过程和/或自动化技术中。在液位测量设备的情况下，其具有至少一个机械可振荡单元，例如振荡叉、单个杆或膜。所述机械可振荡单元在操作期间借助于通常以诸如压电驱动器或电磁驱动器的机电换能器单元的形式的驱动/接收单元被激励，以使机械可振荡单元执行机械振荡。然而，在流量测量设备的情况下，机械可振荡单元也可被实施为被介质流过的可振荡的管诸如例如根据科里奥利原理工作的测量设备。
申请人生产了大量对应的现场设备，并且在液位测量设备的情况下，例如以商标“LIQUIPHANT”和“SOLIPHANT”进行销售。基本的测量原理原则上从许多出版物中是已知的。驱动/接收单元借助于电激励信号来激励机械可振荡单元，以使机械可振荡单元执行机械振荡。相反，驱动/接收单元可以接收机械可振荡单元的机械振荡并将其转换成电接收信号。驱动/接收单元对应地是单独的驱动单元和单独的接收单元，或者是组合的驱动/接收单元。
在这种情况下，驱动/接收单元在许多情况下是反馈电振荡电路的一部分，借助于驱动/接收单元发生机械可振荡单元的激励以执行机械振荡。例如，对于谐振，必须满足振荡电路条件，根据该条件，放大系数必须≥1，并且振荡电路中出现的所有相位都必须是360°的倍数。为了激励和满足振荡电路条件，必须确保激励信号与接收信号之间一定的相移。因此，经常在激励信号与接收信号之间设置有关相移的预确定值，因此相移的期望值。现有技术为此提供了最多样的解决方案，模拟方法以及数字方法，诸如在例如DE102006034105A1、DE102007013557A1或DE102005015547A1中描述的。此外，借助于诸如在例如DE102009026685A1、DE102009028022A1和DE102010030982A1中公开的所谓的频率扫描，或还基于相位控制环路(锁相环路，PLL)，可能对可预确定的相移进行设置。基于PLL的激励方法是例如DE00102010030982A1的主题。
激励信号和接收信号二者的特征在于频率ω、振幅A和/或相位Φ。对应地，在确定诸如例如容器中介质的特定液位、或者介质的密度和/或粘度、或通过管道或管子的介质的流量的特定的过程变量时通常考虑这些变量的变化。例如，在用于液体的电子振动限位开关的情况下，区分出可振荡单元是被液体覆盖还是自由振荡。在这种情况下，例如基于不同的谐振频率因此频移来区分自由状态和被覆盖状态这两个状态。反过来，密度和/或粘度只有当可振荡单元被介质覆盖时，才可以用这种测量装置查明。用于确定介质的粘度和/或密度的各种方法在例如DE10050299A1、DE102007043811A1、DE10057974A1和DE102015102834A1中阐述。
用于驱动/接收单元的尤其是压电和/或电磁驱动/接收单元。通常，在基于压电效应的驱动/接收单元的情况下，可以实现较高的效率。在此，效率意指将电能转换成机械能的效率。常用的材料是基于LZT(锆钛酸铅)的压电陶瓷材料。然而，这些通常仅适用于最高约300℃的有限温度范围。虽然存在在300℃以上的温度下仍能保持其压电性能的压电陶瓷材料，但是它们的缺点是其有效性远不如基于LZT的材料。此外，由于金属和陶瓷材料的热膨胀系数差异很大，因此这些高温材料仅有限地适用于电子振动传感器。因为其用作激励可振荡单元的机械振动的力提供者，所以必须连接压电元件以将力传输到可振荡单元。然而，尤其是在高温的情况下，产生大的机械应力，这可能使压电元件断裂，并与其相关联地导致传感器的整体故障。
对于高温可能更好的替代方案是所谓的电磁驱动/接收单元，诸如例如在WO2007/113011、WO 2007/114950 A1、DE102015104533A1或在本申请首次提交之日未公布的德国专利申请No.102016112308.0中描述的。在这种情况下，经由磁场发生将电能改变为机械能。对应的机电换能器单元包括至少一个线圈和永磁体。借助于线圈，产生穿过磁体的交变磁场，并且经由磁体，在可振荡单元上施加周期性的力。取决于所利用的材料，这种驱动/接收单元可适用于例如﹣200℃与500℃之间的温度范围。
为了确保电子振动传感器的可靠工作，现有技术提供了最多样的方法用于诊断电子振动传感器的可能的故障。在安全至关重要的应用中，诸如例如在填充有可燃液体的容器中使用限位开关，状态监视或诊断的机会尤其重要。取决于具体应用，测量装置必须满足不同的安全要求。在这方面，例如已知基于标准IEC61508的所谓的SIL(安全完整性等级)，其在四个不同等级之间进行区分以规定对安全功能的安全完整性的要求。在这种情况下，安全要求等级原则上根据潜在危险提供了针对特定系统或测量装置的可靠性的度量。通常提供的用于确保一定等级的安全完整性的安全功能例如由紧急关断，例如关断过热的设备给出。
例如，为了设置安全完整性等级，检验个别组件的停止行为。此外，检查冗余结构的存在以及安全和不安全或危险故障率。基于这样的考虑，可以确定总故障率，基于所述总故障率可以为特定的系统或测量装置指派一定安全完整性等级。
DE102004027397A1描述了一种用于检测电子振动传感器中的电缆断裂的机会。从文献DE10014724A1和DE102009045204A1中已知用于检测可振荡单元的区域中积聚的诊断技术。然而，也可以在驱动/接收单元的区域中进行诊断，诸如例如在DE102008032887A1中描述的压电驱动/接收单元的诊断。
发明内容
从现有技术出发，本发明的目标是提供一种满足高安全性要求的测量装置。
所述目标通过根据本申请所述的方法以及通过根据本申请所述的装置来实现。
关于所述方法，本发明的目标通过一种用于监视具有至少两条连接导线的线圈的状态的方法来实现，所述线圈是用于确定容器中介质的至少一个过程变量的装置的一部分，所述方法包括如下方法步骤：
-查明对于线圈和连接导线的欧姆总电阻的期望值，
-向线圈供应电激励信号，并借助于两条连接导线从线圈接收电接收信号，
-至少基于所接收的信号来查明欧姆总电阻的实际值，以及
-将实际值与期望值进行比较，并基于所述比较来查明状态指示。
线圈通常包括具有至少一个绕组的绕制的线圈导线，并借助于两条连接导线电接触。在这种情况下，线圈可以可选地缠绕在线圈主体上。而且，线圈可以包括线圈芯。根据本发明，基于测量装置的线圈的欧姆总电阻的实际值与期望值的比较，检测出线圈的或连接导线中的至少一条的故障或故障。在这种情况下，总电阻包括连接导线的贡献以及线圈导线的贡献。
线圈例如是电子振动传感器的电磁接收单元的一部分。因此，在这种情况下，本发明的方法容许诊断测量设备的驱动/接收单元。然而，本发明不限于电子振动传感器。而是，本发明的方法可以类似地也应用于包括至少一个线圈的例如磁感应流量测量装置的其它测量装置，的状态监视。优选地，本发明的方法用于至少部分地与特定测量设备的传感器单元相关联的线圈。
状态指示可以是从不良的电接触到电缆断裂的陈述。在接触不良的情况下，例如，接触不良的区域中可能出现额外的结电阻，这对应地也传递了线圈的欧姆总电阻的贡献。替代地或另外补充地，然而状态指示也可以是关于在线圈导线的区域中的绕组短路的陈述。绕组短路也导致线圈总电阻的改变。
在该方法的有利实施例中，确定了实际值与期望值之间的差异，其中基于所述差异而查明了状态指示。特别地，可以检查所述差异是否超出可预确定的极限值，并且当所述差异超出可预确定的极限值时，做出关于线圈状态的陈述。
另一优选的实施例提供了创建用于线圈的欧姆总电阻的等效电路，其中基于所述等效电路而查明对于总电阻的期望值。在这种情况下，由线圈导线的电阻和连接导线的电阻建立总电阻。因此，基于等效电路而计算期望值，并且然后将其与至少基于接收信号而查明的实际值相比较。然后，使期望值优选地存储在存储器中，所述存储器可以同样地位于测量装置的电子单元中，或者在外部存储器单元中，所述外部存储器单元至少在需要时可以被访问。
然而，用于确定总电阻的期望值的其它选择同样是可能的，并且同样落入本发明的范围内。例如，在制造测量设备的上下文中或在其交付的情况下，可以测量欧姆总电阻的测量值并将其存储在存储器中。
关于等效电路而言，有利的是，至少两条连接导线中的每条都由导线电阻和导线故障电阻的串联电路表示和/或线圈由线圈电阻和线圈故障电阻的串联电路表示。在理想情况下，导线故障电阻和线圈故障电阻可忽略不计，并且期望值基本上来自导线电阻和线圈电阻的值。然而，在实际条件下，总是预期电阻的不同实际值与期望值之间存在差异。然后，根据导线故障电阻和线圈故障电阻，可以定义一定公差范围，因此可以定义与期望值的可允许或可容忍的差异。因此，有利的是，对于至少一个导线故障电阻和/或线圈故障电阻，假设可预确定的故障值。
为了定义欧姆总电阻的实际值与期望值之差的可预确定的极限值，可以考虑导线故障电阻和线圈故障电阻等。因此，可从故障电阻计算或查明可预确定的极限值。然而，如果给出了默认的故障电阻，那么对于本发明的状态监视来说，该程序并不是绝对必要的。
在该方法的优选实施例中，状态指示是线圈的区域中存在至少一个绕组短路的陈述，或者是在线圈或至少两条连接导线的区域中存在不良的电接触或电缆断裂的陈述。在电接触不良的情况下，尤其在特定连接导线与线圈导线之间的接触区域中发生由于接触不良而产生的结电阻。
在该方法的额外优选实施例中，激励信号是交变信号，其中对于具有第一可预确定频率的至少第一激励信号，查明了在激励信号与所接收的信号之间的第一相位，并且其中查明了第一相位与第一相位的期望值之间的差异。从可预确定频率下激励信号与所接收的信号之间的相移，可以得出有关线圈状态的额外信息。在等效电路图中，线圈可以被示出为振荡电路，诸如将结合图5进行解释。
在这方面，可预确定频率优选地不是振荡系统的谐振频率。在线圈的区域中故障的情况下，存在谐振频率的偏移，并且与此相关，接收的信号的振幅的完整频谱偏移，并且激励信号与接收的信号之间的相移随频率变化。对应地，在故障情况下，相位的实际值明显偏离相位的期望值，尤其是高于可预确定的极限值。
关于利用交变信号激励线圈，有利的是，当差异超出第一可预确定的极限值时，做出在线圈的区域中的至少一个绕组短路的确定。在线圈区域中的绕组短路的情况下，线圈的电感减小，并且与此相关，谐振频率根据频率的正偏移，或者振幅和相位的完整频谱随频率变化。
相反，在连接导线的区域中或在线圈导线的区域中电缆断裂的情况下，或者在连接导线与线圈导线之间的电接触断开的情况下，振荡电路被完全中断。
同样有利的是，当所述差异超出第二可预确定的极限值时，做出在线圈所在的至少一个区域中是否存在水分或介质的确定。水分或介质的渗透致使等效电路图中电容的改变。经常存在电容增加的情况。因此，同样出现谐振频率的负偏移。在给定的情况下，振荡系统的品质也改变。
在另一实施例中，对于具有第二可预确定频率的至少第二激励信号，查明激励信号与接收的信号之间的第二相位，其中查明了第二相位与第二相位的期望值之间的差异。尤其地，查明了对应于用第一频率和第二频率激励的第一相位和第二相位的实际值与期望值之间的差异。因为除了谐振频率或相位的简单横向偏移之外，还查明了有关两个不同频率的相位，两个不同频率优选地都不是振荡系统的谐振频率，所以有利地还说明了振荡系统的质量改变。使用该额外信息，线圈的状态监视可以更加精确。
替代地，也可以将第一相位与第二相位之间的距离与该距离的期望值进行比较。实际上，虽然该程序并不太复杂，然而在给定情况下，如果不怀疑频率的正确性就无法检测到频率的偏移，或者例如可以区分振荡系统的质量变化和谐振频率的偏移。
本发明的方法的尤其优选的实施例包括：将线圈划分成至少两个子线圈并且设置有至少三条连接导线，其中借助于第一连接导线和第二连接导线来接触第一子线圈，并且其中借助于第二连接导线和第三连接导线来接触第二子线圈。因此，通常来说，将线圈分为n个子线圈，并通过n+1条连接导线进行电接触。通过将线圈分成至少两个子线圈，可以有利地找出线圈导线的区域中或者连接导线中的至少一个的区域中是否存在故障。此外，在许多情况下，可以准确地指出存在哪种类型的故障，因此例如是绕组短路还是不良的电接触。参考特定测量装置的功能安全性，这尤其有利。
在将线圈细分为至少两个子线圈的情况下，有利地，查明了子线圈的至少一个子电阻。然后，例如可以将该子电阻与对应子电阻的期望值相比较，类似于针对线圈的总电阻的情况已经描述的实施例。优选地，还可以查明多个子电阻并将其与这些子电阻的对应期望值进行比较。在这种情况下，可以考虑个别子线圈的子电阻或至少两个相邻子线圈的组合的子电阻。
同样有利地，形成了子电阻与总电阻的至少一个比率或至少两个子电阻之间的比率。通过形成比率，可以消除或最小化过程条件对查明线圈的特定子电阻或总电阻的不同影响，诸如介质温度的影响。
此外，本发明的目标通过一种用于确定和/或监视容器中介质的至少一个过程变量的装置来实现，其包括线圈和至少两条连接导线，所述装置被实施为执行根据所描述的实施例中的至少一项所述的方法。
在优选实施例中，所述装置是电子振动传感器，其包括
-机械可振荡单元，
-具有至少一个线圈和两条连接导线的驱动/接收单元，所述驱动/接收单元被实施为借助于电激励信号来激励机械可振荡单元，以使机械可振荡单元执行机械振荡并接收来自可振荡单元的机械振荡，并将其转换成电接收信号，以及
-电子单元，所述电子单元被实施为从所接收的信号开始以产生激励信号，并且从所接收的信号开始以查明至少一个过程变量。
结合本发明的方法描述的实施例在细节上作必要修改后也可适用于本发明的装置，且反之亦然。
附图说明
现在将基于附图更详细地描述本发明以及其有利的实施例，附图中的图1到图6如下所示：
图1：根据现有技术的电子振动传感器的示意图，
图2：根据现有技术的电子振动传感器的电磁驱动/接收单元，
图3：线圈的欧姆总电阻的等效电路图，
图4：被细分为三个子线圈的线圈的欧姆电阻的等效电路图，
图5：用于说明基于交变信号的本发明的状态监视的带芯线圈的等效电路图，并且
图6：本发明的基于交变信号的状态监视，示出了阻抗的量级和相位随针对线圈的不同状态的频率而改变的三个曲线图。
具体实施方式
虽然本发明总体上涉及过程和/或自动化技术的测量装置中的线圈，但是下面的描述以举例的方式限于电子振动传感器。更确切地，以下描述涉及一种具有包括线圈和至少一个磁体的电磁驱动/接收单元的电子振动传感器。本发明的方法和本发明的装置的理念可以直接转移到其他测量设备。
图1a示出了电子振动式液位测量装置1。具有呈振荡叉形式的机械可振荡单元3的传感器单元2部分地突出到位于容器5中的介质4中。借助于驱动/接收单元6激励机械可振荡单元3，通常是机电换能器单元,，以致使该机械可振荡单元执行机械振荡，并且例如可以是压电堆叠或双压电晶片驱动器，然而也可以是电磁的或磁致伸缩的驱动/接收单元。然而，应当理解，这里未示出的电子振动式液位测量装置1的其它实施例也是可能的。此外，所述测量装置包括电子单元7，借助于所述电子单元7发生信号记录、评估和/或供应。
图1b示出了诸如例如在LIQUIPHANT测量装置中使用的呈振荡叉形式的机械可振荡单元3的更详细视图。示出了膜8以及与其连接的振荡元件9。振荡元件9包括两个振荡杆10a、10b，在其末端上形成了桨叶11a、11b。在操作中，振荡叉3执行对应于振荡模式的振荡移动，并由此激励所述振荡叉3。两个振荡杆10a、10b中的每个基本上表现为所谓的弯曲振荡器。在基本振荡模式中，两个振荡杆10a、10b例如以彼此相反的相位振荡。
从现有技术中已知用于电磁驱动/接收单元的不同实施例。出于简单化的目的，以下描述涉及驱动/接收单元6，诸如在DE102015104533A1或在本申请首次提交之日未公开的德国专利申请No.102016112308.0中所述。在本发明的上下文中综合参考了两个专利申请。
图2示出了这种驱动/接收单元6的示意性视图。壳体13在壁的下部区域以膜8终止，所述膜8与机械可振荡单元3相关联。对于这里示出的实施例，壳体13是圆柱形的，并且盘形膜具有圆形横截面区域A。然而，应当理解，也可以提供选择其它几何形状，并且落入本发明的范围。三个杆15a、15b、15c垂直于膜8的基部区域A紧固至膜8并伸入壳体13的内部。在这种情况下，特别使用了力传输连接。膜8的基部区域A然后位于垂直于杆15a、15b、15c的纵向的平面中。例如，杆15a、15b、15c沿着假想的圆形线以相等的角度围绕膜8的基部区域A的中点M布置。
紧固在杆15a、15b、15c的远离膜8的端部区域中的分别是磁体16a、16b、16c，尤其是SmCo或Alnico磁体。磁体16a、16b、16c优选全部均等地定向。其它实施例具有2个杆15a和15b以及两个磁体16a和16b，或者四个杆15a至15d或更多的杆以及四个磁体16a至16d或更多的磁体。在偶数个磁体16a至16d的情况下，磁体也可以成对均等地定向。
依次在磁体16a、16b、16c上方布置有线圈17，所述线圈17包括围绕芯18缠绕的导线。线圈17的芯18是具有底板20以及围墙21的壶形电枢单元19的一部分。例如，底板20可以具有与膜8的基部区域A相同的圆形横截面面积。线圈17的芯18呈柱子的形式从壶形电枢单元19的底板20居中延伸到电枢单元19的内部。在这种情况下，围墙21然后具有磁场导回功能。具有磁体16a至16c的杆15a至15c不接触线圈17和芯18。线圈17在进行中的操作中被供应有交变信号以产生交变磁场。为此，线圈具有至少两条连接导线(图2中未示出)。
由于该交变场，杆15a至15c经由磁体16a至16c水平地，即垂直于或横向于其纵向轴线偏转，以这种方式致使它们振荡。一方面，杆15a至15c然后具有杠杆动作，通过所述杠杆动作，使通过水平偏转产生的杆15a至15c的弯曲传递到膜8，以这种方式致使膜8振荡的方式。另一方面，杆15a至15c和膜8的组合形成谐振器。因此，借助于交变磁场发生对膜8的激励，以致使机械可振荡单元执行机械振荡。
借助于本发明，可以执行线圈17的状态监视。为此，查明了线圈17的欧姆总电阻的期望值Rges,ref。通过用电激励信号将电能供应给线圈并评估从线圈17接收的信号，然后在例如以可预确定的时间间隔定期或在个别地查询时的可预确定的时间点，可以查明线圈17的欧姆总电阻的实际值Rges。通过将实际值Rges与期望值Rges,ref进行比较，然后可以查明线圈17的状态指示。例如，可以确定实际值Rges与期望值Rges,ref之间的差异。如果所述差异超出可预确定的极限值，则可以假设线圈17的区域中存在故障。在这种情况下，可能存在线圈导线22的绕组短路或线圈导线22与连接导线23a、23b中的至少一个之间的开放电接触。
在这种情况下，一方面，例如在制造特定的传感器1时或在其交付时，可以测量线圈17的欧姆总电阻的期望值Rges。然而，也可以基于诸如图3中示出的电等效电路的理论确定。对于这种等效电路图，可以选择最多样化的实施例，所有这些都落入本发明的范围内。在不限制一般性的情况下，对于本文示出的示例，线圈导线S由线圈电阻RS和线圈故障电阻dRS的串联电路表示，而两条连接导线d1、d2同样地分别由导线电阻Rd1或Rd2表示，并且导线故障电阻dRd1或dRd2串联连接。使用等效电路，可以查明线圈17的总电阻的期望值Rges,ref。在该方面，可以假设故障电阻dRC、dRd1、dRd2具有可预确定的故障值，所述故障电阻原则上为电阻RS、Rd1、Rd2提供最大可容许公差。在这种情况下，基于故障电阻dRS、dRd1、dRd2而定义或指定有关实际值Rges与期望值Rges,ref之间的差的可预确定的极限值。
另一优选实施例在图4中示出。线圈17被划分为三个子线圈S1、S2和S3，并且借助于四条连接导线d1至d4电接触。第一子线圈S1借助于连接导线d1和d2接触，第二子线圈S2借助于连接导线d2和d3接触，而第三子线圈S3借助于连接导线d3和d4接触。然而，本发明的线圈17可细分为任意数量的至少两个子线圈S1和S2，其中在每种情况下，为n个子线圈S1至Sn设置n+1条连接导线。在这种情况下，以下理念可以直接转移到不等于三个的多个子线圈中。
通过将线圈17细分为子线圈——在当前情况下分为三个子线圈S1、S2和S3，可以有利地定位线圈区域中的绕组短路或缺少电接触。为此，如同在总电阻Rges的情况下一样，可以查明每个至少一个子线圈RS1、RS2和RS3的子电阻或者两个相邻的子线圈RS12或RS23的子电阻。类似地，诸如在线圈17的总电阻Rges或Rges,ref的情况下，可以将在传感器1的正在运行中查明的子电阻RS1、RS2、RS3、RS12和/或RS23的实际值与对应的期望值RS1,ref、RS2,ref、RS3,ref、RS12,ref和/或RS23,ref。例如，可以查明在每种情况下存在的差异。
类似于图3中的实施例，在图4中，基于等效电路而查明子电阻和总电阻的期望值，其中子线圈由线圈电阻RS1至RS3和相关联的线圈故障电阻dRS1至dRS3的串联电路表示，并且类似地，连接导线分别由导线电阻Rd1至Rd4和相关联的导线故障电阻dRd1至dRd4表示。因为线圈导线S和连接导线d1至d4的欧姆电阻取决于温度，所以替代地，可以考虑各种子电阻RS1、RS2、RS3、RS12和/或RS23的比率和/或至少一个子电阻RS1、RS2、RS3、RS12和/或RS23以及总电阻Rges。在这种情况下，可以消除或最小化过程环境对状态监视的影响。
线圈17基本上可以被划分为具有至少部分不同的匝数的多个子线圈S1至Sn，也可以被划分为具有至少成对的相等匝数的子线圈。类似地，n+1条连接导线d1至dn+1可以基本上等同地实施，或者它们可以至少部分不同地实施。例如，线d1至dn+1的长度和/或横截面积可以变化。
在图4的实施例中，将线圈17划分成三个子线圈S1到S3并且同样地实施连接导线d1至d4的情况下，当形成了比率RS1/RS2、RS2/RS3以及RS12/RS23并将其与期望值RS1,ref/RS2,ref、RS2,ref/RS3,ref以及RS12,ref/RS23,ref的对应比率进行比较时，因为冗余，所以足以实现非常好的基于电阻的状态监视。为此，例如，可以应用所谓的枢轴双转台。
在连接导线d1至dn或子线圈S1至Sn中的一个的导线中发生电缆断裂的情况下，预计受电缆断裂影响的子电阻的实际值与期望值之间有很大差异。在连接导线d1至dn与子线圈S1至Sn中的一个的导线之间缺少电接触的情况下，与不受影响的子电阻相比，至少一个受影响的子电阻的实际值增加。
最后，图5和图6示出了本发明的其它实施例。因为向线圈17供应了呈交变信号形式的激励信号，所以可以对关于线圈17的状态做出额外陈述。在这方面，图5示出了具有芯18的线圈17的等效电路图。在这种情况下，L是线圈17的电感，R1是线圈17的电阻，R2是等效欧姆串联电阻，Rfe是频率相关的电抗，而S是线圈17的绕组之间的杂散电容。
根据本发明，将可预确定频率f1的相移Φ1的至少一个值与相移Φref,1的期望值进行比较，并且查明实际值Φf与期望值Φref、1之间的差异。在线圈17的区域中出现故障的情况下，诸如例如绕组短路或介质渗透，相位Φ的曲线随频率f而偏移，并且因此Φ1的值在频率f1下改变。因为例如在线圈17的区域中存在故障的情况下，振荡系统的品质Q的质量也可能发生改变，所以有利的是评估至少两个可预确定频率f1和f2的相位Φ1和Φ2，并将其与可预确定的期望值Φref,1和Φref,2进行比较。
当激励信号的频率f可变时，尤其是阻抗Z的频谱也可变时，可以生成和评估激励信号与接收信号之间的随频率f而变化的阻抗|Z|的量级、振幅A和/或相位Φ。对应的频谱在图6中示出，并在下面进行讨论以更好地说明振荡系统的行为。
图6a示出了全功能线圈17的阻抗|Z|的量级和相位Φ的频谱。阻抗|Z|的量级在谐振频率f0处具有最大值，而相位Φ的频谱具有拐点。可以将与频率f1相关联的相位Φ1视为该相位的期望值Φref,1。
在例如线圈17的三分之一短路的情况下，如图6b中所示，发生频谱改变。短路减小了线圈17的电感L，并且与其相关，与全功能的线圈17相比，谐振频率在正方向上偏移(Δf1)。谐振频率f‘0相对于全功能线圈的谐振频率f0偏移到较高的值，并且对应地，相位Φ的频谱曲线也存在类似的偏移。另外，因为在线圈17的区域中的短路，振荡系统的质量Q改变。
如基于频谱曲线可以看出，与频率f1相关联的相位改变为值Φ‘1，并且不再等于可预确定的期望值Φref，1。如果该差异超出第一可预确定的极限值，则可以认为存在绕组短路。类似的理念适用于其中评估了有关两个可预确定频率f1和f2的相位Φ1和Φ2的情况。
在电缆断裂的情况下，存在振荡电路的完全中断。
相反，在液体介质或湿气与线圈17接触的情况下，相反导致如图6c中示出的频谱。与全功能的线圈相比，线圈17的绕组之间的杂散电容C发生改变，并且与其相关，发生谐振频率的负偏移(Δf2)。
与短路的情况一样，在线圈与介质接触的情况下，光谱曲线也改变。然而，与图6b相反，谐振频率f“0偏移到较低的值。因此，频移Δf2为负。与全功能线圈的谐振频率f0相比，谐振频率f“0偏移到较低的值，并且对应地，存在相位Φ的频谱曲线的类似的偏移。另外，因为线圈17的区域中的短路，所以振荡系统的质量Q改变。
如基于频谱曲线显而易见的，与频率f1相关联的相位改变为值Φ“1，并且对应地不再等于可预确定的期望值Φref，1。如果所述差异超出第一可预确定的极限值，则可以假设存在绕组短路。类似的理念适用于其中评估了有关两个可预确定频率f1和f2的相位Φ1和Φ2的情况。
因为补充结合图3和图4对欧姆电阻R的解释考虑分析了相位Φ，所以不仅可以生成关于线圈17的功能的一般性陈述。而是，在许多情况下，可以区分出导致结电阻的绕组短路、电缆断裂和电接触不良。
综上所述，本发明使得能够对测量装置1中的线圈17进行状态监视。有利地，利用本发明，可以确保高测量功能安全性的测量装置1，因为可以检测并将各种故障彼此区分开。本发明的方法可以以可预确定的时间间隔周期性地执行或根据需要执行。而且，在给定的情况下，可以与正在进行的测量操作同时运行状态监视，以使得可以排除测量和诊断操作的相互影响。
附图标记列表
1 电子振动传感器
2 传感器单元
3 机械可振荡单元
4 介质
5 容器
6 驱动/接收单元
7 电子单元
8 可振荡单元的膜
9 可振荡元件
10a、10b 可振荡杆
11a、11b 桨叶
13 机电换能器单元的壳体
15a到15d 杆
16a到16d 磁体
17 线圈
18 线圈的芯
19 壶形电枢单元
20 底板
21 围墙
T 介质的温度
S1至Sn 子线圈
d1至dn 连接导线
Rref, 欧姆电阻的期望值
Rges 欧姆总电阻
RS、RS1至RSn 线圈或子线圈的欧姆电阻
Rd、Rd1至Rdn 连接导线的欧姆电阻
dRS、dRS1至dRSn 欧姆线圈故障电阻或子线圈故障电阻
dRd1至dRdn 欧姆线故障电阻
Φ 相位
f 频率

Claims (13)

1.一种用于监视线圈(17)的状态的方法，所述线圈(17)具有至少两条连接导线(d1、d2)，所述线圈(17)是用于确定容器(5)中介质(4)的至少一个过程变量的装置(1)的一部分，
包括如下方法步骤：
-查明对于所述线圈(17)和所述连接导线(d1、d2)的欧姆总电阻的期望值(Rges,ref)，
-向所述线圈(17)供应电激励信号，并借助于所述两条连接导线(d1、d2)从所述线圈(17)接收电接收信号，
-至少基于所接收的信号来查明所述欧姆总电阻的实际值(Rges)，以及
-将所述实际值(Rges)与所述期望值(Rges,ref)进行比较，并基于所述比较来查明状态指示，
其中，所述激励信号是交变信号，其中对于具有第一可预确定频率(f1)的至少第一激励信号，查明所述激励信号与所接收的信号之间的第一相位(Φ1)，并且其中查明所述第一相位(Φ1)与所述第一相位的期望值(Φref,1)之间的差异，并且
其中，当所述差异超出第一可预确定的极限值时，做出在所述线圈(17)的区域中的至少一个绕组短路的确定。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，确定所述实际值(Rges)与所述期望值(Rges,ref)之间的差异，并且其中基于所述差异来查明所述状态指示。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，创建用于所述线圈的所述欧姆总电阻(Rges)的等效电路，并且其中基于所述等效电路来查明对于所述总电阻的所述期望值(Rges,ref)。
4.根据权利要求3所述的方法，
其中，所述至少两条连接导线(d1、d2)中的每条都由导线电阻(Rd1、Rd2)和导线故障电阻(dRd2、dRd2)的串联电路表示，和/或
其中，所述线圈(17)由线圈电阻(RS)和线圈故障电阻(dRS)的串联电路表示。
5.根据权利要求4所述的方法，
其中，对于至少一个导线故障电阻(dRd2、dRd2)和/或所述线圈故障电阻(dRS)，假设可预确定的故障值。
6.根据权利要求1或2所述的方法，
其中，所述状态指示是所述线圈(17)的区域中存在至少一个绕组短路的陈述，或者是所述线圈(17)或所述至少两条连接导线(d1、d2)的区域中存在电接触不良或电缆断裂的陈述。
7.根据权利要求1所述的方法，
其中，当所述差异超出第二可预确定的极限值时，做出在所述线圈(17)所在的至少一个区域中存在水分或介质(4)的确定。
8.根据权利要求1或7所述的方法，
其中，至少对于具有第二可预确定频率(f2)的第二激励信号，查明所述激励信号与所接收的信号之间的第二相位(Φ2)，并且其中查明所述第二相位(Φ2)与所述第二相位的期望值(Φref,2)之间的差异。
9.根据权利要求1所述的方法，
其中，将所述线圈(17)划分成至少两个子线圈(S1-S3)并且设置有至少三条连接导线(d1-d4)，
其中，借助于第一连接导线(d1)和借助于第二连接导线(d2)来接触第一子线圈(S1)，并且
其中，借助于所述第二连接导线(d2)和借助于第三连接导线(d3) 来接触第二子线圈(S2)。
10.根据权利要求8所述的方法，
其中，查明子线圈(S1- S3)的至少一个子电阻(RS1、RS2、RS3、RS12、RS23)。
11.根据权利要求8所述的方法，
其中，形成子电阻(RS1、RS2、RS3、RS12、RS23)与所述总电阻(Rges)的至少一个比率或至少两个子电阻(RS1、RS2、RS3、RS12、RS23)之间的比率。
12.一种用于确定和/或监视过程变量的装置(1)，所述装置(1)用于确定和/或监视容器(5)中介质(4)的至少一个过程变量，包括线圈(17)和至少两条连接导线(d1、d2)，所述装置被实施为执行根据前述权利要求1-11中的任意一项所述的方法。
13.根据权利要求12所述的装置，
其中，所述装置(1)是电子振动传感器，包括：
-机械可振荡单元(3)，
-具有至少一个线圈(17)和两条连接导线(d1、d2)的驱动/接收单元(6)，所述驱动/接收单元(6)被实施为借助于电激励信号来激励所述机械可振荡单元(3)以使所述机械可振荡单元执行机械振荡并接收来自所述机械可振荡单元(3)的所述机械振荡，并将其转换成电接收信号，以及
-电子单元(7)，所述电子单元(7)被实施为从所接收的信号开始以产生所述激励信号，并且从所接收的信号开始以查明所述至少一个过程变量。
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