CN114645968A - 用于诊断阀的方法、诊断模块以及阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于诊断具有电动力学执行器(24)的阀(10)的方法，所述电动力学执行器包括线圈(26)、用于产生磁场的可运动的磁体装置(30)和可运动的执行机构(28)，所述可运动的执行机构与可运动地设置的磁体装置(30)耦联。测量所述电动力学执行器(24)的至少一个电变量。有关参考变量评估所述电变量，以便求得至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量与所述电动力学执行器(24)的运动曲线相关联。此外，本发明还涉及一种诊断模块(40)和一种阀(10)。

Description

用于诊断阀的方法、诊断模块以及阀
技术领域
本发明涉及一种用于诊断具有电动力学执行器的阀的方法。本发明还涉及一种用于具有电动力学执行器的阀的诊断模块以及一种阀。
背景技术
在流体技术中，典型地使用具有电磁执行器的阀。在已知的电磁执行器中，由磁性材料构成的衔铁借助于通过线圈产生的磁场运动，由此改变阀的位置。尤其在使阀小型化时，一方面节省空间地结构化并且另一方面提供足够磁力的可行性受限。这原因在于，在小线圈的情况下可实现的磁场强度强烈减小，或最大可能的电流对应地受限。
与已知的电磁执行器相反，电动力学执行器中的磁场强度与磁体装置的插入执行器中的永磁体的体积相关。与电磁执行器中的线圈尺寸的减小相比，磁体装置的永磁体的体积的减小比较弱地对可用的磁场强度产生影响。因此，利用电动力学执行器即使在小的空间尺寸或阀的小型化的情况下也能够产生对应大的磁力。这种电动力学执行器例如从DE10 2013 110 029 C5中已知。
电动力学执行器通常在提供小结构空间的阀中使用。就此而言，在所述阀中也不能够设有传感器装置，经由所述传感器装置可以监控阀的状态或执行阀的对应的诊断功能。从现有技术已知的传感器尤其不能够用于在具有电动力学执行器的阀中的升程确定，因为电动力学执行器具有比较小的升程，这不能够利用从现有技术已知的传感器可靠地检测。
发明内容
本发明的目的是，以简单和成本有利的方式提供在具有电动力学执行器的阀中的诊断。
所述目的根据本发明通过一种用于诊断具有电动力学执行器的阀的方法来实现，所述电动力学执行器包括尤其位置固定的线圈、用于产生磁场的尤其相对于线圈可运动的磁体装置以及尤其相对于线圈可运动的执行机构，所述可运动的执行机构与可运动地设置的磁体装置耦联。所述方法具有如下步骤：
-测量电动力学执行器的至少一个电变量，以及
-有关参考变量评估电变量，以便求得至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量与电动力学执行器的运动曲线相关联。
本发明的基本构思是，通过如下方式提供用于阀的诊断功能：基于电动力学执行器的至少一个电变量，即在电动力学执行器运行时使用的电流和/或电压。因此，测量流过电动力学执行器尤其线圈的电流或施加在电动力学执行器上尤其线圈上的电压并且与参考变量关联。
参考变量例如是时间，使得测量关于时间的电变量，以便在(连续的或连贯的)测量时间段上检测电变量的对应的随时间的变化曲线。然后，评估所述随时间的变化曲线，以便经由此求得阀的诊断，例如确定阀的状态。也可以在单个离散测量时间点或在多个离散测量时间点测量电变量。由此能够对应地减小数据量。
例如，在时间格栅中测量电变量，使得在多个离散测量时间点测量电变量。时间格栅可以被预设。时间格栅同样可以是可手动设定或可选择的。
单个离散测量时间点可以是通过电变量和参考变量形成的曲线上的重要的点，例如曲线的最大值、最小值或顶点。
根据本发明，因此可以提出直接评估电变量的时间特性，由此求得阀的至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量受到电动力学执行器的运动影响。
也可以关于另一测量变量评估测量到的电变量，所述另一测量变量是参考变量。尤其可以经由另一测量变量评估测量到的电变量或反之亦然，即经由测量到的电变量评估另一测量变量。
另一测量变量可以同样被测量。另一测量变量可以是电磁变量。
例如，另一电变量是链接通量，即线圈的总磁通，其在对磁通密度在通过线圈连同其引线形成的面上进行积分的情况下得出。
原则上，感应可以与运动的磁体装置的运动速度以及磁通密度相关。线圈在此是电导体，所述电导体在操控电动力学执行器时产生磁场，所述磁场与磁体装置的磁场相互作用，所述磁体装置于是运动，尤其垂直于磁场方向运动。换言之，可以通过有关参考变量评估电变量例如评估随时间的变化曲线来求得至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量与电动力学执行器的运动曲线相关联。
线圈可以是位置固定的，使得磁体装置可以相对于线圈运动。如果线圈被通电，则与可运动地设置的磁体装置耦联的执行机构同样可以相对于位置固定的线圈运动。
替选地可以提出，不仅磁体装置是可运动的而且线圈也是可运动的，尤其相对于彼此是可运动的。换言之，线圈和磁体装置都不是位置固定的，使得如果线圈被通电，则电动力学执行器的两个部件可以运动。
在任何情况下，磁体装置都是可运动的。
因此，不需要必须使用外部传感器，例如行程传感器，利用所述传感器检测执行器的运动，如这在电磁执行器中典型地是这种情况，所述电磁执行器也称为基于磁阻的执行器。根据本发明也不需要使用和评估专门调制的信号来由此进行阀的诊断。更确切地说，根据本发明能够经由有关参考变量的可测量的电变量的对应特性求得与电动力学执行器的运动曲线相关联的阀变量。
经由评估至少一个电变量的特性，尤其随时间的变化曲线，能够推导出至少一个阀变量，所述至少一个阀变量包含对于诊断重要的信息。相反，利用在电磁执行器中使用的传感器通常仅能够确定是否施加设计用于电路的电压，但是不能够确定磁体衔铁是否也已实际运动。如果磁体衔铁不应运动，因为所述磁体衔铁例如歪斜或卡住或阀由于沉积物而堵塞，则具有电磁执行器的阀不切换。至今，这不直接经由阀而是经由附加的传感器装置例如附加的流量传感器来确定。
这种状态或诊断能够根据本发明直接在阀中经由评估电动力学执行器的电变量的随时间的变化曲线来求得。
对应的评估因此基于测量在阀切换时出现的相应被测量的电变量(电流和/或电压)的特性，关于参考变量、尤其时间或另一测量变量如电磁变量进行相应的评估。
一个方面提出，借助于诊断模块测量电动力学执行器的电变量，所述诊断模块电地并入到电动力学执行器的线圈的电流回路中。诊断模块可以因此测量流过电动力学执行器的电流和/或施加在电动力学执行器上的电压，因为诊断模块连接到电流回路中。
至少一个阀变量可以是磁体装置的所经过的行程、磁体装置的运动持续时间、磁体装置的速度曲线和/或磁体装置的加速度曲线。就此而言，能够基于至少一个电变量的特性，尤其随时间的变化曲线，求得电动力学执行器的对应的运动参数，因为所述运动参数影响感应，这对应地被电地测量。与此相反，在磁阻执行器的情况下不可能推断出磁阻执行器的所经过的行程或运动速度。
根据另一方面，在有关参考变量评估电变量尤其电变量的随时间的变化曲线时，考虑基准，其中进行比较，尤其其中在有关参考变量f的电变量与基准之间形成差。基准可以是电变量的随时间的基准变化曲线。就此而言，可以将随时间的变化曲线与随时间的基准变化曲线进行比较。因此，可以在随时间的变化曲线与随时间的基准变化曲线之间形成差。随时间的基准变化曲线因此用于在阀尤其电动力学执行器运行时确定对应的偏差。由此，只要随时间的变化曲线与基准变化曲线具有表征性的偏差，则可以对应明确地确定阀变量。替选地，也可以考虑表现有关参考变量的电变量的特性的曲线作为基准。因此，经由可以在比较时求得的对应的差，同样能够确定在阀运行时的偏差。
在尤其形成基准变化曲线和测量到的变化曲线的差的情况下，可以确定感应的影响，由此可以对应地推断出运动曲线。为此基准变化曲线或基准选择成，使得不存在感应，即不存在磁体装置的运动。换言之，基准变化曲线或基准对应于被阻挡的或卡住的磁体装置。
因此，如果尤其在测量到的变化曲线与基准变化曲线之间不存在差，则这可能表明卡住的或被阻挡的磁体装置。
有关参考变量的电变量，例如电变量的随时间的变化曲线，和基准，例如随时间的基准变化曲线，尤其一起围成面，确定或分析所述面的面积和/或形状。电变量的随时间的变化曲线，例如(关于时间的)电流曲线，是用于电动力学执行器尤其可运动的磁体装置的速度的度量，使得在随时间的变化曲线上的积分对应于磁体装置的经过的行程。换言之，面积因此是磁体装置的经过的行程。为了求得磁体装置的加速度，必须对应地根据时间推导出测量到的电变量的随时间的变化曲线。因此，经由此能够确定感应相关的阀变量，所述感应相关的阀变量与电动力学执行器尤其磁体装置的运动曲线相关联。
可以原则上，即与基准无关地，尤其与随时间的基准变化曲线无关地，评估有关参考变量的电变量特性的形状，例如随时间的变化曲线的形状，以便确定至少一个阀变量。由于所述形状，例如能够推断出电动力学执行器的切换时间，即磁体装置的运动持续时间。也可以直接从随时间的变化曲线的形状求得磁体装置的速度曲线。
此外，基准，尤其随时间的基准变化曲线，可以是先前测量到的有关参考变量的电变量，例如电变量的先前测量到的随时间的变化曲线、在所述方法期间计算出的有关参考变量的电变量，尤其在所述方法期间计算出的电变量的随时间的变化曲线，或近似估计的有关参考变量的电变量，尤其近似估计的电变量的随时间的变化曲线。先前测量到的随时间的变化曲线对应于电变量的先前记录到的随时间的变化曲线，例如先前记录到的电流变化曲线，所述电流变化曲线在基本上相似的环境参数的情况下已被记录，使得环境参数的影响可忽略。
也可以提出，在测量电变量时进行对应的计算，借助所述计算求得基准变化曲线，所述基准变化曲线与测量到的随时间的变化曲线关联。在此，可以基于所求得的测量数据执行对应的近似，使得随时间的基准变化曲线是近似估计的变化曲线。
在用作基准变化曲线的近似的情况下，可以假定矩形走向，使得基准变化曲线对应于矩形。
以类似的方式，可以已预先确定基准，其方式为：测量电变量并且将其与参考变量关联。同样可以在所述方法期间计算或估计电变量和/或参考变量。
原则上，可以首先数学评估电变量的随时间的变化曲线，以便因此在评估时求得至少一个阀变量。例如，首先确定测量到的电变量的平均终值，然后从电变量的相应的测量到的值减去所述平均终值，以便获得电变量的修改的随时间的变化曲线。平均终值是测量到的电变量的值，所述值在预定义的时间上不再或仅以一定的区间变化，使得所述值在预定义的时间上假定为恒定的。因此，在平均终值的情况下假定电动力学执行器的切换过程或运动的终止。随后，可以将电变量的修改的随时间的变化曲线的值除以平均终值，由此，如此获得的值与电阻无关。
最后，可以确定在对应的曲线下方的面，其中积分不仅是时间无关的而且也与电阻无关。
还可以将对应地求得的面与阈值进行比较，以便确定是否阀也实际上已切换。因此，能够对应地确定阀的状态。
也可以在一个测量时间段或多个离散测量时间点上测量电变量，其中将测量到的值求和。因此持续计算对应的和值并且将其暂存在存储器中，尤其环形缓冲区中。可以使用存储在环形缓冲区中的数据，以便估计平均终值，例如作为移动平均。由此可以还在测量电变量时求得尤其估计平均终值。
随后，可以如上所述计算在对应的曲线下方的面，其中又将所求得的面与阈值进行比较，以便确定阀的位置。
另一方面提出，评估所求得的阀变量，以便确定阀的至少一个阀参数。阀参数可以是线圈温度、阀温度、阀中的压力比、由电动力学执行器操作的阀元件的状态、阀元件的类型、阀元件的使用寿命预测、阀元件压入到相关联的阀座中的深度和/或阀元件的具体装入位置。阀元件可以是膜片。因此，也可以确定是否存在外部干扰，如压力冲击或空穴，或是否在驱动系统中存在摩擦。因此还评估先前所求得的阀变量，以便可以提供阀的至少一个诊断功能。在此，可以使用附加的参数，例如阀类型，以便还确定介质压力是否将阀的膜片或阀元件挤压到阀座上或将阀的膜片或阀元件从阀座提起。换言之，阀类型影响介质压力支持还是妨碍从阀座提起膜片或阀元件。也可以考虑环境参数，例如环境温度。
可以通过与基准变化曲线的比较进行膜片或阀元件的使用寿命预测，因为与基准变化曲线的偏差能够进行关于膜片或阀元件的状态的推断，由此预测使用寿命是可行的。
经由在关断阀时的测量原则上可以确定膜片或阀元件压入到阀座中的深度。然后经由此可以推断出在所述部位的磨损，使得大概可以探测膜片或阀元件的所谓的“冲孔(Durchstanzen)”的开始。
可以在评估时使用人工智能，尤其机器学习模型，以便确定阀的至少一个阀参数。原则上，人工智能可以是算法，所述算法由处理器或控制和/或评估单元实施，以便确定至少一个阀参数。
尤其设有机器学习模块，其具有经训练的或经指导的机器学习模型，所述经训练的或经指导的机器学习模型获得先前所求得的阀变量作为输入参数或供给有先前所求得的阀变量，以便确定至少一个阀参数。
此外，所述目的根据本发明通过一种用于具有电动力学执行器的阀的诊断模块来实现，所述电动力学执行器包括尤其位置固定的线圈、用于产生磁场的尤其相对于线圈可运动的磁体装置以及尤其相对于线圈可运动的执行机构，所述可运动的执行机构与可运动地设置的磁体装置耦联。诊断模块配置用于实施上述类型的方法。
诊断模块可以是加装组件，所述加装组件与对应的阀事后耦联，以便提供一个或多个诊断功能。诊断模块可以电连接到线圈的电流回路中，以便检测电动力学执行器的至少一个电变量。
此外，所述目的根据本发明通过一种阀来实现，所述阀具有阀元件例如膜片、与阀元件耦联的电动力学执行器以及上述类型的诊断模块。电动力学执行器可以包括尤其位置固定的线圈、用于产生磁场的尤其相对于线圈可运动的磁体装置以及尤其相对于线圈可运动的执行机构，所述可运动的执行机构与可运动地设置的磁体装置耦联。
阀是微型阀。微型阀具有对应地紧凑的结构。
原则上，阀可以首先构成为无诊断模块，其中诊断模块作为可选的加装组件事后接入。借助于诊断模块的诊断在具有电动力学执行器的所有阀类型中起作用。
因此，利用所述方法和所述诊断模块实现扩展，以便在具有电动力学执行器的阀中能够实现对应的诊断功能。
原则上，上述特征和所属的优点能够不仅对应地应用于所述方法、所述诊断模块以及所述阀。
附图说明
本发明的其他优点和特性从以下描述和有关的附图得出。在附图中示出：
图1示出根据本发明的具有根据本发明的诊断模块的阀的示意图，
图2示出图表，所述图表示出测量到的电变量的随时间的变化曲线和随时间的基准变化曲线，
图3示出图表，所述图表示出在电动力学执行器的不同运动曲线情况下测量到的电变量的两个不同的随时间的变化曲线，
图4示出图表，所述图表示出在根据一个实施方式的阀的情况下测量到的电变量的随时间的变化曲线以及随时间的基准变化曲线，
图5示出图表，所述图表示出在根据另一实施方式的阀的情况下测量到的电变量的随时间的变化曲线以及随时间的基准变化曲线，
图6示出图表，所述图表示出对于三个不同的膜片材料测量到的电变量的随时间的变化曲线，
图7示出流程图，所述流程图示出根据本发明的根据第一实施变型方案的方法，
图8示出图表，所述图表示出依据根据图7的方法测量到的电变量的随时间的变化曲线，
图9示出图表，所述图表示出根据图8的随时间的变化曲线以及基于根据图8的随时间的变化曲线的修改的随时间的变化曲线，
图10示出图表，所述图表示出基于根据图9的修改的随时间的变化曲线的电变量的标准化的随时间的变化曲线，
图11示出流程图，所述流程图示出根据本发明的根据第二实施变型方案的方法，
图12示出另一图表，所述图表示出在根据另一实施方式的阀的情况下测量到的电变量的随时间的变化曲线以及随时间的基准变化曲线，
图13示出概览，所述概览示出对于阀的另一实施方式测量到的关于时间的电变量，即电压和电流，以及
图14示出图表，所述图表关于链接通量的参考变量示出测量到的电变量，其随时间的变化曲线在图13中示出。
具体实施方式
在图1中示出阀10，所述阀具有壳体12，所述壳体例如由多个壳体部分14、16、18组成。
在壳体12上，尤其在第一壳体部分14上，构成有三个流体连接接口20、21、22，经由所述流体连接接口，流体可以流过阀10，所述流体由阀10对应地处理。
为了控制要处理的流体，设有电动力学执行器24，其包括在所示出的实施方式中位置固定的线圈26以及相对于线圈26可运动的执行机构28。电动力学执行器24还具有可运动的磁体装置30，所述可运动的磁体装置与执行机构28耦联。就此而言，执行机构28和磁体装置30共同相对于线圈26运动。
但是，线圈26和磁体装置30两者也可以都是可运动的。在下文中，然而进一步研究所示出的实施方式，其中线圈26是位置固定的并且磁体装置30对应地相对于线圈26可运动。
可运动的磁体装置30产生磁场，所述磁场与位置固定的线圈26的磁场相互作用，使得只要线圈26被通电，即以电流加载，则磁体装置30就由于由线圈26产生的磁场而运动。线圈26的运动传递到可运动的执行机构28上，以便设定与执行机构28耦联的阀元件32，例如膜片，由此可以设定经由流体连接接口20、21、22的流体流。
阀元件32为此与阀10的至少一个阀座34共同作用，所述至少一个阀座构成在壳体12中。也可以设有两个阀座34，所述两个阀座与阀元件32的不同的最终位置相关联。
在阀10的所示出的实施方式中，阀元件32设置在第二壳体部分16中。
第二壳体部分16与第三壳体部分18一起容纳电动力学执行器24，使得所述两个壳体部分16、18一起构成执行器壳体。
此外，阀10包括电连接接口36、38，经由所述电连接接口供给电动力学执行器24电压，以便开始执行机构28或与其连接的阀元件32的对应的运动，其方式为：电流流过线圈26，由此产生磁场，所述磁场与磁体装置30的磁场相互作用。连接接口36、38设在插头或插座39上，所述插头或插座设在壳体12上，即第三壳体部分18上。
在图1中示出的实施方式中，阀10具有诊断模块40，所述诊断模块连接到线圈26或电动力学执行器24的电流回路42中，如这示意性示出。
连接到电流回路42中可以经由插头或插座39实现或经由单独的接口实现，所述接口能够实现将诊断模块40连接到线圈26或电动力学执行器24的电流回路42中。
诊断模块40原则上构成用于测量电动力学执行器24的电变量。电变量可以是电流和/或电压，使得可以在连续的测量时间段上测量对应的电变量的随时间的变化曲线，以便检测电变量的随时间的变化曲线，例如电流变化曲线或电流曲线。也可以在多个离散的测量时间点测量电变量，以便对应地减少数据量。然而，可以经此求得电变量的随时间的变化曲线。同样可以仅在例如重要的离散的测量时间点测量电变量。
通常，电变量的随时间的变化曲线是有关参考变量即作为参考变量的时间的电变量。电变量的随时间的变化曲线因此是曲线，即电变量关于时间的曲线。
为了测量电变量，诊断模块40具有测量模块44，所述测量模块测量电动力学执行器24的相应的电变量。
测量到的电变量可以从测量模块44传递给诊断模块40的计算模块46，所述计算模块基于测量到的电变量进行对应的计算，以便因此执行电变量的随时间的变化曲线的评估。
只要诊断模块40集成在阀10中，则计算模块46可以是上级控制和/或评估单元48的、尤其整个阀10的部分。
在所示出的实施方式中，诊断模块40然而单独地构成，因为其是加装组件，所述加装组件已事后连接到现有的电流回路42中，以便以对应的诊断功能性扩展阀10。
诊断模块40在所示出的实施方式中还包括输出模块50，经由所述输出模块可以输出测量到的电变量和/或基于其所求得的变量，使得测量到的电变量和/或基于其所求得的变量可以显示给阀10的使用者。输出模块50可以是显示装置。
原则上，诊断模块40因此用于检测和评估阀10或电动力学执行器24的状态，以便因此确定诊断功能。如已经阐述的那样，诊断模块40为此基于电动力学执行器24的对应地测量到的电变量，例如电流。
在图2中示出图表，所述图表示出在一测量时间段上由诊断模块40检测到的电变量，其中示出电变量的对应的随时间的变化曲线。
测量到的电变量是施加在电动力学执行器24上的电压U以及流过电动力学执行器24尤其线圈26的电流I。电压U以虚线示出，而电流I在图表中示出为实线。
此外，在图2中示出随时间的基准变化曲线R，所述随时间的基准变化曲线同样以虚线示出。随时间的基准变化曲线R是用于电流变化曲线的基准，所述电流变化曲线可能在磁体装置30被阻挡或卡住的情况下出现，即在磁体装置30不运动的情况下出现。
从图2明显看出，在处于t0与t1之间的时间段中电流I的随时间的变化曲线不同于随时间的基准变化曲线R，所述时间段对应于评估时间段。
电流变化曲线，即电流I的电变量的随时间的变化曲线，因此在时间点t0相对于基准变化曲线R下陷，其中电流变化曲线在时间点t1达到其终值，所述终值对应于随时间的基准变化曲线R的终值。
测量到的电流变化曲线I的下陷伴随电动力学执行器24的运动，如同样从图2示出的那样，其方式为：附加地示出磁体装置30关于时间的行程s。
就此而言，测量到的电流在时间点t1又对应于基准变化曲线R的电流值，因为磁体装置30的运动在所述时间点终止。
原则上，下陷的形式，即电变量的测量到的随时间的变化曲线(电流变化曲线)与随时间的基准变化曲线R的偏差与磁体装置30的速度相关，使得在评估时间段上在评估电流I的随时间的变化曲线时可以求得阀10的至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量与电动力学执行器24的运动曲线相关联。
如上所述，感应相关的阀变量可以是磁体装置30的所经过的行程。在此也可以是磁体装置30的运动持续时间、磁体装置30的速度曲线和/或磁体装置30的加速度曲线。为此，在评估时对应地分析电流变化曲线的形状，以便推断出磁体装置30的运动持续时间、速度曲线或加速度曲线。
基准变化曲线R例如在磁体装置30被阻挡的情况下可以是先前测量到的随时间的变化曲线，或在所述方法期间计算出的变化曲线，电变量的测量到的随时间的变化曲线与所述基准变化曲线比较。
也可以使用对应地近似估计的变化曲线作为近似，如这在图2中也示出的那样，其方式为：近似地假定矩形变化曲线或对应的矩形，所述矩形变化曲线或对应的矩形具有以交叉阴影示出的面F作为误差。
与基准变化曲线的类型无关，即与基准变化曲线如何实现无关，能够经由在电变量的随时间的变化曲线即电流变化曲线I与随时间的基准变化曲线R之间的差来求得在操作电动力学执行器24时，电动力学执行器24的磁体装置30如何和是否已经运动。换言之，可以求得电动力学执行器24的运动曲线。
为此可以考虑在电变量的随时间的变化曲线I与基准变化曲线R之间围成的面A，其中求得面积和/或分析围成的面的形状，如上已经阐述，以便因此推断出阀变量。
这可以对应地在诊断模块40中实现，尤其在集成的计算模块46中实现。
原则上，当线圈26被通电时，线圈26产生磁场，所述磁场与可运动的磁体装置30的磁场相互作用，由此将对应的电磁力施加到可运动的磁体装置30上，所述电磁力将磁体装置30置于运动中。磁体装置30的运动由于与执行机构28的耦联而传递到该执行机构上，由此又与执行机构28耦联的阀元件32的位置发生改变。
因为磁体装置30的运动速度以及磁通密度影响感应，所以这可以对应地由诊断模块40检测，其中诊断模块40评估电动力学执行器24的电变量的随时间的变化曲线，例如电流变化曲线。
然后，可以从在无运动的情况下即在磁体装置30被阻挡的情况下的电流曲线减去测量到的电流曲线，即设为电变量的随时间的变化曲线，其中在无运动的情况下即在磁体装置30被阻挡的情况下的电流曲线对应于基准变化曲线R。由此仅仅留下通过感应引起的份额。
所述通过感应引起的份额具有面A的面积，如从图2中示出的那样，其中可以分析面A的变量以及面A的形状，以便经由此求得感应相关的阀变量，所述感应相关的阀变量与电动力学执行器24尤其磁体装置30的运动曲线相关联。
面A的面积在此对应于磁体装置30的所经过的行程，由此又可以推断出具有电动力学执行器24的阀10的阀升程。
为此，必须进行对应的标准化，以便将磁体装置30的行程与阀10的升程行程相关联。这可以经由对应的标准化进行。为了将磁体装置30的行程与阀10的升程行程相关联，电动力学执行器24的测量到的电变量针对阀10标准化。
为此，可以使用分别求得的终值用于标准化或可以在每个阀10的情况下存储关于(最大)面A的最大升程行程。在此，最大升程行程例如作为路段表示，即以“mm”，或作为开度表示，即以“％”。也可以定义边界值或阈值，从所述边界值或阈值开始，阀10视为“打开”。除了针对阀10的最大升程行程的标准化之外，也研究整个阀驱动装置的几何尺寸。
在图3中示出，也可以与基准变化曲线R无关地评估电变量的随时间的变化曲线，即电流曲线，以便经由此推断出对应的阀变量。
尤其在图3中示出图表，所述图表示出对于完全打开的阀10(100％)和半开的阀10(50％)的设为电流的电变量的两个随时间的变化曲线I’、I”，其中基于阀10的升程行程。
从图3明显看出，测量到的电变量的两个随时间的变化曲线彼此不同，由此可以对应地推断出阀10的开度。
就此而言，能够经由对应的曲线，即速度和时间，推断出在阀10的情况下在相应时间点存在的力平衡。
如上所述，可以近似地假定矩形作为基准变化曲线，以便因此确定表示感应引起的份额的面。由此可以求得磁体装置30的行程，经由此可以推断出升程行程，如上已经所述。
在图4和图5中，示出对于设为电流的电变量的对应的随时间的变化曲线即电流曲线的另外两个图表，所述电流曲线彼此不同。同样地，在两个图表中示出电压U、磁体装置30的行程、随时间的基准变化曲线R以及面A。
在图4中示出的实施例是阀10，其阀座34被从下方迎流，这也描述为“下方迎流(Untersitz
Figure BDA0003421355120000132
)”。在此，介质压力被施加到阀元件32上，尤其膜片上，因此介质的压力在打开阀10时支持打开运动，如从测量到的电变量的随时间的变化曲线的形状得知的那样。
相反，在图5中示出，阀元件32尤其膜片从上方被迎流，这也描述为“上方迎流
Figure BDA0003421355120000131
”，由此阀元件32会更难打开，因为其在打开时必须抵抗介质的压力运动，由此切换时间对应地延长。
这形象地从在图4和图5中示出的随时间的变化曲线尤其其形状的比较获知，随时间的变化曲线尤其其形状对应地由诊断模块40评估。
在图4中，在运动开始时明显可看到电流变化曲线I中的“下陷”，与在图5中的电流变化曲线I的情况下相比尤其更强。相反，在根据图5的实例中磁体装置30明显更慢地运动，由此切换时间延长，因为阀元件32必须抵抗介质压力工作。
由相应的电流变化曲线I和基准变化曲线R围成的面A的面积是相同大小的，因为阀10或电动力学执行器24完全运动。然而，面A在其形状方面不同，如从图4和图5明显看出的那样。
不同的形状从不同的电流变化曲线I得出。电流变化曲线可能受到介质的压力、流动方向、温度(介质、环境、阀)和粘度以及膜片材料或者阀元件32或膜片的状态影响。就此而言，能够从电流变化曲线I推导出或在评估时求得所述变量作为阀变量。
在图6中示出三个不同的随时间的电流变化曲线I’、I”、I”’，针对构成为膜片的阀元件32的三种不同材料，即针对氟橡胶(FKM)、全氟橡胶(FFKM)以及三元乙丙(单体)橡胶(EPDM)，测量所述三个不同的随时间的电流变化曲线。膜片32的不同材料能够由于电流变化曲线I’、I”、I”’明确地彼此不同。就此而言，也可以经由对电变量的随时间的变化曲线的评估，例如对电流变化曲线的评估，推断出阀元件32的类型，尤其材料类型。然后在此也可以确定在对应的阀10的情况下是否安装正确的阀元件32。
在图7中示出流程图，所述流程图阐明用于诊断根据第一实施变型方案的阀10的方法。
首先，由诊断模块40尤其测量模块44在一测量时间段上测量电动力学执行器24的电变量，以便检测电变量的随时间的变化曲线。电变量的值可以对应地经由模数转换器(ADC)以数字格式存储。
存储电变量测量到的值，由此存在电流曲线，即电变量的随时间的变化曲线。测量时间段可以为200毫秒，其中所述测量时间段选择成，使得阀10的切换过程在测量时间段终止时也结束。根据环境参数，例如在低温下或在高的介质压力下，可以对应地匹配或设定测量时间段。
在图8中详细示出根据图7的方法的第二步骤，其中由诊断模块40，尤其计算模块46，处理测量到的电变量的随时间的变化曲线，以便确定平均终值If。
如果电变量的测量到的值在预定义的时间段上不变化或仅微不足道地变化，例如以小于一定的百分比值尤其5％变化，则这可以是所述情况。如果出现这种条件，则确定时间点以及电变量的所属的终值。
在图9中详细示出根据图7的方法的第三步骤，据此从测量到的电变量的值分别减去先前求得的平均终值If，使得产生电变量的修改的随时间的变化曲线，所述修改的随时间的变化曲线在图9中附加地以虚线形式示出。
在诊断模块40的计算模块46中进一步处理电变量的修改的随时间的变化曲线，其方式为：将相应的电流曲线除以先前确定的平均终值I，使得存在电变量的标准化的随时间的变化曲线，如从图10形象地获知的那样。如此获得的值与测量结构中的电阻无关。
随后可以确定在标准化的曲线下方的面，其方式为，对所述标准化的曲线对应地积分。在此获得的积分不仅是时间无关的而且也与电阻无关。
由此可以确定对应的感应相关的阀变量，即磁体装置30的行程或阀10的升程行程。
如果计算出的面大于预定义的阈值，则可以确定阀10是否已切换。这对应于阀10的阀参数，可以基于先前求得的阀变量评估所述阀参数。
在图11中示出第二实施方式，其中在磁体装置30运动期间进行电变量的随时间的变化曲线的评估，例如在15毫秒之后就已经开始。
经由此能够对应更快地确定是否切换过程已发生。
例如在测量时间段或多个离散测量时间点上测量电变量，其中将测量到的值求和。
持续计算对应的和值并且将其存储在诊断模块40的存储器中，尤其环形缓冲区中。
可以使用存储在环形缓冲区中的数据，以便估计平均终值If，例如作为移动平均。由此可以还在测量电变量时求得尤其估计平均终值If。
随后可以如上所述计算在对应的曲线下方的面，其中又将所求得的面与阈值进行比较，以便求得阀10的位置。
诊断模块40可以包括人工智能，所述人工智能例如设在计算模块46中。
人工智能例如是机器学习模型，所述机器学习模型先前对应地经过训练，以便基于阀变量确定阀10的至少一个阀参数。
原则上，阀参数可以是线圈温度、阀温度、阀10中的压力比、由电动力学执行器24操作的阀元件32的状态、阀元件32的类型、阀元件32的使用寿命预测、阀元件32压入到相关联的阀座34中的深度和/或阀元件32的具体装入位置，尤其其中阀元件32构成为膜片。
诊断功能也可以用于过程监控。在“稳定过程”中首先记录基准变化曲线R。在持续运行中，可以测量电变量的对应的随时间的变化曲线并且将其与所存储的基准变化曲线R进行比较，以便因此探测变化。可以因此监控影响电变量的随时间的变化曲线的所有影响因素。
此外，关于与时间相关的阀打开的非常精确的信息是可行的。因此在高精度的计量应用中可以非常精确地确定所计量的量。这可以(与其他过程值组合)以绝对方式或相对于先前的计量过程进行，所述计量过程因此用作基准变化曲线R。
此外，可以构造闭环控制回路，以便能够实现电流曲线的总是相同的穿行进而与阀10中的可能出现的老化效果无关地长期稳定地保持计量质量。
在图12中示出另一图表，所述另一图表示出在另一实施方式中的在一测量时间段上由诊断模块40检测到的电变量，其中示出电变量的对应的随时间的变化曲线。
测量到的电变量是施加在电动力学执行器24上的电压U以及流过电动力学执行器24尤其线圈26的电流I。此外，示出随时间的基准变化曲线R。
随时间的基准变化曲线R是用于可能在磁体装置30被阻挡或卡住的情况下即在磁体装置30不运动的情况下出现的电流变化曲线的基准。
从图12同样清楚看出，在处于t0与t1之间的时间段中电流I的随时间的变化曲线不同于随时间的基准变化曲线R，所述时间段对应于评估时间段。
电流变化曲线，即电流I的电变量的随时间的变化曲线，因此在时间点t0相对于基准变化曲线R下陷，其中电流变化曲线在时间点t1达到其终值，所述终值对应于随时间的基准变化曲线R的终值。
测量到的电流变化曲线I的下陷伴随电动力学执行器24的运动。
就此而言，测量到的电流在时间点t1又对应于基准变化曲线R的电流值，因为磁体装置30的运动在所述时间点终止。
在图13中示出概览，从所述概览获知测量到的电变量，即另一阀的电动力学执行器的电压和电流，所述测量到的电变量在一测量时间段上被测量。就此而言，在图13中示出相应的电变量的随时间的变化曲线。
相反，在图14中示出概览，所述概览关于作为时间的另一参考变量，即关于链接通量(“Psi”)，示出测量到的电变量，测量到的电变量的随时间的变化曲线在图13中示出。具体地，示出关于呈电流(“I”)形式的测量到的电变量的链接通量(“Psi”)，其中可以对应地评估从中得出的曲线，例如曲线的变化、形状和/或大小。
评估可以在此以类似于上述实例的方式进行，其方式为，考虑基准，以便例如识别偏差，相应的曲线与所述基准进行比较。
尤其可以在此由曲线，即关于参考变量的电变量，和基准(曲线)围成面，确定或分析所述面的面积和/或形状，以便经由此求得至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量与电动力学执行器的运动曲线相关联。
如上同样已经阐述，可以与随时间的基准变化曲线同样地预先(根据经验)求得、在所述方法期间计算或近似地估计基准(曲线)。
原则上，下陷的形状，即电变量的测量到的随时间的变化曲线(电流变化曲线)与随时间的基准变化曲线R的偏差与磁体装置30的速度/加速度相关，使得在评估时间段上评估电流I的随时间的变化曲线时可以求得阀10的至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量与电动力学执行器24的运动曲线相关联。
就此而言，根据本发明可行的是，利用评估电动力学执行器24的电变量的随时间的变化曲线来求得至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量与电动力学执行器24的运动曲线相关联。由此，以简单和成本有利的方式可以尤其能够加装阀10的对应的诊断功能。

Claims (10)

1.一种用于诊断具有电动力学执行器(24)的阀(10)的方法，所述电动力学执行器包括线圈(26)、用于产生磁场的可运动的磁体装置(30)和可运动的执行机构(28)，所述可运动的执行机构与可运动地设置的磁体装置(30)耦联，其中所述方法具有如下步骤：
-测量所述电动力学执行器(24)的至少一个电变量，以及
-有关参考变量评估所述电变量，以便求得至少一个感应相关的阀变量，所述至少一个感应相关的阀变量与所述电动力学执行器(24)的运动曲线相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于诊断模块(40)测量所述电动力学执行器(24)的电变量，所述诊断模块电地并入到所述电动力学执行器(24)的线圈(26)的电流回路(42)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一个阀变量是所述磁体装置(30)的所经过的行程、所述磁体装置(30)的运动持续时间、所述磁体装置(30)的速度曲线和/或所述磁体装置(30)的加速度曲线。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在评估关于所述参考变量的电变量时考虑基准，其中进行比较，尤其其中在关于所述参考变量的电变量与所述基准之间形成差。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，关于所述参考变量的电变量，尤其所述电变量的随时间的变化曲线，和所述基准，尤其随时间的基准变化曲线(R)，一起围成面(A)，确定或分析所述面的面积和/或形状。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述基准是先前测量到的关于所述参考变量的电变量、在所述方法期间计算出的关于所述参考变量的电变量或近似估计的关于所述参考变量的电变量。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，评估所求得的阀变量，以便确定所述阀(10)的至少一个阀参数，尤其线圈温度、阀温度、所述阀(10)中的压力比、由所述电动力学执行器(24)操作的阀元件(32)的状态、所述阀元件(32)的类型、所述阀元件(32)的使用寿命预测、所述阀元件(32)压入到相关联的阀座(34)中的深度和/或所述阀元件(32)的具体装入位置。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在评估时使用人工智能，尤其机器学习模型，以便确定所述阀(10)的至少一个阀参数。
9.一种用于具有电动力学执行器(24)的阀(10)的诊断模块，所述电动力学执行器包括线圈(26)、用于产生磁场的可运动的磁体装置(30)和可运动的执行机构(28)，所述可运动的执行机构与可运动地设置的磁体装置(30)耦联，其中所述诊断模块(40)配置用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。
10.一种阀，具有阀元件(32)、与所述阀元件(32)耦联的电动力学执行器(24)和根据权利要求9所述的诊断模块(40)。
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