DE102005031552A1 - Gas sensor measurement unit operation test procedures compare stored time series deviations caused by control of actuator or heater components with reference values - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Messeinrichtung gemäß Oberbegriff des Patenanspruchs 1.The The invention relates to a method for operating a measuring device according to the generic term of the patent claim 1.
Das Feld der Erfindung betrifft im Wesentlichen automatische Analysegeräte, die auch als Feldgeräte im Einsatz sind und zur chemischen Gasanalyse dienen. Möglich sind aber auch Gasanalyseeinrichtungen im nasschemischen Bereich, also die Analyse von Flüssigkeiten. Um Betriebszustände solcher Gasanalyseeinrichtungen oder Messeinrichtungen generell überwachen zu können, werden Grenzwerte eingesetzt, die bei Unterschreitung beispielsweise eines Mindestmessmedienflusses, oder bei Überschreitung am Gerät einen Alarm erzeugen. Oftmals ist aber mit Auftreten dieser Meldung meist schon eine gleichzeitige oder sogar vorher beginnende Verminderung der Qualität der Messwerte oder ein Ausfall der Messung als solche verbunden. Hierbei ergibt sich, dass wichtige Informationen im Vorfeld von Alarmmeldungen heute messtechnisch noch nicht verfügbar sind.The Field of the invention relates essentially to automatic analyzers, the also as field devices are in use and are used for chemical gas analysis. Possible are but also gas analyzers in the wet chemical field, ie the analysis of liquids. To operating conditions generally monitor such gas analyzers or measuring devices to be able to limit values are used, which, for example, fall short of a minimum flow of measuring media, or if exceeded on the device Generate alarm. Often, however, with the appearance of this message is usually already a simultaneous or even before beginning reduction of the quality the measured values or a failure of the measurement as such. This shows that important information in advance of Alarm messages are not yet available metrologically.
Alternativ dazu könnten Sensoren in die Messeinrichtung angebracht werden, die bestimmte Komponenten zusätzlich sensorisch überwachen, wobei jedoch zusätzliche Betriebsdaten entstehen die ebenso ausgewertet werden müssen. Dies bedingt wiederum einen höheren technischen, aber auch Hardware-Aufwand der unter Kostengesichtspunkten jedoch nur selten vertretbar ist.alternative could do this Sensors are attached to the measuring device, which has certain components additionally sensory monitor, taking however additional Operating data arise which must also be evaluated. This conditionally a higher one technical, but also hardware effort from the cost point of view however, rarely is it justifiable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, dass mit einfachen und vorhandenen Mitteln eine Diagnose der Messeinrichtung derart ermöglicht wird, dass Betriebsstörungen im Vorfeld erkannt werden können.Of the Invention is therefore the object of a method of the generic type To improve to that with simple and existing means a diagnosis of the measuring device is made possible such that malfunctions in Apron can be detected.
Die gestellte Aufgabe ist bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentsanspruches 1 gelöst.The asked task is in a method of the generic type according to the invention by the characterizing features of claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiment of the method according to the invention are in the specified dependent claims.
Kern der verfahrengemäßen Erfindung ist hierbei, dass eine vom Messverlauf abweichende Störung durch Ansteuerung einer oder mehrerer Komponenten der Messeinrichtung generiert und anschließend die Relaxation des davon betroffenen Sensor-/ Detektor- und/oder Betriebsparameterwertes ermittelt wird, und die aktuellen Relaxationswerte mit Vergleichswerten verglichen und daraus automatisch der Alterungszustand der jeweiligen Komponenten der Messeinrichtung bestimmt wird.core the method according to the invention Here is that a deviating from the measurement process disturbance Control of one or more components of the measuring device generated and then the relaxation of the affected sensor / detector and / or Operating parameter value is determined, and the current relaxation values with Comparing comparison values and automatically the aging state the respective components of the measuring device is determined.
Damit werden nicht zusätzliche Sensorwerte notwendig, sondern es werden die Betriebsdaten und Detektorwerte herangezogen, die ohnehin bei der Messeinrichtung zur Verfügung stehen. Bei dem Aufprägen einer nun vorgegebenen Störung, die als Störung nur deshalb bezeichnet wird, weil sie abweichend von der eigentlichen Messaufgabe ausgesteuert werden, nunmehr Änderungen herbeigeführt werden, und nach Beendigung der Aussteuerung einer solchen Störung die Relaxationszeit und/oder Relaxationsverhalten zurück auf den Normalwert ermittelt wird. Aus dieser Relaxation lassen sich Schlüsse auf den Alterungszustand der Messeinrichtung ziehen. Frühere Relaxationsdaten sind dabei in einem Datenfeld abgelegt, wobei hier mit Altdaten verglichen werden kann.In order to will not be additional Sensor values necessary, but it will be the operating data and detector values used, which are available anyway at the measuring device. When imprinting a now predefined disorder, that as a disorder only because it is different from the actual Measurement task to be changed, now changes are brought about, and after completion of the modulation of such a fault the Relaxation time and / or relaxation behavior back to the Normal value is determined. From this relaxation can be concluded on the Pull the aging state of the measuring device. Previous relaxation data are stored in a data field, being compared here with legacy data can.
Ist die Messeinrichtung neu, so können erste Relaxationsdaten einer bewusst ausgeprägten bzw. ausgesteuerten Störung sodann als Kalbrationsausgangswerte abgespeichert werden. Entsteht bei der Relaxation nunmehr über die Zeit eine deutliche Drift zum Schlechteren, d.h. zu einer Verlängerung der Relaxationzeit, so deutet dies auf eine Alterung einer oder mehrerer der Komponenten der Messeinrichtung hin. Aus dem Zeitverhalten der Relaxation bzw. aus deren Entwicklung kann dann auf zu erwartende Fehler oder Wartungsintervalle oder zu erwartende demnächst vorliegende Ausfälle der Messeinrichtung geschlossen werden. Dies geschieht immer dann, wenn bestimmte Grenzwerte über- oder unterschritten werden, sodass die gewünschten und ansonsten zugesicherten Messgenauigkeiten nicht mehr erreichbar sind.is the measuring device new, so can first relaxation data of a conscious or controlled disturbance then are stored as calbration output values. Arises at the relaxation now over the time a significant drift for the worse, i. to an extension the relaxation time, this indicates an aging of a or more of the components of the measuring device out. From the time behavior The relaxation or its development can then be expected errors or maintenance intervals or anticipated future failures of Measuring device to be closed. This always happens when certain limit values or below, so that the desired and otherwise assured Measurement accuracies are no longer achievable.
Insgesamt ergibt sich hierdurch eine Vorhersage von zu erwartenden Betriebsstörungen von Messeinrichtungen der genannten Art, ohne das zusätzliche Sensoren vorgesehen werden. Dabei werden Detektor- oder Sensorwerte verwendet, die ohnehin vorher schon in die Messeinrichtung zu deren Betrieb implementiert sind. Hierzu können gehören Temperatursensoren an den Küvetten, die Detektoren selbst, Drucksensoren innerhalb der Leitungssysteme, etc.All in all This results in a prediction of expected malfunctions of measuring equipment of the type mentioned, without the additional Sensors are provided. This will be detector or sensor values used, in any case already before in the measuring device for their operation are implemented. You can do this include temperature sensors at the cuvettes, the detectors themselves, pressure sensors within the piping systems, Etc.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die provozierte Störung durch Betätigung oder Ansteuerung vorhandener Aktoren oder Heizungselemente in der Messeinrichtung generiert wird. D.h. zur Diagnose werden übliche Steuersignale generiert, wonach dann die Relaxation ermittelt wird.In advantageous embodiment is indicated that the provoked disorder by operation or control of existing actuators or heating elements in the Measuring device is generated. That for diagnosis are usual control signals generated, after which then the relaxation is determined.
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass die Relaxation eines Messwertes oder eines anderen Wertes nach einer provozierten Störung in Korrelation zur Größe dieser Aussteuerung dieser provozierten Störung abgespeichert wird. Hierdurch wird Signalaussteuerung sowie entsprechender response des Systems als Korrelation abgespeichert und damit bewertbar.Furthermore, it is advantageously configured that the relaxation of a measured value or another Value after a provoked disturbance is stored in correlation to the magnitude of this modulation of this provoked disorder. As a result, the signal output as well as the corresponding response of the system are stored as a correlation and thus evaluable.
Weiterhin ist ausgestaltet, dass die Messwerte oder übrigen Werte, die sich bei der Relaxation ergeben, als zeitliche Datenreihe abgespeichert werden.Farther is designed that the readings or other values that are at the relaxation result, are stored as time series.
Damit wird die automatische Selbstbeobachtung der Messeinrichtung historisch abgelegt und bewertet, woraus Tendenzen entnehmbar sind.In order to the automatic self-observation of the measuring device becomes historical filed and evaluated, from which tendencies are removable.
Die Relaxationsdaten werden durch Vergleich mit Referenzdaten und auch deren zeitliche Veränderung des Relaxationsverhaltens verfolgt, und auf Defekte im Vorfeld geschlossen wird. So kann im Vorhalt geplant werden, ob die jeweilige Messeinrichtung für eine folgende längere Messaufgabe erwartungsgemäß störungsfrei bleibt oder nicht.The Relaxation data are made by comparison with reference data and also their temporal change followed by the relaxation behavior, and closed for defects in advance becomes. So can be planned in advance, whether the respective measuring device for one following longer Measuring task expectedly trouble-free stays or not.
Dass die gerätespezifischen Daten im Gerät oder geräteadressiert in einem Datennetzwerk abrufbar sind hat den Vorteil, dass so ein ganzes Feldsystem aufgebaut werden kann, wobei die erfindungsgemäße automatische Geräteselbstdiagnose und deren Einbindung in den Gesamtprozess auf diese Weise einfach realisierbar ist.That the device specific Data in the device or devices addressed in a data network are available has the advantage that such a Whole field system can be constructed, the inventive automatic Device self-diagnosis and their integration into the overall process in this way easy is feasible.
Auf diese Weise ist der gesamte durchgeführte Produktionsprozess darauf abgestimmt, dass die besagten Messreinrichtungen als Feldgeräte in einem Produktions- oder Überwachungsprozess eingebunden sind, und dass die prognostizierbare Wartung einer jeden Einrichtung im gesamtprozess logistisch mitberücksichtigt wird.On this way is the entire production process performed on it agreed that said measuring devices as field devices in one Production or monitoring process and that the predictable maintenance of each Organization in the overall process is logistically taken into account.
Hier werden nun 2 Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.Here 2 embodiments of the invention will now be described.
Beispiel 1:Example 1:
Ein
Vorgang bei dem transients Daten gewonnen, aber bisher nicht aufgezeichnet
und damit auch nicht verwendet wurden, ist die Kalibrierung. Dieser
Vorgang muss in Geräten
zur Messung von Gaskonzentration zum Ausgleich von schleichenden Veränderungen
regelmäßig gemacht
werden. Dabei werden eine Fülle
von Daten erzeugt, die bisher nicht erfasst werden. Bei der Kalibration
wird eine plötzliche Änderung
der Gaskonzentration am Eingang des Gerätes durch Umschalten eines
Ventiles erlangt und das System relaxiert auf den neuen Gleichgewichtszustand.
Diese Gaskonzentration ist bekannt, das System relaxiert auf die
neue Gaskonzentration, in diesem Fall ist es das Nullgas, bei dem
der Messwert auf „Null" gesetzt wird. Dadurch
werden Veränderungen
im Gerät
(Nullpunktdrift) rückgängig gemacht; d.h.
dieser Wert wird dann zur Kalibration benutzt. Dem Stand der Technik
entsprechend wird lediglich die Konzentration, die das Messgerät am Ende
der Relaxation anzeigt, registriert und festgehalten (Gleichgewichtswert).
Das Gleiche wird mit dem Endpunkt des Messbereiches durchgeführt, indem
ein Endpunktgas verwendet wird. Dieses Gas enthält die zu messende Komponente
in der Konzentration, die dem oberen Messbereich entspricht. Generell
wird die Dynamik des Prozesses, die in
Beispiel 2Example 2
Geräte zur Messung von Gaskonzentrationen werden von dem zu analysierenden Gas durchströmt. Ein solches Gerät hat also ein bestimmtes Volumen, das dem zu messenden Gas ausgesetzt ist. Viele bei heutigen Geräten auftretende Störungen sind dadurch bedingt, dass gasführende Teile verschleißen; das sind Dichtungen, Schläuche, Verrohrungen, Flansche usw.. Wenn das auftritt, dann tritt ein Defekt ein, und die Messwerte sind nicht mehr brauchbar. Die Erkennung solcher Defekte bevor diese dann zum Geräteausfall führen ist wünschenswert.Devices for measurement Gas concentrations flow through the gas to be analyzed. One such device So it has a certain volume, which is exposed to the gas to be measured is. Many in today's devices occurring disturbances are due to the fact that gas-carrying Parts wear out; these are seals, hoses, Piping, flanges, etc. If this occurs, then a defect occurs on, and the readings are no longer usable. The detection Such defects before they lead to equipment failure is desirable.
Diese
Ausgestaltungen werden in den
Es zeigtIt shows
- • dass das System nach × Betriebsstunden später beginnt sich auf die neue Gaskonzentration hin zu verändern; Verzögerung des Absinkens der Kurve B
- • dass das Mess-Signal B nach × Betriebsstunden weniger steil abfällt als das Referenzsignal A.
- • That the system starts operating after hours of operation later begins to approach the new gas concentration change; Delay of the decrease of curve B
- • that the measuring signal B falls less steeply after the operating hours than the reference signal A.
Diese
charakteristischen Veränderungen zwischen
Kurve A und B in
Da
es sich um schleichende Prozesse handelt, die einen Ausfall herbeiführen, kann
dieser frühzeitig
erkannt werden (das ist in
Ein
Gasmessgerät
ist mit einer Pumpen
Eine
Pumpe (ein Saugpumpe) stellt sicher, dass in einem Analysengerät ein konstanter
Volumenstrom des zu messenden Gases fließt. Wird ein Ventil vor der
Pumpe geschlossen, so baut die Pumpe zwischen dem Ventil und eben
dieser Pumpe einen Unterdruck auf. Dieser Unterdruck kann mittels
eines Drucksensors, der in solchen Geräten vorhanden ist, gemessen/verfolgt
und aufgezeichnet werden. Ebenso wird die Veränderung der Konzentration des
zu messenden Gases im Gasanalysator registriert und aufgezeichnet.
Es könne
zwei grundsätzliche
Vorgänge
registriert werden:
- • der Unterdruck baut sich rasch, der Referenzkurve entsprechend, auf: dann ist das System dicht
- • der Druck senkt sich weniger ab als die Referenzkurve vorgibt und die chemische Zusammensetzung des Gases verschiebt sich in die Reichtung der Zusammensetzung von Luft (z.B. sinkt die Konzentration des CO auf Null): dann liegt eine Leckage vor, durch welche Umgebungsluft angesogen wird. Aus der Geschwindigkeit, mit der sich diese Konzentrationsänderung abspielt, wird auf die Größe der Lackage geschlossen
- • der Druck senkt sich weniger ab als die Referenzkurve vorgibt und die chemische Zusammensetzung des Gases bleibt nahezu gleich: dann ist das Ventil defekt und es wird immer noch Prozessgas angesogen.
A gas meter is equipped with a pump
A pump (a suction pump) ensures that a constant volume flow of the gas to be measured flows in an analyzer. If a valve in front of the pump is closed, the pump builds a negative pressure between the valve and just this pump. This negative pressure can be measured / tracked and recorded by means of a pressure sensor which is present in such devices. Likewise, the change in the concentration of the gas to be measured is registered and recorded in the gas analyzer. Two basic processes can be registered:
- • The vacuum builds up quickly according to the reference curve: then the system is tight
- • The pressure drops less than the reference curve and the chemical composition of the gas shifts to the direction of the composition of air (eg, the concentration of CO drops to zero): then there is a leak through which ambient air is sucked. From the speed with which this concentration change takes place, the size of the coating is closed
- • The pressure drops less than the reference curve and the chemical composition of the gas remains almost the same: then the valve is defective and process gas is still sucked in.
Diese reversiblen Störung und die damit verbundene Relaxationen benötigt nur wenige Sekunden, aber die dadurch gewonnen Erkenntnisse sind groß.These reversible disorder and the associated relaxation takes only a few seconds, but the insights gained are great.
Eine wesentliche Vorraussetzung ist die Möglichkeit einer Datenspeicherung und -verarbeitung im Gerät oder dessen unmittelbarer Umgebung.A The essential prerequisite is the possibility of data storage and processing in the device or its immediate surroundings.
Claims (7)
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DE102005031552.6A DE102005031552B4 (en) | 2005-07-06 | 2005-07-06 | Procedure for operational testing of a measuring device |
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