DE102005044410A1

DE102005044410A1 - Druckmessumformer

Info

Publication number: DE102005044410A1
Application number: DE200510044410
Authority: DE
Inventors: Stefan Blickhan; Ralf Dr. Catanescu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-17
Also published as: WO2007031516A1; DE102005044410B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer, der zur Verbesserung der Verfügbarkeit zusätzlich zu einem ersten Drucksensor (6) mit einem zweiten Drucksensor (7) ausgestattet ist. Der zweite Drucksensor (7) weist eine höhere Überlastfähigkeit auf als der erste Drucksensor (6). Im Normalbetrieb wird ein Messwert anhand eines ersten Messsignals (9) des ersten Drucksensors (6) gebildet. Im Fehlerfall ist der Druckmessumformer aufgrund des zweiten Messsignals (10) des zweiten Drucksensors (7) mit verringerter Genauigkeit weiterbetreibbar und besitzt somit Notlaufeigenschaften.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In automatisierungstechnischen Anlagen werden zur Regelung oder Überwachung von Prozessen vielfach Messumformer für Differenzdruck oder Absolutdruck eingesetzt. Der Druck des Prozessmediums wird im Messumformer meist über eine Trennmembran und eine mit Silikonöl befüllte Messkammer auf einen Drucksensor übertragen, der als ein piezoresistiver Siliziumsensor ausgeführt ist. Problematisch dabei ist die begrenzte Überlastfähigkeit des Drucksensors. Bei einer Belastung des Drucksensors über die spezifizierten Grenzen hinaus, beispielsweise mit kurzzeitigen Druckspitzen, kann der Drucksensor zerstört werden. Ein Messumformer mit einem defekten Drucksensor liefert in einer automatisierungstechnischen Anlage keinen oder einen fehlerhaften Messwert. Das kann zu einer schlechteren Qualität eines in der Anlage hergestellten Produkts führen oder zu einem Anlagenstillstand, insbesondere wenn der Messwert für die Betriebssicherheit der Anlage relevant ist. In jedem Fall sind erhebliche Kosten mit einem Ausfall des Messumformers verbunden und dieser muss unverzüglich ausgetauscht werden.

Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Verfügbarkeit eines Druckmessumformers ist die Verwendung eines Drucksensors mit einem höheren Messbereich und damit mit einer höheren Überlastfähigkeit. Der Vorteil einer höheren Überlastfähigkeit ist jedoch im Allgemeinen mit dem Nachteil einer verringerten Messgenauigkeit verbunden. Im Falle einer Verwendung des Druckmessumformers in einem Regelkreis wirkt sich dies negativ auf die Regelgenauigkeit aus und verringert somit die Produktqualität.

Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Verfügbarkeit von Druckmessumformern ist aus der US 6 029 524 bekannt. Zwei im Wesentlichen gleiche Drucksensoren sind im Gehäuse des Messumformers eingebaut. Zur Feststellung eines Fehlers in einem der beiden Drucksensoren werden die von den beiden Drucksensoren gelieferten Messsignale miteinander verglichen. Liegt eine signifikante Abweichung zwischen den beiden Messsignalen vor, so deutet dies auf einen Fehler des Drucksensors oder eine Drucksensorzerstörung hin. Ist einer der beiden Drucksensoren ausgefallen, so kann der Messumformer mit dem noch funktionsfähig verbleibenden Sensor weiterbetrieben werden. Bei schleichenden oder verschleißbedingten Fehlern ist diese Maßnahme wirkungsvoll. Nachteilig ist jedoch, dass im Fall einer Überlast beide Drucksensoren zerstört werden, da sie im Wesentlichen gleich aufgebaut sind und somit bezüglich ihrer Überlastfähigkeit denselben Beschränkungen unterliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessumformer zu schaffen, der sich durch eine weitere Verbesserung der Verfügbarkeit auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Messumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen beschrieben.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass nach einem Ausfall des ersten Drucksensors der Messumformer mit dem zweiten Drucksensor weiterhin Messwerte liefern kann, da dessen Überlastfähigkeit höher ausgelegt ist als diejenige des ersten Drucksensors. In vorteilhafter Weise wird dies nicht mit einer verringerten Messgenauigkeit des Messumformers bei intaktem erstem Drucksensor erkauft. Solange der erste Drucksensor mit der höheren Empfindlichkeit funktionsfähig ist, wird der Messwert anhand des von diesem erzeugten ersten Messsignals ermittelt und ausgegeben. Der Messbereich des zweiten Drucksensors wird vorzugsweise so ausgelegt, dass er zumindest den Bereich einer zulässigen Überlast des ersten Drucksensors abdeckt. Seine Überlastfähigkeit ist damit wesentlich höher als diejenige des ersten Drucksensors, so dass weitgehend sichergestellt ist, dass der Prozessdruck, der im Normalfall innerhalb des Messbereichs des ersten Drucksensors liegt, nicht die Überlastfähigkeit des zweiten Drucksensors übersteigt. Selbst nach dem Ausfall des ersten Drucksensors aufgrund eines unzulässigen Überlastzustands kann der Messumformer mit Hilfe des zweiten Drucksensors einen Messwert mit eventuell geringerer Messgenauigkeit ausgeben. Die Verfügbarkeit des Messumformers wird somit wesentlich erhöht. Ein außerplanmäßiger Stillstand einer automatisierungstechnischen Anlage kann daher häufig vermieden werden, da der Weiterbetrieb des Messumformers mit reduzierter Messgenauigkeit möglich ist. Beim nächsten geplanten Anlagenstillstand, z. B. bei einer zyklischen Wartung, kann der Austausch des defekten Messumformers durch ein Gerät mit zwei intakten Drucksensoren erfolgen. Die mit einem Anlagenstillstand verbundenen Kosten können daher weitgehend vermieden werden.

Ein Fehler des ersten Sensors kann durch Vergleich seines Messsignals mit dem Messsignal des zweiten Drucksensors erfolgen. Liegen die den beiden Messsignalen entsprechenden Druckwerte wesentlich auseinander, muss ein Fehler vorhanden sein, der aufgrund seiner geringeren Überlastfähigkeit mit großer Wahrscheinlichkeit beim ersten Drucksensor eingetreten ist. Wenn die Auswerteeinrichtung eine Einrichtung zur Brucherkennung aufweist, die den Zustand eines der beiden Drucksensoren, vorzugsweise des ersten Drucksensors, überprüft, kann zusätzlich bestimmt werden, welcher der beiden Drucksensoren ein fehlerhaftes Messsignal liefert. Eine derartige Brucherkennung kann bereits ansprechen, wenn die beiden Drucksensoren noch einander entsprechende Messsignale liefern, und trägt somit zu einer Fehlerfrüherkennung bei. Weiterhin wird durch die Einrichtung zur Brucherkennung zuverlässig verhindert, dass bei einem fehlerhaften zweiten Drucksensor aufgrund einer unzulässigen Abweichung der beiden Messsignale ein falscher Messwert auf der Basis des zweiten Drucksensors ermittelt und ausgegeben wird. Durch die zusätzliche Einrichtung zur Brucherkennung wird die Verfügbarkeit des Messumformers daher weiter verbessert. Die Funktionsweise der Einrichtung zur Brucherkennung hängt vom jeweils verwendeten Typ des Drucksensors ab. Beispielsweise bei einem piezoresistiven Drucksensor kann eine ohmsche Messung der einzelnen Widerstandswerte durchgeführt und das Ergebnis zur Feststellung eines Bruchs der Sensormembran ausgewertet werden.

Die Auswerteeinrichtung kann mit Vorteil derart ausgebildet sein, dass im Normalbetrieb zyklisch anhand des ersten Messsignals des ersten Drucksensors eine Kalibrierung des zweiten Drucksensors erfolgt. Dadurch wird eine Minimierung des Messfehlers erreicht, wenn bei einem Defekt des ersten Drucksensors der zweite Drucksensor mit geringerer Empfindlichkeit und im Allgemeinen geringerer Messgenauigkeit zur Erzeugung des Messsignals dient, auf dessen Basis der Messwert in der Auswerteeinrichtung ermittelt und ausgegeben wird.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Schnittbild eines Aufnehmers eines Druckmessumformers und
2 ein Blockschaltbild des Druckmessumformers.
Ein Aufnehmer 1 eines Druckmessumformers weist gemäß 1 einen Prozessanschluss 3 auf, mit welchem er an eine Rohrleitung oder einen Behälter in einer automatisierungstechnischen Anlage anschließbar ist. Ein Prozessmedium mit einem Druck p wird dem Aufnehmer durch eine Öffnung im Prozessanschluss 3 zugeführt. Im Innenraum eines Aufnehmergehäuses 2 gelangt das Prozessmedium zu einer Trennmembran 4, durch welche das Prozessmedium von einem Füllöl getrennt wird, das sich in einer Messkammer 5 befindet. Mit Hilfe des Füllöls wird der Prozessdruck p hydrostatisch auf einen ersten Drucksensor 6 sowie einen zweiten Drucksensor 7 übertragen. Die beiden Drucksensoren 6 und 7 erzeugen ein erstes Messsignal bzw. ein zweites Messsignal, welche durch in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte elektrische Leitungen an eine Auswerteeinrichtung zur weiteren Verarbeitung übertragen werden. Bei einem Aufnehmer mit variablem Referenzdruck oder bei einem Differenzdruckaufnehmer kann der zweite Druck beispielsweise mit weiteren, in der Figur nicht dargestellten Drucksensoren erfasst und in die Auswertung einbezogen werden. Der erste Drucksensor 6 besitzt einen Messbereich, der auf die an seinem Einsatzort auftretenden Prozessdrücke abgestimmt ist. Der zweite Drucksensor 7 hat dagegen einen weiteren Messbereich und eine Überlastfähigkeit, welche erheblich größer als diejenige des ersten Drucksensors 6 ist.
Anhand 2 wird im Folgenden die Funktionsweise des Druckmessumformers näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Aufnehmer 1 liefert ein erstes Messsignal 9 des ersten Drucksensors 6 sowie ein zweites Messsignal 10 des zweiten Drucksensors 7 an eine Auswerteeinrichtung 11. In dieser werden die beiden Messsignale 9 und 10 in einer Signalverarbeitungseinheit 12 zur Bestimmung eines Messwerts 13 weiterverarbeitet. In der Signalverarbeitungseinheit 12 werden zusätzlich Statusmeldungen, die den Zustand des Messumformers betreffen, erzeugt. Statusmeldungen und Messwert 13 werden durch eine Schnittstelle 14 über ein Bussystem 15 an ein Leitsystem 16 weitergegeben, in welchem diese zur Verwendung in einer automatisierungstechnischen Anlage, beispielsweise als Istwert in einem Regelkreis, weiterverarbeitet werden. Zur Detektion eines Fehlers in einem der beiden Drucksensoren 6 oder 7 werden die gelieferten Messsignale 9 und 10 in der Signalverarbeitungseinheit 12 miteinander verglichen. Weichen die beiden Messsignale 9 und 10 zu sehr voneinander ab, liegt eine Störung in einem der beiden Drucksensoren 6 oder 7 vor. Bei einer nur geringfügigen Abweichung wird durch die Signalverarbeitungseinheit 12 der zweite Drucksensor 7 anhand des ersten Messsignals 9 zyklisch neu kalibriert. Eine Einrichtung 17 zur Brucherkennung stellt beispielsweise durch Messungen auf den Leitungen, über welche das erste Messsignal 9 an die Auswerteeinrichtung 11 übertragen wird, fest, ob der erste Drucksensor 6 oder seine Zuleitungen Schaden genommen haben. Beispielsweise bei einem Drucksensor mit piezoresistiven Sensorelementen kann dies durch eine ohmsche Messung der einzelnen Sensorelemente und der Zuleitungen erfolgen. Das Ergebnis der Brucherkennung wird durch die Einrichtung 17 an die Signalverarbeitungseinheit 12 weitergegeben, welche dieses in die Erzeugung der Zustandsmeldungen sowie des Messwerts 13 einbezieht. Wird ein Fehler des ersten Drucksensors 6 festgestellt, so wird der Messwert 13 ausschließlich auf der Basis des zweiten Messsignals 10 des zweiten Drucksensors 7 gebildet. Im Normalbetrieb beruht der weitergegebene Messwert 13 dagegen ausschließlich auf dem ersten Messsignal 9 des ersten Drucksensors 6.
Da der Messumformer auch bei einem Ausfall des ersten Drucksensors 6, beispielsweise aufgrund einer Überlast, weiterbetrieben werden kann, werden ungeplante Anlagenstillstände vermieden. Der Austausch des defekten Messumformers kann bei der nächsten zyklischen Wartung erfolgen.

Claims

Druckmessumformer – mit einem ersten Drucksensor (6) zur Erzeugung eines ersten Messsignals (9), das dem zu messenden Druck (p) eines gasförmigen oder flüssigen Mediums entspricht, – mit einem zweiten Drucksensor (7) zur Erzeugung eines zweiten Messsignals (10), das dem zu messenden Druck (p) des Mediums entspricht, und – mit einer Auswerteeinrichtung (11) zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der beiden Drucksensoren (6, 7) und zur Ausgabe eines Messwerts (13) sowie eines Meldesignals im Fehlerfall, dadurch gekennzeichnet, – dass der zweite Drucksensor (7) eine höhere Überlastfähigkeit aufweist als der erste Drucksensor (6) und – dass die Auswerteeinrichtung (11) dazu ausgebildet ist, den Messwert (13) im Normalbetrieb anhand des ersten Messsignals (9) und bei einem festgestellten Defekt des ersten Drucksensors (6) anhand des zweiten Messsignals (10) zu ermitteln.
Druckmessumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (11) eine Einrichtung (17) zur Brucherkennung aufweist.
Druckmessumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass im Normalbetrieb zyklisch eine Kalibrierung des zweiten Drucksensors (7) anhand der beiden Messsignale (9, 10) erfolgt.