DE102008052821A1

DE102008052821A1 - Method for detecting failure and monitoring humidity of sensor electrode i.e. pH glass electrode, in measurement sensor system, involves determining deviation of actual membrane resistance in time point from production membrane resistance

Info

Publication number: DE102008052821A1
Application number: DE200810052821
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr. Strauß; Martin Lohmann
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-04-22

Abstract

The method involves measuring voltage at a glass membrane (2) by using a sensor electrode i.e. pH glass electrode (1). A measuring value is produced as an output signal based on the voltage. Functional capability of the sensor electrode is monitored. An individual production membrane resistance (ohmi) of the sensor electrode is detected and stored during production. Deviation of an actual membrane resistance in a measuring time point from the production membrane resistance is determined with respect to an actual temperature for determining possible error in the voltage measurement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung und Feuchtigkeitsüberwachung von Sensor-Elektroden in Messsensoriken nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Messsensoriken mit Sensor-Elektroden werden heutzutage in verschiedener Form und Ausgestaltung in Produktionsprozessen zur Überwachung von Steuergrößen eingesetzt. Die Sensor-Elektroden dienen dabei zur Aufnahme von Messwerten im laufenden Produktionsprozess, wie zum Beispiel der Temperatur, dem Druck, der Durchflussmenge oder einem pH-Wert der Prozessflüssigkeit. Für letztere Messgröße sind sogenannte pH-Glaselektroden bekannt, bei denen über eine Glasmembran eine vom pH-Wert abhängige elektrische Spannung gemessen wird.The The invention relates to a method for error detection and moisture monitoring of sensor electrodes in measuring sensors according to the preamble of Claim 1. Measuring sensors with sensor electrodes are nowadays in different form and design in production processes for monitoring used by control variables. The sensor electrodes serve to record measured values in the current state Production process, such as temperature, pressure, the flow rate or a pH of the process fluid. For the latter Are measured quantity so-called pH glass electrodes are known in which a glass membrane from a pH dependent electrical voltage is measured.

Die Glasmembran derartiger pH-Glaselektroden ist gegenüber Beschädigungen relativ empfindlich. Sie besteht herkömmlicherweise aus einer pH-sensitiven Quellschicht im Glas am Sensorkopf der Glaselektrode. An diese wird zur Messung und Überprüfung der Funktionsfähigkeit eine elektrische Spannung angelegt. Aufgrund der sehr geringen Ströme muss die Spannungsmessung im sehr hochohmigen Bereich durchgeführt werden, beispielsweise im Gigaohm-Bereich. Durch Aufmodulation einer Testspannung auf die Sensor-Elektrode des pH-Sensors kann der aktuelle Widerstand der Glasmembran gemessen werden. Dies wird im Stand der Technik zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit derartiger Sensoren durchgeführt und auch als sogenanntes Sensor-Check-System (SCS) bezeichnet. Wenn sich der aktuelle Widerstand einer Glasmembran solcher pH-Glaselektroden stark ändert, kann dies mit dem Sensor-Check-System erfasst werden und eine Fehlfunktion beispielsweise in Form eines Warnsignals angezeigt werden. Der reale Widerstand der Glasmembranen heutiger Glaselektroden liegt üblicherweise im Gigaohm-Bereich. Der Widerstand ist einerseits stark abhängig von der vorherrschenden Temperatur, bei welcher der Sensor eingesetzt wird. Außerdem kann bei baugleichen Sensor-Elektroden der Widerstand der Glasmembran aufgrund von Fertigungstoleranzen und Bauteilabweichungen zwischen einzelnen Sensoren variieren. Bei einem Bruch der Membran der Glaselektrode fällt der Widerstand deutlich von dem ursprünglichen Gigaohm-Bereich in den Kiloohm-Bereich ab. Daher können in diesem Fall ein Eindringen von Feuchtigkeit und ein Ausfall der Glaselektrode durch die Spannungsmessung mit einem Sensor-Check-System sicher erkannt werden, obwohl aufgrund der Temperaturunterschiede und der Fertigungsabhängigkeiten bzw. Fertigungstoleranzen und damit der Unterschiede zwischen einzelnen auch baugleichen Sensoren die Widerstandswerte in jedem Einzelfall variieren können. Ein Glasbruch und vollständiger Ausfall derartiger Sensoren kann mit dem bestehenden Sensor-Check-System daher sicher erkannt und signalisiert werden. Anders verhält es sich hingegen bei weniger schwerwiegenden Fehlern aufgrund eindringender Feuchtigkeit in den Sensorkopf. Anders als bei einem vollständigen Bruch der Glasmembran kann durch eindringende Feuchtigkeit beispielsweise eine Fehlerquelle entstehen, die den aktuellen Messwert zwar verfälscht, jedoch über die Spannungsmessung bzw. Widerstandswerte der Glasmembran nicht ohne weiteres erkannt werden kann. Durch die eindringende Feuchtigkeit können Nebenschlüsse entstehen, welche die aktuelle Messspannung beeinflussen und damit den Messwert verfälschen. Die mit der in den Kopf der Glaselektrode eindringenden Feuchtigkeit einhergehende Änderung des Membranwiderstands ist häufig so gering, dass sie über die sogenannte Sensor-Check-System-Messung nicht sicher erkannt werden kann. Aufgrund von Fertigungsvarianzen zwischen an sich baugleichen Sensor-Elektroden können nämlich größere Unterschiede in den Widerstandswerten vorhanden sein, als es der Einfluss aufgrund von eingedrungener Feuchtigkeit auf die Widerstandswerte ist. In solchen Fällen kann daher bisher im Stand der Technik keine Widerstandsschwelle festgelegt werden, unterhalb derer ein Feuchtigkeitsfehler erkannt und signalisiert wird.The Glass membrane of such pH glass electrodes is against damage relatively sensitive. It conventionally consists of a pH-sensitive Swelling layer in the glass at the sensor head of the glass electrode. At this will for measuring and checking the operability an electrical voltage applied. Due to the very low currents must the voltage measurement is carried out in the very high-impedance range, for example in the gigaohm range. By modulating a test voltage on the sensor electrode of the pH sensor, the current resistance the glass membrane are measured. This is in the prior art to check the operability performed such sensors and also as a so-called sensor-check system (SCS). When the current resistance of a glass membrane strongly changes such pH glass electrodes, This can be done with the sensor-check system be detected and a malfunction, for example in the form of a Warning signal to be displayed. The real resistance of glass membranes today Glass electrodes are usually located in the gigaohm range. On the one hand, the resistance is heavily dependent on the prevailing temperature at which the sensor is used becomes. Furthermore can with identical sensor electrodes, the resistance of the glass membrane due to manufacturing tolerances and component deviations between individual sensors vary. If the membrane of the glass electrode breaks he falls Resistance significantly from the original gigaohm range in the kiloohm range from. Therefore, you can in this case moisture ingress and failure of the Glass electrode safely detected by the voltage measurement with a sensor-check system although due to temperature differences and manufacturing dependencies or manufacturing tolerances and thus the differences between individual even identical sensors, the resistance values in each individual case can vary. A broken glass and more complete Failure of such sensors can with the existing sensor-check system therefore safely detected and signaled. It is different but with less serious errors due to penetrating Moisture in the sensor head. Unlike a complete break The glass membrane can be penetrated by moisture, for example cause a source of error that falsifies the current measured value, but via the Voltage measurement or resistance values of the glass membrane not without further can be detected. Due to the penetrating moisture can shunts arise, which influence the current measurement voltage and thus falsify the measured value. The with the penetrating into the head of the glass electrode moisture accompanying change Membrane resistance is common so small that they over the so-called sensor-check-system measurement is not reliably detected can be. Due to manufacturing variances between themselves identical Sensor electrodes can namely bigger differences be present in the resistance values, as it is due to the influence of moisture ingress is on the resistance values. In such cases Therefore, so far no resistance threshold in the prior art below which a moisture defect is detected and signaled.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Fehlererkennung und Feuchtigkeitsüberwachung von Sensor-Elektroden in Messsensoriken vorzuschlagen, mittels welchem auch geringe Abweichungen und damit einhergehende Messfehler aufgrund beispielsweise von eindringender Feuchtigkeit sicher erkannt werden können. Die Fehlererkennung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll trotz Temperaturabhängigkeit und Fertigungsvarianzen der Widerstandswerte an den Sensor-Elektroden möglichst akkurat sein.In contrast, is It is the object of the present invention, a method for error detection and moisture monitoring to suggest sensor electrodes in measuring sensors, by means of which also small deviations and associated measuring errors due to For example, be reliably detected by penetrating moisture can. The error detection with the method according to the invention should despite temperature dependence and manufacturing variances of the resistance values at the sensor electrodes preferably be accurate.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These The object is achieved by the method according to claim 1. advantageous Embodiments and developments of the invention are the subject the dependent Claims.

Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Fehlererkennung und Feuchtigkeitsüberwachung von Sensor-Elektroden, insbesondere pH-Glaselektroden, vorgeschlagen, wobei mittels der Sensor-Elektrode eine Spannungsmessung an einer Sensormembran durchgeführt wird, anhand derer ein für die Messgröße repräsentativer Wert als Ausgangssignal erzeugt wird, und wobei die Funktionsfähigkeit der Sensor-Elektrode überwacht wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Erfassen und Speichern eines individuellen Fertigungs-Membranwiderstands jeder Sensor-Elektrode bei der Herstellung; und
b) Ermitteln der Abweichung des aktuellen Membranwiderstands im Messzeitpunkt von dem ursprünglichen Fertigungs-Membranwiderstand unter Berücksichtigung der aktuellen Temperatur zur Bestimmung eines eventuellen Fehlers in der Spannungsmessung.

According to the invention, a method for error detection and moisture monitoring of sensor electrodes, in particular pH glass electrodes, proposed, wherein by means of the sensor electrode, a voltage measurement is performed on a sensor membrane, based on which a value representative of the measured value is generated as an output signal, and wherein the functionality of the sensor electrode is monitored, characterized by the steps:

a) detecting and storing an individual manufacturing membrane resistance of each sensor electrode during manufacture; and
b) Determining the deviation of the current membrane resistance at the time of measurement from the original manufacturing membrane resistance taking into account the current temperature for determining a possible error in the voltage measurement.

Mit diesem Verfahren nach der Erfindung wird eine verbesserte Detektion von eindringender Feuchtigkeit im Sensor ermöglicht durch Auswertung des aktuellen Membranwiderstands unter Berücksichtigung seiner Veränderung seit der Fertigung der Sensor-Elektrode und unter gleichzeitiger Berücksichtigung der aktuellen Temperatur. Da der Widerstandswert an der Sensormembran von der Temperatur abhängig ist, kann über die Berücksichtigung der aktuellen Temperatur der auf die Temperaturänderung allein zurückgehende Wert einer Widerstandsänderung sozusagen herausgerechnet werden. Durch Kenntnis des ursprünglich bei der Herstellung der Sensor-Elektrode vorhandenen Widerstandswerts der jeweiligen Sensormembran, der einmalig bei der Herstellung erfasst und gespeichert wird, können auch Unterschiede in den Widerstandswerten von ansonsten baugleichen Sensor-Elektroden herausgerechnet werden, welche allein auf Herstellungstoleranzen und Abweichungen aufgrund von Herstellungsunterschieden bzw. einer Alterung beruhen. Dafür kann beispielsweise in der Fertigung der Sensor-Elektrode durch eine Einzelstückmessung der jeweilige Membranwiderstand jedes individuellen Sensors gemessen und dokumentiert werden. Die Dokumentation des für jeden Sensor individuellen Membranwiderstands kann vorzugsweise durch Speicherung im Sensor selbst oder im Messumformer erfolgen. Die Speicherung des Herstellungs-Membranwiderstands kann jedoch auch dezentral und getrennt von dem jeweiligen Sensor selbst beispielsweise unter Bezugnahme auf die entsprechende Seriennummer des individuellen Sensors erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nach Schritt b) von Anspruch 1 sodann im Messzeitpunkt bzw. im Überprüfungszeitpunkt der Feuchtigkeitsüberwachung eine Abweichung des aktuellen Membranwiderstands von dem ursprünglichen Fertigungs-Membranwiderstand bei gleichzeitiger Berücksichtigung der aktuell vorherrschenden Temperatur ermitteln. Die aktuelle Temperatur kann über einen Temperaturfühler gemessen werden und direkt bei der Ermittlung bzw. Berechnung des aktuellen Membranwiderstands im jeweiligen Überprüfungszeitpunkt mit einbezogen werden. Auf diese Weise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Fertigungsvarianzen und gleichzeitig die Temperaturabhängigkeit der Spannungsmessung derartiger Sensor-Elektroden berücksichtigt. Damit lassen sich genauere Aussagen zur Fehleranalyse mit dem Verfahren generieren. Auch kleinere Abweichungen in den Widerstandswerten der Sensormembranen, die beispielsweise durch eindringende Feuchtigkeit verursacht werden, können somit erstmalig sicher detektiert und beispielsweise in Form einer Alarmmeldung dem Benutzer signalisiert werden.With This method according to the invention is an improved detection of penetrating moisture in the sensor made possible by evaluation of the current membrane resistance taking into account its change since the manufacture of the sensor electrode and at the same time consideration the current temperature. As the resistance at the sensor membrane depending on the temperature is, can over the consideration the actual temperature of the temperature change alone Value of a resistance change to be calculated out, so to speak. By knowing the original at the production of the sensor electrode existing resistance value the respective sensor membrane, which records once in the production and saved also differences in the resistance values of otherwise identical Sensor electrodes are excluded, which alone on manufacturing tolerances and Deviations due to manufacturing differences or aging based. Therefore For example, in the manufacture of the sensor electrode by a single piece measurement the respective membrane resistance of each individual sensor is measured and documented. The documentation of the individual for each sensor Membrane resistance may preferably be by storage in the sensor itself or in the transmitter. The storage of manufacturing membrane resistance However, it can also be decentralized and separate from the respective sensor itself, for example, with reference to the corresponding serial number of the individual sensor. The inventive method is after step b) of claim 1 then at the time of measurement or at the time of checking moisture monitoring a deviation of the current membrane resistance from the original one Manufacturing membrane resistance while taking into account determine the currently prevailing temperature. The current temperature can be over a temperature sensor be measured and used directly in the determination or calculation of the current membrane resistance at the respective inspection time become. In this way, by the inventive method Production variances and at the same time the temperature dependence of Taken into account voltage measurement of such sensor electrodes. This can be done generate more accurate statements about the error analysis with the method. Also minor deviations in the resistance values of the sensor membranes, caused for example by penetrating moisture, can thus for the first time safely detected and, for example in the form of a Alarm message to be signaled to the user.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der individuelle Fertigungs-Membranwiderstand jeder Sensor-Elektrode durch einen Messumformer automatisch ausgelesen. Der Messumformer ist dafür mit geeigneten Mitteln ausgestattet, welche es erlauben, die jeweiligen individuellen Widerstandswerte einzelner Sensor-Elektroden bzw. der jeweiligen Sensormembranen auszulesen. Die Herstellungs-Membranwiderstandswerte können entweder in dem Sensor selbst hinterlegt sein oder in einem extra dafür vorgesehenen Speichermodul zusammen mit der Seriennummer des Sensors gespeichert sein. Durch das automatische Auslesen der Widerstandswerte durch den Messumformer nach diesem Ausführungsbeispiel sind keine umständlichen Eingaben durch einen Bediener vorzunehmen. Der Messumformer kann sofort nach Anschluss an die entsprechende Sensor-Elektrode den ursprünglichen individuellen Fertigungs-Membranwiderstand erhalten und vorteilhafterweise für die erfindungsgemäße Feuchtigkeitsüberwachung verwenden.To an advantageous embodiment of the method according to the invention becomes the individual manufacturing membrane resistance of each sensor electrode automatically read out by a transmitter. The transmitter is for that equipped with appropriate means that allow the respective individual resistance values of individual sensor electrodes or read the respective sensor membranes. The manufacturing membrane resistance values can either deposited in the sensor itself or in an extra meant for Memory module stored together with the serial number of the sensor be. By the automatic readout of the resistance values by the transmitter according to this embodiment are not cumbersome Make entries by an operator. The transmitter can immediately after connection to the corresponding sensor electrode original get individual manufacturing membrane resistance and advantageously for the Moisture monitoring according to the invention use.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die individuellen Fertigungs-Membranwiderstandswerte in der Sensor-Elektrode selbst gespeichert. Bei modernen elektronischen Messsensoriken, wie beispielsweise Memosens-Elektroden, kann so der Fertigungs-Membranwiderstand direkt in der Elektrode selbst gespeichert werden und ist jederzeit leicht für die Durchführung der erfindungsgemäßen Feuchtigkeitsüberwachung verfügbar. Alternativ kann der Fertigungs-Membranwiderstand, beispielsweise bei analogen pH-Elektroden, in einen Messumformer oder die Sensor-Elektrode selbst eingegeben werden. Hierfür können Eingabeschnittstellen vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit sowohl bei analogen Sensor-Elektroden als auch bei digitalisierten Memosens-pH-Elektroden oder ähnlichem anwendbar. Dabei ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die Verwendung bei ph-Elektroden, wie beispielsweise pH-Glaselektroden, beschränkt, sondern eignet sich für alle Sensor-Elektroden mit hochohmiger Messung zur verbesserten und genaueren Feuchtigkeitsüberwachung und Fehleranalyse.To a further advantageous embodiment of the method according to the invention the individual manufacturing membrane resistance values in the Sensor electrode saved yourself. In modern electronic measuring sensors, such as Memosens electrodes, so can the manufacturing membrane resistance can be stored directly in the electrode itself and is always available easy for the implementation the moisture monitoring according to the invention available. Alternatively, the manufacturing membrane resistance, for example with analog pH electrodes, in a transmitter or the sensor electrode yourself entered. Therefor can Be provided input interfaces. The inventive method is so that both in analog sensor electrodes as well as in digitized Memosens pH electrodes or similar applicable. Of course, the invention is not on the use in ph electrodes, such as pH glass electrodes, but limited is suitable for All sensor electrodes with high-impedance measurement for improved and more accurate moisture monitoring and error analysis.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem Messumformer oder der Sensor-Elektrode ein Algorithmus hinterlegt, mittels welchem die Abweichung des aktuellen Membranwiderstands vom individuellen Fertigungs-Membranwiderstand jederzeit automatisch berechnet wird. Bei dem Algorithmus wird sowohl der ursprünglich gespeicherte individuelle Fertigungs-Membranwiderstand berücksichtigt als auch die aktuelle Temperatur im Zeitpunkt der Messung bzw. Überwachung. Der Algorithmus kann dafür auf Temperaturmesswerte zurückgreifen, welche im Prozess ohnehin erfasst werden. Alternativ kann auch ein separater Temperaturfühler zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden, welcher die Temperatur am Sensorkopf der Sensor-Elektrode erfasst.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, an algorithm is stored in the transmitter or the sensor electrode, by means of which the deviation of the current membrane resistance of the individual manufacturing membrane resistance is automatically calculated at any time. In the algorithm, both the originally stored individual manufacturing membrane resistance is considered as well as the current temperature at the time of measurement or monitoring. The Al For this, gorithm can resort to temperature readings, which are recorded in the process anyway. Alternatively, a separate temperature sensor for carrying out the method according to the invention can be used, which detects the temperature at the sensor head of the sensor electrode.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Falle einer Abweichung des aktuellen Membranwiderstands vom ursprünglichen Fertigungs-Membranwiderstand um einen vordefinierten Betrag ein akustisches und/oder visuelles Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal kann über entsprechende Anzeigeeinrichtungen dargestellt werden. Auch eine Kombination eines visuellen und akustischen Signals ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, so dass auch bei kleineren Fehlerabweichungen aufgrund von eindringender Feuchtigkeit in die Sensor-Elektrode der Bediener eines Produktionsprozesses rechtzeitig und frühzeitig darauf hingewiesen wird. Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Alternative wird eine vordefinierte Widerstandsschwelle für die maximal zulässige Abweichung des aktuellen Membranwiderstands vom Fertigungs-Membranwiderstand verwendet, oberhalb welcher erst ein Feuchtigkeitsfehler durch das Verfahren festgestellt wird. Damit werden kleinere Abweichungen in den Widerstandswerten außer Acht gelassen, und erst ab einem für die Messung kritischen Wert werden die Abweichungen als ein tatsächlicher Feuchtigkeitsfehler erkannt und dementsprechend weiterverarbeitet.To a further advantageous embodiment of the method according to the invention will be in case of deviation of the current membrane resistance from the original one Manufacturing membrane resistance by a predefined amount acoustic and / or visual error signal generated. The error signal can over corresponding display devices are displayed. Also one Combination of a visual and acoustic signal is in the frame The present invention conceivable, so that even with smaller error deviations due to penetrating moisture in the sensor electrode the operator of a production process timely and early is pointed out. After a related advantageous alternative becomes a predefined resistance threshold for the maximum permissible deviation of the current membrane resistance used by the manufacturing membrane resistor, above which first detected a moisture defect by the method becomes. This will cause minor deviations in the resistance values except Eight left, and only from a critical value for the measurement the deviations are considered an actual moisture error recognized and further processed accordingly.

Die Ermittlung einer aktuellen Abweichung des Membranwiderstands vom ursprünglichen Fertigungs-Membranwiderstand kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung entweder in regelmäßigen periodischen Zeitabständen automatisch durchgeführt werden oder bei jeweiligen Messungen bzw. Überprüfungszeitpunkten. Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung wird die aktuelle Abweichung des Membranwiderstands vor jeder einzelnen Messung mit der Sensor-Elektrode automatisch durchgeführt, damit die Aussagekraft der Messergebnisse genauer ist und mögliche Fehler und Abweichungen in den Messungen beispielsweise aufgrund von eindringender Feuchtigkeit unmittelbar erkannt und mitgeteilt werden können.The Determination of a current deviation of the membrane resistance from original Manufacturing membrane resistance may be within the scope of the present invention either in regular periodic intervals automatically performed or at respective measurements or inspection times. After one advantageous aspect of the invention is the current deviation of the membrane resistance before each individual measurement with the sensor electrode automatically performed, so that the validity of the measurement results is more accurate and possible errors and deviations in the measurements, for example due to penetrating Moisture can be immediately detected and communicated.

Die Erfindung wird im Folgenden mehr im Detail anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert werden, wobei in der einzigen Figur der Zeichnung eine schematische Ansicht einer pH-Glaselektrode mit Steuereinheit dargestellt ist, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren zur Feuchtigkeitsüberwachung implementiert ist.The The invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment with reference to the attached Drawing explained be in the single figure of the drawing is a schematic View of a pH glass electrode with control unit is shown, in which the inventive method for moisture monitoring is implemented.

In der Figur der Zeichnung ist schematisch eine pH-Glaselektrode mit zugehöriger Steuereinrichtung gezeigt, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren zur Fehleranalyse und Feuchtigkeitsüberwachung implementiert ist. Die Glaselektrode 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein pH-Sensor vom Einstabtyp, bei welchem innerhalb des gemeinsamen Gehäuses eine Sensor-Elektrode 1 zur eigentlichen Messung sowie eine Referenzelektrode 3 vorgesehen sind. Am unteren Ende der Sensor-Elektrode dieser pH-Glaselektrode ist eine Glasmembran 2 vorgesehen, die im Glas eine pH-sensitive Quellschicht aufweist. Über diese Glasmembran 2 am Sensorkopf kann von einem hier nicht dargestellten Prozessgut der pH-Wert ermittelt werden, indem eine Spannung auf die Messelektrode aufmoduliert wird. Die Steuerung und Ablesung von Messwerten erfolgt an einer in diesem Beispiel getrennten Steuereinrichtung 7, welche entsprechend eine Anzeigeeinrichtung 8, beispielsweise in Form einer Flüssigkristallanzeige, aufweist. Daneben ist die Steuereinrichtung 7 des pH-Sensors 1 mit Eingabetasten 11 für maximale und minimale Schwellenwerte der Widerstandsabweichung ΔΩ versehen sowie mit einer visuellen Anzeige 9 zur Fehleranzeige in Ampelform und einer entsprechenden akustischen Einrichtung 10 zur Ausgabe eines Alarmtons. Die Steuereinrichtung 7 ist mit der pH-Glaselektrode 1 über ein Koaxialkabel 5 verbunden, wie dies im Stand der Technik bei derartigen Sensortypen hinlänglich bekannt ist.In the figure of the drawing, a pH glass electrode with associated control device is schematically shown, in which the inventive method for error analysis and moisture monitoring is implemented. The glass electrode 1 in this embodiment is a single-rod type pH sensor in which a sensor electrode is disposed within the common housing 1 for the actual measurement as well as a reference electrode 3 are provided. At the lower end of the sensor electrode of this pH glass electrode is a glass membrane 2 provided, which has a pH-sensitive swelling layer in the glass. About this glass membrane 2 At the sensor head, the pH value can be determined by a process material, not shown here, by modulating a voltage onto the measuring electrode. The control and reading of measured values takes place on a control device which is separate in this example 7 , which according to a display device 8th , for example in the form of a liquid crystal display. Next to it is the control device 7 of the pH sensor 1 with input keys 11 for maximum and minimum threshold values of the resistance deviation ΔΩ and with a visual indication 9 for error indication in traffic light form and a corresponding acoustic device 10 to output an alarm tone. The control device 7 is with the pH glass electrode 1 via a coaxial cable 5 connected, as is well known in the prior art in such sensor types.

Nach der vorliegenden Erfindung ist nun eine besondere Feuchtigkeitsüberwachung zur Fehlererkennung und Fehleranalyse in dem Sensor 1 und der Steuereinrichtung 7 implementiert. Dafür ist ein Speichermodul 4 vorgesehen, in welchem ein ursprünglicher Fertigungs-Membranwiderstand Ω_i hinterlegt ist. In dem Beispiel der Figur ist der ursprüngliche Fertigungs-Membranwiderstand mit 1 GOhm beispielhaft angegeben. Dieser Widerstandswert ist der für den jeweiligen Sensor 1 individuelle Widerstandswert Ω_i an der Glasmembran 2 im Zeitpunkt der Herstellung. Da auch baugleiche Sensoren 1 untereinander aufgrund von Fertigungstoleranzen und Materialeigenschaften hinsichtlich des Widerstandswerts der Glasmembran 2 variieren können, ist dieser individuelle Fertigungs-Membranwiderstandswert Ω_i nach der vorliegenden Erfindung jeweils separat erfasst und gespeichert. Dies kann in einem Speichermodul 4 in einem Messumformer, dem Sensor selbst oder auch in davon getrennten Steuereinrichtungen wie der Steuereinrichtung 7 erfolgen. Neben dem eigentlichen pH-Sensor in Form der pH-Glaselektrode 1 in diesem Ausführungsbeispiel ist als weiterer Sensor ein Temperaturfühler 6 vorhanden, mit welchem die aktuelle Temperatur an der Glasmembran 2 der pH-Glaselektrode 1 permanent gemessen wird. Die Kenntnis der aktuellen Temperatur durch den Temperaturfühler 6 zusammen mit dem ursprünglichen Herstellungs-Membranwiderstand Ω_i aus dem Speichermodul 4 erlaubt es, eine genaue Feuchtigkeitsüberwachung der pH-Glaselektrode 1 vorzunehmen. Die Feuchtigkeitsüberwachung nach der Erfindung erfolgt anhand der aktuellen Abweichung des Membranwiderstands ΔΩ_A an der Glasmembran 2 von diesem ursprünglich gespeicherten individuellen Fertigungs-Membranwiderstand Ω_i, und zwar dies unter Berücksichtigung der jeweils aktuellen Temperatur, die von dem Temperaturfühler 6 gemessen wird. Auf diese Weise können aufgrund von eindringender Feuchtigkeit im Sensorkopf der pH-Glaselektrode 1 auftretende Fehler frühzeitig erkannt werden.According to the present invention, there is now a special humidity monitoring for error detection and error analysis in the sensor 1 and the controller 7 implemented. There is a memory module for this 4 provided in which an original manufacturing membrane resistance Ω _{i is} deposited. In the example of the figure, the original fabrication membrane resistance is exemplified by 1 G ohm. This resistance value is that for the respective sensor 1 individual resistance Ω _i at the glass membrane 2 at the time of manufacture. As well as identical sensors 1 with each other due to manufacturing tolerances and material properties with respect to the resistance value of the glass membrane 2 can vary, this individual manufacturing membrane resistance value Ω _i according to the present invention is separately detected and stored. This can be in a memory module 4 in a transmitter, the sensor itself or in separate control devices such as the control device 7 respectively. In addition to the actual pH sensor in the form of the pH glass electrode 1 In this embodiment, as a further sensor, a temperature sensor 6 present, with which the current temperature at the glass membrane 2 the pH glass electrode 1 is measured permanently. The knowledge of the current temperature by the temperature sensor 6 together with the original manufacturing membrane resistance Ω _i from the memory module 4 allow it, a precise moisture monitoring of the pH glass electrode 1 make. The moisture monitoring according to the invention is based on the current deviation of the membrane resistance ΔΩ _A on the glass membrane 2 from this originally stored individual manufacturing membrane resistance Ω _i , and this taking into account the respective current temperature, that of the temperature sensor 6 is measured. In this way, due to penetrating moisture in the sensor head of the pH glass electrode 1 occurring errors are detected early.

Durch den gespeicherten Fertigungs-Membranwiderstand des jeweiligen Sensors 1 werden Fertigungsvarianzen und damit einhergehende Unterschiede in den ursprünglichen Widerstandswerten an der Glasmembran 2 berücksichtigt und zusammen mit der aktuellen Temperatur die temperaturbedingten Einflüsse herausgerechnet. Dafür ist ein geeigneter Algorithmus programmiert, welcher entweder in dem Messumformer, dem Sensor selbst oder der Steuereinrichtung 7 ausgeführt werden kann. Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren können schon sehr kleine Widerstandsabweichungen erkannt werden, die beispielsweise durch eindringende Feuchtigkeit verursacht werden. Bei Erkennen einer solchen Fehlerquelle aufgrund von eindringender Feuchtigkeit und damit verbundener Nebenschlüsse wird bei diesem Ausführungsbeispiel in der Steuereinrichtung 7 eine Fehleranzeige in der Fehleranzeigeeinrichtung 9 dargestellt, und gleichzeitig wird ein akustisches Signal durch die akustische Einrichtung 10 erzeugt. Die Steuereinrichtung 7 ist mit Eingabetasten 11 versehen, mittels welcher voreingestellte Schwellenwerte für Widerstandswerte bzw. Abweichungen des Widerstands der Glasmembran 2 der pH-Glaselektrode 1 eingestellt werden können. Die voreingestellten Schwellenwerte für den Membranwiderstand vermeiden, dass schon bei sehr geringen Abweichungen vom ursprünglichen Fertigungs-Membranwiderstand hier ein Feuchtigkeitsfehler festgestellt wird, obwohl dies nicht der Fall ist.Through the stored manufacturing membrane resistance of the respective sensor 1 become manufacturing variances and associated differences in the original resistance values at the glass membrane 2 taken into account and, together with the current temperature, excluded the temperature-related influences. For this purpose, a suitable algorithm is programmed, which either in the transmitter, the sensor itself or the controller 7 can be executed. By this method according to the invention even very small resistance deviations can be detected, which are caused for example by penetrating moisture. Upon detection of such a source of error due to penetrating moisture and associated shunts is in this embodiment in the control device 7 an error indication in the error indicator 9 and at the same time an acoustic signal is emitted by the acoustic device 10 generated. The control device 7 is with input keys 11 provided by means of which preset threshold values for resistance values or deviations of the resistance of the glass membrane 2 the pH glass electrode 1 can be adjusted. The pre-set membrane resistance thresholds prevent a humidity error from being detected even at very small deviations from the original manufacturing membrane resistance, although this is not the case.

Ein Beispiel für eine Fehleranalyse und Feuchtigkeitsüberwachung von verschiedenen Sensoren nach der vorliegenden Erfindung ist in der folgenden Tabelle wiedergegeben. Sensor Membranwiderstand bei Fertigung Aktuelle Temperatur Eingedrungene Feuchtigkeit Membranwiderstand aktuell Sensor OK? Sensor 1 8 GOhm Niedrig Ja 500 MOhm Nein Sensor 2 1 GOhm Hoch Nein 200 MOhm Ja An example of fault analysis and moisture monitoring of various sensors according to the present invention is shown in the following table. sensor Membrane resistance during production Current temperature Ingress of moisture Membrane resistance currently Sensor OK? sensor 1 8 GOhm Low Yes 500 MOhm No sensor 2 1 GOhm High No 200 MOhm Yes

Im Falle des Sensors 1 ist der ursprüngliche Fertigungs-Membranwiderstand 8 GOhm, und die aktuelle Temperatur am Temperaturfühler 6 ist relativ niedrig. Der aktuelle Membranwiderstand ist mit 500 MOhm gemessen, und dies zeigt das Eindringen von Feuchtigkeit in den Sensorkopf an. Daher ist das Ausgabesignal des Verfahrens in diesem Fall bei „Sensor OK?” „Nein”. Der Sensor 1 muss ausgetauscht werden.In the case of the sensor 1 is the original manufacturing membrane resistance 8 GOhm, and the current temperature at the temperature sensor 6 is relatively low. The current membrane resistance is measured at 500 megohms, and this indicates the ingress of moisture into the sensor head. Therefore, the output signal of the method in this case is "No" at "Sensor OK?". The sensor 1 has to be replaced.

Bei dem Sensor 2 hingegen wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kein Fehler aufgrund eines Eindringens von Feuchtigkeit festgestellt. In diesem Fall ist der ursprüngliche Fertigungs-Membranwiderstand 1 GOhm, die aktuelle Temperatur ist relativ hoch, und der gemessene aktuelle Membranwiderstand ist hier 200 MOhm.At the sensor 2 on the other hand, no error due to penetration of moisture is detected by the method according to the invention. In this case, the original manufacturing membrane resistance is 1 GOhm, the current temperature is relatively high, and the measured actual membrane resistance here is 200 MOhm.

Diese Werte zeigen laut dem Verfahren nach der Erfindung an, dass keine Feuchtigkeit eingedrungen ist.These Values indicate according to the method of the invention that none Moisture has penetrated.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine genauere Feuchtigkeitsüberwachung und Analyse auch von kleineren feuchtigkeitsbedingten Fehlern effektiv durchgeführt werden. Die Erfindung ist sowohl auf analoge Sensor-Elektroden wie auch auf digitalisierte Memosens-Elektroden anwendbar und ist nicht auf eine Verwendung allein bei pH-Sensoren beschränkt. Sie eignet sich für alle Sensor-Elektroden mit einer hochohmigen Messung zur effektiven Feuchtigkeitsüberwachung und verbesserten Fehleranalyse.With the method according to the invention can be a more accurate moisture monitoring and analysis of even smaller moisture-related errors effectively carried out become. The invention is similar to both analog sensor electrodes also applicable to digitized Memosens electrodes and is not limited to use only with pH sensors. she is suitable for All sensor electrodes with a high-impedance measurement for effective humidity monitoring and improved error analysis.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und umfasst alle möglichen Ausführungsvarianten, die in die Reichweite der beigefügten Ansprüche fallen. Insbesondere kann eine Speicherung und Dokumentation der ursprünglichen Fertigungs-Membranwiderstände in einem Speichermodul 4 innerhalb des Sensors 1 selbst, in einem Messumformer oder in der separaten Steuereinrichtung 7 erfolgen. Auch andere Speicherorte sind hierfür denkbar, solange die Widerstandswerte im Zeitpunkt der Fehlerüberwachung dem System zur Verfügung gestellt werden. Auch kann der erfindungsgemäße Algorithmus zur Ermittlung einer aktuellen Abweichung von Membranwiderständen der Glasmembran 2 an anderer Stelle als dem Messumformer oder der Steuereinrichtung 7 hinterlegt sein. Beispielsweise kann ein Programmmodul in einer zentralen Produktionssteuerungseinrichtung abgelegt sein, die mit entsprechenden Datenkabeln mit dem Sensor selbst verbunden ist. Nicht zuletzt können auch die Fertigungs-Membranwiderstände für mehrere Sensoren oder Sensorsysteme zusammen mit den entsprechenden Seriennummern in einem einzigen Speichermodul gespeichert sein und in einer zentralen Überwachungseinrichtung eines Produktionsprozesses zur Feuchtigkeitsfehleranalyse verarbeitet werden.The invention is not limited to the illustrated embodiment and includes all possible embodiments that fall within the scope of the appended claims. In particular, a storage and documentation of the original manufacturing membrane resistors in a memory module 4 inside the sensor 1 itself, in a transmitter or in the separate control device 7 respectively. Other memory locations are also conceivable for this, as long as the resistance values are made available to the system at the time of fault monitoring. Also, the inventive algorithm for determining a current deviation of membrane resistances of the glass membrane 2 elsewhere than the transmitter or controller 7 be deposited. For example, a program module in a central production control device to be stored, which is connected to the sensor itself with appropriate data cables. Last but not least, the manufacturing membrane resistances for several sensors or sensor systems, together with the corresponding serial numbers, can also be stored in a single memory module and processed in a central monitoring device of a production process for moisture error analysis.

Claims

Method for fault detection and moisture monitoring of sensor electrodes in measuring sensors, in particular for monitoring of pH glass electrodes, wherein by means of the sensor electrode, a voltage measurement on a sensor membrane carried out is, on the basis of which one for the measurand more representative Measured value is generated as an output signal, and where the operability the sensor electrode monitors becomes, marked by a) Acquisition and storage of a individual manufacturing membrane resistance each sensor electrode during manufacture; and b) Determine the deviation of the current membrane resistance at the time of measurement from the original manufacturing membrane resistor considering the current temperature to determine a possible error in the voltage measurement.

Method according to claim 1, characterized by automatic Read the individual manufacturing membrane resistance by a Transmitter.

A method according to claim 1 or 2, characterized by storing the individual manufacturing membrane resistance in the sensor electrode itself.

Method according to one of the preceding claims, characterized by entering the individual manufacturing membrane resistance over a Input interface to the sensor electrode and / or a transmitter.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in the transmitter or the sensor electrode an algorithm is deposited by means of which the deviation of the current membrane resistance from the individual manufacturing membrane resistor automatically calculated.

Method according to one of the preceding claims, characterized by generating an acoustic or visual error signal in Case of a deviation of the current membrane resistance from the manufacturing membrane resistance by a predefined amount.

Method according to one of the preceding claims, characterized by using a predefined resistance threshold for the maximum allowed Deviation of the current membrane resistance from the manufacturing membrane resistance, above which a moisture error is detected.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the determination of a current deviation of the Membrane resistance after step b) is carried out at periodic intervals.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the determination of a current deviation of the Membrane resistance after step b) before each measurement with the sensor electrode automatically carried out becomes.