DE102010035965A1

DE102010035965A1 - Pressure Transmitter

Info

Publication number: DE102010035965A1
Application number: DE102010035965A
Authority: DE
Inventors: Holger Fehrmann; Frank Wohlfarth; Dr. Paulitsch Christoph
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-01
Also published as: WO2012028428A3; WO2012028428A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer mit einer Messkammer (1), die durch eine Trennmembran (2) von einem zu messenden Prozessmedium (3) getrennt ist. In oder an der Messkammer (1) sind Mittel (5) vorgesehen, durch welche eine auf die Trennmembran wirkende Kraft zur Auslenkung der Trennmembran erzeugbar ist. Durch eine Auswerteeinrichtung (7) wird anhand des sich dabei ergebenden Kraftverlaufs eine Kenngröße berechnet, die mit einer entsprechenden Kenngröße eines vorbestimmten Referenzverlaufs verglichen wird. In Abhängigkeit von Abweichungen zwischen den beiden Kenngrößen wird ein Signal zur Anzeige eines Membranfehlers ausgegeben. In vorteilhafter Weise ermöglicht der Druckmessumformer somit eine Diagnose der Trennmembran (2), ohne dass dieser aus einer prozesstechnischen Anlage ausgebaut werden muss. Die Diagnose ist zudem weniger abhängig von den jeweils herrschenden Randbedingungen in der Anlage durchführbar.The invention relates to a pressure transducer with a measuring chamber (1) which is separated from a process medium (3) to be measured by a separating membrane (2). Means (5) are provided in or on the measuring chamber (1) by means of which a force acting on the separating membrane can be generated to deflect the separating membrane. An evaluation device (7) uses the resulting force profile to calculate a parameter that is compared with a corresponding parameter of a predetermined reference profile. Depending on the deviations between the two parameters, a signal to indicate a membrane defect is output. In an advantageous manner, the pressure transducer thus enables a diagnosis of the separating membrane (2) without it having to be removed from a process engineering system. The diagnosis can also be carried out less depending on the prevailing boundary conditions in the system.

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer mit einer Messkammer, die durch eine Trennmembran von einem zu messenden Medium getrennt und zur Weiterleitung des Drucks zu einem Drucksensor mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a pressure transducer with a measuring chamber, which is separated by a separating membrane of a medium to be measured and filled to forward the pressure to a pressure sensor with a pressure transmission fluid, according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Drucksensor ist bereits aus der DE 103 42 368 A1 bekannt. Dort ist ein Druckmessumformer mit einem Gehäuse offenbart, in welchem eine Messmembran angeordnet ist, die einen Gehäuseinnenraum in eine Messkammer und eine Referenzkammer unterteilt. Jede Kammer ist mit einem Druckkanal versehen, der zu einer Trennmembran führt. Die Trennmembranen trennen die Messkammer bzw. die Referenzkammer von einem Prozessmedium. Die beiden Kammern sind mit einer Druckübertragungsflüssigkeit, beispielsweise einem Silikonöl, gefüllt. Zur Erzeugung eines elektrischen Messsignals, das sich in Abhängigkeit der anliegenden Druckdifferenz ändert, kann die Messmembran einen Drucksensor tragen, der beispielsweise aus Silizium ausgeführt und mit Dehnungswiderständen versehen ist. Durch eine Einrichtung zur Auswertung des Messsignals kann aus dem elektrischen Messsignal ein Messwert erzeugt und ausgegeben werden.Such a pressure sensor is already out of the DE 103 42 368 A1 known. There, a pressure transducer is disclosed with a housing in which a measuring diaphragm is arranged, which divides a housing interior into a measuring chamber and a reference chamber. Each chamber is provided with a pressure channel leading to a separation membrane. The separation membranes separate the measuring chamber or the reference chamber from a process medium. The two chambers are filled with a pressure transfer fluid, such as a silicone oil. In order to generate an electrical measuring signal which changes as a function of the applied pressure difference, the measuring diaphragm can carry a pressure sensor which, for example, is made of silicon and provided with expansion resistors. A device for evaluating the measurement signal can be used to generate and output a measured value from the electrical measurement signal.

Beim Einsatz von Druckmessumformern in prozesstechnischen Anlagen kann es vorkommen, dass eine Trennmembran durch das Prozessmedium chemisch angegriffen oder mechanisch beschädigt wird. Wenn ein Loch in der Membran entsteht, tritt das Prozessmedium in die Messkammer oder die Referenzkammer ein und gelangt zum Drucksensor, der empfindlich auf das Prozessmedium reagiert. Bevor ein Totalausfall auftritt, kann es während einer Übergangszeit zu fehlerhaften Messwerten kommen, die der Anwender nicht bemerkt. Dies kann in einer prozesstechnischen Anlage schwerwiegende Folgen haben. Weiterhin kann es durch das Prozessmedium zu Ablagerungen auf einer Trennmembran kommen, welche die Druckübertragung zum Sensor behindern. Dadurch entstehen Fehlmessungen, die durch den Anwender schwer feststellbar sind. Beispielsweise durch eine optische Inspektion, die einen vorherigen Ausbau des Druckmessumformers erfordert, sind derartige Fehler erkennbar.When using pressure transducers in process engineering plants, it may happen that a separation membrane is chemically attacked by the process medium or mechanically damaged. When a hole is formed in the diaphragm, the process fluid enters the measuring chamber or the reference chamber and reaches the pressure sensor, which is sensitive to the process fluid. Before a total failure occurs, erroneous readings may occur during a transitional period that the user does not notice. This can have serious consequences in a process engineering plant. Furthermore, it can come through the process medium to deposits on a separation membrane, which hinder the pressure transmission to the sensor. This results in incorrect measurements that are difficult to detect by the user. For example, by an optical inspection, which requires a prior expansion of the pressure transducer, such errors are recognizable.

Damit eine Überwachung des Zustands einer Trennmembran bereits ohne Ausbau des Druckmessumformers ermöglicht wird, ist aus der eingangs genannten DE 103 42 368 A1 bekannt, die Messkammer mit Mitteln zu versehen, durch welche ihr Volumen entsprechend einem im Wesentlichen vorbestimmten zeitlichen Verlauf veränderbar ist. Ein sich daraufhin einstellender Verlauf des Messsignals wird mit einem Referenzverlauf verglichen und bei erheblichen Abweichungen auf einen Membranfehler geschlossen. Als Mittel zur Veränderung des Messkammervolumens ist ein piezoelektrisches Element angeführt, welches sich an der Gehäusewand befindet und welches somit dem in der Messkammer herrschenden statischen Druck ausgesetzt ist. Bei hohem statischem Druck kann daher die Veränderung des Messkammervolumens erheblich erschwert oder sogar unmöglich gemacht werden. Die Durchführung einer Membrandiagnose ist somit bei dem bekannten Druckmessumformer stark abhängig von den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen, insbesondere von dem statischen Druck.So that a monitoring of the state of a separation membrane is already possible without removal of the pressure transmitter, is from the above-mentioned DE 103 42 368 A1 known to provide the measuring chamber with means by which their volume is variable according to a substantially predetermined time course. A subsequent course of the measuring signal is compared with a reference curve and, in the case of significant deviations, a membrane fault is concluded. As a means for changing the measuring chamber volume, a piezoelectric element is listed, which is located on the housing wall and which is thus exposed to the pressure prevailing in the measuring chamber static pressure. At high static pressure, therefore, the change in the measuring chamber volume can be made considerably more difficult or even impossible. The implementation of a diaphragm diagnosis is thus highly dependent on the prevailing operating conditions, in particular of the static pressure in the known pressure transmitter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessumformer zu schaffen, der eine Überwachung des Zustands einer Trennmembran mit verbesserter Unabhängigkeit vom jeweils herrschenden Betriebszustand des Druckmessumformers ermöglicht.The invention has for its object to provide a pressure transducer, which allows monitoring of the state of a separation membrane with improved independence from the prevailing operating state of the pressure transducer.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Druckmessumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.To solve this problem, the new pressure transducer of the type mentioned in the characterizing part of claim 1 features. In the dependent claims advantageous developments of the invention are described.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Diagnose mit größerer Unabhängigkeit vom jeweils herrschenden Prozessdruck durchführbar ist. Ohne eine Krafteinwirkung befindet sich die Trennmembran in einem Druckgleichgewicht zwischen der Messkammer und dem Prozessmedium. Ein bei einer Auslenkung der Trennmembran erzeugtes Verschiebevolumen kann mit einer entsprechenden Auslenkung einer Mittenmembran, die auch als Messmembran bezeichnet wird, und im Falle eines Differenzdruckmessumformers zusätzlich mit einer entsprechenden Auslenkung einer zweiten Trennmembran verbunden sein. Eine Kenngröße des zur Auslenkung der Trennmembran erzeugten Kraftverlaufs wird zur Diagnose mit einer entsprechenden Kenngröße eines Referenzverlaufs verglichen, welche zuvor im Gutfall, d. h. im Falle einer fehlerfreien Membran, unter vergleichbaren äußeren Randbedingungen ermittelt und in der Auswerteeinrichtung hinterlegt wurde. Treten Veränderungen, wie beispielsweise Ablagerungen, Materialermüdung oder Risse, der Trennmembran auf, so wird sich die Kenngröße des Kraftverlaufs ebenfalls verändern. Zur Berücksichtigung der Abhängigkeit der Kenngröße von verschiedenen Betriebsbedingungen können charakteristische Kraftverläufe bei verschiedenen Betriebsbedingungen, insbesondere bei unterschiedlichen Prozessdrücken, aufgenommen und abgespeichert werden. Unterschiedliche Fehlerfälle führen zu jeweils abweichenden Veränderungen des Kraftverlaufs. Z. B. weist der Kraftverlauf bei Beschädigung der Membran Unstetigkeiten z. B. aufgrund sich erweiternder Risse, sich ändernden Medienflusses in die Messkammer oder Abplatzungen von Ablagerungen auf. Bei starken Ablagerungen auf der Trennmembran setzt die Trennmembran einer Auslenkung eine höhere Widerstandskraft entgegen, so dass eine Erhöhung der Kräfte im Kraftverlauf detektiert werden kann. Im Fall einer Leckage verringern sich dagegen dieser Widerstand und entsprechend auch die Größe der aufzuwendenden Kräfte im Kraftverlauf.The invention has the advantage that the diagnosis can be carried out with greater independence from the respective prevailing process pressure. Without a force, the separation membrane is in a pressure equilibrium between the measuring chamber and the process medium. A displacement volume generated during a deflection of the separating membrane can be additionally connected to a corresponding deflection of a central membrane, which is also referred to as a measuring membrane, and in the case of a differential pressure transmitter, in addition to a corresponding deflection of a second separating membrane. A parameter of the force curve generated for the deflection of the separation membrane is compared for diagnosis with a corresponding parameter of a reference curve, which was previously determined in good case, ie in the case of a fault-free membrane, under comparable external boundary conditions and stored in the evaluation. If changes, such as deposits, material fatigue or cracks, occur in the separation membrane, the characteristic of the force distribution will also change. To take account of the dependence of the parameter on different operating conditions, characteristic force profiles can be recorded and stored under different operating conditions, in particular at different process pressures. Different error cases lead to deviating changes in the force curve. For example, the force curve in case of damage to the membrane discontinuities z. Due to widening cracks, changing media flow in the Measuring chamber or chipping of deposits on. With strong deposits on the separation membrane, the separation membrane of a deflection opposes a higher resistance, so that an increase in the forces can be detected in the force curve. In the case of leakage, however, reduce this resistance and, accordingly, the size of the forces to be applied in the force curve.

Weiterhin hat die Erfindung den Vorteil, dass die Mittel zur Krafterzeugung in oder an der Messkammer angeordnet und damit gegen ein eventuell aggressives Prozessmedium geschützt gelagert sind.Furthermore, the invention has the advantage that the means for generating force are arranged in or on the measuring chamber and thus stored protected against a potentially aggressive process medium.

Gegenüber der bekannten optischen Inspektion der Trennmembran hat die Erfindung den Vorteil, dass eine zuverlässige Aussage über den Zustand der Trennmembran gewonnen werden kann, ohne dass der Druckmessumformer vorher beispielsweise aus einer Rohrleitung ausgebaut werden muss. Damit kann die Diagnose quasi während des Betriebs des Druckmessumformers erfolgen. Zudem ist ein Alterungsprozess der Trennmembran erkennbar und es kann rechtzeitig darauf reagiert werden, bevor ein Ausfall des Druckmessumformers droht und es möglicherweise zu einem Stillstand der prozesstechnischen Anlage kommt, in welcher der Druckmessumformer betrieben wird. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der durch einen erfindungsgemäßen Druckmessumformer gelieferte Messwert zuverlässiger wird, da Veränderungen der Trennmembran, beispielsweise Ablagerungen oder Materialabtragungen durch Korrosion oder Abrasion, die den Messwert verfälschen könnten, beim neuen Druckmessumformer durch Diagnose automatisch erkannt und gemeldet werden können. Zudem hat der neue Druckmessumformer den Vorteil, dass eine eventuelle optische Inspektion, die bei bestimmten Messmedien bisher erforderlich war, entfällt und somit die Überwachung des Zustands einer Trennmembran mit wesentlich geringerem Aufwand verbunden ist.Compared to the known optical inspection of the separation membrane, the invention has the advantage that a reliable statement about the state of the separation membrane can be obtained without the pressure transmitter must be removed previously, for example, from a pipeline. Thus, the diagnosis can be made virtually during operation of the pressure transmitter. In addition, an aging process of the separation membrane is recognizable and it can be responded to in time before a failure of the pressure transmitter threatens and it may come to a halt in the process plant in which the pressure transducer is operated. A further advantage is the fact that the measured value delivered by a pressure transducer according to the invention becomes more reliable since changes in the separating membrane, for example deposits or material erosion due to corrosion or abrasion, which could falsify the measured value, can be automatically detected and reported to the new pressure transducer by diagnosis , In addition, the new pressure transmitter has the advantage that a possible optical inspection, which was previously required for certain measuring media, is eliminated, and thus the monitoring of the state of a separation membrane is connected with much less effort.

In vorteilhafter Weise ist zur Erfassung des Kraftverlaufs beispielsweise dann keine spezielle Kraftsensorik erforderlich, wenn als Mittel zur Krafterzeugung ein elektromechanischer Linearantrieb verwendet wird, der durch die Auswerteeinrichtung angesteuert wird. Die Auswerteeinrichtung kann dann in vorteilhafter Weise den erzeugten Kraftverlauf und damit dessen zum Vergleich mit einer Referenz herangezogene Kenngröße anhand des Antriebsstroms bestimmen.In an advantageous manner, for example, no special force sensor system is required to detect the course of force when an electromechanical linear drive is used as the means for generating force, which is actuated by the evaluation device. The evaluation device can then advantageously determine the generated force curve and thus its characteristic used for comparison with a reference based on the drive current.

Bei einem elektromechanischen Linearantrieb kann in vorteilhafter Weise eine weitere Kenngröße anhand der Antriebsspannung bestimmt und ausgewertet werden. Aus der induzierten elektrischen Spannung kann nämlich auf die Bewegungsgeschwindigkeit der Trennmembran geschlossen werden, insbesondere bei Verwendung eines elektrodynamischen Linearantriebs, so dass aus Strom und Spannung die erzeugte Kraft bzw. die Geschwindigkeit direkt geschätzt werden können. Die Auswertung der weiteren Kenngröße erlaubt eine Verbesserung der Zuverlässigkeit von Diagnoseaussagen. Bei starken Ablagerungen beispielsweise unterschreitet die Bewegungsgeschwindigkeit der Trennmembran einen im Gutfall zuvor aufgenommenen Referenzwert der Geschwindigkeit. Bei einer Leckage dagegen wird dieser überschritten, da die Trennmembran einer Bewegung einen geringeren Widerstand entgegensetzt.In the case of an electromechanical linear drive, a further parameter can advantageously be determined and evaluated on the basis of the drive voltage. Namely, from the induced electrical voltage can be closed to the movement speed of the separation membrane, in particular when using an electrodynamic linear drive, so that from the current and voltage, the force generated or the speed can be estimated directly. The evaluation of the further characteristic allows an improvement in the reliability of diagnostic statements. In the case of heavy deposits, for example, the speed of movement of the separating membrane falls below a reference value of the speed previously recorded in good case. In the case of a leak, on the other hand, it is exceeded because the separating membrane opposes a movement of a lower resistance.

Eine Begrenzung der Auslenkung der Trennmembran durch eine vorbestimmte Endlage hat den Vorteil, dass die erzeugten Kraftverläufe für einen vorbestimmten Bereich der Auslenkung aufgenommen und mit entsprechenden Referenzverläufen verglichen werden können. Die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage kann dadurch weiter verbessert werden.A limitation of the deflection of the separation membrane by a predetermined end position has the advantage that the force curves generated can be recorded for a predetermined range of the deflection and compared with corresponding reference curves. The reliability of the diagnosis statement can thereby be further improved.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die vorbestimmte Endlage durch einen mechanischen Anschlag festgelegt. Bei einem bekannten Verfahrweg bis zum Anschlag erübrigt sich damit eine Wegmessung. Der Anschlag kann beispielsweise durch ein Membranbett, auf welchem die Membran bei maximaler Auslenkung anliegt, oder als Verfahrweggrenze des Linearantriebs realisiert sein.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the predetermined end position is determined by a mechanical stop. In a known travel until it stops a distance measurement is unnecessary. The stop may be realized, for example, by a membrane bed on which the membrane bears at maximum deflection, or as the travel limit of the linear drive.

In vorteilhafter Weise ist eine präventive Wartung eines Druckmessumformers vor einem bevorstehenden Ausfall möglich, wenn durch die Auswerteeinrichtung anhand von zeitlichen Veränderungen einer Kenngröße des sich einstellenden Verlaufs der erzeugten Kraft bei zeitlich beabstandeten, beispielsweise zyklisch durchgeführten Diagnosevorgängen eine Trendaussage ermittelt und ausgegeben wird, anhand welcher Wartungspersonal abschätzen kann, wann mit einem bevorstehenden Ausfall zu rechnen ist.Advantageously, a preventive maintenance of a pressure transducer before an imminent failure is possible if a trend statement is determined and output by the evaluation based on temporal changes of a characteristic of the self-adjusting course of the force generated at time-spaced, for example cyclically performed diagnostic operations, based on which maintenance personnel can estimate when to expect an imminent failure.

Die zur Überwachung einer Trennmembran erforderlichen Funktionen einer Auswerteeinrichtung können ohne größeren Aufwand durch geeignete Ausgestaltung eines Betriebsprogramms einer Recheneinheit realisiert werden, wenn eine Auswerteeinheit auf der Basis eines Mikroprozessors verwendet wird. Die Herstellungskosten des Druckmessumformers werden somit vorteilhaft durch das neue Diagnoseverfahren kaum beeinflusst. Die Auswerteeinrichtung kann dabei durch dieselbe Recheneinheit realisiert sein, die bei einem Druckmessumformer ohnehin erforderliche Funktionen der Messwertverarbeitung und Kommunikation ausführt.The functions of an evaluation device required for monitoring a separation membrane can be realized without much effort by suitably designing an operating program of a computing unit if an evaluation unit based on a microprocessor is used. The manufacturing costs of the pressure transducer are thus advantageously hardly affected by the new diagnostic method. In this case, the evaluation device can be realized by the same arithmetic unit which, in the case of a pressure transmitter, carries out anyway required functions of the measured value processing and communication.

Anhand der Figuren, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile erläutert. With reference to the figures, in which embodiments of the invention are illustrated, the invention and refinements and advantages are explained below.

Es zeigen:Show it:

1 ein Schnittbild eines Prozessanschlusses mit integriertem Linearantrieb und 1 a sectional view of a process connection with integrated linear drive and

2 ein Schnittbild eines Prozessanschlusses mit in die Gehäusewand eingebautem Linearantrieb. 2 a sectional view of a process connection with built-in housing wall linear drive.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, like parts are given the same reference numerals.

Die Zeichnungen zeigen lediglich die Teile eines Druckmessumformers, die zur Implementierung der Erfindung gegenüber einem herkömmlichen Druckmessumformer verändert sind. Weitere Teile des Druckmessumformers, beispielsweise Drucksensor, Messmembran, Referenzkammer und eine Trennmembran auf der Referenzseite der Messzelle, können wie bei bekannten Absolutdruck- oder Differenzdruckmessumformern aufgebaut sein.The drawings merely show the parts of a pressure transducer that are modified to implement the invention over a conventional pressure transducer. Other parts of the pressure transmitter, such as pressure sensor, measuring diaphragm, reference chamber and a separation membrane on the reference side of the measuring cell, can be constructed as in known absolute pressure or differential pressure transmitters.

In den 1 und 2 ist jeweils ein Teil einer Messkammer 1 dargestellt, die durch eine Trennmembran 2 von einem in einem Rohr 13 befindlichen Prozessmedium 3 getrennt ist, dessen Druck durch den Druckmessumformer erfasst und als Messwert an eine Anzeige oder an eine übergeordnete Leitstation in einer prozesstechnischen Anlage ausgegeben wird. Die Messkammer 1 befindet sich in einem Gehäuse 4, welches zudem zur Lagerung der Trennmembran 2 und eines Linearantriebs 5 dient. Durch den Linearantrieb 5 ist eine auf die Trennmembran 2 wirkende Kraft F erzeugbar, durch welche die Trennmembran 2 über eine Weglänge S bis zu einer Endlage 6 ausgelenkt werden kann. Die Lage der Endlage 6 ist durch eine Begrenzung des Verfahrwegs des Linearantriebs 5 bestimmt. Alternativ dazu ist es möglich, den Verfahrweg S durch ein Membranbett, gegen welches sich die Trennmembran 2 in der Endlage 6 anlegt, zu beschränken. Zur Durchführung einer Trennmembrandiagnose wird der elektrodynamische Linearantrieb 5 durch eine Auswerteeinrichtung 7 vorzugsweise derart angesteuert, dass die Trennmembran 2 eine definierte Auslenkung erfährt und die Endlage 6 erreicht. Durch Auswertung des dabei in den Linearantrieb 5 einzuspeisenden Stromes I ermittelt die Auswerteeinrichtung 7 den zeitlichen Verlauf der Kraft F, die zur Durchführung der Membranbewegung mit Hilfe des Linearantriebs 5 erzeugt werden muss. Anhand des Verlaufs berechnet die Auswerteeinrichtung 7 eine Kenngröße, welche mit einer entsprechenden Kenngröße eines Referenzverlaufs, der zuvor im Gutfall ermittelt und in einem Speicher 8 der Auswerteeinrichtung 7 hinterlegt wurde, verglichen wird, um eine Aussage über den Zustand der Trennmembran 2 zu treffen. Aus der induzierten elektrischen Spannung U wird zudem auf die Verfahrgeschwindigkeit des Linearantriebs 5 geschlossen. Treten Veränderungen, z. B. aufgrund von Ablagerungen auf der Trennmembran 2, einer Materialermüdung oder eines Risses der Trennmembran 2, auf, so verändert sich sowohl der Verlauf der erzeugten Kraft F als auch der zeitliche Verlauf der Verfahrgeschwindigkeit. Da die Veränderungen auch von äußeren Randbedingungen wie z. B. dem Prozessdruck abhängig sein können, sollte die Diagnose nur bei definierten Randbedingungen durchgeführt werden, für welche Referenzverläufe für den Fall einer fehlerfreien Trennmembran 2 vorliegen. Als Kenngrößen der Verläufe können beispielsweise Maximalwerte, Minimalwerte, Steigungen, Sprunghöhen an Unstetigkeitsstellen oder Zeitdauern von Übergängen berechnet und mit entsprechenden Kenngrößen der Referenzverläufe verglichen werden. Bei starken Ablagerungen beispielsweise überschreitet die Kraft einen anhand eines Referenzverlaufs ermittelten Schwellwert und die Bewegungsgeschwindigkeit unterschreitet einen der Bewegungsgeschwindigkeit zugeordneten, weiteren Schwellwert. Zur Detektion von sich erweiternden Rissen, sich änderndem Medienfluss in die Zelle oder von Abplatzungen von Ablagerungen auf der Trennmembran können Kenngrößen, die charakteristisch für Unstetigkeiten der Verläufe sind, herangezogen werden. Bei einem Loch oder einem Riss in der Trennmembran unterschreitet dagegen die Kraft einen vorbestimmten Schwellwert und die Bewegungsgeschwindigkeit überschreitet einen weiteren vorbestimmten Schwellwert. Dies sind nur Beispiele für Kenngrößen. In der Praxis ist es möglich, zur Überprüfung des Zustands der Trennmembran 2 vielfältige weitere Kenngrößen, die anhand des ermittelten Kraftverlaufs oder der Bewegungsgeschwindigkeit bestimmt werden, mit entsprechenden Kenngrößen von Referenzverläufen zu vergleichen, um eine Diagnoseaussage über den Zustand der Trennmembran 2 zu treffen.In the 1 and 2 is in each case a part of a measuring chamber 1 represented by a separation membrane 2 from one in a pipe 13 located process medium 3 is separated, whose pressure is detected by the pressure transducer and output as a measured value to a display or to a higher-level control station in a process plant. The measuring chamber 1 is located in a housing 4 , which also for storage of the separation membrane 2 and a linear drive 5 serves. By the linear drive 5 is one on the separation membrane 2 acting force F generated by which the separation membrane 2 over a path length S up to a final position 6 can be deflected. The position of the end position 6 is by a limitation of the travel of the linear drive 5 certainly. Alternatively, it is possible, the travel S through a membrane bed, against which the separation membrane 2 in the final position 6 applies, restrict. To perform a Trennmembrandiagnose the electrodynamic linear drive 5 by an evaluation device 7 Preferably controlled such that the separation membrane 2 undergoes a defined deflection and the end position 6 reached. By evaluating the case in the linear drive 5 to be fed current I determines the evaluation 7 the time course of the force F, to carry out the membrane movement by means of the linear drive 5 must be generated. Based on the course calculates the evaluation 7 a parameter, which with a corresponding characteristic of a reference curve, previously determined in good case and in a memory 8th the evaluation device 7 was compared to give a statement about the state of the separation membrane 2 hold true. From the induced electrical voltage U is also on the travel speed of the linear drive 5 closed. If changes, z. B. due to deposits on the separation membrane 2 , a material fatigue or a crack of the separation membrane 2 , on, so the course of the generated force F as well as the time course of the travel speed changed. Since the changes of external boundary conditions such. B. the process pressure may be dependent, the diagnosis should be performed only at defined boundary conditions, for which reference curves in the case of a fault-free separation membrane 2 available. For example, maximum values, minimum values, slopes, jump heights at points of discontinuity or time durations of transitions can be calculated as characteristics of the courses and compared with corresponding parameters of the reference courses. In the case of heavy deposits, for example, the force exceeds a threshold value determined using a reference curve, and the movement speed falls below a further threshold value assigned to the movement speed. In order to detect widening cracks, changing media flow into the cell, or spalling of deposits on the separation membrane, characteristics that are characteristic of discontinuities of the processes can be used. When a hole or a crack in the separation membrane, however, the force falls below a predetermined threshold and the movement speed exceeds a further predetermined threshold. These are just examples of parameters. In practice, it is possible to check the condition of the separation membrane 2 various other parameters that are determined based on the determined force curve or the movement speed to compare with corresponding characteristics of reference curves to a diagnosis of the condition of the separation membrane 2 hold true.

Beim Einsatz des neuen Druckmessumformers in einer prozesstechnischen Anlage wird die gewonnene Diagnoseaussage über beispielsweise einen Feldbus 12 an eine in den Figuren nicht dargestellte Leitstation zur weiteren Verarbeitung übertragen. Bei einem auftretenden Membranfehler können somit durch das Bedien- oder Wartungspersonal geeignete Maßnahmen zur Fehlerbehandlung eingeleitet werden.When using the new pressure transmitter in a process engineering system, the diagnostic information obtained is transmitted via, for example, a fieldbus 12 transmitted to a control station, not shown in the figures for further processing. If a membrane fault occurs, suitable measures for error handling can thus be initiated by the operating or maintenance personnel.

In 1 ist eine Anordnung eines elektrodynamischen Antriebs 5 mittig in der Messkammer 1 dargestellt. Dabei befindet sich der Antrieb 5 vollständig geschützt innerhalb der Messzelle und ist in einer in 1 nicht näher dargestellten Weise im Gehäuse 4 fest gelagert.In 1 is an arrangement of an electrodynamic drive 5 in the center of the measuring chamber 1 shown. This is the drive 5 completely protected within the measuring cell and is in an in 1 not shown in detail in the housing 4 firmly stored.

2 zeigt eine alternative Lagerung des Linearantriebs 5 in einer Seitenwand des Gehäuses 4. Damit die Linearbewegung einer Schubstange 9 des Linearantriebs 5 auf die Mitte der Trennmembran 2 umgelenkt wird, ist ein Hebel 10 vorgesehen, der um ein Gelenk 11 schwenkbar gelagert ist. 2 shows an alternative storage of the linear drive 5 in a side wall of the housing 4 , Thus the linear movement of a push rod 9 of the linear drive 5 on the middle of the separation membrane 2 is a lever 10 provided that around a joint 11 is pivotally mounted.

Bei den 1 und 2 handelt es sich lediglich um schematische Darstellungen zur Verdeutlichung des Wirkprinzips. Selbstverständlich sind beliebige andere Anbringungsarten von Linearantrieben und Umsetzgetrieben möglich. Beispielsweise können Linearantriebe zum Einsatz kommen, die einen Durchmesser von 3 bis 4 mm, eine Länge von 10 bis 15 mm und eine Kraft von 3 bis 6 N bei einem Verfahrweg von 5 bis 10 mm aufweisen. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 120 mm/min genügt zu deren Ansteuerung eine Leistung von weniger als 10 mW. Damit lässt sich eine Trennmembran eines Differenzdruckmessumformers mit einer Steifigkeit von ca. 20 kN/m in der gewünschten Weise auslenken. Vorzugsweise wird bei der Auslenkung ein Grenzwert der Bewegungsgeschwindigkeit nicht überschritten, damit ein in der Messzelle befindlicher Drucksensor keinen unzulässigen Belastungen ausgesetzt wird.Both 1 and 2 they are only schematic representations to illustrate the principle of effect. Of course, any other mounting types of linear drives and transfer gears are possible. For example, linear drives can be used, which have a diameter of 3 to 4 mm, a length of 10 to 15 mm and a force of 3 to 6 N at a travel of 5 to 10 mm. At a speed of about 120 mm / min is sufficient to drive a power of less than 10 mW. This allows a separating diaphragm of a differential pressure transducer with a stiffness of approximately 20 kN / m to deflect in the desired manner. Preferably, during the deflection, a limit value of the movement speed is not exceeded so that a pressure sensor located in the measuring cell is not exposed to any unacceptable loads.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10342368 A1 [0002, 0004]

Claims

Pressure transmitter with a measuring chamber ( 1 ) passing through a separation membrane ( 2 ) of a process medium to be measured ( 3 ) and filled to forward the pressure to a pressure sensor with a pressure transfer fluid, characterized in that the measuring chamber ( 1 ) with means ( 5 ), through which one on the separation membrane ( 2 ) acting force (F) for the deflection of the separation membrane can be generated, and that an evaluation device ( 7 ) is formed such that at least one characteristic of the for deflection of the separation membrane ( 2 ) is comparable to a corresponding parameter of a reference curve and that depending on deviations between the two parameters, a signal for displaying a membrane defect can be output.

Pressure transmitter according to claim 1, characterized in that the means ( 5 ) for power generation an electromechanical linear drive ( 5 ) by the evaluation device ( 7 ) is controllable, and that the evaluation device ( 7 ) is designed to determine the characteristic on the basis of the drive current (I).

Pressure transmitter according to claim 2, characterized in that the evaluation device ( 7 ) is designed to determine and evaluate a further parameter on the basis of the drive voltage (U).

Pressure transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the deflection of the separating membrane ( 2 ) by a predetermined end position ( 6 ) is limited.

Pressure transmitter according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined end position ( 6 ) is determined by a mechanical stop.