-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation eines verzögerten Ansprechverhaltens einer Messeinrichtung, die einen Messaufnehmer aufweist, bei dem ein Primärsensor, durch den eine physikalische Messgröße eines zu messenden Mediums erfassbar und ein entsprechendes Primärsensorsignal ausgebbar ist, zumindest teilweise von einem Mittelungsmedium umgeben ist. Ferner weist die Messeinrichtung eine Elektronik zur Verarbeitung des Primärsensorsignals auf. Der Primärsensor ist über das Mittelungsmedium nur in mittelbaren Kontakt mit dem zu messenden Medium bringbar und/oder ist über das Mittelungsmedium nur zeitlich verzögert in direkten Kontakt mit dem zu messenden Medium bringbar.
-
Tritt eine Änderung der zu erfassenden, physikalischen Messgröße des zu messenden Mediums auf, so weisen solche Messeinrichtungen in der Regel ein verzögertes Ansprechverhalten des Primärsensorsignals oder eines daraus abgeleiteten Signals auf. Dieses verzögerte Ansprechverhalten entsteht dadurch, dass die Änderung der physikalischen Messgröße des zu messenden Mediums nicht zeitlich unmittelbar durch den Primärsensor erfassbar ist, sondern erst zeitlich verzögert über das Mittelungsmedium an dem Primärsensor ankommt. Dieses verzögerte Ansprechverhalten bildet in der Regel einen Tiefpass mehrfacher Ordnung. Ist die Messeinrichtung in einen Steuerungs- oder Regelungsprozess eingebunden (z.B. in eine PID-Regelung), beispielsweise indem ein von der Messeinrichtung bereitgestelltes Messsignal zur Bestimmung eines, an ein Stellglied auszugebendes Stellsignals verwendet wird, so ist solch ein verzögerte Ansprechverhalten nachteilig. Insbesondere ergeben sich dadurch Probleme bei der Regelung und/oder Steuerung von Prozessen, wie beispielsweise eine Verlangsamung und/oder Ungenauigkeiten der Prozesssteuerung, das Auftreten von Überschwingern (insbesondere in Stellsignalen), etc.. Damit verbunden sind insbesondere Verluste an Qualität der Prozessergebnisse und zum Teil ein erhöhter Energieaufwand. Ein erhöhter Energieaufwand tritt insbesondere dann auf, wenn in dem Stellsignal Überschwinger auftreten und sich damit das Stellsignal nur verzögert auf den jeweils korrekten Wert einstellt.
-
Zum Teil werden in übergeordneten Regelungs- und/oder Steuerungseinheiten, die zur Regelung und/oder Steuerung eines Prozesses ausgebildet sind und in der Regel mit mehreren Sensoren und/oder Aktoren in Kommunikationsverbindung stehen, entsprechende Algorithmen eingesetzt, um ein in dem Prozess auftretendes Tiefpassverhalten zu kompensieren. Diese Art der Kompensation ist mit einem erhöhten Aufwand bei der Inbetriebnahme der übergeordneten Regelungs- und/oder Steuerungseinheit verbunden. Oftmals sind die Ergebnisse des Einsatzes solcher Algorithmen in übergeordneten Regelungs- und/oder Steuerungseinheiten unbefriedigend. Dies ist insbesondere bei der Verwendung im Zusammenhang mit Messeinrichtungen der oben angegebenen Art der Fall, da die übergeordnete Regelungs- und/oder Steuerungseinheit in der Regel keine Kenntnis von dem spezifischen Tiefpassverhalten der jeweiligen Messeinrichtung hat. Oftmals unterscheidet sich das Tiefpassverhalten einer Messeinrichtung je nach Hersteller der Messeinrichtung, je nach Typ der Messeinrichtung, etc.. Dementsprechend kann auch der Einsatz solcher Regelungs- und/oder Steuerungseinheiten nicht das Auftreten von Verlangsamungen und/oder Ungenauigkeiten der Prozesssteuerung, von Überschwingern (insbesondere in Stellsignalen), etc. verhindern, was mit den oberhalb genannten Nachteilen verbunden ist.
-
-
Diese Problematik besteht insbesondere bei Temperatur-Messeinrichtungen, bei denen ein Temperatur-Primärsensor von mindestens einem Gehäuse (z.B. Sensorhülse und/oder äußeres Schutzrohr) umgeben ist. Dadurch, dass der Primärsensor über das mindestens eine Gehäuse nur in mittelbaren Kontakt mit dem zu messenden Medium bringbar ist, ergibt sich ein verzögertes Ansprechverhalten der Messeinrichtung. Solche Temperatur-Messeinrichtungen weisen in ihrem Ansprechverhalten in der Regel einen Tiefpass mehrfacher Ordnung auf.
-
Aus der
GB 2 084 329 A1 ist es bekannt geworden, eine Temperaturkompensation in Abhängigkeit der Änderungsrate der Temperatur mittels der gemessenen Temperatur aus aufeinanderfolgenden Messungen eines Zyklus durchzuführen, welche Änderungsrate proportional zu einem durch Wärmeleitung bedingten Kompensationsterm ist. Das Dokument
US 2006 / 0 045 164 A1 beschäftigt sich mit einem Wärmetransfer zwischen dem Medium und der Umgebung. Die
DE 103 33 917 B3 sowie die
DE 101 08 181 A1 wiederum betreffen jeweils eine Temperaturkompensation, bei welcher ein ermittelter virtueller Ausgangstemperatur-Istwert korrigiert wird. Eine weitere Möglichkeit zur Temperaturkompensation ist in der
US 3 111 032 A1 offenbart.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das bei Messeinrichtungen dieser Art auftretende, verzögerte Ansprechverhalten effektiv zu kompensieren.
-
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Kompensation eines verzögerten Ansprechverhaltens einer Messeinrichtung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zur Kompensation eines verzögerten Ansprechverhaltens einer Temperatur-Messeinrichtung (2), die einen Messaufnehmer (14) und eine Elektronik (16) aufweist, wobei der Messaufnehmer (14) einen Temperatur-Primärsensor (4), durch den eine physikalische Messgröße eines zu messenden Mediums erfassbar und ein entsprechendes Primärsensorsignal ausgebbar ist, und mindestens ein den Temperatur-Primärsensor (4) zumindest teilweise umgebendes Gehäuse Mittelungsmedium (6, 12, 13) aufweist, wobei das Gehäuse durch eine Sensorhülse (6) und/oder ein Schutzrohr (13) und gegebenenfalls ein in das Gehäuse gefülltes Isolatormaterial (12) gebildet ist, wobei der Temperatur-Primärsensor (4) über das Gehäuse Mittelungsmedium (6, 12, 13) in mittelbarem Kontakt und/oder zeitlich verzögert in direktem Kontakt mit dem zu messenden Medium steht, und wobei durch die Elektronik (16) das Primärsensorsignal verarbeitet wird, gekennzeichnet durch umfassend nachfolgende Schritte:
- A) Erfassen einer zeitlichen Änderung des Primärsensorsignals oder eines daraus abgeleiteten Signals; und
- B) Anwenden eines Kompensationsalgorithmus auf mindestens einen, in der Elektronik (16) hinterlegten, Dynamik-Kompensationsparameter und auf die erfasste, zeitliche Änderung durch die Elektronik (16), wobei der Dynamik-Kompensationsparameter derart auf den Messaufnehmer (14) abgestimmt und der Kompensationsalgorithmus derart ausgebildet ist, dass durch Anwenden des Kompensationsalgorithmus ein, durch die Bauweise des Messaufnehmers (14) bedingtes, verzögertes Ansprechverhalten des Primärsensorsignals oder eines daraus abgeleiteten Signals relativ zu der tatsächlichen, physikalischen Messgröße des zu messenden Mediums kompensierbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dynamik-Kompensationsparameter mittels eines Vergleichs der Temperatur-Messeinrichtung (2) mit einer Vergleichs-Temperatur-Messeinrichtung (30) ermittelt wird,
wobei bei dem Vergleich die Temperatur-Messeinrichtung (2) und die Vergleichs-Temperatur-Messeinrichtung (30) in das zu messende Medium eingetaucht sind,
wobei in dem zu messenden Medium verschiedene Temperaturen durch Heizen und/oder Kühlen einstellbar sind,
wobei die Vergleichs-Temperatur-Messeinrichtung (30) einen zu dem Temperatur- Primärsensor (4) der Temperatur-Messeinrichtung (2) baugleich ausgebildeten Temperatur- Primärsensor (32) aufweist, der mit dem zu messenden Medium unmittelbar in Kontakt steht,
und wobei der zumindest eine Dynamik-Kompensationsparameter mittels eines Vergleichs von unter verschiedenen Temperaturen des zu messenden Mediums von dem Temperatur- Primärsensor (4) der Temperatur-Messeinrichtung (2) erfassten Temperaturen mit den unter den verschiedenen Temperaturen des zu messenden Mediums von dem Temperatur-Primärsensor (32) der Vergleichs-Temperatur-Messeinrichtung (30) erfassten Temperaturen bestimmt wird.
-
Indem gemäß der vorliegenden Erfindung der mindestens eine Dynamik-Kompensationsparameter spezifisch auf die Bauweise des jeweiligen Messaufnehmers abgestimmt ist, können durch die Bauweise des Messaufnehmers bedingte Einflussfaktoren, die das Ansprechverhalten der Messeinrichtung beeinflussen, spezifisch berücksichtigt werden. Die Bestimmung des mindestens einen Dynamik-Kompensationsparameters erfolgt dabei insbesondere, indem das spezifische Tiefpassverhalten der Messeinrichtung, insbesondere des Messaufnehmers, ermittelt wird. Der mindestens eine Dynamik-Kompensationsparameter wird so bestimmt, dass dieser charakteristisch für dieses Tiefpassverhalten bzw. für das Dynamik-Ansprechverhalten der Messeinrichtung ist. Die Kompensation des verzögerten Ansprechverhaltens erfolgt einfach durch Anwenden des Kompensationsalgorithmus auf den mindestens einen Dynamik-Kompensationsparameter (und das Primärsensorsignal und/oder ein daraus abgeleitetes Signal). Da sämtliche, für die Ausführung der Kompensation erforderlichen Informationen und Algorithmen intern in der Messeinrichtung verfügbar sind, ist für den Nutzer kein zusätzlicher Aufwand für die Umsetzung dieser Kompensation erforderlich. Der kompensierte bzw. korrigierte Messwert ist direkt durch die Messeinrichtung (als Messsignal) ausgebbar. Dementsprechend wird durch die vorliegende Erfindung ein verzögertes Ansprechverhalten der Messeinrichtung effektiv, auf einfache Weise und mit hoher Genauigkeit kompensiert. Die oberhalb genannten, durch ein verzögertes Ansprechverhalten einer Messeinrichtung bedingten Probleme bei der Regelung und/oder Steuerung von Prozessen werden folglich vermieden. Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass in kritischen Prozesssituationen schneller eingegriffen werden kann.
-
Als „Messeinrichtung“ wird eine Einrichtung bezeichnet, durch die eine physikalische Messgröße eines zu messenden Mediums erfassbar ist. Gegebenenfalls kann die Messeinrichtung modular aufgebaut sein (z.B. Messaufnehmer-Modul und Transmitter-Modul, die zusammen eine Temperatur-Messeinrichtung bilden, etc.). Weiterhin kann die Messeinrichtung als ein kompaktes Gerät ausgebildet sein, was beispielsweise der Fall ist, wenn der Messaufnehmer und die Elektronik durch ein gemeinsames Gehäuse miteinander verbunden sind. Alternativ kann sie aber auch dezentral ausgebildet sein, was beispielsweise der Fall ist, wenn die Elektronik, die mit dem Messaufnehmer in Signalverbindung steht, von dem Messaufnehmer abgesetzt ausgebildet ist. In letzterem Fall kann die Elektronik im Einsatz im Feld beispielsweise entfernt von dem Messaufnehmer angeordnet sein (z.B. in einem Schaltschrank untergebracht oder an einer Halterung gehalten, etc.). Diese Alternativen gelten unabhängig davon, ob die Messeinrichtung ein 2-Leiter-Gerät (Stromversorgung und Kommunikation erfolgen über eine gemeinsame 2-Leiter-Verbindung) oder ein 4-Leiter-Gerät (Stromversorgung und Kommunikation erfolgen jeweils über zwei getrennte 2-Leiter-Verbindungen) bildet.
-
Als „Primärsensor“ wird die kleinst-mögliche Einheit der Messeinrichtung bezeichnet, die noch eine Sensoreinheit zur Erfassung der physikalischen Messgröße (oder gegebenenfalls einer davon abhängigen, physikalischen Größe) bildet. Im Bereich der Temperaturmessung bildet beispielsweise ein Pt100 oder ein Pt1000 einen solchen Primärsensor. Bei einem pH-Messgerät mit einer Glaselektrode wird der Primärsensor beispielsweise durch die Messelektrode gebildet, die mit dem zu messenden Medium nur in mittelbaren Kontakt (über den, die Messelektrode umgebenden Innenpuffer und ein Diaphragma) steht. Als „Messaufnehmer“ wird die Einheit der Messeinrichtung bezeichnet, die den Primärsensor und weitere, den Primärsensor umgebende und/oder in dessen Nähe vorgesehene Bauteile, feste, flüssige und/oder gasförmige Medien, etc., die jeweils Teil der Messeinrichtung bilden, umfasst. Als „Mittelungsmedium“ wird/werden in dem vorliegenden Zusammenhang diejenigen Bauteile, feste, flüssige und/oder gasförmige Medien des Messaufnehmers bezeichnet, über das/die der Primärsensor in mittelbaren Kontakt und/oder zeitlich verzögert in direkten Kontakt mit dem zu messenden Medium bringbar ist (bzw. im Einsatz: steht). Mit „zeitlich verzögert in direkten Kontakt mit dem zu messenden Medium bringbar“ werden insbesondere die Fälle umfasst, in denen das Mittelungsmedium eine zeitliche Verzögerung verursacht, bis das jeweilige, zu messende Medium den Primärsensor erreicht. Dies ist beispielsweise bei porösen und/oder schwammartigen Medien der Fall, die zunächst von dem zu messenden Medium durchtränkt werden müssen. Solche porösen und/oder schwammartige Medien werden zum Teil beispielsweise in Feuchte-Messeinrichtungen als Mittelungsmedium eingesetzt. Der Fall, dass der Primärsensor über das Mittelungsmedium in mittelbaren Kontakt mit dem zu messenden Medium bringbar ist (wie es beispielsweise bei Temperatur-Messeinrichtungen häufig der Fall ist), ist bevorzugt, da das hierdurch bedingte, verzögerte Ansprechverhalten besonders gut gemäß der vorliegenden Erfindung kompensierbar ist. Das „Primärsensorsignal“ kann je nach Typ des Primärsensors durch eine entsprechende, physikalische Größe gebildet werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Primärsensorsignal um einen, an dem Primärsensor (z.B. einem Temperatur-Primärsensor) auftretenden Spannungsabfall handeln.
-
Als „Elektronik“ wird die Einheit der Messeinrichtung bezeichnet, die zur elektronischen (analogen und/oder digitalen) Verarbeitung des Primärsensorsignals ausgebildet ist. Sie kann gegebenenfalls einen Prozessor aufweisen. Insbesondere ist die Elektronik separat von dem Messaufnehmer ausgebildet. Vorzugsweise weist der Messaufnehmer selbst keine Elektronik auf. Vorzugsweise ist die Elektronik spezifisch für den betreffenden Messeinrichtungstyp, insbesondere spezifisch für den betreffenden Messaufnehmertyp, ausgebildet. Alternativ besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, dass die Elektronik durch eine, zunächst universell einsetzbare Elektronik gebildet wird, die dann spezifisch an den betreffenden Messeinrichtungstyp, insbesondere an den betreffenden Messaufnehmertyp, anzupassen ist (z.B. durch Einschieben einer entsprechenden, elektronischen Karte, eines entsprechenden, elektronischen Datenträgers, etc., oder durch Eingabe entsprechender Informationen in die Elektronik, wobei diese jeweils spezifisch für den Messeinrichtungstyp, insbesondere für den Messaufnehmertyp, sind). Durch die Elektronik ist insbesondere eine Wandlung des „Primärsensorsignals“ in ein entsprechendes, die physikalische Messgröße des Mediums repräsentierendes Messsignal durchführbar. Das durch die Messeinrichtung ausgebbare Messsignal kann beispielsweise gemäß dem 4-20 mA-Standard, gemäß einem Feldbus (z.B. Profibus®, HART®, Foundation® Fieldbus, etc.), etc., ausgebildet sein. Beispielsweise bildet ein Transmitter einer Temperatur-Messeinrichtung eine solche Elektronik. Gegebenenfalls kann die Elektronik auch zur Durchführung einer einfachen Regelungsfunktion (z.B. einer PID-Regelung; PID: Proportional-Integral-Differential) ausgebildet sein und ein entsprechendes Stellsignal ausgeben. In letzterem Fall kann ein zu regelndes Stellglied direkt an der Elektronik der Messeinrichtung angeschlossen werden.
-
Vorzugsweise sind in der Elektronik mehrere Dynamik-Kompensationsparameter hinterlegt, so dass eine möglichst genaue und für die jeweils vorliegenden Bedingungen spezifische Kompensation durchführbar ist. Ein „verzögertes Ansprechverhalten des Primärsensorsignals“ umfasst insbesondere den Fall, dass eine, in der physikalischen Messgröße des zu messenden Mediums auftretende Änderung nur verzögert durch das Primärsensorsignal wiedergegeben wird. Beispielsweise ist die Steigung der tatsächlichen, physikalischen Messgröße über der Zeit steiler (ansteigend oder abfallend) als die Steigung des entsprechenden Primärsensorsignals über der Zeit. Ein, „durch die Bauweise des Messaufnehmers bedingtes, verzögertes Ansprechverhalten des Primärsensorsignals“ ist durch Anwenden des Kompensationsalgorithmus auf den mindestens einen Dynamik-Kompensationsparameter (und in der Regel auf das Primärsensorsignal oder ein daraus abgeleitetes Signal) insbesondere zumindest insoweit kompensierbar, als dass dabei die Übertragungszeit der physikalischen Messgröße über das Mittelungsmedium bis zu dem Primärsensor berücksichtigt wird. Daneben können auch noch weitere, spezifische Eigenschaften des Messaufnehmers, die das Ansprechverhalten des Primärsensorsignals beeinflussen, durch den mindestens einen Dynamik-Kompensationsparameter und den Kompensationsalgorithmus kompensierbar sein. Dies sind beispielsweise die Zeit, die der Primärsensor selbst benötigt, um die jeweilige, physikalische Messgröße korrekt zu erfassen. Beispielsweise tritt bei Temperatur-Primärsensoren eine zeitliche Verzögerung dadurch auf, dass diese selbst eine gewisse Zeit benötigen, um die Temperatur des Mediums, das diese umgibt, einzunehmen. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass bei Anwendung des Kompensationsalgorithmus auf den mindestens einen Dynamik-Kompensationsparameter auch noch einer oder mehrere weitere Parameter (vgl. z.B. Erläuterungen unterhalb zu weiteren Kompensationsparametern) eingehen können. Allgemein wird im Rahmen dieser Anmeldung mit „mindestens ein“ jeweils auf genau ein sowie alternativ auch auf mehrere Bezug genommen. Dies gilt grundsätzlich dann auch in der nachfolgenden Beschreibung, auch wenn nicht jedesmal explizit darauf hingewiesen wird.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Verfahren gekennzeichnet durch ein dynamisches Einstellen von mindestens einem Kompensationsparameter, der spezifisch für die Einsatzbedingungen der Messeinrichtung ist und/oder der spezifisch für den aktuellen Prozessstatus des Prozesses, in dem die Messeinrichtung eingesetzt wird, ist, wobei durch Anwenden des Kompensationsalgorithmus auf den mindestens einen Kompensationsparameter ein, durch die Einsatzbedingungen beziehungsweise durch den aktuellen Prozessstatus bedingtes, verzögertes Ansprechverhalten des Primärsensorsignals oder eines daraus abgeleiteten Signals relativ zu der tatsächlichen, physikalischen Messgröße des zu messenden Mediums kompensierbar ist. Unter einem „dynamischen Einstellen“ wird dabei verstanden, dass der betreffende Kompensationsparameter jeweils entsprechend der Einsatzbedingungen (z.B. vor Inbetriebnahme bei den jeweiligen Einsatzbedingungen) und/oder entsprechend des Prozessstatus (z.B. auch fortlaufend während des Prozesses) automatisiert und/oder durch einen Nutzer der Messeinrichtung eingestellt wird. Insbesondere sind die betreffenden Kompensationsparameter nicht fest voreingestellt.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist der mindestens eine Dynamik-Kompensationsparameter spezifisch für den Messaufnehmertyp der betreffenden Messeinrichtung. Auf diese Weise können typspezifische Besonderheiten des jeweiligen Messaufnehmers berücksichtigt und dadurch ein sehr gutes Ansprechverhalten erzielt werden. Der Aufwand für die Bestimmung des mindestens einen Dynamik-Kompensationsparameters ist relativ gering, da nach einem einmaligen Bestimmen dieser, mindestens eine Dynamik-Kompensationsparameter für sämtliche Messaufnehmer dieses Typs verwendbar ist. Alternativ ist auch möglich, mindestens einen Dynamik-Kompensationsparameter spezifisch für den jeweiligen, einzelnen Messaufnehmer vorzusehen. Auf diese Weise kann eine noch höhere Genauigkeit des Ansprechverhaltens erzielt werden. Der erhöhte Aufwand hierfür kann beispielsweise in solchen Fällen gerechtfertigt sein, in denen individuelle Besonderheiten der einzelnen Messaufnehmer das Ansprechverhalten des Primärsensorsignals merklich beeinflussen. Werden dagegen für sämtliche Messaufnehmer eines bestimmten Typs jeweils einheitliche Bauteile, Medien, Primärsensoren, etc. verwendet, die im Hinblick auf das Ansprechverhalten weitgehend konstante Eigenschaften aufweisen, so ist es in der Regel ausreichend, dass der mindestens eine Dynamik-Kompensationsparameter spezifisch für den Messaufnehmertyp der betreffenden Messeinrichtung ist. Dies ist beispielsweise bei Temperatur-Messeinrichtungen regelmäßig der Fall.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist in der Elektronik mindestens ein, für die Einsatzbedingungen spezifischer Kompensationsparameter vorgesehen, der entsprechend der jeweiligen Einsatzbedingungen der Messeinrichtung einstellbar ist. Dadurch ist durch die Elektronik durch Anwendung des Kompensationsalgorithmus auf den mindestens einen, für die Einsatzbedingungen spezifischen Kompensationsparameter ein, durch die Einsatzbedingungen bedingtes, verzögertes Ansprechverhalten des Primärsensorsignals oder eines daraus abgeleiteten Signals relativ zu der tatsächlichen, physikalischen Messgröße des zu messenden Mediums kompensierbar. Auf diese Weise können durch die Einsatzbedingungen bedingte Einflussfaktoren auf das Ansprechverhalten berücksichtigt werden. Insbesondere kann der mindestens eine, für die Einsatzbedingungen spezifische Kompensationsparameter spezifisch für (während des Einsatzes zumindest weitgehend konstant bleibende) Eigenschaften des zu messenden Mediums, die sich auf das Ansprechverhalten auswirken können, sein. Insbesondere kann er für eine oder mehrere der nachfolgenden Einsatzbedingungen spezifisch sein, wobei die nachfolgend genannten Einsatzbedingungen insbesondere im Bereich der Temperaturmessung relevant sind: Strömungsgeschwindigkeit, Wärmekapazität, Enthalpie, Wärmeleitung und/oder in Frage kommender Temperaturbereich des jeweiligen Mediums, wobei bei einigen dieser Einsatzbedingungen auch deren Temperaturabhängigkeit berücksichtigt werden kann. Gegebenenfalls können zur Charakterisierung der Einsatzbedingungen solche Werte des mindestens einen, für die Einsatzbedingungen spezifischen Kompensationsparameters gewählt werden, die für den, im Einsatz in Frage kommenden Bereich (insbesondere bei variierenden Größen) geeignet sind. Als „Einsatzbedingungen“ werden in diesem Zusammenhang bei dem Einsatz der Messeinrichtung vorliegende Bedingungen bezeichnet, die sich in der Regel während der Einsatzdauer der Messeinrichtung nicht oder nur innerhalb eines vorher abschätzbaren Bereiches ändern. Auf diese Weise kann deren Einfluss auf das Ansprechverhalten durch entsprechende, während der Einsatzzeitdauer der Messeinrichtung konstant bleibende Kompensationsparameter kompensiert werden. Eine Änderung des mindestens einen, für die Einsatzbedingungen spezifischen Kompensationsparameters ist in der Regel nur dann erforderlich, wenn die Messeinrichtung in einem anderen Prozess, an einem anderen Standort, etc., d.h. unter anderen Einsatzbedingungen, eingesetzt wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine, für die Einsatzbedingungen spezifische Kompensationsparameter durch den Hersteller der Messeinrichtung vor Auslieferung derselben voreingestellt wird, z.B. nachdem ihm der Nutzer der Messeinrichtung die jeweiligen Einsatzbedingungen (beispielsweise bei der Bestellung der Messeinrichtung) mitgeteilt hat. Alternativ kann vorgesehen sein, dass mindestens ein, für die Einsatzbedingungen spezifischer Kompensationsparameter durch einen Nutzer der Messeinrichtung, beispielsweise über ein externes Bedientool (deutsch: Bedienwerkzeug) und/oder über eine Anzeige- und Bedieneinheit der Messeinrichtung, einstellbar ist.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist in der Elektronik mindestens ein, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbarer Kompensationsparameter vorgesehen. Dadurch ist durch die Elektronik durch Anwendung des Kompensationsalgorithmus auf den mindestens einen, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbaren Kompensationsparameter ein, durch den aktuellen Prozessstatus bedingtes, verzögertes Ansprechverhalten des Primärsensorsignals oder eines daraus abgeleiteten Signals relativ zu der tatsächlichen, physikalischen Messgröße des zu messenden Mediums kompensierbar. Indem der mindestens eine Kompensationsparameter entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbar ist, können Anpassungen der Kompensation im laufenden Prozess aufgrund von Änderungen, die im Prozess auftreten, vorgenommen werden. Insbesondere wird der Wert des mindestens einen, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbaren Kompensationsparameters während des Einsatzes der Messeinrichtung in einem Prozess geändert. Insbesondere dann, wenn Änderungen in dem Prozessstatus auftreten, kann sich die zu erfassende, physikalische Messgröße relativ schnell und stark ändern. Durch eine entsprechende, in Abhängigkeit von dem jeweiligen Prozessstatus durchgeführte Kompensation können solche Änderungen sehr genau und gut kompensiert werden. Dementsprechend kann insgesamt die Genauigkeit der Kompensation erhöht werden. Gemäß einer Weiterbildung wird eine Änderung der Einstellung von mindestens einem, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbaren Kompensationsparameter dann ausgelöst (getriggert), wenn in dem Prozess ein neuer Prozessschritt eingeleitet wird. Gemäß einer Weiterbildung ist der mindestens eine, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbare Kompensationsparameter in Abhängigkeit von mindestens einem der nachfolgend angegebenen Prozesstati einstellbar, wobei die nachfolgenden Prozessstati insbesondere im Bereich der Temperaturmessung relevant sind: Heizvorgang, Kühlvorgang, Öffnen eines Ventils, Beginn eines Entleerungsvorgangs, Ändern der Fließgeschwindigkeit, Wechsel des Mediums, etc..
-
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der aktuelle Prozessstatus automatisiert an die Messeinrichtung übermittelbar ist (bzw. übermittelt wird). Gemäß einer Weiterbildung weist die Messeinrichtung einen Signaleingang auf, der zum Empfangen eines, für den aktuellen Prozessstatus charakteristischen Signals ausgebildet ist. Insbesondere ist der Signaleingang spezifisch und ausschließlich dazu ausgebildet, darüber ein, für den Prozessstatus charakteristisches Signal zu empfangen. Dabei bestehen für das, an den Signaleingang zu übermittelnde Signal verschiedene, mögliche Signalarten, wie beispielsweise ein binäres Signal, ein Flankensignal, ein Pulssignal, ein Signal, bei dem verschiedene Pegel einstellbar sind, etc.. Zusätzlich oder alternativ zu dem Signaleingang ist auch möglich, dass die Messeinrichtung eine Feldus-Kommunikationsschnittstelle aufweist und dass Informationen bezüglich des aktuellen Prozessstatus über einen Feldbus an die Messeinrichtung übermittelbar sind. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Elektronik der Messeinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese mindestens einen, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbaren Kompensationsparameter automatisiert in Abhängigkeit von, in der Messeinrichtung vorliegenden Informationen bezüglich des aktuellen Prozessstatus einstellt. In entsprechender Weise, wie dies in Bezug auf Informationen bezüglich des aktuellen Prozessstatus erläutert wurde, kann auch vorgesehen sein, dass Informationen bezüglich der Einsatzbedingungen der Messeinrichtung elektronisch an die Messeinrichtung übermittelbar sind und in Abhängigkeit davon mindestens ein, für die Einsatzbedingungen der Messeinrichtung spezifischer Kompensationsparameter automatisiert in der Messeinrichtung einstellbar ist.
-
Dabei ist zu berücksichtigen, dass der mindestens eine Dynamik-Kompensationsparameter, der mindestens eine, für die Einsatzbedinungen spezifische Kompensationsparameter und der mindestens eine, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbare Kompensationsparameter nicht zwingend jeweils als separate Parameter ausgebildet sein müssen. Vielmehr können sich teilweise auch Überschneidungen ergeben, so dass beispielsweise ein, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbarer Kompensationsparameter gleichzeitig auch einen, für die Einsatzbedingungen spezifischen Kompensationsparameter bildet, etc..
-
Gemäß einer Weiterbildung sind der Kompensationsalgorithmus und der mindestens eine Kompensationsparameter, insbesondere der mindestens eine Dynamik-Kompensationsparameter und gegebenenfalls auch der mindestens eine, für die Einsatzbedingungen spezifische Kompensationsparameter und/oder der mindestens eine, entsprechend dem aktuellen Prozessstatus einstellbare Kompensationsparameter, derart ausgebildet, dass durch Anwenden des Kompensationsalgorithmus auf den mindestens einen Kompensationsparameter und auf eine, in dem Primärsensorsignal oder einem daraus abgeleiteten Signal auftretende, zeitliche Änderung desselben eine tatsächliche, zeitliche Änderung der physikalischen Messgröße des zu messenden Mediums bestimmbar ist.
-
Gemäß einer Weiterbildung weist die Die Elektronik kann einen Transmitter (bzw. Messumformer) aufweisen, der derart ausgebildet ist, dass durch diesen ein, von dem Primärsensor ausgegebenes Primärsensorsignal in ein entsprechendes Messsignal wandelbar ist. Das Messsignal bildet dabei insbesondere eine, die physikalische Messgröße charakterisierende Größe, die durch die Messeinrichtung ausgebbar ist (und gegebenenfalls an ein separates Gerät, wie beispielsweise an eine übergeordnete Steuerungs- und/oder Regelungseinheit übermittelbar ist). Beispielsweise kann es sich bei dem Messsignal um ein 4-20 mA-Signal, um einen Messwert, der im Rahmen einer digitalen Kommunikation von der Messeinrichtung übermittelt wird, etc., handeln.
-
Gemäß einer Weiterbildung wird die Messeinrichtung durch eine Die Temperatur-Messeinrichtung gebildet, die weist einen, von mindestens einem Gehäuse umgebenen Temperatur-Primärsensor aufweist. Das mindestens eine Gehäuse kann insbesondere ist durch eine Sensorhülse und/oder durch ein äußeres Schutzrohr gebildet werden. Das Gehäuse (insbesondere die Sensorhülse) kann dabei auch noch mit Medium, wie beispielsweise mit Isolatormaterial (z.B. loses oder gepresstes MgO-Pulver oder Al2O3-Pulver, etc., gefüllt sein. In diesem Fall wird das Mittelungsmedium durch das Isolatormaterial, die Sensorhülse und gegebenenfalls, falls vorgesehen, durch das äußere Schutzrohr gebildet. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei Temperatur-Messeinrichtungen vorteilhaft, da bei diesen die Messaufnehmer eines Messeinrichtungstyps in der Regel weitgehend gleich ausgebildet sind und damit eine typspezifische Kompensation, wie sie oberhalb erläutert wurde, sehr gut durchführbar ist. Alternative Messeinrichtungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein können, sind beispielsweise eine pH-Messeinrichtung, eine Feuchte-Messeinrichtung, etc..
-
Weitere Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Temperaturmessgerätes;
- 2: eine schematische Darstellung einer Messanordnung zur Bestimmung mindestens eines Dynamik-Kompensationsparameters; und
- 3: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Bestimmung mindestens eines Dynamik-Kompensationsparameters.
-
In 1 ist schematisch der Aufbau einer Temperatur-Messeinrichtung, die vorliegend durch ein kompaktes Temperaturmessgerät 2 gebildet wird, dargestellt. Das Temperaturmessgerät 2 weist einen Temperatur-Primärsensor 4, der bei der vorliegenden Ausführungsform durch einen Pt100 (d.h. Platin-Temperatursensor mit einem Nennwiderstand von 100 Ω bei einer Temperatur von 0°C) gebildet wird. Je nach Temperaturmessgerät kann hier auch ein anderweitiger Temperatur-Primärsensor, wie beispielsweise ein Pt1000, ein Thermoelement, ein Dünnschicht-Temperatursensor, etc., eingesetzt werden. Der Temperatur-Primärsensor 4 ist innerhalb einer (in der Regel standardisierten, oft rohrförmigen) Sensorhülse 6 an deren distalem Ende eingebracht. Die Sensorhülse 6 wird bei der vorliegenden Ausführungsform durch ein Stahlrohr gebildet. Die Anschlüsse 8 des Temperatur-Primärsensors 4 sind dabei mit entsprechenden Zuleitungen 10, die sich innerhalb und entlang der Erstreckungsrichtung der Sensorhülse 6 erstrecken, leitend verbunden. Wie in dem Fachgebiet bekannt ist, kann der Temperatur-Primärsensor 4 je nach Messverfahren in unterschiedlichen Schaltungstechniken, insbesondere in einer Zweileiterschaltung, einer Dreileiterschaltung oder in einer Vierleiterschaltung angeschlossen sein. Die Zuleitungen 10 sind innerhalb der Sensorhülse 6 voneinander isoliert angeordnet, was beispielsweise durch Auffüllen der Sensorhülse 6 mit einem Isolatormaterial 12 (z.B. loses oder gepresstes MgO-Pulver oder Al2O3-Pulver) erfolgen kann. Die Sensorhülse 6 wird bei der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich noch durch ein äußeres Schutzrohr 13 umgeben.
-
Das Primärsensorsignal des Temperatur-Primärsensors 4 wird einem Transmitter 16 wie beschrieben per Zuleitungen 10, alternativ aber auch über eine drahtlose Verbindung, als Eingangssignal zugeführt. Der Transmitter 16 bildet die Elektronik des Temperaturmessgerätes 2 (bzw. der Temperatur-Messeinrichtung) und wandelt das Eingangssignal in ein, dem jeweiligen Messwert entsprechendes Ausgangssignal, welches das Messsignal des Temperaturmessgerätes 2 bildet, um. Der Transmitter 16 kann das Messsignal bzw. Ausgangssignal beispielsweise gemäß dem 4-20 mA-Standard, gemäß einem digitalen Feldbus-Protokoll (z.B. Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) oder als Pulssignal, etc. ausgeben. Der Transmitter 16 weist einen Prozessor 18 (z.B. einen Mikroprozessor) auf, welcher in Verbindung mit einem integrierten bzw. separaten Analog-/DigitalWandler unter anderem die Signalumwandlung durchführt. Der Transmitter 16 weist ferner einen elektronischen Speicher 20 auf, auf den der Prozessor 18 zugreifen kann. Daneben kann der Transmitter 16 auch noch weitere Funktionen, wie beispielsweise die Einstellung eines Messstroms in dem Messaufnehmer 14, etc., ausführen. Die Ausgangssignale des Transmitters 16, insbesondere das Messsignal, werden über entsprechende, elektrische Anschlüsse 22 ausgegeben (wobei alternativ auch eine drahtlose Kommunikation möglich ist). Der Transmitter 16 ist in einem entsprechenden, äußeren Transmitter-Gehäuse 26 untergebracht, aus welchem die Anschlüsse 22 des Transmitters 16 herausführen.
-
Vorliegend bilden der Temperatur-Primärsensor 4, das Isolatormaterial 12, die Sensorhülse 6 und das äußere Schutzrohr 13 einen Messaufnehmer 14 des Temperaturmessgerätes 2, wobei der Messaufnehmer 14 auch noch weitere, innerhalb des äußeren Schutzrohrs 13 oder direkt an dem äußeren Schutzrohr angebrachte Bauteile, Medien, etc. aufweisen kann. Zum Messen einer physikalischen Messgröße (vorliegend der Temperatur) wird der Messaufnehmer in Kontakt mit dem zu messenden Medium gebracht (vorliegend: in das zu messende Medium eingetaucht). Vorliegend bilden das Isolatormaterial 12, die Sensorhülse 6 und das äußere Schutzrohr 13 das Mittelungsmedium des Messaufnehmers 14, über welches der Temperatur-Primärsensor 4 mit dem zu messenden Medium in mittelbaren Kontakt bringbar ist. Dabei ist ersichtlich, dass dann, wenn das zu messende Medium eine geänderte Temperatur einnimmt, diese TemperaturÄnderung zunächst auf das äußere Schutzrohr 13, dann auf die Sensorhülse 6 und von dort über das Isolatormaterial 12 auf den Temperatur-Primärsensor 4, d.h. von dem zu messenden Medium über das Mittelungsmedium auf den Temperatur-Primärsensor 4, übertragen werden muss. Dementsprechend vergeht eine erhebliche Zeitspanne, bis der Temperatur-Primärsensor 4 diese geänderte Temperatur tatsächlich einnimmt und damit korrekt erfassen kann. Daraus ergibt sich ein verzögertes Ansprechverhalten des Temperatur-Primärsensorsignals gegenüber der tatsächlichen Temperatur des zu messenden Mediums. Die Verzögerung in dem Ansprechverhalten ist vorliegend überwiegend durch das, den Temperatur-Primärsensor 4 umgebende Mittelungsmedium (vorliegend: das Isolatormaterial 12, die Sensorhülse 6 und das äußere Schutzrohr 13) des Messaufnehmers 14 bedingt. Dadurch, dass die Messaufnehmer 14 desselben Typs jeweils gleich aufgebaut sind, ist diese Verzögerung bei Messaufnehmern 14 desselben Typs weitgehend identisch.
-
In dem Transmitter 16 sind mehrere Parameter vorgesehen, über die Einstellungen bezüglich der Funktionalität des Temperaturmessgerätes 2 allgemein und insbesondere bezüglich der Funktionalität des Transmitters 16 vornehmbar sind.
-
Diese sind vorliegend in dem Speicher 20 des Transmitters 16 gespeichert. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Dynamik-Kompensationsparameter in dem Speicher 20 hinterlegt. Diese sind derart auf den Messaufnehmer 14 abgestimmt und der Prozessor 18 ist zur Ausführung eines zugehörigen Kompensationsalgorithmus derart ausgebildet, dass durch Anwendung des Kompensationsalgorithmus (durch den Prozessor 18) auf mindestens einen der Dynamik-Kompensationsparameter ein, durch die Bauweise des Messaufnehmers 14 bedingtes, verzögertes Ansprechverhalten des Temperatur-Primärsensorsignals relativ zu der tatsächlichen Temperatur des zu messenden Mediums kompensierbar ist. Die Dynamik-Kompensationsparameter sind dabei spezifisch für den Typ des betreffenden Messaufnehmers 14.
-
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ein einfach ausgestaltetes Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Dynamik-Kompensationsparameters erläutert. In 2 ist schematisch eine Messanordnung zur Bestimmung des Dynamik-Kompensationsparameters dargestellt. Die Messanordnung weist ein Bad 28, in dem verschiedenen Temperaturen (durch Heizen und/oder Kühlen) einstellbar sind, auf. In das Bad 28 taucht zum Einen der Messaufnehmer 14 eines Temperaturmessgerätes 2 ein. Dieses Temperaturmessgerät 2 ist baugleich und von dem gleichen Typ wie das, unter Bezugnahme auf 1 erläuterte Temperaturmessgerät 2. Dementsprechend werden die gleichen Bezugszeichen verwendet. Weiterhin taucht in das Bad 28 eine Vergleichs-Messeinrichtung 30 ein. Die Vergleichs-Messeinrichtung 30 weist einen Temperatur-Primärsensor 32, einen Transmitter 34 und von dem Temperatur-Primärsensor 32 zu dem Transmitter 34 führende Zuleitungen 36 auf. Der Temperatur-Primärsensor 32, der Transmitter 34 und die Zuleitungen 36 der Vergleichs-Messeinrichtung 30 sind dabei baugleich zu dem Temperatur-Primärsensor 4, dem Transmitter 16 und den Zuleitungen 10 des Temperaturmessgerätes 2 ausgebildet.
-
Ist die Temperatur des Bades 28 über einen längeren Zeitraum konstant, so werden durch die Vergleichs-Messeinrichtung 30 und das Temperaturmessgerät 2 jeweils die gleiche Temperatur gemessen. Wird die Temperatur des Bades 28 geändert, so wird diese Änderung durch das Temperaturmessgerät 2 nur verzögert erfasst, da, wie oberhalb erläutert wird, der Temperatur-Primärsensor 4 über das Mittelungsmedium (vorliegend: das Isolatormaterial 12, die Sensorhülse 6 und das äußere Schutzrohr 13) nur in mittelbarem Kontakt mit dem zu messenden Medium des Bades 28 steht. Demgegenüber wird die Änderung durch die Vergleichs-Messeinrichtung 30 weitgehend unmittelbar erfasst (abgesehen von einer geringen, zeitlichen Verzögerung, die sich dadurch ergibt, dass auch der Temperatur-Primärsensor 32 eine kurze Zeit benötigt, um die geänderte Temperatur einzunehmen). In dem Diagramm in 3 sind für den Fall, dass die Temperatur des Bades 28 durch Heizen erhöht wird, schematisch die von der Vergleichs-Messeinrichtung 30 erfassten Temperaturwerte (Messpunkte jeweils als Kreuze dargestellt) und die von dem Temperaturmessgerät 2 erfassten Temperaturwerte (Messpunkte jeweils als gefüllte Kreise dargestellt) über der Zeit t aufgetragen. Die erfassten Temperaturwerte werden jeweils linear durch eine Gerade angenähert, so dass sich für die Vergleichsmessung eine lineare Messkurve 38 und für die, mit dem Temperaturmessgerät 2 durchgeführte Messung eine lineare Messkurve 40 ergibt. Dabei ist die Steigung der Messkurve 38 der Vergleichsmessung höher als die Steigung der Messkurve 40, die mit dem Temperaturmessgerät 38 aufgenommen wurde. Auf diese Weise kann der Dynamik-Kompensationsparameter derart bestimmt werden und der Kompensationsalgorithmus derart ausgebildet werden, dass dann, wenn durch das Temperaturmessgerät 2 eine bestimmte Steigung (der erfassten Temperatur über der Zeit) erfasst wird, wie beispielsweise die Steigung der Messkurve 40, eine entsprechend kompensierte, höhere Steigung, wie beispielsweise die Steigung der Messkurve 38 der Vergleichsmessung, durch Anwenden des Kompensationsalgorithmus (durch den Prozessor 18) bestimmbar ist. Der auf diese Weise bestimmte, mindestens eine Dynamik-Kompensationsparameter wird in dem Speicher 20 des Transmitters 16 hinterlegt. Dementsprechend kann eine Kompensation des verzögerten Ansprechverhaltens des Temperatur-Primärsensorsignals des Temperaturmessgerätes 2 gegenüber der tatsächlichen Temperatur des zu messenden Mediums kompensiert werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die, unter Bezugnahme auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist nicht zwingend, dass bei der Vergleichsmessung die einzelnen Messpunkte jeweils linear angenähert werden. Vielmehr kann auch ein Polynom höherer Ordnung verwendet werden. Weiterhin kann auch zusätzlich noch die Zeit berücksichtigt werden, die der Temperatur-Primärsensor selbst zum Einnehmen der jeweiligen Temperatur benötigt. Ferner können Vergleichsmessungen für unterschiedliche, zu messende Medien (z.B. Wasser, Öl, Druckluft, etc.), für unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des Mediums, etc., durchgeführt werden.
-
Ergänzend wird angemerkt, dass grundsätzlich auch die Möglichkeit besteht, den mindestens einen Dynamik-Kompensationsparameter in Informationen zur Geräteintegration der betreffenden Messeinrichtung zu hinterlegen. Auf diese Weise wird zusätzlich oder alternativ zu der Durchführung der Kompensation in der Elektronik der Messeinrichtung ermöglicht, dass der Kompensationsalgorithmus auch in einer übergeordneten Steuerungs- und/oder Regelungseinheit, die in der Regel mit mehreren Feldgeräten in Kommunikationsverbindung steht, unter Zugriff auf die Informationen zur Geräteintegration ausführbar ist. Informationen zur Geräteintegration werden beispielsweise durch eine Gerätebeschreibung (DD für Device Description), durch einen DTM (Device Type Manager; deutsch: Gerätetyp-Manager), etc., gebildet. Die übergeordnete Steuerungs- und/oder Regelungseinheit benötigt zur Ausführung bzw. zur Interpretation der Informationen zur Geräteintegration in der Regel eine entsprechende Rahmenapplikation (z.B. ein FDT (Field Device Tool; deutsch: Feldgerät-Werkzeug) für einen DTM) oder einen Interpreter (z.B. für eine Gerätebeschreibung).
