DE102012108739A1 - Method for determining condition of transducer e.g. pH-sensor, in e.g. laboratory, involves determining time point based on signal course, and determining condition of transducer based on another signal course determined after time point - Google Patents

Method for determining condition of transducer e.g. pH-sensor, in e.g. laboratory, involves determining time point based on signal course, and determining condition of transducer based on another signal course determined after time point Download PDF

Info

Publication number
DE102012108739A1
DE102012108739A1 DE201210108739 DE102012108739A DE102012108739A1 DE 102012108739 A1 DE102012108739 A1 DE 102012108739A1 DE 201210108739 DE201210108739 DE 201210108739 DE 102012108739 A DE102012108739 A DE 102012108739A DE 102012108739 A1 DE102012108739 A1 DE 102012108739A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
time
measuring
determined
change
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201210108739
Other languages
German (de)
Inventor
Ronny Grosse-Uhlmann
Thomas Wilhelm
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG filed Critical Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Priority to DE201210108739 priority Critical patent/DE102012108739A1/en
Publication of DE102012108739A1 publication Critical patent/DE102012108739A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D18/00—Testing or calibrating apparatus or arrangements provided for in groups G01D1/00 - G01D15/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/02—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for altering or correcting the law of variation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/4163—Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus
    • G01N27/4165—Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus for pH meters

Abstract

The method involves determining temporal measuring signal course of a transducer based on changing of measured variable, and determining time point by an evaluation circuit (5) based on the signal course, where the circuit is attached to the transducer. Condition of the transducer is determined based on another measuring signal course determined after the time point. Dynamic parameter is determined based on the latter signal course, where measuring signal value detected before changing of the variable corresponds to measuring signal value detected during reaching of stability criterion. An independent claim is also included for a device for executing a method for determining condition of a transducer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Messaufnehmers, welcher eine mit der Konzentration einer Substanz in einem Messmedium korrelierte Messgröße, insbesondere einen pH-Wert, in ein Messsignal wandelt, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a state of a sensor, which converts a measured variable correlated with the concentration of a substance in a measuring medium, in particular a pH, into a measuring signal, and a device for carrying out the method.

Messaufnehmer sind Bestandteile von Messeinrichtungen, insbesondere Sensoren, zur Bestimmung einer Messgröße eines beispielsweise gasförmigen oder flüssigen Messmediums. Die Bestimmung von mit der Konzentration einer Substanz in einem Messmedium korrelierten Messgrößen spielt in vielfältigen Anwendungen eine Rolle, beispielsweise im Labor oder in der Prozess- bzw. Analysemesstechnik im Bereich der Chemie, Pharmazie, Biotechnologie, Lebensmitteltechnologie oder im Bereich der Umweltmesstechnik. Wichtige derartige Messgrößen in diesen Bereichen sind pH-Wert, Konzentrationen bestimmter Ionen oder anderer chemischer Substanzen, wie beispielsweise Sauerstoff, Kohlendioxid, organische Stoffe oder Nährstoffe.Sensors are components of measuring devices, in particular sensors, for determining a measured variable of an example gaseous or liquid medium. The determination of measured variables correlated with the concentration of a substance in a measuring medium plays a role in a variety of applications, for example in the laboratory or in process or analytical measuring technology in the field of chemistry, pharmacy, biotechnology, food technology or in the field of environmental metrology. Important such measures in these areas are pH, concentrations of certain ions or other chemical substances, such as oxygen, carbon dioxide, organic matter or nutrients.

Grundsätzlich wandelt ein Messaufnehmer die zu erfassende Messgröße in ein elektrisches Signal. Messaufnehmer zur Erfassung einer mit der Konzentration einer Substanz in dem Messmedium korrelierten Messgröße erfassen häufig die entsprechende Substanz reversibel und liefern ein entsprechend ihrer Messketten-Kennlinie konzentrationsabhängiges Messsignal. Das zunächst als elektrisches Signal, beispielsweise als Messspannung, anfallende Messsignal kann mittels einer Auswertungsschaltung weiterverarbeitet und in der Einheit der zu ermittelnden Messgröße ausgegeben und zur Anzeige gebracht werden.Basically, a sensor converts the measurand to be acquired into an electrical signal. Measuring sensors for detecting a measured variable correlated with the concentration of a substance in the measuring medium often detect the corresponding substance reversibly and deliver a concentration-dependent measuring signal in accordance with its measuring-chain characteristic curve. The measurement signal obtained initially as an electrical signal, for example as a measurement voltage, can be further processed by means of an evaluation circuit and output in the unit of the measured variable to be determined and displayed.

Reale Messaufnehmer weichen aufgrund von Alterung durch den Einfluss äußerer, den Messaufnehmer belastenden, Bedingungen wie auch aufgrund innerer Veränderungen mit der Zeit immer stärker vom Idealverhalten ab. Diese Abweichung vom Idealverhalten resultiert in einer Verschiebung der Messketten-Kennlinie. Vorteilhafterweise ist es daher gängige Praxis, von Zeit zu Zeit eine Kompensation der Abweichung durchzuführen. Ganz üblich ist dies bei elektrochemischen Messaufnehmern wie pH-Elektroden, ionenselektiven Elektroden, Sauerstoffsensoren, insbesondere Gelöstsauerstoffsensoren, und auch bei Leitfähigkeitssensoren. Eine solche Kompensation, bei der der Anzeigewert des Messaufnehmers an den wahren Wert der Messgröße angeglichen wird, wird als Justage bezeichnet. Da in der Prozessmesstechnik jedoch für diesen Vorgang in der Regel der nicht ganz zutreffende Begriff "Kalibrierung" verwendet wird, wird diese Bezeichnung auch hier und im Folgenden beibehalten.Due to aging, real sensors deviate more and more from ideal behavior due to the influence of external conditions that stress the sensor as well as due to internal changes. This deviation from the ideal behavior results in a shift of the measuring chain characteristic. Advantageously, it is therefore common practice to perform a compensation of the deviation from time to time. This is quite common in electrochemical sensors such as pH electrodes, ion-selective electrodes, oxygen sensors, in particular dissolved oxygen sensors, and also in conductivity sensors. Such compensation, in which the display value of the sensor is adjusted to the true value of the measured variable, is referred to as adjustment. However, since in process measurement technology the term "calibration" is usually used for this process, this designation is also retained here and in the following.

Bei der Kalibrierung beispielsweise eines pH-Messaufnehmers werden üblicherweise Standardlösungen mit definierten pH-Werten, sogenannte pH-Puffer, als Kalibriermedien verwendet. Je nach Anzahl der verwendeten pH-Puffer mit unterschiedlichen pH-Werten, mit denen der Messaufnehmer bei der Kalibrierung beaufschlagt wird, wird zwischen Einpunkt-, Zweipunkt- und Mehrpunktkalibrierung unterschieden.When calibrating, for example, a pH sensor, standard solutions with defined pH values, so-called pH buffers, are usually used as calibration media. Depending on the number of pH buffers used with different pH values applied to the sensor during calibration, a distinction is made between single-point, two-point and multi-point calibration.

Der zu kalibrierende Messaufnehmer wird zur Durchführung von Kalibriermessungen nacheinander mit den einzelnen Standardlösungen beaufschlagt, z.B. durch mindestens abschnittsweises Eintauchen des Messaufnehmers in die Lösungen. Dadurch erfährt der Messaufnehmer eine sprunghafte Änderung der zu erfassenden Messgröße. In Reaktion auf diese Änderung stellt sich das Messsignal des Messaufnehmers auf einen die Messgröße repräsentierenden Messwert ein. Dabei ergibt sich ein zeitlicher Verlauf des Messsignals, der sich asymptotisch einem von dem Wert der Messgröße in der Standardlösung abhängenden Endwert annähert. Die Kalibriermessung ist beendet, wenn das Messsignal ein vorgegebenes Stabilitätskriterium erfüllt. Dieses kann herstellerseitig für den Messaufnehmer vorgegeben sein oder es kann durch den Benutzer selbst vorgegeben werden. Das Stabilitätskriterium ist durch eine maximale Änderung des Messsignals innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls definiert. Im Beispielfall einer pH-Einstabmesskette als Messaufnehmer dient als Messsignal die sogenannte pH-Spannung, die zwischen einer Mess- und einer Referenzhalbzelle erfasst wird. Das Stabilitätskriterium gibt in diesem Fall vor, dass sich die pH-Spannung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, das z. B. eine Länge von 20 bis 180 s haben kann, nicht mehr als um einen maximalen Spannungsbetrag, z.B. 2 mV, ändern darf. Der zeitliche Verlauf des Messsignals wird bei der Kalibriermessung auf den Eintritt des Stabilitätskriteriums überwacht. Sobald das Stabilitätskriterium erfüllt ist, wird die Kalibriermessung beendet und der bei Erfüllung des Stabilitätskriterium vorliegende Messsignalwert als Messwert angezeigt bzw. gespeichert. Bei einer Zweipunktkalibrierung können auf Basis der beiden so nach Erreichen des Stabilitätskriteriums ermittelten Kalibriermesswerte die die Messaufnehmer-Kennlinie bestimmenden Parameter Nullpunkt und Steigung berechnet werden.The sensor to be calibrated is successively supplied with the individual standard solutions for performing calibration measurements, e.g. by at least partially immersing the sensor in the solutions. As a result, the sensor experiences a sudden change in the measured variable to be detected. In response to this change, the measuring signal of the measuring transducer adjusts to a measured value representing the measured variable. This results in a time course of the measurement signal, which asymptotically approaches a final value dependent on the value of the measured variable in the standard solution. The calibration measurement is completed when the measurement signal fulfills a specified stability criterion. This can be specified by the manufacturer for the sensor or it can be specified by the user. The stability criterion is defined by a maximum change of the measurement signal within a predetermined time interval. In the example of a pH combination electrode as a sensor, the so-called pH voltage, which is detected between a measuring and a reference half-cell, serves as a measuring signal. The stability criterion states in this case that the pH voltage within a predetermined time interval, the z. B. may have a length of 20 to 180 s, not more than a maximum amount of tension, e.g. 2 mV, may change. The time course of the measuring signal is monitored during the calibration measurement for the occurrence of the stability criterion. As soon as the stability criterion has been met, the calibration measurement is ended and the measurement signal value present when the stability criterion is met is displayed or stored as the measured value. In the case of a two-point calibration, the parameters zero point and slope determining the sensor characteristic curve can be calculated on the basis of the two calibration measured values thus determined after reaching the stability criterion.

Mit zunehmender Alterung des Messaufnehmers ist eine Änderung seines dynamischen Verhaltens verbunden, was sich darin äußert, dass sich die Einstellzeit des Messaufnehmers auf den korrekten Wert der Messgröße, insbesondere nach einer sprunghaften Änderung der Messgröße, verlangsamt. Entsprechend verzögert sich die asymptotische Annäherung an den dem korrekten Wert der Messgröße entsprechenden Endwert des Messaufnehmersignals. So kann es bei einer Kalibriermessung dazu kommen, dass das geforderte Stabilitätskriterium auch nach einigen Minuten noch nicht erreicht ist. Durch Wartungsmaßnahmen, die zur Regenerierung des Messaufnehmers dienen, kann die Verlässlichkeit bzw. die Dynamik des Messaufnehmers in gewissen Grenzen wieder verbessert werden.With increasing aging of the sensor, a change in its dynamic behavior is associated, which manifests itself in the fact that the response time of the sensor to the correct value of the measured variable, in particular after a sudden change in the measured variable, slowed down. Accordingly, the asymptotic approximation to the final value of the sensor signal corresponding to the correct value of the measured variable is delayed. So it can at a Calibration measurement come to the fact that the required stability criterion is not reached even after a few minutes. By maintenance measures, which serve for the regeneration of the sensor, the reliability or the dynamics of the sensor can be improved within certain limits again.

Das Ende der Lebensdauer des Messaufnehmers ist erreicht, wenn die Alterung des Messaufnehmers so weit fortgeschritten ist, dass trotz Kalibrierung eine Verlässlichkeit der von dem Messaufnehmer gelieferten Messwerte nicht mehr gewährleistet ist. Die Messaufnehmerdynamik kann daher ein Maß für den aktuellen Zustand eines Messaufnehmers sein und als solches auch zur Vorhersage einer Restlebensdauer oder einer verbleibenden Zeit bis zu einer erforderlichen Wartungsmaßnahme des Messaufnehmers herangezogen werden.The end of the life of the sensor is reached when the aging of the sensor has progressed so far that, despite calibration, the reliability of the measured values supplied by the sensor is no longer guaranteed. The sensor dynamics can therefore be a measure of the current state of a sensor and as such also be used to predict a residual life or a remaining time to a required maintenance measure of the sensor.

In DE 10 2007 039 265 A1 ist ein Verfahren zur Abschätzung einer Reststandzeit oder einer verbleibenden Zeit bis zu einer Wartungsmaßnahme eines Messaufnehmers beschrieben, wobei der zeitliche Verlauf des Messsignals in Antwort auf die Beaufschlagung des Messaufnehmers mit dem Kalibriermedium erfasst wird, das Zeitverhalten des Messsignals anhand des zeitlichen Verlaufs des Messsignals bestimmt und die Reststandzeit des Messaufnehmers oder die verbleibende Zeit bis zu der Wartungsmaßnahme anhand des Zeitverhaltens des Messsignals während der Kalibrierung beschrieben wird. Zur Bestimmung des Zeitverhaltens wird in DE 10 2007 039 265 A1 vorgeschlagen, unter Annahme eines Modells einer exponentiellen Sprungantwort des Messaufnehmersignals auf das Inkontaktbringen des Messaufnehmers mit einem Kalibriermedium eine Zeitkonstante der Sprungantwort zu ermitteln. Die Annahme eines Modells für das Zeitverhalten des Messsignals hängt jedoch wesentlich von der Art und von konkret vorliegenden Gegebenheiten, auch der Belastungshistorie, des einzelnen Messaufnehmers ab und führt daher im konkreten Einzelfall gegebenenfalls zu ungenauen Ergebnissen. In DE 10 2007 039 265 A1 ist auch offen gelassen, welcher Teil des erfassten zeitlichen Messsignalverlaufs zur Auswertung herangezogen wird, insbesondere wie der Startzeitpunkt der Auswertung ermittelt werden könnte.In DE 10 2007 039 265 A1 a method for estimating a remaining service life or a remaining time until a maintenance measure of a sensor is described, wherein the time course of the measurement signal is detected in response to the application of the sensor with the calibration, determines the time behavior of the measurement signal based on the time course of the measurement signal and the remaining life of the sensor or the remaining time until the maintenance operation is described on the basis of the time behavior of the measurement signal during the calibration. To determine the time behavior is in DE 10 2007 039 265 A1 proposed to determine a time constant of the step response by assuming a model of an exponential step response of the sensor signal to the contacting of the sensor with a calibration medium. However, the assumption of a model for the time behavior of the measurement signal depends essentially on the nature and concretely existing conditions, including the load history, of the individual sensor and therefore, in individual cases, may lead to inaccurate results. In DE 10 2007 039 265 A1 is also left open, which part of the detected temporal measurement signal waveform is used for the evaluation, in particular how the start time of the evaluation could be determined.

In EP 1936 367 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung und/oder zur Bestimmung des Zustandes eines elektrochemischen Messaufnehmers mit mindestens einer Elektrode angegeben, bei dem während des Betriebs mindestens eine Prüfphase vorgesehen ist, welche eine Ladungsphase und eine daran anschließende Testphase aufweist, wobei während der Ladungsphase ein der Elektrode zugehöriger Ladungsspeicher mittels eines, über eine Steuereinheit kontrollierbaren Ladungstransfers geladen wird, und während der Testphase die resultierende Elektrodenspannung mindestens einmal gemessen und das Messergebnis weiterverarbeitet wird. Dabei soll die Ladungsträgerbeweglichkeit der Elektrode durch Messung der Geschwindigkeit der Entladung des Ladungsspeichers über die Elektrode ermittelt werden und daraus auf den Verschleißzustand des elektrochemischen Messaufnehmers geschlossen werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass eine zusätzliche Schaltung zur Beaufschlagung der Elektrode des Messaufnehmers mit Ladung während der Prüfphase erforderlich ist. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, dass das Entladen des Ladungsspeichers über die Elektrode in den Messaufnehmer eingreift und dessen Charakteristik beeinflusst.In EP 1936 367 A1 a method for monitoring and / or determining the state of an electrochemical sensor is provided with at least one electrode, wherein at least one test phase is provided during operation, which has a charge phase and an adjoining test phase, wherein one of the electrode during the charge phase Charge storage is loaded by means of a controllable via a control unit charge transfer, and during the test phase, the resulting electrode voltage measured at least once and the measurement result is further processed. In this case, the charge carrier mobility of the electrode is to be determined by measuring the rate of discharge of the charge storage device via the electrode and to deduce therefrom the state of wear of the electrochemical measurement pickup. A disadvantage of this method is that an additional circuit for loading the electrode of the sensor with charge during the test phase is required. A further disadvantage is that the discharging of the charge store via the electrode engages in the measuring transducer and influences its characteristics.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Messaufnehmers der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das mit einfachen Mitteln auskommt, den Messaufnehmer nicht beeinflusst und ohne die Anwendung eines komplexen Modells der Messaufnehmerdynamik eine zuverlässige Bestimmung des Zustands des Messaufnehmers, insbesondere des Maßes seiner Alterung bzw. der Restlebensdauer des Messaufnehmers, erlaubt.The invention has for its object to provide a method for determining a condition of a sensor of the type described above, which does not affect the sensor, and without the application of a complex model of the sensor dynamic a reliable determination of the condition of the sensor, in particular the sensor Measurement of its aging or the remaining life of the sensor, allowed.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Messaufnehmers, welcher eine mit der Konzentration einer Substanz in einem Messmedium korrelierte Messgröße, insbesondere einen pH-Wert, in ein Messsignal wandelt, wobei ein in Reaktion auf eine, vorzugsweise sprunghafte, Änderung der Messgröße sich ergebender zeitlicher Messsignalverlauf des Messaufnehmers erfasst wird, anhand dessen der Zustand des Messaufnehmers bestimmt wird, wobei eine dem Messaufnehmer zugeordnete Auswertungsschaltung anhand des sich in Reaktion auf die Änderung der Messgröße ergebenden Messsignalverlaufs des Messaufnehmers einen ersten Zeitpunkt bestimmt, und wobei anhand des nach dem ersten Zeitpunkt erfassten weiteren Messsignalverlaufs der Zustand des Messaufnehmers bestimmt wird.This object is achieved by a method for determining a state of a sensor, which converts a measured variable correlated with the concentration of a substance in a measuring medium, in particular a pH value, into a measuring signal, wherein a change of the sensor in response to a, preferably erratic Measured variable resulting temporal measurement signal waveform of the sensor is detected, based on the condition of the sensor is determined, wherein an evaluation circuit associated with the sensor determines a first time based on the resulting in response to the change in the measured variable Meßsignalverlaufs of the sensor, and wherein based on the after the first time recorded further measurement signal waveform, the state of the sensor is determined.

Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass anhand der Einstellzeit des Messsignals des Messaufnehmers auf einen den korrekten Wert der Messgröße repräsentierenden Endwert, also der Länge des Zeitintervalls, innerhalb dessen sich das Messsignal nach der Änderung der Messgröße an den dem korrekten Wert der Messgröße entsprechenden Messsignalwert asymptotisch annähert, auf den Zustand des Messaufnehmers geschlossen werden kann. Durch Überwachung der Einstellzeit des Messsignals über die Lebensdauer des Messaufnehmers, kann anhand des Verlaufs der Einstellzeit als Funktion der Betriebszeit des Messaufnehmers dessen aktueller Zustand bzw. dessen Restlebensdauer ermittelt werden.The invention is based first of the finding that based on the response time of the measuring signal of the sensor to a final value representing the correct value of the measured value, ie the length of the time interval within which the measurement signal after the change of the measured variable corresponding to the correct value of the measured variable Asymptotically approaches the measurement signal value, can be concluded on the state of the sensor. By monitoring the response time of the measurement signal over the lifetime of the sensor, its current state or its remaining life can be determined from the course of the response time as a function of the operating time of the sensor.

Um dabei die Schwierigkeit zu vermeiden, den Zeitpunkt der sprunghaften Änderung der Messgröße genau und reproduzierbar bestimmen zu müssen um jeweils untereinander vergleichbare Ergebnisse zu gewährleisten, geht die Erfindung den Weg, mittels einer dem Messaufnehmer zugeordneten Auswertungsschaltung anhand des sich in Reaktion auf die Änderung der Messgröße ergebenden Messsignalverlaufs einen ersten Zeitpunkt zu bestimmen, wobei anhand des nach dem ersten Zeitpunkt erfassten weiteren Messsignalverlaufs der Zustand des Messaufnehmers bestimmt wird. Dieser erste Zeitpunkt kann beispielsweise nach einem von der Auswertungsschaltung angewendeten reproduzierbaren Kriterium aus dem Messsignalverlauf bestimmt werden. In order to avoid the difficulty of having to determine the time of the sudden change in the measured variable accurately and reproducibly in order to ensure mutually comparable results, the invention is the way, by means of an evaluation circuit associated with the sensor on the basis of in response to the change in the measured variable resulting measurement waveform to determine a first time, wherein the state of the sensor is determined based on the detected after the first time further Meßsignalverlaufs. This first time can be determined, for example, according to a reproducible criterion applied by the evaluation circuit from the measurement signal waveform.

Indem die Auswertungsschaltung den ersten Messpunkt automatisch, beispielsweise durch Anwendung vorgegebener reproduzierbarer Kriterien, anhand des Messsignalverlaufs bestimmt, wird keine Information von außen, beispielsweise eine manuelle Eingabe oder eine Information eines anderen Messgeräts benötigt, um den Zeitpunkt der Messsignaländerung festzustellen. Damit sind wesentliche Fehlerquellen bei der Bestimmung dieses Zeitpunktes ausgeschlossen. Dagegen kommt es bei der Bestimmung des ersten Messpunkts aus dem Messsignal lediglich darauf an, einen charakteristischen Punkt des zeitlichen Messsignalverlaufs nach vorgegebenen Kriterien oder mittels eines reproduzierbaren Auswahl-Algorithmus auszuwählen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei einer wiederholten Durchführung des Verfahrens über die Lebenszeit eines Messaufnehmers hinweg reproduzierbare und untereinander vergleichbare Ergebnisse für den Dynamik-Parameter erhalten werden, so dass Änderungen des Dynamik-Parameters über die Zeit ermittelt und daraus Informationen über den aktuellen Sensorzustand und/oder Vorhersagen über die Restlebensdauer des Messaufnehmers getroffen werden können.By the evaluation circuit determines the first measurement point automatically, for example by applying predetermined reproducible criteria, based on the measurement waveform, no information from outside, such as a manual input or information from another meter is needed to determine the time of the measurement signal change. This excludes significant sources of error in determining this point in time. By contrast, when determining the first measuring point from the measuring signal, it is only necessary to select a characteristic point of the temporal measuring signal curve according to predetermined criteria or by means of a reproducible selection algorithm. In this way, it is ensured that reproducible and mutually comparable results for the dynamic parameter are obtained in a repeated implementation of the method over the lifetime of a sensor, so that changes in the dynamics parameter over time and determines information about the current sensor state and / or predictions about the remaining life of the sensor can be made.

Die sprunghafte Änderung der Messgröße kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass der Messaufnehmer mit einem, vorzugsweise einen definierten Wert der Messgröße aufweisenden, Messmedium, insbesondere während einer Kalibrierung des Messaufnehmers, in Kontakt gebracht wird.The abrupt change in the measured variable can be effected, for example, by bringing the measuring transducer into contact with a measuring medium, preferably having a defined value of the measured variable, in particular during a calibration of the measuring transducer.

Anhand des zeitlich nach dem ersten Zeitpunkt erfassten weiteren Messsignalverlaufs kann beispielsweise ein Dynamik-Parameter ermittelt werden, anhand dessen der Zustand des Messaufnehmers bestimmt wird. Als Dynamik-Parameter kann beispielsweise ein Zeitintervall zwischen dem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt, an dem der Messsignalverlauf ein vorgegebenes Stabilitätskriterium erfüllt, dienen.By way of example, a dynamic parameter can be determined on the basis of the further measurement signal course detected after the first time, on the basis of which the condition of the sensor is determined. As a dynamic parameter, for example, a time interval between the first time and a second time at which the measurement signal waveform satisfies a predetermined stability criterion serve.

Der Zustand des Messaufnehmers kann also beispielsweise anhand des Zeitintervalls zwischen dem Zeitpunkt der Änderung der Messgröße und dem Zeitpunkt des Erreichen eines vorgegebenen Stabilitätskriteriums, wie es beispielsweise bei einer Kalibrierung des Messaufnehmers angewendet wird, ermittelt werden. Dieses Zeitintervall kann als ein das alterungsabhängige, dynamische Verhalten des Messaufnehmers repräsentierender Dynamik-Parameter ausgewertet und überwacht werden. Im einfachsten Fall kann der Dynamik-Parameter mit in einem Speicher des Messaufnehmes und/oder einer mit dem Messaufnehmer verbundenen übergeordneten Einheit hinterlegten Sollwerten verglichen und anhand der Abweichung von diesen Sollwerten auf den Zustand des Messaufnehmers geschlossen werden. Gleichermaßen kann ein Schwellenwertvergleich des Dynamik-Parameters mit hinterlegten Schwellenwerten durchgeführt und anhand des Über- oder Unterschreitens der hinterlegten Schwellenwerte der Zustand des Messaufnehmers ermittelt werden.The state of the measuring sensor can therefore be determined, for example, on the basis of the time interval between the time of the change in the measured variable and the time at which a predetermined stability criterion is reached, as is used, for example, during a calibration of the measuring sensor. This time interval can be evaluated and monitored as a dynamic parameter representing the age-dependent, dynamic behavior of the sensor. In the simplest case, the dynamics parameter can be compared with setpoint values stored in a memory of the measurement pickup and / or a higher-order unit connected to the sensor and closed based on the deviation from these setpoint values to the state of the measurement pickup. Similarly, a threshold comparison of the dynamic parameter can be carried out with stored threshold values and the condition of the sensor can be determined on the basis of the exceeding or undershooting of the stored threshold values.

Zusätzlich oder alternativ können aus der Änderung bzw. aus dem Verlauf dieses Dynamik-Parameters über die Lebenszeit des Messaufnehmers Rückschlüsse auf dessen Zustand gezogen und/oder Lebensdauervorhersagen angestellt werden. Wird das erfindungsgemäße Verfahren in regelmäßigen Abständen über die Lebensdauer des Messaufnehmers durchgeführt, beispielsweise im Rahmen einer Kalibrierung und/oder im Rahmen sonstiger regelmäßig durchgeführter Wartungsmaßnahmen, können die jeweils als Dynamik-Parameter ermittelten Zeitintervalle in einem dem Messaufnehmer zugeordneten Speicher abgelegt werden und ihre zeitliche Entwicklung zur Bestimmung des Zustands und/oder der Restlebensdauer des Messaufnehmers ausgewertet werden. Der dem Messaufnehmer zugeordnete Speicher kann beispielsweise Bestandteil einer mit dem Messaufnehmer, insbesondere untrennbar, verbundenen Auswertungsschaltung sein. Zusätzlich oder alternativ können die ermittelten Dynamik-Parameter aber auch in einem Speicher eines mit dem Messaufnehmer lösbar verbindbaren Messumformers abgelegt sein. Zusätzlich oder alternativ können die Dynamik-Parameter auch in einer Datenbank abgelegt sein, auf die der Messaufnehmer und/oder der Messumformer mindestens zeitweise Zugriff haben.Additionally or alternatively, it is possible to draw conclusions about the condition and / or lifetime predictions from the change or from the course of this dynamic parameter over the lifetime of the sensor. If the method according to the invention is carried out at regular intervals over the service life of the measuring sensor, for example as part of a calibration and / or as part of other regularly performed maintenance measures, the respective time intervals determined as dynamic parameters can be stored in a memory associated with the sensor and their temporal evolution be evaluated to determine the condition and / or the remaining life of the sensor. The memory associated with the sensor can be, for example, part of an evaluation circuit connected to the sensor, in particular inseparable. In addition or as an alternative, however, the determined dynamics parameters can also be stored in a memory of a transmitter that can be detachably connected to the sensor. Additionally or alternatively, the dynamics parameters may also be stored in a database to which the sensor and / or the transmitter have at least temporary access.

Es ist auch möglich, eine Statistik über die Änderung des Dynamik-Parameters in Abhängigkeit der Alterung des Messaufnehmers über eine Vielzahl von gleichartigen Messaufnehmern oder über eine Vielzahl von an ein und derselben oder an gleichartigen Messstellen verwendeten Messaufnehmern durchzuführen. Anhand von Vergleichen eines aktuell ermittelten Dynamik-Parameters eines Messaufnehmers mit derartigen statistischen Daten können ebenfalls Rückschlüsse auf den Zustand des Messaufnehmers und/oder seine Restlebensdauer gezogen werden.It is also possible to carry out statistics on the change of the dynamic parameter as a function of the aging of the sensor via a multiplicity of identical sensors or via a multiplicity of sensors used at one and the same or at similar measuring points. On the basis of comparisons of a currently determined dynamic parameter of a sensor with such statistical data can also draw conclusions about the state of Sensor and / or its remaining life are drawn.

Wird das hier beschriebene Verfahren im Rahmen einer Kalibrierung des Messaufnehmers durchgeführt, kann als vorgegebenes Stabilitätskriterium zur Bestimmung des zweiten Zeitpunkts das wie eingangs beschrieben bei der Kalibriermessung verwendete Stabilitätskriterium sein oder diesem entsprechen. Das Stabilitätskriterium kann so gewählt sein, dass es erfüllt ist, wenn sich das Messsignal des Messaufnehmers innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne um weniger als einen vorgegebenen Betrag ändert. Es ist möglich, dass ein Benutzer, der die Kalibrierung des Messaufnehmers durchführt, das Stabilitätskriterium vorgibt. Dies hat den Vorteil, dass bei der Vorgabe des Stabilitätskriteriums besondere Gegebenheiten des Messaufnehmers, insbesondere dessen Einsatzzweck und die dafür erwünschte Messgenauigkeit oder auch die Art der Belastungen, denen der Messaufnehmer im Messbetrieb ausgesetzt wird, berücksichtigt werden können.If the method described here is carried out as part of a calibration of the sensor, the stability criterion used as described in the calibration measurement can be or correspond to a predetermined stability criterion for determining the second time. The stability criterion may be selected such that it is satisfied if the measuring signal of the measuring sensor changes within a predetermined period of time by less than a predetermined amount. It is possible for a user performing the calibration of the sensor to specify the stability criterion. This has the advantage that when specifying the stability criterion special conditions of the sensor, in particular its purpose and the desired measurement accuracy or the type of loads to which the sensor is exposed in the measurement mode, can be considered.

Der erste Zeitpunkt kann beispielsweise mittels eines Maximalwert-Schleppzeigers ermittelt werden, welcher Maximalwerte der Änderungsgeschwindigkeit des Messsignals überwacht. Der Maximalwert-Schleppzeiger kann als in Software gebildeter Algorithmus ausgestaltet sein, der den jeweils zuletzt erreichten Maximalwert der Änderungsgeschwindigkeit des Messsignals zusammen mit einem Zeitstempel speichert. Dient als Dynamik-Parameter ein Zeitintervall zwischen einem ersten Zeitpunkt und einem Zeitpunkt des Erreichens des Stabilitätskriteriums, kann als erster Zeitpunkt der Zeitstempel des vom Maximalwert-Schleppzeiger identifizierten Maximums der Änderungsgeschwindigkeit dienen. Der nach diesem ersten Zeitpunkt erfasste weitere Verlauf des Messsignals wird auf die Erfüllung des Stabilitätskriteriums überwacht. Sobald das Stabilitätskriterium erfüllt ist, die Änderung des Messsignals über eine vorgegebene Zeitspanne also unter einem vorgegebenen Betrag bleibt, wird der Zeitpunkt der Erfüllung des Stabilitätskriteriums festgestellt. Die Zeitspanne zwischen dem Erfassungszeitpunkt des Startwerts oder dem Zeitstempel des Maximalwerts der Änderungsgeschwindigkeit und dem Zeitpunkt des Erreichens des Stabilitätskriteriums wird dann als Dynamik-Parameter für den Zustand des Messaufnehmers verwendet.The first time can be determined, for example, by means of a maximum value drag pointer, which monitors maximum values of the rate of change of the measurement signal. The maximum value slave pointer may be configured as an algorithm formed in software, which stores the respectively last reached maximum value of the rate of change of the measurement signal together with a time stamp. If a time interval between a first time and a time of reaching the stability criterion is used as the dynamic parameter, the time stamp of the maximum rate of change identified by the maximum value slave pointer may serve as the first time. The further course of the measuring signal recorded after this first time is monitored for the fulfillment of the stability criterion. As soon as the stability criterion has been met, the change of the measurement signal over a predetermined period of time therefore remains below a predetermined amount, the time of fulfillment of the stability criterion is determined. The time period between the detection time of the start value or the time stamp of the maximum value of the rate of change and the time of reaching the stability criterion is then used as a dynamic parameter for the state of the sensor.

Vorteilhaft kann dieses Verfahren im Rahmen einer Zweipunkt-Kalibrierung genutzt werden. Dabei wird der Messaufnehmer zunächst mit einem ersten Kalibriermedium in Kontakt gebracht, das einen ersten definierten Wert der Messgröße aufweist. Anschließend wird der Messaufnehmer mit einem zweiten Kalibriermedium in Kontakt gebracht, das einen zweiten definierten Wert der Messgröße aufweist. Beim Wechsel vom ersten Kalibriermedium in das zweite Kalibriermedium, gegebenenfalls mit einem dazwischen durchgeführten Spülschritt, ergibt sich eine sprunghafte Änderung der Messgröße, die zu einer ebenfalls sprunghaften Änderung des Messsignals führt. Das sich dadurch ergebende lokale Maximum der Änderungsgeschwindigkeit wird von dem Maximalwert-Schleppzeiger erfasst und der zugehörige Zeitstempel als erster Zeitpunkt bestimmt. Als zweiter Zeitpunkt dient der Zeitpunkt der Feststellung der Erreichung Stabilitätskriteriums. Das als Dynamik-Parameter dienende Zeitintervall zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt kann so ermittelt und zur Bestimmung des Sensorzustands verwendet werden.Advantageously, this method can be used in the context of a two-point calibration. In this case, the sensor is first brought into contact with a first calibration medium, which has a first defined value of the measured variable. Subsequently, the sensor is brought into contact with a second calibration medium, which has a second defined value of the measured variable. When changing from the first calibration medium into the second calibration medium, optionally with a rinsing step carried out in between, there is a sudden change in the measured variable, which leads to a likewise abrupt change in the measurement signal. The resulting local maximum of the rate of change is detected by the maximum value slave pointer and determines the associated time stamp as the first time. The second point in time is the determination of the achievement of the stability criterion. The time interval between the first and the second time point serving as a dynamic parameter can thus be determined and used to determine the sensor state.

Vorteilhaft an der Durchführung des Verfahrens im Rahmen einer periodisch durchgeführten Zweipunkt-Kalibrierung ist, dass durch Verwendung von Kalibriermedien, die immer dieselben Werte der Messgröße aufweisen, bei jeder Kalibrierung die sprunghafte Änderung der Messgröße beim Wechsel vom ersten Kalibriermedium zum zweiten Kalibriermedium unter reproduzierbaren Bedingungen durchgeführt werden kann. Damit ist eine sehr gute Vergleichbarkeit von zu verschiedenen Zeitpunkten über die Lebensdauer des Messaufnehmers ermittelten Dynamik-Parametern gewährleistet. Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Vergleichbarkeit von zu verschiedenen Zeitpunkten anhand des Messsignalverlaufs bei Kalibriermessungen ermittelten Dynamik-Parametern ist es, wenn die Kalibrierprozedur regelmäßig nach einem standardisierten vorgegebenen Verlauf mit vorgegebenen, vergleichbaren Kalibriermedien durchgeführt wird.An advantage of performing the method in the context of a periodic two-point calibration is that carried out by using calibration media, which always have the same values of the measured variable, the erratic change in the measured variable when changing from the first calibration to the second calibration under reproducible conditions with each calibration can be. This ensures a very good comparability of dynamic parameters determined at different times over the service life of the sensor. It is particularly advantageous with regard to the comparability of dynamic parameters determined at different points in time on the basis of the measurement signal profile during calibration measurements if the calibration procedure is carried out regularly in accordance with a standardized predetermined course with predetermined, comparable calibration media.

Handelt es sich bei dem Messaufnehmer beispielsweise um eine pH-Einstabmesskette, kann als erstes Kalibriermedium eine erste pH-Pufferlösung, z.B. mit dem pH-Wert 4, und als zweites Kalibriermedium eine zweite pH-Pufferlösung, z.B. mit dem pH-Wert 7 oder 9 handeln. Nach dem Inkontaktbringen des Messaufnehmers mit dem ersten Kalibriermedium und vor dem Inkontaktbringen des Messaufnehmers mit dem zweiten Kalibriermedium kann ein Spülschritt, z.B. mit destilliertem Wasser erfolgen.For example, if the sensor is a pH combination electrode, a first pH buffer solution, e.g. with the pH 4, and as second calibration medium a second pH buffer solution, e.g. act with the pH 7 or 9. After contacting the sensor with the first calibration medium and before contacting the sensor with the second calibration medium, a rinse step, e.g. with distilled water.

Alternativ oder zusätzlich kann der erste Zeitpunkt anhand eines zusätzlichen Dynamikkriteriums ermittelt werden, welches erfüllt ist, wenn sich das Messsignal des Messaufnehmers innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne um weniger als einen vorgegebenen Betrag ändert. Als Dynamik-Parameter, anhand dessen der Zustand des Messaufnehmers bestimmt wird, kann auch in dieser Verfahrensvariante ein Zeitintervall zwischen dem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt ermittelt werden, an dem ein Stabilitätskriterium im Sinne der voranstehend beschriebenen Verfahrensausgestaltung erfüllt ist. Das zusätzliche Dynamikkriterium zur Ermittlung des ersten Zeitpunkts kann sich von dem Stabilitätskriterium zur Ermittlung des zweiten Zeitpunkts hinsichtlich des vorgegebenen Zeitintervalls, innerhalb dessen sich das Messsignal nicht um mehr als einen vorgegebenen Betrags ändern darf und/oder hinsichtlich des vorgegebenen Betrags der Änderung des Messsignals unterscheiden.Alternatively or additionally, the first time can be determined on the basis of an additional dynamic criterion, which is fulfilled if the measuring signal of the sensor changes within a predetermined period of time by less than a predetermined amount. As a dynamic parameter, on the basis of which the state of the sensor is determined, a time interval between the first time and a second time can be determined in this process variant, where a stability criterion in the sense of the above-described method embodiment is met. The additional dynamic criterion for determining the first time may differ from the Stability criterion for determining the second time with respect to the predetermined time interval within which the measurement signal may not change by more than a predetermined amount and / or differ with respect to the predetermined amount of change of the measurement signal.

In einer weiteren Verfahrensvariante kann jeder Messpunkt des in Reaktion auf die sprunghafte Änderung der Messgröße registrierten Messsignalverlaufs mit einem Zeitstempel gespeichert werden. Dies erlaubt eine detaillierte Analyse des Einstellverhaltens des Messaufnehmers zur Ermittlung seines Zustands oder seiner Restlebensdauer.In a further variant of the method, each measurement point of the measurement signal profile registered in response to the abrupt change of the measured variable can be stored with a time stamp. This allows a detailed analysis of the setting behavior of the sensor to determine its condition or its remaining life.

Als erster Zeitpunkt kann der Zeitstempel desjenigen Messpunktes des Messsignalverlaufs bestimmt werden, dessen Wert sich um einen vorgegebenen Betrag von dem Messsignalwert bei Erreichen des Stabilitätskriteriums unterscheidet. Dieser vorgegebene Betrag kann bestimmt werden, indem von dem Wert des Messsignals bei Erreichen des Stabilitätskriteriums ein vorgegebener Prozentsatz einer Differenz zwischen einem vor der Änderung der Messgröße erfassten Messsignalwert und dem bei Erreichen des Stabilitätskriteriums nach der Änderung der Messgröße erfassten Messsignalwert abgezogen wird.The time stamp of that measuring point of the measuring signal waveform whose value differs by a predetermined amount from the measured signal value when the stability criterion is reached can be determined as the first time. This predefined amount can be determined by subtracting from the value of the measurement signal, when the stability criterion is reached, a predetermined percentage of a difference between a measurement signal value acquired before the change in the measurement variable and the measurement signal value acquired when the stability criterion is reached after the change in the measurement variable.

Auch diese Verfahrensvariante kommt vorteilhaft im Rahmen einer Zweipunkt-Kalibrierung zur Anwendung. Der beim Erreichen des Stabilitätskriteriums im ersten Kalibriermedium erfasste Messwert kann bei dem Verfahren als vor der Änderung der Messgröße erfasster Messsignalwert gespeichert werden. Beim Wechsel zum zweiten Kalibriermedium mit gegebenenfalls dazwischenliegendem Spülschritt erfolgt eine Änderung, in der Regel eine sprunghafte Änderung, der Messgröße. Der dabei erfasste Messsignalverlauf bis zum Erreichen des Stabilitätskriteriums im zweiten Kalibriermedium wird gespeichert, wobei die einzelnen Messpunkte mit Zeitstempel versehen werden.This variant of the method is also advantageously used in the context of a two-point calibration. The measured value acquired in the first calibration medium when the stability criterion is reached can be stored in the method as the measured signal value detected before the change in the measured variable. When changing to the second calibration medium with optionally intervening rinsing step is a change, usually a sudden change, the measured variable. The measurement signal profile acquired thereby until the stability criterion is reached in the second calibration medium is stored, with the individual measurement points being provided with a time stamp.

Um Speicherplatz zu sparen, kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass erst zeitlich nach Erreichen des Stabilitätskriteriums im ersten Kalibriermedium erfasste Messpunkte mit Zeitstempeln gespeichert werden.In order to save storage space, it may moreover be provided that measuring points recorded with time stamps are only recorded in the first calibration medium after the stability criterion has been reached.

In einer weiteren Verfahrensvariante kann der erste Messpunkt mittels eines Prognosefilters ermittelt werden, indem anhand einer aus mehreren aktuell erfassten Messwerten bestimmten Standardabweichung des Messsignals und einer auf Grundlage einer Extrapolation des Messsignals bestimmten Prognosestandardabweichung, eine Trendänderung des Messsignalverlaufs erkannt und als erster Messpunkt ein zeitlich nach der erkannten Trendänderung erfasster Messpunkt ausgewählt wird.In a further variant of the method, the first measuring point can be determined by means of a prediction filter by recognizing a trend change of the measuring signal profile based on a standard deviation of the measuring signal and a prognostic standard deviation determined on the basis of an extrapolation of the measuring signal and a time after the detected trend change detected measuring point is selected.

Der Messaufnehmer kann ein potentiometrischer Sensor, insbesondere ein pH-Sensor, sein. Als pH-Sensoren kommt beispielsweise ein potentiometrischer pH-Sensor mit einer als Messhalbzelle dienender Glaselektrode in Frage. Das hier beschriebene Verfahren kann vorteilhaft aber auch zur Bestimmung des Zustands eines Leitfähigkeitssensors, einer ionenselektiven Elektrode, eines amperometrischen Sauerstoffsensors oder eines Kohlendioxidsensors verwendet werden.The sensor may be a potentiometric sensor, in particular a pH sensor. Suitable pH sensors include, for example, a potentiometric pH sensor with a glass electrode serving as measuring half cell. However, the method described here can advantageously also be used to determine the state of a conductivity sensor, an ion-selective electrode, an amperometric oxygen sensor or a carbon dioxide sensor.

Die Messgröße kann beispielsweise ein pH-Wert des Messmediums, eine Ionenkonzentration in dem Messmedium, eine Leitfähigkeit des Messwerts, eine Sauerstoffkonzentration oder eine Kohlendioxidkonzentration in dem Messmedium sein.The measured variable can be, for example, a pH of the measuring medium, an ion concentration in the measuring medium, a conductivity of the measured value, an oxygen concentration or a carbon dioxide concentration in the measuring medium.

Die Erfindung betrifft auch eine Messanordnung mit einem Messaufnehmer zur Wandlung einer mit der Konzentration einer Substanz in einem Messmedium korrelierten Messgröße in ein Messsignal, und einer dem Messaufnehmer zugeordnete Auswertungsschaltung mindestens umfassend einen Prozessor, Speichermittel und ein von dem Prozessor ausführbares, der Durchführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens dienendes Computerprogramm.The invention also relates to a measuring arrangement with a measuring transducer for converting a measured variable correlated with the concentration of a substance in a measuring medium into a measuring signal, and an evaluation circuit associated with the measuring transducer comprising at least a processor, memory means and an executable by the processor, the implementation of the above Procedure computer program.

Der Messaufnehmer kann ein in das Messmedium mindestens abschnittsweise eintauchendes Messsondengehäuse aufweisen, in dem mindestens ein Teil der Auswertungsschaltung, insbesondere ein Teil der Speichermittel, angeordnet ist.The measuring sensor may have a measuring probe housing which dips at least in sections into the measuring medium and in which at least part of the evaluation circuit, in particular a part of the memory means, is arranged.

Beispielsweise kann der in dem Messsondengehäuse untergebrachte Teil der Auswertungsschaltung mit einem, gegebenenfalls in einem von dem Messsondengehäuse abgesetzten Gehäuse untergebrachten, übergeordneten Messumformer zum drahtgebundenen oder drahtlosen Datenaustausch verbunden sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die gesamte Auswertungsschaltung im Messumformer oder im Messsondengehäuse untergebracht ist.By way of example, the part of the evaluation circuit accommodated in the measuring probe housing can be connected to a higher-level measuring transducer for wired or wireless data exchange, optionally housed in a housing remote from the measuring probe housing. Alternatively, it is also possible that the entire evaluation circuit is housed in the transmitter or in the probe housing.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Messanordnung mit einem Messaufnehmer und einer Auswertungsschaltung; 1 a schematic representation of a measuring arrangement with a sensor and an evaluation circuit;

2 einen Verlauf eines Messsignals eines pH-Messaufnehmers und dessen Änderungsgeschwindigkeit vor und nach einer Änderung des pH-Werts zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels; 2 a course of a measurement signal of a pH sensor and its rate of change before and after one PH change to illustrate a first embodiment;

3 einen Verlauf eines Messsignals eines pH-Messaufnehmers nach einer sprunghaften Änderung des pH-Werts zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels; 3 a course of a measuring signal of a pH sensor after a sudden change in the pH value for illustrating a second embodiment;

4 einen Verlauf eines Messsignals eines pH-Messaufnehmers während einer Zweipunktkalibrierung zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels; 4 a course of a measuring signal of a pH sensor during a two-point calibration for illustrating a third embodiment;

5 einen Verlauf eines Messsignals eines pH-Messaufnehmers bei Wechsel von einer Kalibrierlösung mit pH = 7 zu einer Kalibrierlösung mit pH = 4 mit zwischenzeitlichem Spülen in destilliertem Wasser; 5 a course of a measuring signal of a pH sensor when changing from a calibration solution with pH = 7 to a calibration solution with pH = 4 with intermediate rinsing in distilled water;

6 den Verlauf des Messsignals gemäß 6 und der Werteverlauf eines Grenzwerts (QGrenz)1/2 und des Quotienten der Varianzen QS; 6 the course of the measurement signal according to 6 and the value curve of a limit (Q limit) 1/2 and the quotient of the variances Q S ;

7 eine Detailansicht des in 7 dargestellten Diagramms. 7 a detailed view of the in 7 represented diagram.

In 1 ist schematisch eine Messanordnung mit einem Messaufnehmer und einer dem Messaufnehmer zugeordneten Auswertungsschaltung dargestellt. Bei dem Messaufnehmer handelt es sich im vorliegenden Beispiel um einen potentiometrischen pH-Messaufnehmer 1 mit einer Einstabmesskette 3, welche eine pH-Glaselektrode als Messhalbzelle und eine Silber/Silberchlorid-Elektrode als Referenzhalbzelle aufweist. Der pH-Messaufnehmer 1 umfasst ein Gehäuse 4, in dem eine Auswertungsschaltung 5 mit einem Mikroprozessor 6 zur Verarbeitung der Signale der Einstabmesskette vorgesehen ist. Die Verarbeitung umfasst eine Impedanzwandlung und eine A/D-Wandlung, um Messsignale UpH(t) sicher vom pH-Messaufnehmer zu einer übergeordneten Einheit übertragen zu können. Als übergeordnete Einheit dient im vorliegenden Beispiel ein Messumformer 2. Alternativ kann der pH-Messaufnehmer auch über einen Buskoppler oder direkt mit einer Prozessleitstelle, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), verbunden sein. Als übergeordnete Einheit kommt außerdem ein herkömmlicher PC oder Laptop in Frage, der über eine Standardschnittstelle, beispielsweise eine USB-Schnittstelle, und einen geeigneten Adapter mit dem Messaufnehmer verbunden sein kann, und der ein von einem Prozessor des PCs oder Laptops ausführbares Bedienprogramm für den Messaufnehmer 1 aufweist.In 1 is schematically illustrated a measuring arrangement with a sensor and an evaluation circuit associated with the sensor. The sensor in the present example is a potentiometric pH sensor 1 with a combination electrode 3 which has a pH glass electrode as measuring half cell and a silver / silver chloride electrode as reference half cell. The pH sensor 1 includes a housing 4 in which an evaluation circuit 5 with a microprocessor 6 is provided for processing the signals of the combination electrode. The processing comprises an impedance conversion and an A / D conversion in order to be able to transmit measurement signals UpH (t) reliably from the pH sensor to a higher-order unit. The higher-level unit used in the present example is a transmitter 2 , Alternatively, the pH sensor can also be connected via a bus coupler or directly to a process control station, for example a programmable logic controller (PLC). As a higher-level unit is also a conventional PC or laptop in question, which can be connected via a standard interface, such as a USB interface, and a suitable adapter to the sensor, and one of a processor of the PC or laptop executable control program for the sensor 1 having.

Der vorliegend als übergeordnete Einheit dienende Messumformer 2 enthält eine weitere Auswertungsschaltung 10 mit einem Mikroprozessor 8 und mindestens einem Datenspeicher 9, in dem eine vom Mikroprozessor 8 ausführbare Bediensoftware hinterlegt ist. Mittels der Bediensoftware lassen sich vom Messaufnehmer 1 empfangene Messsignale verarbeiten, Kalibrierungen durchführen und Daten an den Messaufnehmer 1 ausgeben. Der Messumformer 2 ist darüber hinaus dazu ausgestaltet, die Messsignale des Messaufnehmers 1 über eine Schnittstelle an eine weitere übergeordnete Einheit auszugeben oder über eine Anzeigeeinrichtung, z.B. ein Display, (hier nicht dargestellt) zur Anzeige zu bringen. Parametrierungen oder sonstige Befehle können am Messaufnehmer 1 über eine Eingabeeinrichtung (hier ebenfalls nicht dargestellt), z.B. Bedientasten oder Touch-Screen, von einer Bedienperson eingegeben werden.The present as a parent unit transmitter 2 contains another evaluation circuit 10 with a microprocessor 8th and at least one data store 9 in which one from the microprocessor 8th executable operating software is stored. Using the operating software can be from the sensor 1 process received measurement signals, perform calibrations and data to the sensor 1 output. The transmitter 2 is also designed to measure the measuring signals of the sensor 1 output via an interface to another higher-level unit or via a display device, such as a display, (not shown here) to bring to the display. Parameterizations or other commands can be made on the sensor 1 via an input device (also not shown here), such as control buttons or touch screen, are entered by an operator.

Zur Kalibrierung des pH-Messaufnehmers 1 wird die Einstabmesskette 3 in ein Kalibriermedium mit bekanntem pH-Wert, insbesondere eine Pufferlösung, oder, im Falle einer Mehrpunktkalibrierung, nacheinander in mehrere Kalibriermedien eingetaucht, die unterschiedliche pH-Werte aufweisen. Das dabei erfasste elektrische Messsignal UpH(t), im vorliegenden Fall die pH-Spannung der Messkette, wird digitalisiert und an den Messumformer 2 übertragen, wo es zur Auswertung (zwischen-)gespeichert werden kann. Wie eingangs beschrieben, wird der zeitliche Verlauf des Messsignals erfasst und auf das Erreichen eines vorgegebenen Stabilitätskriteriums überwacht. Das Stabilitätskriterium kann beispielsweise vorgeben, dass sich die erfasste pH-Spannung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nicht um mehr als einen vorgegebenen Betrag ändern darf. Eine derartige Zeitspanne kann bei einer pH-Einstabmesskette mit Glaselektrode beispielsweise zwischen 20 und 200 s betragen. Als Betrag, um den sich die pH-Spannung innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls nicht ändern darf, kommen 1 bis 20 mV in Frage. Eine Bedienperson kann das Stabilitätskriterium durch Eingabe am Messumformer 2 je nach gewünschter Mess- bzw. Kalibriergüte vorgeben.For calibrating the pH sensor 1 becomes the combination electrode 3 in a calibration medium of known pH, in particular a buffer solution, or, in the case of a multi-point calibration, successively immersed in a plurality of calibration media having different pH values. The detected electrical measurement signal UpH (t), in this case the pH voltage of the measuring chain, is digitized and sent to the transmitter 2 where it can be stored (temporarily) for evaluation. As described above, the time profile of the measurement signal is detected and monitored for the achievement of a predetermined stability criterion. The stability criterion may, for example, specify that the detected pH voltage must not change by more than a predetermined amount within a predetermined period of time. Such a period of time can be, for example, between 20 and 200 s in the case of a pH combination electrode with a glass electrode. The amount by which the pH voltage must not change within the specified time interval can be 1 to 20 mV. An operator can set the stability criterion by entering it on the transmitter 2 depending on the desired measurement or calibration quality.

Der bei Erreichen des vorgegebenen Stabilitätskriteriums vorliegende Wert des Messsignals wird als Kalibriermesswert erfasst. Je nach Anzahl der Kalibriermessungen in verschiedenen Pufferlösungen werden so ein oder mehrere Kalibriermesspunkte erhalten. Der Messumformer 2 enthält einen zweiten Mikroprozessor 8, welcher anhand dieser Kalibriermesspunkte und der durch die bekannten pH-Werte der Kalibriermedien vorgegebenen entsprechenden Sollwerte den Nullpunkt N und die Steilheit S der Messketten-Kennlinie bestimmt. Die Werte N und S werden zum pH-Messaufnehmer 1 übertragen, und dort gemeinsam mit dem Zeitpunkt der Kalibrierung in dem Datenspeicher 7 der Auswertungsschaltung 5 gespeichert. Möglich ist auch eine Speicherung des Messsignals UpH(t) in dem Datenspeicher 7 der Auswertungsschaltung.The value of the measurement signal present when the predefined stability criterion is reached is recorded as a calibration measured value. Depending on the number of calibration measurements in different buffer solutions, one or more calibration measurement points are thus obtained. The transmitter 2 contains a second microprocessor 8th which determines the zero point N and the steepness S of the measuring-chain characteristic curve on the basis of these calibration measuring points and the corresponding desired values predetermined by the known pH values of the calibration media. The values N and S become the pH sensor 1 and there together with the time of calibration in the data memory 7 the evaluation circuit 5 saved. It is also possible to store the measurement signal UpH (t) in the data memory 7 the evaluation circuit.

Der Messumformer 2 kann darüber hinaus ein von seinem Prozessor 8 ausführbares Computerprogramm umfassen, das zur Bestimmung des Zustands des Messaufnehmers 1 und gegebenenfalls zur Vorhersage einer Restlebensdauer des Messaufnehmer 1 dient. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Datenspeicher 7 der Auswertungsschaltung 5 des Messaufnehmers 1 ein von dem Prozessor 6 des Messaufnehmers 1 ausführbares Computerprogramm enthalten, das der Bestimmung des Zustands oder der Restlebensdauervorhersage des Messaufnehmers 1 dient, z.B. indem es dem Messumformer 2 zur Analyse der für die Zustandsbestimmung oder Restlebensdauervorhersage erforderlichen Messsignale und/oder sonstige Daten zur Verfügung stellt oder die Zustandsbestimmung selbst durchführt.The transmitter 2 In addition, one of its processor 8th include executable computer program for determining the condition of the sensor 1 and optionally to predict a residual life of the sensor 1 serves. Additionally or alternatively also the data storage 7 the evaluation circuit 5 of the sensor 1 one from the processor 6 of the sensor 1 computer program, the determination of the condition or the residual life prediction of the sensor 1 serves, for example, by the transmitter 2 for analyzing the required for the determination of state or residual life prediction measurement signals and / or other data provides or the state determination itself performs.

Im Folgenden werden Beispiele für die Bestimmung eines Zustands eines Messaufnehmers näher beschrieben. Obwohl die Beispiele sich auf die Zustandsbestimmung eines pH-Messaufnehmers beziehen, können die Verfahren ganz analog auch auf Messaufnehmer zur Erfassung anderer Messgrößen von Messmedien, beispielsweise Ionenkonzentrationen, Sauerstoffkonzentration, Leitfähigkeit, Kohlendioxidkonzentration oder andere, übertragen werden.In the following examples for the determination of a state of a sensor are described in more detail. Although the examples relate to the determination of the state of a pH sensor, the methods can analogously also be transferred to sensors for recording other measured variables of measuring media, for example ion concentrations, oxygen concentration, conductivity, carbon dioxide concentration or others.

Die Bestimmung des Zustands des Messaufnehmers kann, wie eingangs beschrieben, in der Weise erfolgen, dass das in Reaktion auf eine, insbesondere sprunghafte, Änderung der Messgröße sich ergebende Messsignal des Messaufnehmers ausgewertet wird. Eine besonders definierte und reproduzierbare sprunghafte Änderung der Messgröße ergibt sich bei der Kalibrierung des Messaufnehmers, indem der Messaufnehmer in ein Medium mit bekanntem Wert der Messgröße eingetaucht wird. Die genaue Kenntnis des Wertes der Messgröße im Kalibriermedium ist vorteilhaft für die weitere Auswertung. Darüber hinaus wird, wie beschrieben, bei der Durchführung von Kalibriermessungen ohnehin überwacht, wann das Messsignal ein bestimmtes, vorgegebenes Stabilitätskriterium erreicht. Damit erfordert die Zustandsbestimmung in der im Folgenden beschriebenen Weise wenig zusätzlichen Aufwand. Es ist jedoch auch denkbar, definierte sprunghafte Änderungen der Messgröße während des Einsatzes des Messaufnehmers im Prozess zu nutzen. Beispielsweise kann ein von dem Messaufnehmer überwachter Prozess einzelne Verfahrensschritte umfassen, bei denen wesentlich unterschiedliche Werte der Messgrößen und somit auch sprunghafte Änderungen der Messgröße auftreten. Die entsprechende Sprungantwort des den Prozess überwachenden Messaufnehmers kann daher ebenfalls überwacht und zu Diagnosezwecken ausgewertet werden. Auch gibt es Prozesse, die regelmäßig durch Reinigungs- und Sterilisationsverfahren unterbrochen werden, die häufig als CIP (cleaning in place) oder SIP (sterilisation in place) durchgeführt werden. Bei diesen Verfahren werden die Prozessbehälter und Rohrleitungen einschließlich der darin integrierten Messaufnehmer von einem Reinigungsmedium mit bekanntem Wert der Messgröße durchströmt. Die Sprungantwort der Messsignale der integrierten Messaufnehmer auf die Änderung der Messgrößen beim Einleiten der entsprechenden Reinigungsmedien kann daher grundsätzlich ebenfalls zur Zustandsbestimmung eingesetzt werden.The determination of the state of the measuring sensor can, as described above, be carried out in such a way that the measuring signal of the measuring sensor resulting in response to a, in particular erratic, change of the measured variable is evaluated. A particularly defined and reproducible step change in the measured variable results in the calibration of the sensor by the sensor is immersed in a medium with a known value of the measured variable. The exact knowledge of the value of the measured variable in the calibration medium is advantageous for further evaluation. In addition, as described, when performing calibration measurements, it is in any case monitored when the measurement signal reaches a specific, predetermined stability criterion. Thus, the state determination in the manner described below requires little additional effort. However, it is also conceivable to use defined sudden changes in the measured variable during the use of the sensor in the process. By way of example, a process monitored by the sensor can comprise individual method steps in which substantially different values of the measured variables and thus also abrupt changes in the measured variable occur. The corresponding step response of the process monitoring sensor can therefore also be monitored and evaluated for diagnostic purposes. There are also processes that are regularly interrupted by cleaning and sterilization procedures, often performed as CIP (cleaning in place) or SIP (sterilization in place). In these processes, the process vessels and pipelines, including the sensors integrated therein, are flowed through by a cleaning medium with a known value of the measured variable. The step response of the measuring signals of the integrated sensors to the change in the measured variables when introducing the appropriate cleaning media can therefore also be used in principle for determining the state.

Ein erstes Beispiel für die Bestimmung des Zustands eines pH-Messaufnehmers umfasst die Bestimmung eines Dynamik-Parameters, anhand dessen der Zustand des Messaufnehmers bestimmt wird. Als Dynamik-Parameter dient hier ein Zeitintervall zwischen einem ersten Zeitpunkt t1 und einem zweiten Zeitpunkt t2, an dem der Messsignalverlauf ein vorgegebenes Stabilitätskriterium erfüllt. Als Zeitpunkt t2 dient, wie im hier beschriebenen Beispiel, daher zweckmäßigerweise der Zeitpunkt, an dem das Erreichen des für die Kalibrierung vorgegebenen Stabilitätskriteriums registriert wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, für die Bestimmung des Zustands des Sensors ein davon abweichendes, weiteres Stabilitätskriterium für die Bestimmung des Zeitpunkts t2 vorzugeben.A first example of determining the state of a pH sensor includes determining a dynamics parameter to determine the state of the sensor. The dynamic parameter used here is a time interval between a first time t1 and a second time t2 at which the measurement signal profile fulfills a predetermined stability criterion. As the time t2 is used, as in the example described here, therefore expediently the time at which the achievement of the specified for the calibration stability criterion is registered. In principle, however, it is also possible to specify a further, different stability criterion for the determination of the time t2 for determining the condition of the sensor.

Zur Veranschaulichung ist in 2 ein zeitlicher Verlauf des Messsignals eines pH-Messaufnehmers während einer Zweipunktkalibrierung aufgetragen (Rauten), bei der der Messaufnehmer zunächst in eine als erstes Kalibriermedium dienende erste Pufferlösung mit einem pH-Wert von 4 eingetaucht wird, dann mit destilliertem Wasser abgespült und anschließend in eine als zweites Kalibriermedium dienende zweite Pufferlösung mit einem pH-Wert von 7 eingetaucht wird. Zum Zeitpunkt t = 650 s ist das Stabilitätskriterium bei dem beispielhaft in 2 gezeigten Messsignal-Verlauf im ersten Kalibriermedium bereits erreicht. Nach ca. 658 s wurde der Messaufnehmer im in 2 dargestellten Beispiel aus dem ersten Kalibriermedium entnommen und mit destilliertem Wasser gespült. Anschließend, nach ca. 668 s wurde der Messaufnehmer in das zweite Kalibriermedium eingetaucht. Das Stabilitätskriterium ist im hier gezeigten Beispiel im zweiten Kalibriermedium nach 695 s erreicht. Dieser Zeitpunkt wird als Zeitpunkt t2 registriert.By way of illustration is in 2 a time course of the measuring signal of a pH sensor during a two-point calibration applied (diamonds), in which the sensor is first immersed in serving as a first calibration medium first buffer solution with a pH of 4, then rinsed with distilled water and then in a second calibration medium serving second buffer solution having a pH of 7 is immersed. At time t = 650 s, the stability criterion in the example in 2 has already been achieved in the first calibration medium. After approx. 658 s, the sensor became in 2 example taken from the first calibration medium and rinsed with distilled water. Then, after about 668 s, the sensor was immersed in the second calibration medium. The stability criterion is reached in the second calibration medium after 695 s in the example shown here. This time is registered as time t2.

Im hier beschriebenen Beispiel wird der erste Zeitpunkt t1 durch Überwachung der Änderungsgeschwindigkeit des Messsignals als Funktion der Zeit aufgefunden. Der Absolutwert der Änderungsgeschwindigkeit ist als Funktion der Zeit in 2 aufgetragen (Kreuze). Zur Bestimmung des ersten Zeitpunkts t1 wird ein Maximalwert-Schleppzeiger-Algorithmus verwendet, der in 2 ebenfalls veranschaulicht ist (offene Quadrate).In the example described here, the first time t1 is found by monitoring the rate of change of the measurement signal as a function of time. The absolute value of the rate of change is a function of time in 2 applied (crosses). For determining the first time t1, a maximum value trailing pointer algorithm is used, which in 2 is also illustrated (open squares).

Der Ausgangswert für den Maximalwert bei Aktivierung des Schleppzeiger-Algorithmus ist beispielsweise Null. Wird ein neuer aktueller Maximalwert (Absolutwert) erkannt, wird dieser zusammen mit seinem Zeitstempel gespeichert, und der zuvor gespeicherte Ausgangswert überschrieben. Dies wird so lange durchgeführt, bis kein neuer Maximalwert auftritt. Der Algorithmus ist so lange aktiv, bis das Stabilitätskriterium erfüllt wird. Rückwirkend wird dann als Zeitpunkt t1 der Zeitpunkt des Zeitstempels des zuletzt gespeicherten Maximalwerts registriert.The output value for the maximum value when the slave pointer algorithm is activated is, for example, zero. If a new current maximum value (absolute value) is detected, it is stored together with its time stamp, and the previously stored output value is overwritten. This is carried out until no new maximum value occurs. The algorithm is active until the stability criterion is met. In retrospect, the time of the time stamp of the last stored maximum value is then registered as time t1.

Im vorliegenden Beispiel wird beim Erreichen des Stabilitätskriteriums der ersten Kalibriermessung der Schleppzeiger-Algorithmus aktiviert, wobei bei der Aktivierung ein Ausgangswert, z.B. Null, für den Maximalwert vorgegeben wird. Durch das Entnehmen des Messaufnehmers aus dem ersten Kalibriermedium und dem Abspülen mit destilliertem Wasser ergibt sich ein erstes lokales Maximum der Änderungsgeschwindigkeit bei ca. 662 Zeiteinheiten. Der Messwert dieses lokalen Maximums wird zunächst als neuer Maximalwert mit Zeitstempel gespeichert. Ein weiterer Maximalwert der Änderungsgeschwindigkeit ergibt sich nach 670 Zeiteinheiten bei Inkontaktbringen des Messaufnehmers mit dem zweiten Kalibriermedium, das einen pH-Wert von 7 aufweist. Dieser neue Wert wird vom Maximalwert-Schleppzeiger-Algorithmus wiederum mit Zeitstempel gespeichert. Der zeitlich nachfolgende Messwertverlauf ergibt keinen neuen Maximalwert der Änderungsgeschwindigkeit bis zum Zeitpunkt t2 (695 Zeiteinheiten), an dem das Stabilitätskriterium erreicht wird. Nachträglich wird daher der aus dem Zeitstempel des zuletzt registrierten Maximalwert ableitbare Zeitpunkt t1 als Startpunkt des als Dynamik-Parameters zur Bestimmung des Zustands des Messaufnehmers verwendeten Zeitintervalls festgelegt.In the present example, when the stability criterion of the first calibration measurement is reached, the slave pointer algorithm is activated, with an initial value, e.g. Zero, for which maximum value is specified. By removing the sensor from the first calibration medium and rinsing with distilled water, a first local maximum of the rate of change results at about 662 time units. The measured value of this local maximum is initially stored as a new maximum value with a time stamp. A further maximum value of the rate of change results after 670 time units when the sensor is brought into contact with the second calibration medium, which has a pH of 7. This new value is again stored with time stamp by the maximum value slave pointer algorithm. The temporally subsequent measured value course does not yield a new maximum value of the rate of change until time t2 (695 time units) at which the stability criterion is reached. The time t1 derivable from the time stamp of the last registered maximum value is subsequently determined as the starting point of the time interval used as the dynamic parameter for determining the state of the measuring sensor.

Das Zeitintervall zwischen t1 und t2 kann somit nachträglich bei Erreichen der Stabilität berechnet werden. In einer einfachen Ausgestaltung kann jedes Mal bei Erreichen eines neuen Maximalwerts ein Zeitzähler aktiviert werden, welcher so lange aktiv bleibt, bis das Stabilitätskriterium erfüllt ist.The time interval between t1 and t2 can thus be subsequently calculated when the stability is reached. In a simple embodiment, each time a new maximum value is reached, a time counter can be activated, which remains active until the stability criterion is fulfilled.

Anhand des so ermittelten Zeitintervalls kann eine Aussage über den Zustand des Sensors ermittelt werden. Im einfachsten Fall kann ein Grenzwert für das Zeitintervall zwischen t1 und t2 vorgegeben sein, wobei bei Überschreiten des Grenzwerts eine zu starke Alterung festgestellt und eine Wartungsmaßnahme oder der Tausch des Messaufnehmers vorgeschlagen und/oder ein Alarm ausgegeben wird. Möglich ist statt eines Vergleichs mit einem festen Grenzwert auch der Vergleich mit einem zu einem früheren Zeitpunkt, beispielsweise bei der herstellerseitigen Erstkalibrierung festgestellten Zeitintervall zwischen t1 und t2.On the basis of the time interval thus determined, a statement about the state of the sensor can be determined. In the simplest case, a limit value for the time interval between t1 and t2 may be predetermined, whereby if the limit value is exceeded, too great an aging is determined and a maintenance measure or replacement of the sensor is proposed and / or an alarm is output. It is also possible, instead of a comparison with a fixed limit value, to compare it with a time interval between t1 and t2 established at an earlier point in time, for example in the case of the manufacturer-side initial calibration.

Zur Erstellung einer Prognose über die Restlebensdauer des Messaufnehmers kann eine zeitliche Entwicklung des während der Lebenszeit des Messaufnehmers mehrfach für diesen Messaufnehmer bestimmten Dynamik-Parameters, also hier des Zeitintervalls zwischen t1 und t2, ausgewertet werden, beispielsweise mittels Extrapolation. Eine mehrfache Bestimmung des Dynamik-Parameters ergibt sich automatisch, wenn das beschriebene Verfahren jeweils bei Kalibrierungen des Messaufnehmers durchgeführt wird. Die jeweils bestimmten Werte des Dynamik-Parameters können vorzugsweise im Speicher 7 des Messaufnehmers 1 abgelegt werden. Aus der Extrapolation der Werte kann der Zeitpunkt in der Zukunft, an dem der prognostizierte Dynamik-Parameter einen Grenzwert übersteigt, als Ende der Lebensdauer des Messaufnehmers registriert werden und entsprechend die noch verbleibende Restlebensdauer des Messaufnehmers ermittelt und angezeigt werden.To generate a prognosis for the remaining service life of the sensor, a temporal evolution of the dynamic parameter determined several times for this sensor during the service life of the sensor, ie here the time interval between t1 and t2, can be evaluated, for example by means of extrapolation. A multiple determination of the dynamics parameter results automatically if the described method is carried out in each case during calibrations of the sensor. The respectively determined values of the dynamics parameter may preferably be in memory 7 of the sensor 1 be filed. From the extrapolation of the values, the time in the future, at which the predicted dynamic parameter exceeds a limit value, can be registered as the end of the service life of the sensor and the remaining life of the sensor accordingly determined and displayed.

Da das Stabilitätskriterium vom Bediener nach dessen Anforderungen definiert werden kann, sollten für die Auswertung des Zeitintervalls zwischen t1 und t2 keine absoluten Grenzwerte, sondern nur relative Grenzwerte verwendet werden, die an das vom Bediener eingestellte Stabilitätskriterium angepasst sind.Since the stability criterion can be defined by the operator according to his requirements, no absolute limit values should be used for the evaluation of the time interval between t1 and t2, but only relative limit values which are adapted to the stability criterion set by the operator.

Vorteilhaft ist es für den Fall, dass regelmäßig während der Durchführung einer Kalibrierung auch das Zeitintervall zwischen t1 und t2 ermittelt und dessen zeitliche Entwicklung, beispielsweise durch Extrapolation zur Bestimmung der Restlebensdauer, ausgewertet wird, die Kalibrierung nach einem vorgegebenen Ablauf durchzuführen. Insbesondere ist es vorteilhaft, bei jeder Kalibrierung, bei dem auch das Zeitintervall zwischen t1 und t2 zur Ableitung des Sensorzustands ausgewertet wird, Kalibriermedien zu verwenden, die die gleichen Werte der Messgröße aufweisen, so dass die sprunghafte Änderung der Messgröße regelmäßig in vergleichbarer Weise, im vorliegenden Beispiel also regelmäßig von pH-Wert 4 auf pH-Wert 7, erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch der Ablauf der Kalibrierung, insbesondere gegebenenfalls zwischen den Kalibriermessungen durchgeführte Reinigungsschritte, regelmäßig in gleicher Weise durchgeführt wird.It is advantageous for the case that the time interval between t1 and t2 is determined regularly during the performance of a calibration and its temporal evolution, for example by extrapolation to determine the residual life, is evaluated by performing the calibration according to a predetermined sequence. In particular, it is advantageous in each calibration, in which the time interval between t1 and t2 is evaluated for deriving the sensor state, to use calibration media which have the same values of the measured variable, so that the abrupt change of the measured variable regularly in a comparable manner This example thus regularly from pH 4 to pH 7, takes place. It is also particularly advantageous if the course of the calibration, in particular any cleaning steps carried out between the calibration measurements, is carried out regularly in the same way.

Im Falle einer Mehrpunkt-Kalibrierung unter Verwendung von mehr als zwei Kalibriermedien können mehrere Zeitintervalle zwischen einem ersten Zeitpunkt der Änderung der Messgröße und dem Erreichen der Stabilität ermittelt werden. Auch ein Zwischenschritt zur Reinigung des Messaufnehmers mit destilliertem Wasser kann zur Ermittlung eines weiteren, die Dynamik des Messaufnehmers repräsentierenden Zeitintervalls verwendet werden.In the case of multi-point calibration using more than two calibration media, multiple time intervals between a first time of change of the measurand and the achievement of stability can be determined. An intermediate step for cleaning the sensor with distilled water can also be used to determine a further time interval representing the dynamics of the sensor.

Ein zweites Beispiel für ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines pH-Messaufnehmers wird im Folgenden anhand der 3 beschrieben. Auch bei diesem Verfahren wird ein Zeitpunkt t2 anhand eines vorgegebenen Stabilitätskriteriums ermittelt, welches eine Zeitspanne vorgibt, innerhalb derer sich die pH-Spannung um nicht mehr als einen bestimmten Betrag ändern darf. Zur Bestimmung eines Zeitpunkts t1 zur Ermittlung eines als Dynamik-Parameter des Messaufnehmers dienenden Zeitintervalls, wird im hier beschriebenen Beispiel ein weiteres Dynamikkriterium verwendet. Dieses Dynamikkriterium wird in analoger Weise definiert wie das Stabilitätskriterium zur Bestimmung des Zeitpunkts t2, jedoch unterscheidet es sich von diesem hinsichtlich der vorgegebenen Zeitspanne und/oder hinsichtlich des vorgegebenen Betrags der Änderung des Messsignals. In 3 ist der Messsignalverlauf nach einer sprunghaften Änderung der Messgröße zum Zeitpunkt Null von einem zuvor vorliegenden pH-Wert von 7 auf einen pH-Wert von 4 dargestellt. Als Stabilitätskriterium ist ein Zeitfenster von 20 s vorgegeben, in dem sich das pH-Spannungssignal um nicht mehr als 1 mV ändern darf. Als Dynamikkriterium ist im hier gezeigten Beispiel ein Zeitfenster von 5 s vorgegeben, in dem sich das pH-Spannungssignal um nicht mehr als 1 mV ändern darf. Das Dynamikkriterium wird zum Zeitpunkt t1 (12 s) erreicht, während das Stabilitätskriterium zum Zeitpunkt t2 (98 s) erreicht wird. Das Zeitintervall kann wie im ersten Beispiel nach Registrieren des Zeitpunkts t2 errechnet werden. Alternativ kann ab Erreichen des Dynamikkriteriums, also zum Zeitpunkt t1 ein Zeitzähler aktiviert werden, der so lange aktiv bleibt, bis das Stabilitätskriterium erfüllt ist.A second example of a method for determining the state of a pH sensor is described below with reference to FIG 3 described. In this method too, a time t2 is determined on the basis of a predetermined stability criterion, which specifies a time span within which the pH voltage does not exceed one certain amount. In order to determine a time t1 for determining a time interval serving as a dynamic parameter of the measuring sensor, in the example described here, a further dynamic criterion is used. This dynamic criterion is defined in an analogous manner as the stability criterion for determining the time t2, but it differs from this with respect to the predetermined period of time and / or with respect to the predetermined amount of change of the measurement signal. In 3 the measurement signal profile is shown after a sudden change in the measured variable at time zero from a previously present pH of 7 to a pH of 4. The stability criterion is a time window of 20 s in which the pH voltage signal may not change by more than 1 mV. As a dynamic criterion in the example shown here, a time window of 5 s is specified in which the pH voltage signal may not change by more than 1 mV. The dynamic criterion is reached at time t1 (12 s) while the stability criterion is reached at time t2 (98 s). The time interval can be calculated as in the first example after registering the time t2. Alternatively, once the dynamic criterion has been reached, ie at time t1, a time counter can be activated which remains active until the stability criterion has been met.

Die weitere Auswertung des so ermittelten Zeitintervalls zur Bestimmung des Zustands des Messaufnehmers oder zur Ermittlung einer Restlebensdauer kann in gleicher Weise erfolgen wie anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.The further evaluation of the time interval thus determined for determining the state of the measuring sensor or for determining a remaining service life can be carried out in the same way as described with reference to the first exemplary embodiment.

Ein drittes Beispiel wird mittels 4 veranschaulicht, in der der Verlauf des Messsignals eines pH-Messaufnehmers während des Wechsels von einem ersten Kalibriermedium mit pH-Wert 7 (Zeitintervall zwischen 0 s bis 30 s im Diagramm) in ein zweites Kalibriermedium mit pH-Wert 4 (ab ca. t = 45 s im Diagramm) und einem dazwischen durchgeführten Spülschritt (Zeitintervall zwischen t = 32 s und t = 45 s im Diagramm) mit destilliertem Wasser dargestellt wird. Bei diesem Beispiel werden ab dem Zeitpunkt des Erreichens des Stabilitätskriteriums im ersten Kalibriermedium bis zum Erreichen des Stabilitätskriteriums im zweiten Kalibriermedium die einzelnen Messpunkte des Messsignals mit einem jeweils zugehörigen Zeitstempel erfasst und gespeichert. Als Zeitpunkt t2 wird hier wie in den ersten beiden Beispielen der Zeitpunkt gewählt, an dem das Messsignal im zweiten Kalibriermedium das Stabilitätskriterium erreicht hat. Als Zeitpunkt t1 kann nun ein Zeitpunkt gewählt werden, an dem nach Eintreten der Änderung der Messgröße, hier also nach Inkontaktbringen des Messaufnehmers mit dem zweiten Kalibriermedium, das Messsignal sich bis auf einen vorgegebenen Betrag an den Wert des Messsignals bei Erreichen des Stabilitätskriteriums angenähert hat. Im vorliegenden Beispiel ist der Betrag durch einen prozentualen Bruchteil der Differenz zwischen dem pH-Spannungswert UpH1 bei Erreichen des Stabilitätskriteriums im ersten Kalibriermedium und dem pH-Spannungswert UpH2 bei Erreichen des Stabilitätskriteriums im zweiten Kalibriermedium vorgegeben. Als Zeitpunkt t1 ist vorliegend der Zeitpunkt gewählt, an dem das Messsignal U(t1) nach Eintreten der sprunghaften Änderung des pH-Werts sich bis auf 20% dieser Differenz von dem bei Erreichen des Stabilitätskriteriums zum Zeitpunkt t2 erreichten Endwert des Messsignals, also UpH2, angenähert hat. Das Messsignal zum Zeitpunkt t1 lässt sich also beschreiben durch: U(t1) = UpH2 – X%(UpH2 – UpH1) wobei der Prozentsatz X durch einen Benutzer vorgebbar sein kann. Da der gesamte zeitliche Verlauf des Messsignals ab Erreichen des Stabilitätskriteriums im ersten Kalibriermedium mit entsprechenden Zeitstempeln gespeichert wird, ist im Rahmen des hier beschriebenen Beispiels auch eine detailliertere Auswertung des Messsignalverlaufs möglich, z.B. unter Einbeziehung eines dritten Zeitpunkts t3, an dem sich das Messsignal U(t) nach Eintreten der sprunghaften Änderung des pH-Werts bis auf 10% dem zum Zeitpunkt t2 erreichten Endwert UpH2 angenähert hat.A third example is by means of 4 illustrates in the course of the measuring signal of a pH sensor during the change of a first calibration medium with pH 7 (time interval between 0 s to 30 s in the diagram) in a second calibration medium with pH 4 (from about t = 45 s in the diagram) and an intermediate rinsing step (time interval between t = 32 s and t = 45 s in the diagram) with distilled water. In this example, from the time the stability criterion is reached in the first calibration medium until the stability criterion in the second calibration medium is reached, the individual measurement points of the measurement signal are recorded and stored with a respectively associated time stamp. As time t2, as in the first two examples, the time at which the measurement signal has reached the stability criterion in the second calibration medium is selected here. As time t1, a time can now be selected at which the measurement signal has approached the value of the measurement signal when the stability criterion has been reached, after the change in the measured variable has occurred, in this case after the measuring transducer has been brought into contact with the second calibration medium. In the present example, the amount is predetermined by a percentage fraction of the difference between the pH voltage value UpH1 when the stability criterion is reached in the first calibration medium and the pH voltage value UpH2 when the stability criterion is reached in the second calibration medium. In the present case, the time at which the measurement signal U (t1) after the onset of the abrupt change in the pH is up to 20% of this difference is selected as the time t1 from the end value of the measurement signal reached at the time t2 when the stability criterion is reached, ie UpH2. has approximated. The measurement signal at time t1 can therefore be described by: U (t1) = UpH2 - X% (UpH2 - UpH1) wherein the percentage X can be specified by a user. Since the entire time profile of the measurement signal is stored in the first calibration medium with corresponding time stamps after the stability criterion has been reached, a more detailed evaluation of the measurement signal profile is also possible within the scope of the example described here, for example by including a third time point t3 at which the measurement signal U (FIG. t) has approached after the sudden change in the pH to 10% of the time reached at the t2 end value UpH2.

Grundsätzlich kann aus dem Zeitintervall zwischen t1 und t2 als Dynamik-Parameter in der anhand des ersten Beispiels näher beschriebenen Weise ein Zustand des Messaufnehmers bestimmt und/oder eine Restlebensdauer des Messaufnehmers abgeleitet werden.In principle, a state of the measuring sensor can be determined from the time interval between t1 and t2 as a dynamic parameter in the manner described in more detail with reference to the first example, and / or a remaining service life of the measuring sensor can be derived.

Ein viertes Beispiel soll im Folgenden anhand der 5 bis 7 näher erläutert werden. Grundsätzlich wird auch bei diesem Beispiel für ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines Messaufnehmers als Dynamik-Parameter ein Zeitintervall zwischen einem ersten Zeitpunkt nach der sprunghaften Änderung der Messgröße und einem zweiten Zeitpunkt, an dem der zeitliche Verlauf des Messsignals ein vorgegebenes Stabilitätskriterium erfüllt, bestimmt. Der erste Zeitpunkt t1 wird bei diesem Beispiel unter Anwendung eines Prognosefilters ermittelt. Die grundsätzliche Funktionsweise eines solchen Prognosefilters ist in dem Artikel U. Dahm, Optimierung eines linearen Prädiktionsfilters, Angewandte Informatik 1 (1974) 23–26 , beschrieben. Dabei werden die Standardabweichung des aktuellen, im vorliegenden Fall nur die pH-Spannung als Messsignal umfassenden, Messwertvektors sowie die auf der Grundlage einer linearen Prognosegleichung ermittelte Prognosestandardabweichung des Messwertvektors in Beziehung gesetzt. Über eine anschließende Fallunterscheidung (F-Test) ist eine Aussage über eine Trendänderung der Messgrößen und damit die Bestimmung des Eintauchzeitpunkts möglich. Details hierzu sind dem Artikel B. Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247–256 , zu entnehmen.A fourth example will be described below with reference to 5 to 7 be explained in more detail. In principle, a time interval between a first time after the erratic change of the measured variable and a second time at which the time profile of the measuring signal fulfills a predetermined stability criterion is also determined in this example for a method for determining the state of a sensor as a dynamic parameter. The first time t1 is determined in this example using a forecast filter. The basic functionality of such a forecast filter is in the article U. Dahm, optimization of a linear prediction filter, Angewandte Informatik 1 (1974) 23-26 , described. In this case, the standard deviation of the current measured value vector, which in the present case comprises only the pH voltage as the measurement signal, and the prognosis standard deviation of the measured value vector determined on the basis of a linear prognosis equation are related. A subsequent case distinction (F-test) is a statement about a trend change of the measured quantities and thus the determination of the immersion time possible. Details on this are the article Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247-256 , refer to.

In den 5 bis 7 ist der zeitliche Verlauf des vom Messaufnehmer ausgegebenen Messsignals (Rauten) während einer Zweipunktkalibrierung dargestellt: In den ersten 30 s befindet sich der Messaufnehmer im ersten Kalibriermedium mit einem pH-Wert von 7. An der geringen Veränderung des Messsignals ist zu sehen, dass das Stabilitätskriterium im ersten Kalibriermedium bereits erreicht ist. Nach 30 Sekunden wird der Messaufnehmer aus dem Kalibriermedium entnommen und mit destilliertem Wasser gereinigt. Dies führt zu einem leichten Anstieg der ausgegebenen pH-Spannung. Nach 45 s wird der Messaufnehmer in das zweite Kalibriermedium mit pH-Wert 4 eingetaucht, was zu einem zunächst steilen Anstieg des Messsignals und einer anschließenden asymptotischen Annäherung des Messsignals an einen Endwert des Messsignals führt.In the 5 to 7 the chronological progression of the measuring signal (diamonds) emitted by the sensor during a two-point calibration is shown: In the first 30 s, the sensor is in the first calibration medium with a pH value of 7. The small change in the measuring signal shows that the stability criterion already reached in the first calibration medium. After 30 seconds, the sensor is removed from the calibration medium and cleaned with distilled water. This leads to a slight increase in the output pH voltage. After 45 s, the sensor is immersed in the second calibration medium with pH 4, which leads to an initially steep rise of the measurement signal and a subsequent asymptotic approximation of the measurement signal to a final value of the measurement signal.

Bei dem Verfahren gemäß dem vierten Beispiel wird in einem ersten Schritt zu einem Zeitpunkt tn aus den n zuletzt gemessenen Messwerten des Messsignalverlaufs mittels linearer Regression ein Messwert zu einem zukünftigen Zeitpunkt tn + k, hier auch als Prognosezeitpunkt bezeichnet, vorhergesagt und die Standardabweichung S über die letzten n Messwerte ermittelt (vgl. Gleichung (3) im Artikel B. Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247–256 ). Die Anzahl n der eingehenden Messwerte kann fest vorgegeben oder für einen Benutzer frei wählbar sein. In 5 ist beispielhaft für den Zeitpunkt tn = 48s eine lineare Regression anhand der drei zuletzt erfassten Messwerte (offene Quadrate) veranschaulicht.In the method according to the fourth example, in a first step at a point in time tn, a measured value at a future point in time tn + k, also referred to as a prediction time, is predicted from the n last measured values of the measurement signal curve by linear regression and the standard deviation S is calculated via the last n measured values determined (see equation (3) in the article Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247-256 ). The number n of incoming measured values can be fixed or freely selectable for a user. In 5 By way of example, for the time tn = 48s, a linear regression is illustrated on the basis of the three most recently recorded measured values (open squares).

Die Ermittlung der Standardabweichung S der n zuletzt erfassten Messwerte und die Prognose eines zukünftigen Messwerts wird für jeden neu erfassten Messwert durchgeführt.The determination of the standard deviation S of the n most recently acquired measured values and the prognosis of a future measured value is carried out for each newly acquired measured value.

Aus den Differenzen zwischen jeweils zum Prognosezeitpunkt tn + k tatsächlich erfassten Messwerten und den entsprechenden prognostizierten Messwerten wird für eine Anzahl von h Messwerten eine Prognosestandardabweichung SP gemäß der Gleichung (4) des Artikels B. Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247–256 ermittelt. Die so ermittelte Prognosestandardabweichung repräsentiert die Streuung der Prognosewerte um die tatsächlich erfassten Messwerte.From the differences between measured values actually acquired at the time of prognosis tn + k and the corresponding predicted measured values, a prognosis standard deviation SP according to equation (4) of the article is calculated for a number of h measured values Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247-256 determined. The thus determined prognosis standard deviation represents the dispersion of the prognosis values around the actual measured values.

Die Abweichung zwischen der Standardabweichung S und der Prognosestandardabweichung SP ist ein Maß dafür, ob eine sprunghafte Änderung des Messwertverlaufs stattgefunden hat. Zur Prüfung, ob eine sprunghafte Änderung vorliegt, kann vorteilhaft der F-Test verwendet werden. Hierzu wird aus Tabellenwerten der F-Verteilung für die Freiheitsgrade f1 = n – 1 und f2 = h – 1 ein aktueller Grenzwert QGrenz für den Quotienten aus Standardabweichung S und Prognosestandardabweichung SP ermittelt. Der Quotient QS aus der jeweils aktuell ermittelten Standardabweichung S und Prognosestandardabweichung SP wird gegen (QGrenz)1/2 getestet: überschreitet Qs den Grenzwert (QGrenz)1/2, wird eine Trendänderung des Messsignals und damit die sprunghafte Änderung der Messgröße erkannt.The deviation between the standard deviation S and the prognosis standard deviation SP is a measure of whether a sudden change in the measured value course has taken place. To test whether there is a sudden change, the F-test can advantageously be used. For this purpose, from table values of the F distribution for the degrees of freedom f1 = n-1 and f2 = h-1, a current limit value Q limit is determined for the quotient of standard deviation S and prognosis standard deviation SP. The quotient Q S from the respectively currently determined standard deviation S and the prognosis standard deviation SP is tested against (Q limit ) 1/2 : If Qs exceeds the limit value (Q limit ) 1/2 , a trend change of the measurement signal and thus the abrupt change of the measured variable is detected ,

In 6 und 7, die den mit dem in 6 markierten Bereich des Diagramms vergrößert darstellt, ist der Messsignalverlauf (Rauten), der Verlauf des Grenzwerts (QGrenz)1/2 (Punkte), und der Verlauf des Quotienten aus den Standardabweichungen QS (Quadrate) gezeigt. Das Überschreiten des Grenzwerts (QGrenz)1/2 durch den Quotienten der Standardabweichung ist ein Indikator für die Trendänderung des Messsignals und damit Erkennungsmerkmal für den Zeitpunkt einer sprunghaften Änderung der Messgröße, im vorliegenden Fall für die sprunghafte Änderung des pH-Werts.In 6 and 7 that with the in 6 If the selected area of the diagram is magnified, the measurement waveform (diamonds), the curve of the limit (Q limit ) 1/2 (dots), and the curve of the quotient of the standard deviations QS (squares) are shown. Exceeding the limit value (Q limit ) 1/2 by the quotient of the standard deviation is an indicator for the change in the trend of the measurement signal and thus a recognition feature for the time of a sudden change in the measured variable, in this case for the abrupt change in the pH.

Der Zeitpunkt der Identifikation der Trendänderung wird als Zeitpunkt t1 registriert. Anhand des als Dynamik-Parameter dienenden Zeitintervalls zwischen t1 und dem Zeitpunkt t2, an dem das Stabilitätskriterium erfüllt ist, kann wie weiter oben beschrieben ein Zustand des Sensors und/oder eine Vorhersage der Restlebensdauer ermittelt werden.The time of identification of the trend change is registered as time t1. Based on the time interval between t1 and time t2 serving as a dynamic parameter, at which the stability criterion is met, as described above, a state of the sensor and / or a prediction of the remaining service life can be determined.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007039265 A1 [0009, 0009, 0009] DE 102007039265 A1 [0009, 0009, 0009]
  • EP 1936367 A1 [0010] EP 1936367 A1 [0010]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • U. Dahm, Optimierung eines linearen Prädiktionsfilters, Angewandte Informatik 1 (1974) 23–26 [0067] U. Dahm, Optimization of a linear prediction filter, Angewandte Informatik 1 (1974) 23-26 [0067]
  • B. Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247–256 [0067] Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247-256 [0067]
  • B. Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247–256 [0069] Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247-256 [0069]
  • B. Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247–256 [0071] Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247-256 [0071]

Claims (17)

Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Messaufnehmers (1), welcher eine mit der Konzentration einer Substanz in einem Messmedium korrelierte Messgröße, insbesondere einen pH-Wert, in ein Messsignal wandelt, wobei ein in Reaktion auf eine, vorzugsweise sprunghafte, Änderung der Messgröße sich ergebender zeitlicher Messsignalverlauf des Messaufnehmers (1) erfasst wird, anhand dessen der Zustand des Messaufnehmers (1) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Messaufnehmer (1) zugeordnete Auswertungsschaltung (5) anhand des sich in Reaktion auf die Änderung der Messgröße ergebenden Messsignalverlaufs des Messaufnehmers (1) einen ersten Zeitpunkt bestimmt und anhand des nach dem ersten Zeitpunkt erfassten weiteren Messsignalverlaufs der Zustand des Messaufnehmers (1) bestimmt wird.Method for determining a condition of a sensor ( 1 ), which converts a measured variable correlated with the concentration of a substance in a measuring medium, in particular a pH value, into a measuring signal, wherein a temporal measuring signal waveform of the measuring transducer resulting from a, preferably erratic, change of the measured variable ( 1 ), by means of which the condition of the sensor ( 1 ), characterized in that a sensor ( 1 ) associated evaluation circuit ( 5 ) on the basis of the measurement waveform of the sensor resulting from the change in the measurand ( 1 ) determines a first time and based on the detected after the first time further Meßsignalverlaufs the state of the sensor ( 1 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die sprunghafte Änderung der Messgröße dadurch bewirkt wird, dass der Messaufnehmer (1) mit einem, vorzugsweise einen definierten Wert der Messgröße aufweisenden, Messmedium, insbesondere während einer Kalibrierung des Messaufnehmers (1), in Kontakt gebracht wird.Method according to Claim 1, in which the abrupt change in the measured variable is brought about by the fact that the sensor ( 1 ) with a, preferably a defined value of the measured variable having, the measuring medium, in particular during a calibration of the sensor ( 1 ) is brought into contact. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei anhand des zeitlich nach dem ersten Zeitpunkt erfassten weiteren Messsignalverlaufs ein Dynamik-Parameter ermittelt wird, anhand dessen der Zustand des Messaufnehmers (1) bestimmt wird.Method according to Claim 1 or 2, a dynamic parameter being determined on the basis of which further measurement signal curve is recorded temporally after the first time, on the basis of which the state of the sensor ( 1 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 3, wobei als Dynamik-Parameter ein Zeitintervall zwischen dem ersten Zeitpunkt (t1) und einem zweiten Zeitpunkt (t2), an dem der Messsignalverlauf ein vorgegebenes Stabilitätskriterium erfüllt, ermittelt wird, und der Zustand des Messaufnehmers (1) anhand des so ermittelten Zeitintervalls bestimmt wird.Method according to Claim 3, wherein a time interval between the first time (t1) and a second time (t2) at which the measurement signal profile fulfills a predefined stability criterion is determined as the dynamic parameter, and the state of the sensor ( 1 ) is determined on the basis of the time interval thus determined. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das vorgegebene Stabilitätskriterium erfüllt ist, wenn sich das Messsignal des Messaufnehmers (1) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne um weniger als einen vorgegebenen Betrag ändert.The method of claim 4, wherein the predetermined stability criterion is satisfied when the measurement signal of the sensor ( 1 ) changes by less than a predetermined amount within a predetermined period of time. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Zeitpunkt mittels eines Maximalwert-Schleppzeigers ermittelt wird, welcher Maximalwerte der Änderungsgeschwindigkeit des Messsignals überwacht.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the first time is determined by means of a maximum value drag pointer, which monitors maximum values of the rate of change of the measurement signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Zeitpunkt anhand eines zusätzlichen Dynamikkriteriums ermittelt wird, welches erfüllt ist, wenn sich das Messsignal des Messaufnehmers (1) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne um weniger als einen vorgegebenen Betrag ändert.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the first time is determined on the basis of an additional dynamic criterion, which is satisfied when the measurement signal of the sensor ( 1 ) changes by less than a predetermined amount within a predetermined period of time. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Zeitpunkt anhand eines zusätzlichen Dynamikkriteriums ermittelt wird, welches erfüllt ist, wenn sich das Messsignal des Messaufnehmers (1) innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne um weniger als einen vorgegebenen Betrag ändert, wobei sich das zusätzliche Dynamikkriterium von dem Stabilitätskriterium hinsichtlich der vorgegebenen Zeitspanne und/oder hinsichtlich des vorgegebenen Betrags der Änderung des Messsignals unterscheidet.Method according to claim 4 or 5, wherein the first time is determined on the basis of an additional dynamic criterion which is fulfilled when the measuring signal of the measuring sensor ( 1 ) within a predetermined period of time by less than a predetermined amount, wherein the additional dynamic criterion is different from the stability criterion with respect to the predetermined time period and / or with respect to the predetermined amount of change of the measurement signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder Messpunkt des in Reaktion auf die sprunghafte Änderung der Messgröße registrierten Messsignalverlaufs mit einem Zeitstempel gespeichert wird.Method according to one of claims 1 to 8, wherein each measurement point of the registered in response to the sudden change of the measured variable measurement signal waveform is stored with a time stamp. Verfahren nach Anspruch 9, wobei als erster Zeitpunkt der Zeitstempel desjenigen Messpunktes des Messsignalverlaufs bestimmt wird, dessen Wert sich um einen vorgegebenen Betrag von dem Messsignalwert bei Erreichen des Stabilitätskriteriums unterscheidet.The method of claim 9, wherein the first time of the time stamp of the measuring point of the measurement signal waveform is determined, the value of which differs by a predetermined amount of the measured signal value when reaching the stability criterion. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die vorgegebene Differenz bestimmt wird, indem von dem Wert des Messsignals bei Erreichen des Stabilitätskriteriums ein vorgegebener Prozentsatz einer Differenz zwischen einem vor der Änderung der Messgröße erfassten Messsignalwert und dem bei Erreichen des Stabilitätskriteriums nach der Änderung der Messgröße erfassten Messsignalwert abgezogen wird.The method of claim 10, wherein the predetermined difference is determined by subtracting from the value of the measurement signal when reaching the stability criterion, a predetermined percentage of a difference between a measured signal value detected before the change of the measured variable and the measured signal value detected when the stability criterion is reached after the change of the measured variable becomes. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der vor Änderung der Messgröße erfasste Messsignalwert einem bei Erreichen des Stabilitätskriteriums während einer Kalibriermessung in einem ersten Kalibriermedium erfassten Messsignalwert entspricht.A method according to claim 11, wherein the measured signal value detected before the change in the measured variable corresponds to a measured signal value acquired in a first calibration medium when the stability criterion is reached during a calibration measurement. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der erste Zeitpunkt mittels eines Prognosefilters ermittelt wird, indem anhand einer aus mehreren aktuell erfassten Messwerten bestimmte Standardabweichung des Messsignals und einer auf Grundlage einer Extrapolation des Messsignals, insbesondere auf Grundlage einer linearen Prognosegleichung, bestimmte Prognosestandardabweichung, eine Trendänderung des Messsignalverlaufs erkannt und als erster Zeitpunkt ein zeitlich nach der erkannten Trendänderung erfasster Zeitpunkt ausgewählt wird.Method according to one of claims 1 to 12, wherein the first time is determined by means of a prediction filter by using a determined from a plurality of currently measured values standard deviation of the measurement signal and based on an extrapolation of the measurement signal, in particular based on a linear forecast equation, certain prognosis standard deviation, a trend change of the measurement waveform is detected and selected as the first time a time after the detected trend change detected time. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Messaufnehmer (1) ein potentiometrischer Sensor, insbesondere ein pH-Sensor ist. Method according to one of the preceding claims, wherein the sensor ( 1 ) is a potentiometric sensor, in particular a pH sensor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messgröße ein pH-Wert des Messmediums, eine Ionenkonzentration in dem Messmedium, eine Leitfähigkeit des Messmediums, eine Gelöstsauerstoffkonzentration in dem Messmedium oder eine Kohlendioxidkonzentration in dem Messmedium ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the measured variable is a pH of the measuring medium, an ion concentration in the measuring medium, a conductivity of the measuring medium, a dissolved oxygen concentration in the measuring medium or a carbon dioxide concentration in the measuring medium. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend: einen Messaufnehmer (1) zur Wandlung einer mit der Konzentration einer Substanz in einem Messmedium korrelierten Messgröße in ein Messsignal, und eine dem Messaufnehmer (1) zugeordnete Auswertungsschaltung (5, 10) mindestens umfassend einen Prozessor (6, 8), Speichermittel (7, 9) und ein von dem Prozessor (6, 8) ausführbares, der Durchführung des Verfahrens dienendes Computerprogramm.Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 15, comprising: a sensor ( 1 ) for converting a measured variable correlated with the concentration of a substance in a measuring medium into a measuring signal, and a measuring transducer ( 1 ) associated evaluation circuit ( 5 . 10 ) at least comprising a processor ( 6 . 8th ), Storage means ( 7 . 9 ) and one from the processor ( 6 . 8th ) executable, the implementation of the method serving computer program. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Messaufnehmer (1) ein Messsondengehäuse (4) aufweist, in dem mindestens ein Teil der Auswertungsschaltung (5), insbesondere ein Teil der Speichermittel (7), angeordnet ist.Apparatus according to claim 16, wherein the sensor ( 1 ) a probe housing ( 4 ), in which at least a part of the evaluation circuit ( 5 ), in particular a part of the storage means ( 7 ) is arranged.
DE201210108739 2012-09-18 2012-09-18 Method for determining condition of transducer e.g. pH-sensor, in e.g. laboratory, involves determining time point based on signal course, and determining condition of transducer based on another signal course determined after time point Pending DE102012108739A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210108739 DE102012108739A1 (en) 2012-09-18 2012-09-18 Method for determining condition of transducer e.g. pH-sensor, in e.g. laboratory, involves determining time point based on signal course, and determining condition of transducer based on another signal course determined after time point

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210108739 DE102012108739A1 (en) 2012-09-18 2012-09-18 Method for determining condition of transducer e.g. pH-sensor, in e.g. laboratory, involves determining time point based on signal course, and determining condition of transducer based on another signal course determined after time point

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012108739A1 true DE102012108739A1 (en) 2014-03-20

Family

ID=50181526

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210108739 Pending DE102012108739A1 (en) 2012-09-18 2012-09-18 Method for determining condition of transducer e.g. pH-sensor, in e.g. laboratory, involves determining time point based on signal course, and determining condition of transducer based on another signal course determined after time point

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012108739A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113933351A (en) * 2021-09-30 2022-01-14 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 Pulp pH value detection method and device and computer readable storage medium
DE102021133938A1 (en) 2021-12-20 2023-06-22 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for determining and/or monitoring a status of a measuring device with a sensor and a cleaning device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10209318A1 (en) * 2002-03-02 2003-09-25 Knick Elektronische Mesgeraete Determining residual life of electrochemical sensor for e.g. oxygen or pH, extrapolates deterioration in properties over time, until they reach limiting values
DE10239610B3 (en) * 2002-08-29 2004-06-24 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Procedure for monitoring the function of sensors
EP1936367A1 (en) 2006-12-22 2008-06-25 Mettler-Toledo AG Method and device for monitoring and/or determining the status of a measuring probe
DE102007039265A1 (en) 2007-08-20 2009-02-26 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Measuring arrangement, has data processing unit attached to sensor to determine time response of sensor signals based on time-dependent sensor signals and to determine remaining operating time to maintain activities based on response

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10209318A1 (en) * 2002-03-02 2003-09-25 Knick Elektronische Mesgeraete Determining residual life of electrochemical sensor for e.g. oxygen or pH, extrapolates deterioration in properties over time, until they reach limiting values
DE10239610B3 (en) * 2002-08-29 2004-06-24 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Procedure for monitoring the function of sensors
EP1936367A1 (en) 2006-12-22 2008-06-25 Mettler-Toledo AG Method and device for monitoring and/or determining the status of a measuring probe
DE102007039265A1 (en) 2007-08-20 2009-02-26 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Measuring arrangement, has data processing unit attached to sensor to determine time response of sensor signals based on time-dependent sensor signals and to determine remaining operating time to maintain activities based on response

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. Möckel et al., Optimal Situation Control for a Biosynthetic Process on the Basis of a Prediction Filter, Acta biotechnol. 7 (1987) 3, 247-256
U. Dahm, Optimierung eines linearen Prädiktionsfilters, Angewandte Informatik 1 (1974) 23-26

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113933351A (en) * 2021-09-30 2022-01-14 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 Pulp pH value detection method and device and computer readable storage medium
CN113933351B (en) * 2021-09-30 2023-12-22 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 Pulp pH value detection method and device and computer readable storage medium
DE102021133938A1 (en) 2021-12-20 2023-06-22 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for determining and/or monitoring a status of a measuring device with a sensor and a cleaning device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1537384B1 (en) Method of monitoring sensor function
DE202012102521U1 (en) Arrangement for parallel calibration of at least two sensors
DE102012112784A1 (en) Method for determining a state of process vessel integrated sensor of measuring device used in gas and liquid analysis, involves determining parameter values of diagnostic parameters of sensor so as to calculate state value of sensor
DE102012112782A1 (en) Method and device for determining a state of a sensor integrated in a process vessel
DE102010041523A1 (en) Method for operating a measuring device with at least one probe, which has at least one ion-selective electrode
DE102013104203B4 (en) Method and device for determining the remaining operating time of a measuring sensor
EP1707954B1 (en) Method of controlling the functionality of a sensor and corresponding apparatus
WO2011080135A1 (en) Method and apparatus for measuring the killing effectiveness of a disinfectant
DE102017115663A1 (en) Method for operating a measuring point and measuring point
DE102020101490A1 (en) Sensor system and method
DE102018107348A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MONITORING A DC POWER SOURCE
DE102007039265A1 (en) Measuring arrangement, has data processing unit attached to sensor to determine time response of sensor signals based on time-dependent sensor signals and to determine remaining operating time to maintain activities based on response
DE102008045840B4 (en) Method for operating a process measuring point
DE102017126612A1 (en) Measuring device for analyzing a measuring medium
EP2947426B1 (en) Method for operating a measuring point
DE102012108739A1 (en) Method for determining condition of transducer e.g. pH-sensor, in e.g. laboratory, involves determining time point based on signal course, and determining condition of transducer based on another signal course determined after time point
EP3296387B1 (en) Method for monitoring bio processes
EP2350758B1 (en) Method for monitoring a potentiometric measuring probes
DE102013114393A1 (en) Method for determining a maintenance recommendation for a sensor
DE102015107563A1 (en) Method for commissioning a sensor, computer program product, computer-readable data carrier and sensor
DE102015016742B4 (en) Method for checking the reactivity of an electrical and / or electronic sensor
DE102018125908A1 (en) Method for determining a process variable with a classifier for selecting a measuring method
DE102004063469B4 (en) Method for monitoring the function of a potentiometric sensor
DE102004014338B4 (en) Method for determining the properties of a fabric sample
EP3165911A1 (en) Automated maintenance of electrochemical sensors

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ENDRESS+HAUSER CONDUCTA GMBH+CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: ENDRESS + HAUSER CONDUCTA GESELLSCHAFT FUER MESS- UND REGELTECHNIK MBH + CO. KG, 70839 GERLINGEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HAHN, CHRISTIAN, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE

R012 Request for examination validly filed