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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Prozessgröße.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits diverse Verfahren und Vorrichtungen zur Kalibrierung eines Thermometers bekannt geworden. So ist beispielsweise aus der
WO2012028387A1 einer Vorrichtung mit einem Temperatursensor und einem Referenzelement bekannt geworden, wobei das Referenzelement indem zur Kalibrierung des Temperatursensors relevanten Temperaturbereich eine Phasenumwandlung erfährt.
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Ferner sind weitere Verfahren zur Kalibrierung von Temperatursensoren, wie beispielsweise Thermometern, Temperaturfühlern und Temperaturmessgeräten beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 050 431 A1 , der Patentschrift
DE 10 2004 027 072 B3 bekannt geworden.
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Für die Validierung, Justierung, Kalibrierung und/oder Eichung von derartigen Temperatursensorelementen wird beispielsweise der zu kalibrierende Sensor beziehungsweise dessen Messsignal mit dem Messsignal eines Referenzsensors verglichen. Anhand dieses Vergleichs kann dann ein Rückschluss auf den Zustand, wie beispielsweise die Drift oder Alterungseffekt des Primärsensors gezogen werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur hochgenauen Bestimmung einer Prozessgröße anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Prozessgröße sowie einer entsprechenden Vorrichtung gelöst.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Prozessgröße gelöst, welches Verfahren insbesondere zur Validierung, Justierung, Kalibrierung und/oder Eichung eines Primärsensors dient, wobei mittels des Primärsensors ein eine Prozessgröße repräsentierendes analoges Messsignal erzeugt wird, welches analoge Messsignal mittels eines Analog-Digital-Wandlers in ein digitales, die Messgröße repräsentierendes Signals gewandelt wird, wobei mittels wenigstens einem Sekundärsensors wenigstens ein die Prozessgröße repräsentierendes Referenzsignal erzeugt wird.
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Insbesondere kann das Referenzsignal einen Zustand der Prozessgröße wiedergeben. Beispielsweise kann der Zustand der Prozessgröße durch einen Wert des Referenzsignals wiedergegeben werden. Insbesondere kann ein Referenzsignal vorgesehen sein, dass diskret auswertbar ist, d. h. dass das Referenzsignal einen ersten beziehungsweise einen zweiten Zustand der Prozessgröße repräsentiert, der oberhalb beziehungsweise unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts der Prozessgröße liegt.
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In Abhängigkeit des Zeitpunkts zudem durch das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird, kann der mittels des Analog-Digital-Wandlers gewandelte Wert des Messsignals des Primärsensors festgehalten und/oder aufgezeichnet werden. Bei dem vorgegebenen Zustand der Prozessgröße kann es sich beispielsweise um einen Wert des Referenzsignals selbst handeln. Das heißt, dass beispielsweise bei Erreichen eines Schwellwerts durch das Referenzsignal der mittels des Analog-Digital-Wandlers gewandelte Wert des Messsignals des Primärsensors festgehalten und/oder aufgezeichnet wird.
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Ferner kann in Abhängigkeit des Zeitpunkts zudem durch das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird, die Verbindung zwischen dem Analogdigitalwandler und dem Primärsensor getrennt werden. Während also die vorherige Ausführungsform das Festhalten oder Aufzeichnen eines von dem Analogdigitalwandler bereits gewandelten analogen Messsignals beschreibt, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform direkt die Verbindung, d. h. die Verbindung zwischen dem Eingang des Analogdigitalwandlers und dem Primärsensor getrennt.
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Ferner kann in Abhängigkeit des Zeitpunkts zudem durch das Referenzsignal das Erreichen des vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird, die Abtastrate des mittels des Analog-Digital-Wandlers gewandelten Werts des Messsignals des Primärsensors verändert werden. Dadurch kann beispielsweise in Abhängigkeit des Referenzsignals beispielsweise zum Zwecke der hochgenauen Signalabtastung die Abtastrate erhöht werden.
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In Abhängigkeit des Zeitpunkts zudem durch das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird, kann eine Verarbeitung wie beispielsweise eine Messwert(er)mittlung des von dem Analog-Digital-Wandler gewandelten analogen Messsignals des Primärsensors in der Auswerteeinheit verändert werden.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem Messsignal des Primärsensors um ein kontinuierliches Messsignal. Vorzugsweise ist das Messsignal sowohl Zeit- als auch Wertkontinuierlich.
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Dieses kontinuierliche Messsignal wird mittels des Analogdigitalwandlers in ein digitales, die Messgröße repräsentierendes Signal gewandelt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem Referenzsignal um ein im Wesentlichen diskretes Signal vorzugsweise um ein wertdiskretes Signal, das jedoch zeitkontinuierlich ist. Vorzugsweise weist das Referenzsignal dabei genau zwei Werte auf, die es annehmen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird mittels des Sekundärsensors ebenfalls analoges, die Prozessgröße repräsentierendes Signal ermittelt, wobei mittels eines Messumformers, die mittels des Sekundärsensors ermittelte Prozessgröße in das Referenzsignal gewandelt wird. Im einfachsten Fall handelt es sich hier bei dem Messumformer auch um einen Analog-Digital-Wandler.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens werden das Messsignal und das wenigstens eine Referenzsignal einer Signalhaltevorrichtung zugeführt. Die Signalhaltevorrichtung kann mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden sein und beispielsweise dazu dienen, den Analog-Digital-Wandler anzusteuern, insbesondere verschiedene Betriebsmodi des Analog-Digital-Wandlers auszuwählen. Beispielsweise kann vermittels der Signalhaltevorrichtung das Messsignal des Primärsensors festgehalten und/oder aufgezeichnet werden, insbesondere in Abhängigkeit des Zeitpunkts zu dem durch das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird.
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Ferner kann die Signalhaltevorrichtung auch dazu dienen, die Verbindung zwischen dem Analog-Digital-Wandler und dem Primärsensor zu trennen, insbesondere in Abhängigkeit des Zeitpunkts, zu dem durch das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Primärgröße angezeigt wird. Ferner kann ebenso die Abtastrate des mittels des Analog-Digital-Wandlers gewandelten Werts des Messsignals des Primärsensors verändert werden.
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Zudem kann durch die Signalhaltevorrichtung die Verarbeitung insbesondere die Messwertermittlung in der Auswerteeinheit gesteuert werden. Als entsprechendes Triggersignal zur Auslösung einer entsprechenden Funktion kann beispielsweise das Referenzsignal verwendet werden. Das Referenzsignal kann beispielsweise den Signalhaltevorgang in Gang setzen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Kondensator verwendet werden, der als Signalhaltevorrichtung dient und vermittels dem durch Trennung der Verbindung zwischen dem Primärsensor und dem Analog-Digital-Wandler das zuletzt, d. h. zum Zeitpunkt der Trennung vorliegende analoge Messsignal des Primärsensors gehalten wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann mittels der Signalhaltevorrichtung die Verbindung zu dem Primärsensor vorzugsweise in Abhängigkeit des Referenzsignals hergestellt und/oder unterbrochen werden.
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Zu diesem Zweck können entsprechende Schalter beziehungsweise Schaltanordnungen vorgesehen sein, die in Abhängigkeit des Referenzsignals schalten.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird mittels einer Auswerteeinheit das digitalisierte, die Prozessgröße repräsentierende Messsignal gespeichert. Dieses digitalisierte, die Prozessgröße repräsentierende Messsignal wird beispielsweise vom Ausgang des Analog-Digital-Wandlers abgegriffen und der Auswerteeinheit zugeführt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird über eine Signalleitung zwischen dem wenigstens einen Sekundärsensor und der Auswerteeinheit das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße übertragen. Insbesondere in dem Fall, dass mehrere Sekundärsensoren, d. h. mindestens zwei vorzugsweise drei oder besonders bevorzugt vier Sekundärsensoren vorgesehen sind, der Auswerteeinheit über die Signalleitung mitgeteilt werden, durch welchen der Sekundärsensoren das Erreichen des vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wurde.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Übertragung des Referenzsignals über die Signalleitung neben der Übertragung des Referenzsignals an die Haltevorrichtung. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung des Referenzsignals über die Signalleitung parallel zu der Übertragung des Referenzsignals an die Haltevorrichtung.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei der Prozessgröße um eine Temperatur. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die Temperatur des zur Kalibrierung des Primärsensors verwendeten Messstoffs.
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Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Prozessgröße vorzugsweise zur Justierung, Kalibrierung und/oder Eichung oder zur Validierung eines Primärsensors gelöst, umfassend einen Primärsensor, der zur Erzeugung eines eine Prozessgröße repräsentierenden analogen Messsignals dient, einen Analog-Digital-Wandler, welcher dazu dient, das analoge Messsignal in ein digitales die Messgröße repräsentierendes Signal zu wandeln, wenigstens einen Sekundärsensor, der zur Erzeugung wenigstens eines die Prozessgröße repräsentierenden Referenzsignals dient, wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, die mit dem Primärsensor und dem wenigstens einen Sekundärsensor verbunden ist, welche Steuereinheit den Analogdigitalwandler umfasst.
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Die Steuereinheit dient dazu, in Abhängigkeit des Zeitpunkts zudem das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird, den mittels dem Analogdigitalwandlers gewandelten Wert des Messsignals des Primärsensors festzuhalten und/oder aufzuzeichnen. Ferner kann die Steuereinheit dazu dienen, in Abhängigkeit des Zeitpunkts zudem durch das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird, die Verbindung zwischen dem Analogdigitalwandler und dem Primärsensor zu trennen.
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Die Steuereinheit kann ferner dazu dienen, in Abhängigkeit des Zeitpunkts zudem das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird, die Abtastrate des mittels des Analog-Digital-Wandlers gewandelten Werts des Messsignal des Primärsensors zu verändern. Die Steuereinheit kann zudem dazu dienen, in Abhängigkeit des Zeitpunkts zu dem durch das Referenzsignal das Erreichen eines vorgegebenen Zustands der Prozessgröße angezeigt wird, eine Verarbeitung insbesondere eine Messwert(er)mittelung des vermittels des Analog-Digital-Wandlers gewandelten Werts des Messsignals des Primärsensors in der Auswerteeinheit zu verändern.
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In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung handelt es sich bei dem Primärsensor um ein Sensorelement zur Ermittlung einer Temperatur.
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In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung wird nach vollzogener Wandlung des Primärmesssignals beziehungsweise Speicherung des Primärmesssignals die Verbindung zwischen Primärsensor und Analog-Digital-Wandler wiederhergestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist ein erster und ein zweiter Sekundärsensor vorgesehen, und eine Schaltungsanordnung zwischen der Steuereinheit und dem ersten und dem zweiten Sekundärsensor vorgesehen, wobei die Schaltungsanordnung, die jeweils vom ersten beziehungsweise vom zweiten Sekundärsensor ausgegebenen Referenzsignale logisch miteinander verknüpft und ein resultierendes Referenzsignal an die Steuereinheit ausgibt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist eine Signalhaltevorrichtung vorgesehen, der sowohl das Messsignal des Primärsensors als auch das wenigstens eine Referenzsignal des wenigstens einem Sekundärsensors zugeführt wird. Die Signalhaltevorrichtung kann dabei Bestandteil der Steuereinheit sein. Vorzugsweise wird dabei der Signalhaltevorrichtung eingangsseitig das Messsignal des Primärsensors beziehungsweise das wenigstens eine Referenzsignal das wenigstens einen Referenzsensors beziehungsweise das resultierende Referenzsignal zugeführt. Ausgangsseitig kann die Signalhaltevorrichtung mit dem Analogdigitalwandler verbunden sein. Der Analog-Digital-Wandler ist wiederum mit der Auswerteeinheit verbunden. Neben der Übertragung des wenigstens einen Referenzsignals an die Steuereinheit beziehungsweise die Signalhaltevorrichtung kann eine Signalübertragung über eine Signalleitung zwischen der Auswerteeinheit und dem wenigstens einen Sekundärsensor erfolgen.
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In einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung wird in der Auswerteeinheit (R1) eine Justage anhand eines vermittels des Primärsensors (M1) und des bekannten Umschlagpunkts durch das Referenzsignal gebildeten Wertepaars durchgeführt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine Ausführungsform der vorgeschlagenen Erfindung.
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1 zeigt eine Anordnung umfassend mehrere Sensoren M1, M2, M3, Mn, wobei es sich bei dem Sensor M1 um den sog. Primärsensor handelt, der kalibriert, validiert, justiert oder geeicht oder in einer sonstigen Weise überwacht werden soll. Zu diesem Zweck sind in dem Ausführungsbeispiel gem. 1 mehrere sog. Sekundärsensoren M2, M3, Mn vorgesehen, die vorzugsweise am Kalibrierpunkt und besonders bevorzugt nur am Kalibrierpunkt eine höhere Messgenauigkeit und insbesondere auch eine höhere Langzeitstabilität aufweisen als der Primärsensor. Selbstverständlich kann auch nur genau ein Sekundärsensor mit einer höheren Messgenauigkeit als der Primärsensor vorgesehen sein.
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Die Sensoren M1, M2, M3, Mn sind dabei in einem Prozessbehälter F einem Messstoff ausgesetzt und dienen bevorzugt dazu die Temperatur dieses Messstoffs zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich können die Sensoren M1, M2, M3, Mn vorzugsweise gemeinsam auch in einem Schutzrohr angeordnet sein.
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Der Sensor M1 liefert die eigentliche Messgröße zur Prozessüberwachung. Zusätzlich zur eigentlichen Messgröße M1 (z.B. Temperatur) sind zusätzlich Sensoren M2–Mn (z.B. Bimetallschalter oder sonstige prozesswertabhängige Zustandsänderungen) vorgesehen, die zur Erfassung weiterer Messgrößen, wie bspw. ebenfalls der Temperatur oder aber auch einer anderen Messgröße dienen. Vermittels der zusätzlichen Sensoren M2–Mn kann jeweils das Erreichen eines als Normal für die Messgröße M1 dienenden Prozesspunktes N2–Nn ermittelt werden.
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Es wird einerseits das Erzeugen von kontinuierlichen, den Prozessverlauf folgenden Messwerten der Messgröße M1 mit hinreichender Genauigkeit und Messrate angestrebt. Ferner wird andererseits das Erzeugen von möglichst genauen Kalibrierwerten K2–Kn der Messgröße M1, wenn zu den Zeitpunkten t2–tn, die als Normal dienenden Prozesspunkte N2–Nn erreicht werden, angestrebt. Zu diesem Zweck wird die Messgröße M1 eines Sensors mit zusätzlicher Kalibrierinformation kontinuierlich mittels der Messeinrichtung B1 gemessen und von der Recheneinheit R1 (z.B. Microcontroller) auswertet. In der Messeinrichtung B1 befinden sich ein Abtast-Halte-Glied H1, das in einem kontinuierlichen Abtast-Modus arbeitet und ein AD-Wandler A1 der die Messgröße M1 kontinuierlich wandelt.
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Die Messgrößen M2–Mn werden durch eigenständige, für die speziellen Messgrößen und Normalwerte optimierten, Messeinrichtungen B2–Bn überwacht. Sobald zum Zeitpunkt t der Prozess einen der Normalpunkte N erreicht wird dies von der jeweiligen Messeinrichtungen B erkannt und mittels des Triggersignals T das Abtast-Halte-Glied H1 de Messeinrichtung B1 in den Halte Modus versetzt. Das vom AD-Wandler A1 gewandelte Signal wird so zum Zeitpunkt t eingefroren und ist jetzt nicht mehr von der veränderlichen Messgröße M1 abhängig.
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Das Triggersignal, bei dem es sich um ein Referenzsignal handelt, kann den Halte-Zustand der Abtast-Halte-Glieds H1 bzw. den Haltevorgang auslösen. Bspw. kann ein Kondensator zwischen dem Primärsensor M1 und dem Analog-Digital-Wandler vorgesehen sein, der auf der dem Primärsensor zugewandten Seite durch einen Schalter unterbrochen wird, so dass das zuletzt von dem Primärsensor M1 ausgegebene Messsignal vermittels des Kondensators, nicht gezeigt, gehalten wird.
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Optional kann auch der AD-Wandler A1 in einen genaueren Modus versetzt und/oder die Messwerte zusätzlich gefiltert werden. Auf diese Weise wird ein sehr genauerund zeitlich mit den Zeitpunkten t korrelierende Kalibrierwert K der Messgröße M1 erzeugt. Sobald die Kalibrierwerte K vorliegen arbeitet die Messeinrichtung B1 wieder im kontinuierlichen Abtast-Modus. Mittels der gemessen Abweichung des Kalibrierwertes K vom Normalpunkt N kann nun in der Recheneinheit R1 eine automatische Justage durchgeführt werden.
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Das entsprechende Triggersignal kann von der Messeinrichtung B1 bzw. allgemein Bn in Form eines Triggersignals T1 bzw. allgemein Tn an die Recheneinheit R1 weitergegeben werden, so dass an der Recheneinheit, ein Information dahingehend vorliegt, durch welchen Sekundärsensor der vorgegeben Prozesszustand, d.h. der als Normal vorgegebenen Prozessstand, erreicht wurde.
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Zusätzlich können die Triggersignale T2, T3, bzw. allgemein Tn einer Logikeinheit zugeführt werden, die die Signale logisch verknüpft und ein entsprechendes resultierendes Triggersignal T ausgibt. Bspw. kann es sich bei der Logikschaltung um eine Schaltung handeln, die die Triggersignale mit einem logischen ODER verknüpft.
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Bezugszeichenliste
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- M1
- Primärsensor
- M2
- Erster Sekundärsensor
- M3
- Zweiter Sekundärsensor
- Mn
- n-ter Sekundärsensor
- B1
- Erste Messeinrichtung
- B2
- Zweite Messeinrichtung
- B3
- Dritte Messeinrichtung
- Bn
- n-te Messeinrichtung
- H1
- Abtast-Halte-Glied
- A1
- Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler)
- T
- Resultierendes Triggersignal
- T2
- Zweies Triggersignal
- T3
- Drittes Triggersignal
- Tn
- n-tes Triggersignal
- R1
- Recheneinheit
- F
- Prozessbehälter / Schutzrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012028387 A1 [0002]
- DE 102009050431 A1 [0003]
- DE 102004027072 B3 [0003]
