DE102013102721A1 - Method for determining a condition of a pH sensor comprising a glass membrane - Google Patents

Method for determining a condition of a pH sensor comprising a glass membrane Download PDF

Info

Publication number
DE102013102721A1
DE102013102721A1 DE201310102721 DE102013102721A DE102013102721A1 DE 102013102721 A1 DE102013102721 A1 DE 102013102721A1 DE 201310102721 DE201310102721 DE 201310102721 DE 102013102721 A DE102013102721 A DE 102013102721A DE 102013102721 A1 DE102013102721 A1 DE 102013102721A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
resistance
sensor
glass membrane
temperature
determined
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
DE201310102721
Other languages
German (de)
Inventor
Ronny Grosse-Uhlmann
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 DE201310102721 priority Critical patent/DE102013102721A1/en
Publication of DE102013102721A1 publication Critical patent/DE102013102721A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/4163Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus
    • G01N27/4165Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus for pH meters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines eine Glasmembran umfassenden pH-Sensors, bei welchem zur Zustandsanalyse eine Temperatur (TProz) eines Prozesses gemessen wird, welchem der pH-Sensor (1) ausgesetzt ist, wobei in Abhängigkeit der Temperatur (TProz) der Zustand des Sensors (1) bestimmt wird. Bei einem Verfahren, welches trotz einfachen konstruktiven Aufbaus des pH-Sensors eine zuverlässige Diagnose über den Zustand des pH-Sensors ermöglicht, wird neben der Temperatur (TProz) ein elektrischer Prozesswiderstand (GProz) der Glasmembran (4) bestimmt, aus welchem auf den Zustand des pH-Sensors (1) geschlossen wird.The invention relates to a method for determining a state of a pH sensor comprising a glass membrane, in which a temperature (TProz) of a process is measured for the state analysis, to which the pH sensor (1) is exposed, depending on the temperature (TProz). the state of the sensor (1) is determined. In a method which, despite the simple design of the pH sensor, enables reliable diagnosis of the state of the pH sensor, in addition to the temperature (TProz), an electrical process resistance (GProz) of the glass membrane (4) is determined, from which the state of the pH sensor (1) is closed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines, eine Glasmembran umfassenden pH-Sensors, bei welchem zur Zustandsanalyse eine Temperatur eines Prozesses gemessen wird, welchem der Sensor ausgesetzt ist, wobei in Abhängigkeit der Temperatur der Zustand des Sensors bestimmt wird.The invention relates to a method for determining a state of a glass membrane comprising a pH sensor, wherein the state analysis, a temperature of a process is measured, to which the sensor is exposed, wherein the condition of the sensor is determined depending on the temperature.

In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Messsonden für die Prozessinstrumentierung eingesetzt. Messumformer dienen dabei zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise einem pH-Wert eines Mediums. Durch Stellglieder kann der Prozessablauf in Abhängigkeit der erfassten Prozessvariablen entsprechend einer beispielsweise von einer Leitstation vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien Regelventile, eine Heizung oder eine Pumpe genannt.In process engineering plants, a variety of probes for process instrumentation are used to control processes. Transmitters are used to record process variables, such as a pH of a medium. By means of actuators, the process flow can be influenced as a function of the detected process variables in accordance with a strategy predetermined, for example, by a control station. As examples of actuators are control valves, a heater or a pump called.

Durch eine langzeitliche Verwendung der in den Messsonden enthaltenen Sensoren, insbesondere des pH-Sensors, kann sich der Zustand des Sensors verändern, so dass er keine korrekten Messwerte mehr liefert. Aus der EP 1 550 861 B1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Zustandes einer Messsonde bekannt, bei welchem ein pH-Sensor, ohne Ausbau aus der Messsonde, von Zeit zu Zeit gereinigt wird. Dabei wird die Temperatur der Messsonde oder des die Messsonde umgebenden Mediums mittels eines Temperaturmessfühlers gemessen. Anhand des so registrierten Verlaufs der gemessenen Temperatur wird auf den Zustand der Messsonde geschlossen.By long-term use of the sensors contained in the probes, in particular the pH sensor, the state of the sensor may change so that it no longer delivers correct measured values. From the EP 1 550 861 B1 a method for determining the state of a probe is known in which a pH sensor, without removal from the probe, cleaned from time to time. The temperature of the measuring probe or of the medium surrounding the measuring probe is measured by means of a temperature measuring sensor. On the basis of the thus registered course of the measured temperature is closed to the state of the probe.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines, eine Glasmembran umfassenden pH-Sensors anzugeben, welches einen einfachen und zuverlässigen Rückschluss auf den Zustand des pH-Sensors zulässt.The invention is therefore based on the object to provide a method for determining a state of a glass membrane comprising a pH sensor, which allows a simple and reliable inference to the state of the pH sensor.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass neben der Temperatur ein elektrischer Prozesswiderstand der Glasmembran bestimmt wird, aus welchem auf den Zustand des pH-Sensors geschlossen wird. Dieses Verfahren wird eingesetzt, wenn die Messelektrode des ph-Sensors intakt ist. Dabei wird zusätzlich von der Erkenntnis ausgegangen, dass sich der elektrische Widerstand von Glaselektroden in Abhängigkeit der Temperatur ändert. Der spezifische Widerstand von Glas erhöht sich, wenn das Glas längere Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Diese Eigenschaft steht der reinen Temperaturabhängigkeit entgegen, so dass sich aufgrund der gegenläufigen Prozesse in Abhängigkeit des Glasmaterials unterschiedliche Widerstandsänderungen über die Zeit ergeben können. Diese Dynamik ist ein Zeichen für die Alterung der Glasmembran des pH-Sensors und stellt damit einen Parameter für die Sensoranalyse dar. Die Bestimmung des elektrischen Widerstandes erfolgt in dem ohnehin mit dem pH-Sensor verbundenen Messumformer, weshalb auf eine zusätzliche Auswerteelektronik verzichtet werden kann. Somit wird ein sehr preisgünstiges Verfahren zur Bestimmung des Zustandes eines pH-Sensors realisiert.According to the invention the object is achieved in that in addition to the temperature, an electrical process resistance of the glass membrane is determined, from which it is concluded that the state of the pH sensor. This procedure is used when the measuring electrode of the pH sensor is intact. In addition, it is assumed that the electrical resistance of glass electrodes changes as a function of the temperature. The specific resistance of glass increases when the glass is exposed to high temperatures for a long time. This property is contrary to the pure temperature dependence, so that due to the opposing processes depending on the glass material different resistance changes over time can arise. This dynamic is a sign of the aging of the glass membrane of the pH sensor and thus represents a parameter for the sensor analysis. The determination of the electrical resistance takes place in the already connected to the pH sensor transmitter, which is why it can be dispensed with an additional evaluation. Thus, a very inexpensive method for determining the condition of a pH sensor is realized.

Grundlage ist dabei, dass ein Prozesswiderstand der Glasmembran mit einem Ausgangswert des Glasmembranwiderstandes bei einer definierten Temperatur verglichen wird. Unter dem Prozesswiderstand der Glasmembran wird hier ein Widerstand der einem, insbesondere durch den pH-Sensor zu überwachenden, Prozess ausgesetzten Glasmembran verstanden.The basis for this is that a process resistance of the glass membrane is compared with an initial value of the glass membrane resistance at a defined temperature. The process resistance of the glass membrane is understood here to mean a resistance of a glass membrane exposed to the process to be monitored in particular by the pH sensor.

Vorteilhafterweise wird dazu in einem ersten Schritt während einer Endprüfung bei der Herstellung des pH-Sensors der elektrische Widerstand der Glasmembran bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt, wobei aus dem Verlauf eines Widerstands-Temperatur-Wertepaares ein funktionaler Zusammenhang ermittelt wird.Advantageously, the electrical resistance of the glass membrane is determined at different temperatures in a first step during a final test in the production of the pH sensor, wherein a functional relationship is determined from the course of a resistance-temperature value pair.

In einer Ausgestaltung wird der funktionale Zusammenhang mittels einer mathematischen Regression bestimmt. Diese mathematische Regression basiert auf endlich vielen Widerstands-Temperatur-Wertepaaren. Bei der Regressionsmethode handelt es sich um ein statistisches Auswerteverfahren, welches eine mögliche Korrelation zwischen Datenpunkten mit einem angenommenen inneren Zusammenhang untersucht. Sie stellt somit eine mögliche Korrelation zwischen Datenpunkten mit dem angenommenen inneren Zusammenhang dar. Der ermittelte funktionale Zusammenhang kann dann im pH-Sensor oder einem mit dem pH-Sensor verbundenen Messumformer abgelegt werden.In one embodiment, the functional relationship is determined by means of a mathematical regression. This mathematical regression is based on finitely many resistance-temperature value pairs. The regression method is a statistical evaluation method that investigates a possible correlation between data points with an assumed inner relationship. It thus represents a possible correlation between data points with the assumed internal relationship. The determined functional relationship can then be stored in the pH sensor or a transmitter connected to the pH sensor.

In einer Variante wird der mathematischen Regression ein exponentieller Verlauf der in der Endprüfung gemessenen elektrischen Widerstände der Glasmembran über der Temperatur zugrunde gelegt, wobei der exponentielle Verlauf des elektrischen Widerstandes linearisiert wird und ein geschätzter Widerstandswert als Funktion unterschiedlicher Prozesstemperaturen ermittelt wird. Zusätzlich zur wiederholten Messung der tatsächlichen Temperaturen des Prozesses und der Ermittlung des elektrischen Widerstandes der Glasmembran des pH-Sensors wird somit eine Schätzung des Glasmembranwiderstandes vorgenommen. Über diese Funktion ist es möglich, kontinuierlich über den Temperaturbereich des pH-Sensors einen Schätzwert des elektrischen Widerstandes der Glasmembran zu berechnen. Somit ist eine lineare Abschätzung vorhanden, welche einen Zusammenhang zwischen der Prozesstemperatur und einem zugehörigen logarithmierten elektrischen Widerstand der Glasmembran aufzeigt. Ein solcher Zusammenhang dient als Grundlage zur Sensoranalyse mit unterschiedlichen Methoden. Im Zusammenhang mit dem jeweiligen Temperaturmesswert sind einerseits Aussagen über den Zustand des pH-Sensors möglich und andererseits werden Voraussetzungen für die Nutzung des Glasmembranwiderstandes als Temperaturabbild geschaffen.In one variant, the mathematical regression is based on an exponential curve of the electrical resistances of the glass membrane over the temperature measured in the final test, wherein the exponential profile of the electrical resistance is linearized and an estimated resistance value is determined as a function of different process temperatures. In addition to repeatedly measuring the actual temperatures of the process and determining the electrical resistance of the glass membrane of the pH sensor, an estimate of the glass membrane resistance is thus made. This function makes it possible to continuously calculate an estimate of the electrical resistance of the glass membrane over the temperature range of the pH sensor. Thus, there is a linear estimation which shows a relationship between the Process temperature and an associated logarithmic electrical resistance of the glass membrane shows. Such a connection serves as a basis for sensor analysis with different methods. On the one hand, statements about the state of the pH sensor are possible in connection with the respective temperature measurement, and on the other hand conditions are created for the use of the glass membrane resistance as a temperature image.

In einer Ausführungsform wird auf einen funktionsfähigen pH-Sensor geschlossen, wenn der bei einer Prozesstemperatur bestimmte elektrische Widerstand der Glasmembran innerhalb eines Widerstandsintervalls liegt. Aufgrund dieser einfachen Methode lässt sich die Zustandsanalyse sehr schnell und zuverlässig durchführen. Im einfachsten Fall reichen hier im Voraus definierte Intervallgrenzen aus. Diese Zustandsanalyse kann somit während des Einsatzes des Sensors im Feld beliebig wiederholt werden.In one embodiment, a functional pH sensor is concluded when the electrical resistance of the glass membrane, determined at a process temperature, is within a resistance interval. Due to this simple method, the state analysis can be carried out very quickly and reliably. In the simplest case, predefined interval limits are sufficient here. This state analysis can thus be repeated in the field during the use of the sensor.

Vorzugsweise werden beim Einsatz des pH-Sensors in dem Prozess eine Prozesstemperatur gemessen und ein elektrischer Prozesswiderstand der Glasmembran ermittelt und eine Differenz des ermittelten, logarithmierten elektrischen Prozesswiderstandes der Glasmembran und des für die gemessenen Prozesstemperatur geschätzten, logarithmierten Widerstandswert gebildet und mit einem Widerstandsgrenzwert bzw. einem Widerstandsintervall verglichen. Für diese Methode ist neben der Berechnung des Schätzwertes des elektrischen Widerstandes der Glasmembran lediglich ein im Voraus definierter Grenzwert notwendig. Diese Bestimmung stellt eine robuste Methode dar.When using the pH sensor in the process, a process temperature is preferably measured and an electrical process resistance of the glass membrane is determined and a difference between the determined, logarithmic electrical process resistance of the glass membrane and the logarithmic resistance value estimated for the measured process temperature is formed and with a resistance limit value or a resistance limit Resistance interval compared. For this method, besides the calculation of the estimated value of the electrical resistance of the glass membrane, only a limit defined in advance is necessary. This provision is a robust method.

Alternativ wird ein Widerstandsintervall mittels statistischer Methoden rechnerisch bestimmt. Mittels solcher statistischen Methoden lässt sich eine fundierte Auswertung darüber erlangen, ob der gemessene Prozesswiderstand dem ursprünglich ermittelten funktionalen Zusammenhang zwischen dem geschätzten Glasmembranwiderstand und der jeweiligen Temperatur entspricht.Alternatively, a resistance interval is determined by calculation using statistical methods. By means of such statistical methods it is possible to obtain a well-founded evaluation of whether the measured process resistance corresponds to the originally determined functional relationship between the estimated glass membrane resistance and the respective temperature.

In einer Ausgestaltung wird bei einmaliger Unter- bzw. Überschreitung des Widerstandsintervalls durch den ermittelten elektrischen Prozesswiderstand der Glasmembran ein Warnsignal ausgegeben. Dies soll das Servicepersonal darauf aufmerksam machen, dass ein Anfangsverdacht für eine Fehlfunktion des pH-Sensors vorliegt.In one embodiment, a warning signal is emitted by the determined electrical process resistance of the glass membrane once the resistance interval has been undershot or exceeded. This should alert the service personnel that there is an initial suspicion of malfunction of the pH sensor.

In einer Alternative wird bei mehrmaliger Über- bzw. Unterschreitung des Widerstandsintervalls durch den ermittelten elektrischen Widerstand der Glasmembran der pH-Sensor ausgewechselt. Die mehrmalige Über- bzw. Unterschreitung der Intervallgrenzen des Widerstandsintervalls durch den ermittelten Prozesswiderstand lässt zuverlässig darauf schließen, dass der pH-Sensor defekt ist und durch einen neuen pH-Sensor ersetzt werden muss.In an alternative, when the resistance interval is exceeded or fallen short of several times, the pH value of the sensor is changed by the electrical resistance of the glass membrane. The repeated exceeding or falling below the interval limits of the resistance interval by the determined process resistance can reliably conclude that the pH sensor is defective and must be replaced by a new pH sensor.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.The invention allows numerous embodiments. One of them will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.

Es zeigt:It shows:

1: schematische Darstellung eines pH-Sensors, 1 : schematic representation of a pH sensor,

2: schematische Darstellung der Funktionsweise des pH-Sensors 2 : schematic representation of the functioning of the pH sensor

3: ein Ausführungsbeispiel für die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes der Glasmembran des pH-Sensors von der Temperatur während einer Produktionsendprüfung, 3 FIG. 2 shows an exemplary embodiment for the dependence of the electrical resistance of the glass membrane of the pH sensor on the temperature during a final production test, FIG.

4: Darstellung der durch lineare Regression bestimmten Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes der Glasmembran von der Temperatur nach 3 4 : Representation of the dependence of the electrical resistance of the glass membrane on the temperature determined by linear regression 3

In 1 ist ein pH-Sensor 1 schematisch dargestellt, welcher ein Innenrohr 2 aufweist, in welchem sich eine Messelektrode 3 erstreckt. Das Innenrohr 2 ist über eine Glasmembran 4 gegenüber dem Messmedium 8 abgeschlossen. Ein das Innenrohr 2 umgebendes Außenrohr 5 umfasst eine Referenzelektrode 6, wobei das Außenrohr 5 mittels eines Diaphragmas 7 gegenüber dem Messmedium 8 getrennt ist.In 1 is a pH sensor 1 shown schematically, which is an inner tube 2 in which there is a measuring electrode 3 extends. The inner tube 2 is over a glass membrane 4 opposite the measuring medium 8th completed. A the inner tube 2 surrounding outer tube 5 includes a reference electrode 6 , where the outer tube 5 by means of a diaphragm 7 opposite the measuring medium 8th is disconnected.

Wie aus 2 ersichtlich, sind während des Messprozesses sowohl die Glasmembran 4 als auch das Diaphragma 7 in das Messmedium 8 eingetaucht. Innerhalb des Innenrohres 2 ist ein Innenpuffer enthalten, welcher die leitfähige Verbindung zwischen der Innenseite der Glasmembran 4 und der Messelektrode 3 herstellt. Das Spannungspotential, das während der Messung an der Messelektrode 3 entsteht, wird mit dem Spannungspotential an der Referenzelektrode 6 verglichen, die innerhalb des Außenrohres 5 in einem Elektrolyten, vorzugsweise KCl, eingetaucht ist, der durch eine poröse Trennwand in Form des Diaphragmas 7 langsam in das Messmedium 8 diffundiert. Das Spannungspotential der Messelektrode 3 und der Referenzelektrode 6 werden an einem Messumformer 9 ausgewertet.How out 2 can be seen during the measurement process, both the glass membrane 4 as well as the diaphragm 7 into the measuring medium 8th immersed. Inside the inner tube 2 is an internal buffer containing the conductive connection between the inside of the glass membrane 4 and the measuring electrode 3 manufactures. The voltage potential during the measurement at the measuring electrode 3 arises, is connected to the voltage potential at the reference electrode 6 compared that within the outer tube 5 immersed in an electrolyte, preferably KCl, passing through a porous partition in the form of the diaphragm 7 slowly into the medium 8th diffused. The voltage potential of the measuring electrode 3 and the reference electrode 6 be connected to a transmitter 9 evaluated.

Neben dieser eigentlichen Messfunktion übernimmt der Messumformer 9 auch die Überwachung des Zustandes des pH-Sensors 1. Dazu ist in dem Messumformer 9 eine Zustandsanalyse-Software abgelegt, welche im Weiteren näher erläutert werden soll. Zur Diagnose des pH-Sensors 1 auf der Basis der Temperaturabhängigkeit des Glaswiderstandes der Glasmembran 4 wird in einem ersten Schritt in der Produktionsendprüfung des pH-Sensors 1 der Glasmembranwiderstand GMess bei mindestens vier unterschiedlichen Temperaturen ermittelt. Eine solche Abhängigkeit ist in 3 dargestellt, wobei der elektrische Widerstand GMess der Glasmembran 4 eine annähernd exponentielle Abhängigkeit von der Temperatur T aufweist. y = a·ebx (1) In addition to this actual measurement function, the transmitter takes over 9 also monitoring the condition of the pH sensor 1 , This is in the transmitter 9 a state analysis software stored, which will be explained in more detail below. For diagnosis of the pH sensor 1 based on the temperature dependence of the glass resistance of the glass membrane 4 will be in a first Step in the final production test of the pH sensor 1 the glass membrane resistance measuring G determined at at least four different temperatures. Such a dependence is in 3 represented, wherein the electrical resistance G Mess of the glass membrane 4 has an approximately exponential dependence on the temperature T. y = a × e bx (1)

Dieser Zusammenhang wird mittels einer mathematischen Regression behandelt. Damit die mathematische Regression mit weniger Aufwand in den Messumformer 9 implementierbar ist, wird die exponentielle Funktion in eine lineare Funktion umgerechnet: ln(y) = ln(a+bx) (2) This relationship is treated by means of a mathematical regression. Thus the mathematical regression with less effort in the transmitter 9 implementable, the exponential function is converted into a linear function: ln (y) = ln (a + b x) (2)

Aus dieser Formel (2) ergibt sich ein linearer Zusammenhang zwischen einem geschätzten logarithmierten Widerstandswert GSchätz und der Messtemperatur TMess. G’Schätz = ln (GSchätz) = b1·TMess + b2 (3) From this formula (2) is a linear relationship between an estimated resistance value G logarithmic estimated and the measured temperature T measurement results. G ' estimate = ln (G estimate ) = b1 * T measurement + b2 (3)

Ein solcher Zusammenhang ist in 4 verdeutlicht, in der die Kurve A den Logarithmus der gemessenen Widerstände ln(GMess) gemäß 1 darstellt, während die gerade Linie B den Verlauf des geschätzten, logarithmierten Widerstandswertes G’Schätz über der Temperatur verdeutlicht. Punkt C stellt einen tatsächlich während eines Einsatzes im Feld bei einer Prozesstemperatur TProz gemessenen Prozesswiderstandes ln(GProz) bzw. G’Proz dar.Such a connection is in 4 illustrates in which the curve A the logarithm of the measured resistances ln (G Mess ) according to 1 represents, while the straight line B shows the variation of the estimated logarithmic resistance value G 'estimation over temperature. Point C represents a process resistance ln (G Proz ) or G ' Proz actually measured during use in the field at a process temperature T Proz .

Während des Einsatzes des pH-Sensors 1 im Prozess erfolgt ein Vergleich der Messpunkte P’Proz = f(G’Proz, TProz) und P’Schätz = f(G’Schätz, Tproz) am Punkt T= TProz. Dabei wird der tatsächlich ermittelte, logarithmierte Prozesswiderstand G’Proz mit dem geschätzten, logarithmierten Widerstandswert G’Schätz bei der vorgegebenen Messtemperatur TProz verglichen. Liegt nun der ermittelte Prozesswiderstand G’Proz innerhalb eines, – über ein im Voraus definierten Grenzwert – aufgespannten einfachen Widerstandsintervall, so wird der pH-Sensor 1 als funktionstüchtig eingestuft. Liegt der ermittelte Prozesswiderstand G’Proz allerdings außerhalb des einfachen Widerstandsintervalls, so ist dies ein Indiz dafür, dass entweder der Glasmembranwiderstand des pH-Sensors 1 fehlerhaft ist oder der Temperatursensor defekt ist, welcher die Temperatur des zu untersuchenden Prozessmediums misst.During the use of the pH sensor 1 In the process a comparison of the measuring points P ' Proz = f (G' Proz , T Proz ) and P ' Schätz = f (G' estimation, T proz ) takes place at the point T = T Proz. In this case, the actually determined, logarithmic process resistance G 'per cent with the estimated logarithmic resistance value G' estimation compared T per cent at the predetermined measuring temperature. If the determined process resistance G ' Proz lies within a simple resistance interval spanned by a previously defined limit value, then the pH sensor becomes 1 classified as functional. However, if the determined process resistance G ' Proz lies outside the simple resistance interval, then this is an indication that either the glass membrane resistance of the pH sensor 1 is faulty or the temperature sensor is defective, which measures the temperature of the process medium to be examined.

Alternativ dazu lässt sich über entsprechende Software im Messumformer 9 das Widerstandsintervall aber auch statistisch berechnen. Für das Widerstandsintervall, welches vorzugsweise als Prognoseintervall bezeichnet wird, gilt: G’Schätz – tν;α/2sF ≤ G’Prog ≤ G’Schätz + tν;α/2sF (4) mit

G’Schätz = b1·t + b2
lineare Regression (Methode kleinster Fehlerquadrate)
sF
Standardfehler des individuellen Prognosewertes
tv,α/2
Testgröße nach Student-Verteilung für definierte Irrtumswahrscheinlichkeit 1 – α und Freiheitsgrad ν
ν = n – 2
Freiheitsgrad
n
Anzahl der Messpunkte
Alternatively, you can use the appropriate software in the transmitter 9 but also calculate the resistance interval statistically. For the resistance interval, which is preferably called the forecast interval, the following applies: G ' estimate - t ν; α / 2 s F ≤ G' Prog ≤ G ' Estimate + t ν; α / 2 s F (4) With
G ' estimate = b1 * t + b2
linear regression (least squares method)
s F
Standard error of the individual forecast value
t v, α / 2
Test size according to student distribution for defined error probability 1 - α and degree of freedom ν
ν = n - 2
degree of freedom
n
Number of measuring points

Beispiel für die Bestimmung eines Prognoseintervalls:Example for determining a forecast interval:

Ausgehend von den in einer Produktionsendprüfung für verschiedene Temperaturen ermittelten Widerstandswerten, wie sie in der 3 dargestellt sind, werden die Koeffizienten für eine Regressionsfunktion ermittelt und im pH-Sensor 1 bzw. im Messumformer 9 abgelegt. Über diese Parameter und der im pH-Sensor 1 oder im Messumformer 9 hinterlegten Regressionsfunktion ist es der Messstelle möglich, für eine Prozesstemperatur TProz einen geschätzten Widerstandswert GSchätz bzw. G’Schätz zu ermitteln. Nach der Berechnung eines Standardfehlers eines individuellen Prognosewertes sF kann unter Berücksichtigung einer Testgröße tv,α/2, die im pH-Sensor 1 oder dem Messumformer 9 hinterlegt ist, ein Schätzintervall für den individuellen Prognosewert GProg bzw. G’Prog ermittelt werden, aus welchem sich das Prognoseintervall ergibt.Starting from the resistance values determined in a final production test for different temperatures, as described in the 3 are shown, the coefficients are determined for a regression function and in the pH sensor 1 or in the transmitter 9 stored. About these parameters and in the pH sensor 1 or in the transmitter 9 deposited regression function allows the measuring point to determine an estimated resistance value G estimated or G 'estimate for a process temperature T Perc. After the calculation of a standard error of an individual prognosis value s F , taking into account a test variable t v, α / 2 , that in the pH sensor 1 or the transmitter 9 is stored, an estimation interval for the individual forecast value G Prog or G ' Prog are determined from which results the forecast interval.

Nimmt man z. B. 16 Widerstandswerte bei unterschiedlichen Temperaturen (3 und 4) und führt eine lineare Regression für deren logarithmierte Werte durch, erhält man die Koeffizienten b1 und b2 der Gleichungen 1 und 2. Für eine bestimmte Prozesstemperatur TProz erhält man demnach einen geschätzten logarithmierten Widerstandswert G’Schätz. Nach Berechnung des Standardfehlers des individuellen Prognosewertes sF und einer definierten Testgröße tv,α/2, die aus der Anzahl der Freiheitsgrade ν = n – 2 = 14 und der Irrtumswahrscheinlichkeit 1 – α = 0,999 hervorgeht, ergibt sich ein Prognoseintervall mit einem oberen und einem unteren Grenzwert für G'Prog. Mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 1 – α = 0,999 wird der logarithmierte individuelle Prozesswiderstand G’Proz der Glasmembran 4 bei der vorgegebenen Prozesstemperatur TProz zwischen dem unteren und dem oberen Grenzwert liegen. Bei einem unterhalb des unteren Grenzwerts liegenden logarithmierten Prozesswiderstand liegt ein Anfangsverdacht für eine systematische Abweichung von der sensorspezifischen, funktionalen Beziehung zwischen Glasmembran 4 und Temperaturmesswert vor. Gleiches gilt bei einem oberhalb des oberen Grenzwerts liegenden logarithmierten Prozesswiderstand. Bei mehrfacher Unter- bzw. Überschreitung der Intervallgrenzen kann von einem fehlerhaften Zustand des pH-Sensors 1 ausgegangen werden.If you take z. B. 16 resistance values at different temperatures ( 3 and 4 ) And performs a linear regression on their logarithmic values, we obtain the coefficients b1 and b2 of the equations 1 and 2. For a given process temperature is thus T per cent receives an estimated logarithmic resistance value G 'estimation. After calculating the standard error of the individual forecast value s F and a defined test variable t v, α / 2 , which results from the number of degrees of freedom ν = n - 2 = 14 and the error probability 1 - α = 0.999, the result is a forecast interval with an upper one and a lower limit for G ' prog . With an error probability of 1 - α = 0.999, the logarithmic individual process resistance G ' becomes the glass membrane 4 at the given process temperature T Proz between the lower and the upper limit. A logarithmic process resistance below the lower limit value is present Initial suspicion of a systematic deviation from the sensor-specific, functional relationship between glass membrane 4 and temperature reading. The same applies to a logarithmic process resistance above the upper limit. If the interval limits are exceeded or exceeded several times, this may be due to a faulty status of the pH sensor 1 be assumed.

Diese ausführliche statistische Methode stellt dabei nur eine Option der Sensordiagnose dar. Die bereits erläuterte, sehr robuste Möglichkeit für den direkten Vergleich von geschätztem Widerstandswertes GSchätz sowie des ermittelten Prozesswiderstandes GProz bei der Temperatur TProz ist gleichberechtigt möglich. Weiterhin stellt der Umweg über eine Linearisierung der Temperaturabhängigkeit des Glasmembranwiderstandes ebenfalls nur eine Option dar.This detailed statistical method in this case represents only one option, the sensor diagnostics. The above-explained, very robust way for direct comparison of estimated resistance value G estimated and the determined process resistance G per cent at temperature T per cent is equally possible. Furthermore, the detour via a linearization of the temperature dependence of the glass membrane resistance also represents only one option.

Das erläuterte statistische Verfahren dient einerseits zur Analyse des aktuellen Zustands eines pH-Sensors 1 über die Überprüfung des funktionellen Zusammenhangs von elektrischem Widerstand der Glasmembran und Prozesstemperatur. Liegen die im Prozess ermittelten Widerstandswerte der Glasmembran außerhalb der Intervallgrenzen des als Prognoseintervall ermittelten Widerstandsintervall, ist also der Zusammenhang zwischen Glaswiderstand und Prozesstemperatur nicht mehr gegeben, ist entweder der Temperaturfühler des pH-Sensors 1 defekt oder die Glasmembran des pH-Sensors 1 hat sich durch Alterung oder Verunreinigung verändert. Andererseits kann unter Voraussetzung des erfolgreichen Tests der Gültigkeit des funktionalen Zusammenhanges zwischen dem elektrischen Widerstand der Glasmembran und der Prozesstemperatur der elektrische Widerstand der Glasmembran als Alternative zur Zustandsbestimmung einer Messsonde auf Basis der Temperatur verwendet werden. Dabei empfiehlt sich eine fortlaufende Analyse dieses funktionalen Zusammenhanges zwischen Glasmembranwiderstand und Temperatur, bezogen auf den Ausgangszustand des pH-Sensors 1.The illustrated statistical method is used on the one hand to analyze the current state of a pH sensor 1 on the verification of the functional relationship between the electrical resistance of the glass membrane and the process temperature. If the resistance values of the glass membrane determined in the process lie outside the interval limits of the resistance interval determined as the prognosis interval, ie if the relationship between glass resistance and process temperature is no longer present, either the temperature sensor of the pH sensor is present 1 Defective or the glass membrane of the pH sensor 1 has changed due to aging or contamination. On the other hand, assuming the validity of the functional relationship between the electrical resistance of the glass membrane and the process temperature, the electrical resistance of the glass membrane can be used as an alternative to determining the state of a measuring probe based on the temperature. In this case, a continuous analysis of this functional relationship between glass membrane resistance and temperature, based on the initial state of the pH sensor, is recommended 1 ,

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

  • EP 1550861 B1 [0003] EP 1550861 B1 [0003]

Claims (10)

Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines, eine Glasmembran umfassenden pH-Sensors, bei welchem zur Zustandsanalyse eine Temperatur (TProz) eines Prozesses gemessen wird, welchem der pH-Sensor (1) ausgesetzt ist, wobei in Abhängigkeit der Temperatur (TProz) der Zustand des Sensors (1) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Temperatur (TMess) ein elektrischer Prozesswiderstand (GProz) der Glasmembran (4) bestimmt wird, aus welchem auf den Zustand des pH-Sensors (1) geschlossen wird.Method for determining a state of a glass membrane-comprising pH sensor, in which for the state analysis a temperature (T Proz ) of a process is measured, to which the pH sensor ( 1 ) is exposed, wherein, depending on the temperature (T Proz ), the state of the sensor ( 1 ), characterized in that in addition to the temperature (T Mess ) an electrical process resistance (G Proz ) of the glass membrane ( 4 ) is determined from which the state of the pH sensor ( 1 ) is closed. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozesswiderstand der Glasmembran mit einem Ausgangswert des Widerstandes der Glasmembran bei einer definierten Temperatur verglichen wird.A method according to claim 1, characterized in that a process resistance of the glass membrane is compared with an initial value of the resistance of the glass membrane at a defined temperature. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Endprüfung des pH-Sensors (1) ein elektrischer Widerstand (GMess) der Glasmembran (4) bei unterschiedlichen Temperaturen (TMess) gemessen wird und aus dem Verlauf eines Widerstands-Temperatur-Wertepaares (GMess, TMess) ein funktionaler Zusammenhang (GMess = f (TMess)) ermittelt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that during a final test of the pH sensor ( 1 ) an electrical resistance (G measurement ) of the glass membrane ( 4 ) is measured at different temperatures (T measurement ) and a functional relationship (G measurement = f (T measurement )) is determined from the course of a resistance-temperature value pair (G measurement , T measurement ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der funktionaler Zusammenhang (GMess = f (TMess)) mittels einer mathematischen Regression bestimmt wird.Method according to Claim 3, characterized in that the functional relationship (G Mess = f (T Mess )) is determined by means of a mathematical regression. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mathematischen Regression ein exponentieller Verlauf der in der Endprüfung gemessenen elektrischen Widerstände (GMess) der Glasmembran (4) über der Temperatur (TMess) zugrunde gelegt wird, wobei der exponentielle Verlauf des elektrischen Widerstandes linearisiert wird, und ein geschätzter Widerstandswert (G’ Schätz) als Funktion unterschiedlicher Prozesstemperaturen (TProz) ermittelt wird.Method according to Claim 4, characterized in that the mathematical regression has an exponential profile of the electrical resistances (G Mess ) of the glass membrane measured in the final test ( 4 Wherein the exponential curve of the electrical resistance is linearized) above the temperature (measurement) is taken as a basis, and an estimated resistance value (G 'estimation) (as a function of different process temperatures T per cent) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf einen funktionsfähigen pH-Sensor (1) geschlossen wird, wenn ein bei einer Prozesstemperatur (TProz) bestimmter elektrischer Prozesswiderstand (GProz) der Glasmembran (4) innerhalb eines Widerstandsintervalls liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a functional pH sensor ( 1 ) Is closed when a (at a process temperature T per cent) of certain electrical resistance process (G per cent) of the glass membrane ( 4 ) is within a resistance interval. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einsatz des pH-Sensors (1) in dem Prozess die Prozesstemperatur (Tproz) gemessen und der elektrische Prozesswiderstand (GProz) der Glasmembran (4) ermittelt werden und eine Differenz des ermittelten, logarithmierten elektrischen Prozesswiderstandes (ln(GProz)) der Glasmembran und des für die gemessene Prozesstemperatur (TProz) geschätzten, logarithmierten Widerstandswert (G’Schätz) gebildet und mit einem Widerstandsgrenzwert verglichen wird.A method according to claim 6, characterized in that when using the pH sensor ( 1 ) in the process, the process temperature (T proz ) measured and the electrical process resistance (G Proz ) of the glass membrane ( 4 ) Are determined and a difference of the determined, logarithmic electrical process resistor (ln (G Perc)) of the glass membrane and the (for the measured process temperature T is formed per cent) estimated logarithmic resistance value (G 'estimation) and compared with a limit resistance value. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsintervall mittels statistischer Methoden rechnerisch bestimmt wird.A method according to claim 6, characterized in that the resistance interval is determined by means of statistical methods by calculation. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einmaliger Unter- oder Überschreitung des Widerstandsintervalls durch den ermittelten elektrischen Prozesswiderstand (GProz) der Glasmembran (4) ein Warnsignal ausgegeben wird.Method according to at least one of the preceding claims 6 to 8, characterized in that, if the resistance interval is exceeded once or exceeded by the determined electrical process resistance (G Proz ) of the glass membrane ( 4 ) a warning signal is issued. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehrmaliger Über- oder Unterschreitung des Widerstandsintervalls durch den ermittelten elektrischen Prozesswiderstand (GProz) der Glasmembran (4) der pH-Sensor (1) ausgewechselt wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that, if the resistance interval is exceeded or fallen below several times by the determined electrical process resistance (G Proz ) of the glass membrane ( 4 ) the pH sensor ( 1 ) is replaced.
DE201310102721 2013-03-18 2013-03-18 Method for determining a condition of a pH sensor comprising a glass membrane Pending DE102013102721A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310102721 DE102013102721A1 (en) 2013-03-18 2013-03-18 Method for determining a condition of a pH sensor comprising a glass membrane

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310102721 DE102013102721A1 (en) 2013-03-18 2013-03-18 Method for determining a condition of a pH sensor comprising a glass membrane

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013102721A1 true DE102013102721A1 (en) 2014-09-18

Family

ID=51418615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201310102721 Pending DE102013102721A1 (en) 2013-03-18 2013-03-18 Method for determining a condition of a pH sensor comprising a glass membrane

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013102721A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019114341A1 (en) * 2019-05-28 2020-12-03 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for checking the functionality of an ion-selective electrode assembly

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4189367A (en) * 1978-10-19 1980-02-19 Leeds & Northrup Company Method for testing ion selective electrodes in continuous measuring systems
EP0419769A2 (en) * 1989-09-29 1991-04-03 Mettler-Toledo AG Method for continuously monitoring an electrode system for potentiometric measurements
EP1550861B1 (en) 2003-12-23 2007-04-18 Mettler-Toledo AG Method and device for determining of the status of a probe
DE102006030895A1 (en) * 2006-07-01 2008-01-03 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Measuring system has sensor for detecting measured variable and emitting measured value dependent sensor signal and data processing unit which evaluates sensor signal, where data processing unit has data storage
DE102008052821A1 (en) * 2008-10-15 2010-04-22 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Method for detecting failure and monitoring humidity of sensor electrode i.e. pH glass electrode, in measurement sensor system, involves determining deviation of actual membrane resistance in time point from production membrane resistance

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4189367A (en) * 1978-10-19 1980-02-19 Leeds & Northrup Company Method for testing ion selective electrodes in continuous measuring systems
EP0419769A2 (en) * 1989-09-29 1991-04-03 Mettler-Toledo AG Method for continuously monitoring an electrode system for potentiometric measurements
EP1550861B1 (en) 2003-12-23 2007-04-18 Mettler-Toledo AG Method and device for determining of the status of a probe
DE102006030895A1 (en) * 2006-07-01 2008-01-03 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Measuring system has sensor for detecting measured variable and emitting measured value dependent sensor signal and data processing unit which evaluates sensor signal, where data processing unit has data storage
DE102008052821A1 (en) * 2008-10-15 2010-04-22 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Method for detecting failure and monitoring humidity of sensor electrode i.e. pH glass electrode, in measurement sensor system, involves determining deviation of actual membrane resistance in time point from production membrane resistance

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019114341A1 (en) * 2019-05-28 2020-12-03 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for checking the functionality of an ion-selective electrode assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1537384B1 (en) Method of monitoring sensor function
DE102013225563A1 (en) Method for monitoring a sensor of a vehicle
WO2014095245A1 (en) Method and device for determining a state of a measuring transducer integrated in a process vessel
WO2010026025A1 (en) Method for operating a measurement station and measurement station
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
DE10342146A1 (en) Fuel cell unit monitoring process for motor vehicles measures output values of the fuel cell to determine proper operation
DE102014205918A1 (en) Method for testing an isolation device
DE10209318B4 (en) Method for determining the wear-dependent residual service life of an electrochemical measuring sensor
DE102014219807B4 (en) Method and device for testing the functionality of a current sensor and vehicle
DE102012200592A1 (en) Method and device for determining a state of a sensor
EP2947426B1 (en) Method for operating a measuring point
DE102013114393A1 (en) Method for determining a maintenance recommendation for a sensor
DE102013102721A1 (en) Method for determining a condition of a pH sensor comprising a glass membrane
DE102015121178A1 (en) Method for storing measured data packets in a field device
DE102015107563A1 (en) Method for commissioning a sensor, computer program product, computer-readable data carrier and sensor
DE102014115485A1 (en) Method for assessing robustness
DE102008058804A1 (en) Method for monitoring a potentiometric measuring probe
DE102013100410A1 (en) Method and apparatus for monitoring a refrigerant charge
DE102021130639A1 (en) Method for determining application-specific overall plausibility of measured values of at least one measured variable measured by a measuring system in a specific application
DE10260784A1 (en) Method for monitoring the degree of contamination of a filter device
DE102010046605A1 (en) Battery controller with a model for determining the battery life
DE102011017015B4 (en) Method for operating a lambda sensor
DE10253595A1 (en) Process for monitoring a reference half-cell comprises intermittently operating a measuring point in an operating mode and in a test mode, measuring the ion concentration in the operating mode, and testing the functionality
WO2015090895A1 (en) Method and measuring assembly according to the differential pressure principle having a zero-point calibration
DE102018205921A1 (en) Method for generating an output signal

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