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Die Erfindung betrifft ein Druckmittlersystem mit mindestens einem Druckmessaufnehmer und einem Druckmittler gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Membranbruches gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6.
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Bekannte Druckmittler dienen zur Übertragung von Drücken aus Prozessanlagen, insbesondere aus Prozessanlagen der Nahrungsmittelindustrie oder der Pharmaindustrie, an ein Messgerät oder einen Messumformer, beispielsweise um einen Füllstand in einem Flüssigkeitsbehälter zu messen.
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Derartige Druckmittler weisen üblicherweise einen metallischen Membrankörper mit einem meist konzentrisch ausgebildeten Membranbett auf. Ferner weist der Druckmittler eine das Membranbett überspannende, dünne Membran auf. Der Zwischenraum zwischen Membranbett und Membran ist mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt, die ebenso einen den Membrankörper durchsetzenden Kanal füllt, der an einem Prozessanschluss endet, welcher zum Anschließen eines Druckmessaufnehmers ausgebildet ist. Während die eine Oberfläche der Membran von dem Messmedium beaufschlagt wird, wirkt die gegenüberliegende Membranoberfläche auf die Druckübertragungsflüssigkeit. So wird der zu messende Druck vom Messmedium auf den Druckmessaufnehmer übertragen.
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Druckmittler werden unter anderem dort eingesetzt, wo der Druck von aggressiven oder hochviskosen Medien gemessen werden soll oder wenn das Medium zur Kristallisation neigt. Ferner werden Druckmittler in Verbindung mit einer an dem Druckmittler angeschlossenen Druckleitung eingesetzt, um große Strecken zwischen dem Messmedium und dem Druckmessaufnehmer zu überbrücken.
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Aus Gründen der Messgenauigkeit wird die Membrandicke möglichst gering gehalten, wodurch sie jedoch leicht beschädigt werden kann. Dünne Membranen sind beispielsweise empfindlich gegenüber mechanischer Beschädigung, Abrasion, Korrosion und ähnlichem. Eine Beschädigung der Membran, insbesondere ein Membranbruch, wird oftmals erst dann bemerkt, wenn der nachgeschaltete Druckmessaufnehmer beschädigt wird und ausfällt. Die in der Zwischenzeit ausgetretene Druckübertragungsflüssigkeit kann, insbesondere in der Nahrungsmittel- und Pharmaindustrie, zu Problemen im Produktionsprozess führen.
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Aus dem Stand der Technik sind Druckmittler zur Übertragung eines Druckes von einem Medium auf ein zweites Medium mit Mitteln zum Erkennen eines Membranbruches bekannt.
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In
DE 10 2007 022 842 B4 ist ein Verfahren und eine Messanordnung zur Differenzdruckmessung gezeigt. Dazu werden mittels zwei Drucksensoren zwei Druckmesswerte ermittelt sowie jeweils eine zu dem Druckmesswert zugehörige Temperatur. In Abhängigkeit von der Temperatur werden die Druckmesswerte korrigiert und daraus ein korrigierter Differenzdruck gebildet.
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DE 102 00 779 A1 zeigt beispielsweise einen Druckmittler mit einem Trennmembransystem mit einer ersten Trennmembran und einer zweiten Trennmembran, deren Zwischenraum druckdicht eingeschlossen ist. Ein zusätzlicher Sensor dient zur Überwachung einer Eigenschaft des Zwischenraumes, insbesondere der Leitfähigkeit oder des pH-Wertes.
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DE 199 49 831 A1 zeigt ebenfalls einen Druckmittler mit zwei Membranen, wobei die Membranen die gleiche Gestalt aufweisen und einen evakuierten Zwischenraum bilden. Auch hier dient ein zusätzlicher Sensor zur Überwachung des Zwischenraumes.
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Derartige Druckmittler mit zwei Membranen sind jedoch technisch sehr aufwendig herzustellen.
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DE 39 41 369 A1 zeigt einen Druckmittler zur Übertragung von Drücken oder Druckdifferenzen aus einer Prozessanlage. Dazu weist der Druckmittler eine Membran mit einer derartigen Vorspannung auf, dass im unbefüllten Zustand des Druckmittlers ein Bereich der Membran auf dem Boden des Druckmittlergehäuses aufliegt und dort einen Signalgeber betätigt. Wird eine Hydraulikflüssigkeit mit leichtem Überdruck in den Druckmittler gefüllt, wird die Membran vom Signalgeber ferngehalten solange sie intakt ist.
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DE 295 21 582 U1 hingegen zeigt einen Messgeber deren Drucksensorzelle über ein Fluid mit einer Isolatormembran gekoppelt ist. Um die Position der Isolatormembran und dadurch ein Austreten des Fluids zu überwachen, weist der Messgeber mindestens einen Positionssensor in der Nähe der Isolatormembran auf.
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Schließlich zeigen
JP 2000-146 738 A und
JP 2002 -
98 605 A gattungsbildende Druckmittlersysteme und Verfahren zum Erkennen eines Membranbruchs.
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Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Druckmittlersystem zu verbessern, insbesondere derart zu verbessern, dass eine Beschädigung der Membran mittels eines einfach zu realisierenden Verfahrens angezeigt werden kann.
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Die Erfindung löst dieses Problem mit den Merkmalen eines Druckmittlersystems gemäß Anspruch 1 sowie mit den Merkmalen eines Verfahrens zum Erkennen eines Membranbruches gemäß Anspruch 6.
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Das erfindungsgemäße Druckmittlersystem weist mindestens einen Druckmessaufnehmer auf und einen Druckmittler, wobei der Druckmittler mit einer Druckübertragungsflüssigkeit mit einem vorbestimmten Überdruck gefüllt ist.
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Der Druckmittler weist auf der einen Seite ein Membranbett und auf der anderen Seite einen Prozessanschluss zum Anschluss eines Druckmessaufnehmers auf. Dabei kann der Druckmessaufnehmer direkt am Prozessanschluss anliegen oder über eine Fernleitung bzw. einen Temperaturentkoppler mit dem Prozessanschluss verbunden sein.
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Vor dem Membranbett ist eine dünne Membran angeordnet, wobei die Membran das Membranbett verschließt. Das Volumen zwischen der Membran und dem Membranbett sowie ein den Membrankörper durchsetzenden Kanal, der an dem Druckmessaufnehmer endet, ist vollständig mit einer Druckübertragungsflüssigkeit gefüllt. Die Druckübertragungsflüssigkeit überträgt somit einen an der Membran anliegenden Prozessdruck an den am Prozessanschluss anliegenden Druckmessaufnehmer.
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Um eine Membranbrucherkennung zu ermöglichen, ist die Druckübertragungsflüssigkeit mit einem vorbestimmten Überdruck in den Druckmittler eingefüllt. Bei dem Überdruck kann es sich um einen positiven Überdruck handeln, welcher größer als der Umgebungsdruck ist, oder um einen negativen Überdruck, der kleiner als der Umgebungsdruck ist.
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Zur Druckübertragung wird als Druckübertragungsflüssigkeit bevorzugt ein geeignetes Öl oder eine andere Flüssigkeit eingesetzt.
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Ein geeigneter, an den Druckmittler angeschlossener Druckmessaufnehmer kann nun den im Innern des Druckmittlers herrschenden Druck der Druckübertragungsflüssigkeit messen und einen zugehörigen Druckwert angeben. Dadurch lässt sich vorteilhaft ein Entweichen des Überdruckes des Druckmittlers feststellen und daraus auf eine Beschädigung der Membran schließen.
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Voraussetzung für eine zuverlässige Membranbrucherkennung ist jedoch ein wiederkehrendes Auftreten eines drucklosen Prozesszustandes. Dabei bezeichnet ein druckloser Prozesszustand einen Zustand, bei dem der an der Membran des Druckmittlers auf der Seite des Messmediums anliegende Druck im Wesentlichen dem Umgebungsdruck entspricht.
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Für eine zuverlässige Membranbrucherkennung ist es ferner vorteilhaft, wenn der Druckmittler robust gegen einen Nullpunktversatz ist, beispielsweise durch möglichen Temperatureinfluss.
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Weiter weist das Druckmittlersystem eine Speichereinheit auf, welche derart ausgebildet ist, um einen Überdruckwert der Druckübertragungsflüssigkeit im Innern des Druckmittlers als Innendruck des Druckmittlers zu speichern. Dabei kann der Überdruckwert bereits während der Herstellung des Druckmittlersystems als derjenige Druck bestimmt werden, mit dem die Druckübertragungsflüssigkeit in dem Druckmittler eingefüllt ist, oder der Überdruckwert wird vor der ersten Innbetriebnahme des Druckmittlersystems ermittelt, indem der Druckmessaufnehmer den Innendruck des Druckmittlers misst, wenn an dem Druckmittler prozessseitig der Umgebungsdruck anliegt.
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Die Speichereinheit des Druckmittlersystems ist weiter derart ausgebildet, um bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes den vom Druckmessaufnehmer gemessenen Druckwert zu speichern. Durch das Speichern des vom Druckmessaufnehmer gemessenen Druckwertes ist vorteilhaft eine Beobachtung der gemessenen Druckwerte über einen längeren Zeitraum möglich.
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Ferner weist das Druckmittlersystem eine Prüfeinheit auf, welche derart ausgebildet ist, um bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes, bei dem messmediumseitig an der Membran des Druckmittlers Umgebungsdruck anliegt, zu überprüfen, ob die Druckübertragungsflüssigkeit im Innern des Druckmittlers den als Innendruck gespeicherten Überdruckwert aufweist.
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Dazu ist die Prüfeinheit weiter derart ausgebildet, um den mittels des Druckmessaufnehmers gemessenen Druck im Inneren des Druckmittlers mit dem gespeicherten Innendruck zu vergleichen.
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Bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes kann die Prüfeinheit dann einen Membranbruch des Druckmittlers erkennen, wenn die Druckübertragungsflüssigkeit im Inneren des Druckmittlers drucklos ist.
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Liegt kein druckloser Prozesszustand vor, ist die Prüfeinheit derart ausgebildet, um durch Subtraktion des Innendruckes von dem gemessenen Druck den anliegenden Prozessdruck als Messwert zu ermitteln.
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Ferner weist das Druckmesssystem einen Signalgeber auf, welcher derart ausgebildet ist, um ein Signal zum Angeben eines Membranbruchs zu erzeugen, falls die Prüfeinheit einen Membranbruch erkannt hat. Das Signal zum Angeben eines Membranbruchs wird optisch, akustisch und/oder elektrisch ausgegeben oder auf andere Weise übermittelt, insbesondere mittels modulierter elektromagnetischer Wellen, und das defekte Druckmittlersystem kann ausgetauscht werden.
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Mit einem derartigen Druckmittlersystem lässt sich vorteilhaft besonders einfach ein Membranbruch feststellen. Dadurch dass bei einer Beschädigung der Membran der Überdruck aus dem Druckmittler entweicht, ist es vorteilhaft besonders einfach mittels des mindestens einen Druckmessaufnehmers feststellbar, ob die Druckübertragungsflüssigkeit im Innern des Druckmittlers drucklos ist. Dabei ist die Druckübertragungsflüssigkeit drucklos, wenn der von dem Druckmessaufnehmer gemessene Wert innerhalb eines Tolleranzbereiches um den Nullpunkt schwankt.
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Schließlich weist das Druckmittlersystem eine Drifterkennungseinheit auf, welche derart ausgebildet ist, um anhand der in der Speichereinheit gespeicherten Abweichungen über einen vorbestimmten Zeitraum eine Drift des im drucklosen Prozesszustand gemessenen Druckes zu erkennen. Durch einen Vergleich der gespeicherten Abweichungen ist vorteilhaft eine schleichende Veränderung der Messwerte erkennbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Druckmittlersystem eine Prozesszustandseinheit auf, welche derart ausgebildet ist, um einen drucklosen Prozesszustand zu erkennen. Weist nämlich der Prozess regelmäßig einen drucklosen Prozesszustand auf, d.h., an dem Druckmittler liegt prozessseitig regelmäßig nur der Umgebungsdruck an, dann ist das erfindungsgemäße Druckmittlersystem aufgrund der Ausgestaltung der Prozesszustandseinheit vorteilhaft in der Lage, einen drucklosen Prozesszustand zu erkennen und eine Überprüfung der Membran vorzunehmen.
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Ein druckloser Prozesszustand wird dabei erkannt, wenn der von dem Druckmessaufnehmer gemessene Druck über eine vorbestimmte Zeitdauer, beispielsweise eine Zeitdauer in einem Bereich von 30 Sekunden bis 10 Minuten, innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches um den Innendruck des Druckmittlers schwankt bzw. um den Nullpunkt des Druckmittlersystems.
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Alternativ wird mittels der Prozesszustandseinheit ein druckloser Prozesszustand erkannt, wenn von einer Leitwarte ein entsprechendes Signal, bspw. ein spezielles Highway Addressable Remote Transducer (HART)-Kommando, die Prozesszustandseinheit erreicht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Prüfeinheit des Druckmittlersystems weiter derart ausgebildet, um bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes einen Membranbruch zu erkennen, falls der Differenzwert aus der Subtraktion des von dem Druckmessaufnehmer gemessenen Druckwertes von einem der zuletzt in der Speichereinheit gespeicherten Druckwerte, insbesondere von dem zuletzt gespeicherten Druckwert, bis auf einen Toleranzbereich dem hinterlegten Innendruck des Druckmittlers entspricht. Somit lassen sich vorteilhaft auch sprunghafte Änderungen der gemessenen Druckwerte innerhalb eines Überwachungsbereiches erfassen und als Membranbruch erkennen, wenn diese sprunghaften Änderungen eine vordefinierte Größe aufweisen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Druckmesssystem eine Korrektureinheit auf, welche derart ausgebildet ist, um den gemessenen Druck entsprechend der von der Drifterkennungseinheit erkannten Drift zu korrigieren. Da auch eine langsame Drift zu einem abweichenden gemessenen Druck führt, ist es vorteilhaft, den gemessenen Druck bei Erkennen einer Drift zu korrigieren, um trotz einer vorhandenen Drift genaue Messwerte im Prozessbetrieb zu erzielen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Signalgeber ferner derart ausgebildet, um anhand einer von der Drifterkennungseinheit erkannten Drift ein entsprechendes Signal zur Drifterkennung auszugeben. Dabei wird das Signal optisch, akustisch und/oder elektrisch ausgegeben oder auf andere Weise, z.B. mittels modulierter elektromagnetischer Wellen, übermittelt.
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Die Erfindung löst o.g. Aufgabe ferner durch ein Verfahren zum Erkennen eines Membranbruches eines Druckmittlers. Dazu ist der Druckmittler erfindungsgemäß mit einer Druckübertragungsflüssigkeit mit einem vorbestimmten Überdruck gefüllt und dieser Überdruck als Innendruck in einer Speichereinheit gespeichert. Liegt ein druckloser Prozesszustand vor, wird mittels einer Prüfeinheit überprüft, ob die Druckübertragungsflüssigkeit im Innern des Druckmittlers den als Innendruck gespeicherten Überdruckwert aufweist. Ferner wird mittels der Prüfeinheit ein Membranbruch erkannt, falls die Druckübertragungsflüssigkeit im Innern des Druckmittlers drucklos ist. Mittels eines Signalgebers wird dann ein Signal zum Angeben des Membranbruchs erzeugt, falls die Prüfeinheit zuvor einen Membranbruch erkannt hat. Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit den Vorteil, mit wenig Aufwand einen Membranbruch zuverlässig zu erkennen, so dass der defekte Druckmittler ausgetauscht werden kann.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus den anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Druckmittlers,
- 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen eines Membranbruches,
- 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2 mit zusätzlicher Prozesszustandserkennung,
- 4 ein Diagramm über den Überwachungsbereich im drucklosen Prozesszustand und
- 5 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2 mit zusätzlicher Drifterkennung.
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Der in 1 dargestellte Druckmittler 2 weist einen in diesem Ausführungsbeispiel rund ausgebildeten Membrankörper 4 auf, der auf der einen Seite ein Membranbett 6 und auf der anderen Seite einen Prozessanschluss 8 aufweist, wobei das Membranbett 6 und der Prozessanschluss 8 über einen Kanal 10 miteinander verbunden sind.
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Der Druckmittler 2 weist ferner eine dünne Membran 12 auf, die randseitig auf einer ebenen Auflagefläche des Membrankörpers 4 aufliegt und angeschweißt oder auf andere Weise unlösbar mit dem Membrankörper 4 verbunden ist, zum Beispiel durch Verkleben des Randes 14 der Membran 12 mit dem Membrankörper 4. Das Membranbett 6 und die Membran 12 weisen dabei eine zueinander komplementäre Wellung auf. Allerdings sind auch andere Membrankonturen, wie bspw. eine Sickenkontur mit mehreren möglichen Ruhepositionen möglich.
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Auf der Unterseite des Membrankörpers 4 ist zentrisch eine Bohrung bzw. der Kanal 10 angeordnet, welcher auf der Unterseite in den Prozessanschluss 8 übergeht, um einen auf Druck ansprechendes Gerät aufzunehmen. Bei diesem Gerät handelt es sich bevorzugt um einen Druckmessaufnehmer. Es sind jedoch auch Anwendungsfälle mit einem Druckmessumformer, einem Druckschalter, einem Differenzdruckmessgerät oder ähnliches vorgesehen.
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Schließlich sind in dem Membrankörper 4 mehrere Befestigungsbohrungen 16 vorgesehen.
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Der Zwischenraum zwischen Membranbett 6 und Membran 12 ist mit einer Druckübertragungsflüssigkeit 18 gefüllt, die den zu messenden Druck von der Membran 12 durch den Kanal 10 auf einen am Prozessanschluss 8 angeschlossenen Druckmessaufnehmer überträgt, wobei der Druckmessaufnehmer in 1 nicht mit dargestellt ist.
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Beim Herstellen des Druckmittlers 2 wird nun der Zwischenraum mit der Übertragungsflüssigkeit 18 derart gefüllt, dass im Inneren des Druckmittlers 2 ein Überdruck herrscht, mit dem die Druckübertragungsflüssigkeit 18 am Prozessanschluss 8 anliegt, wobei dieser Überdruck nachfolgend als Innendruck des Druckmittlers 2 bezeichnet wird.
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Dabei handelt es sich bei dem Innendruck um einen positiven Überdruck, welcher größer als der Umgebungsdruck ist oder um einen negativen Überdruck, welcher kleiner als der Umgebungsdruck ist.
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Wird nun die dünne Membran 12 durch mechanische Beschädigung oder durch Korrosion undicht, spricht man von einem Membranbruch. Dabei kann einerseits Prozessmedium in den Druckmessaufnehmer eindringen und ihn zerstören bzw. den Messwert verfälschen oder die Druckübertragungsflüssigkeit kann austreten und das Prozessmedium verunreinigen.
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Der erfindungsgemäße Druckmittler 2 gemäß 1 ermöglicht aufgrund der Füllung der Druckübertragungsflüssigkeit 18 mit einem vorbestimmten Überdruck vorteilhaft besonders einfach eine Membranbrucherkennung.
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2 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen eines Membranbruches. Dazu ist ein Druckmessaufnehmer 20 an dem gemäß 1 ausgebildeten Druckmittler 2 angeschlossen, um über den Prozessanschluss 8 den Druck des an der Membran 12 anliegenden Prozessmediums zu messen. Der von dem Druckmessaufnehmer 20 gemessene Wert 22 wird einer Prüfeinheit 24 übergeben.
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Ferner ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Speichereinheit 26 zum Speichern des Überdruckwertes vorgesehen, den die Druckübertragungsflüssigkeit 18 im Innern des Druckmittlers 2 aufweist. Der gespeicherte Wert des Überdruckes wird als Innendruck 28 ebenfalls der Prüfeinheit 24 übergeben.
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In der Prüfeinheit 24 wird nun bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes überprüft, ob die Druckübertragungsflüssigkeit 18 im Innern des Druckmittlers 2 den als Innendruck 28 gespeicherten Überdruckwert aufweist. Dazu wird der Druck im Innern des Druckmittlers 2 mittels des Druckmessaufnehmers 20 gemessen und mit dem gespeicherten Innendruck 28 verglichen.
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Bei dem Druckmessaufnehmer 20 handelt es sich bevorzugt um einen Relativdruckmessaufnehmer, welcher den anstehenden Druck gegen Atmosphärendruck misst, wobei der Atmosphärendruck, insbesondere über eine Öffnung an der Rückseite, an den Sensor geführt wird. Dadurch ist der Druckmessaufnehmer 20 vorteilhaft unabhängig gegenüber eventuelle Schwankungen im Atmosphärendruck. Alternativ kann jedoch auch ein Differenzdruckmessaufnehmer eingesetzt werden, wenn eine Seite des Differenzdruckmessaufnehmers gegen Atmosphäre offen bleibt. Wird hingegen ein Absolutdruckmessaufnehmer zur Druckmessung verwendet, muss eine Änderung des Umgebungsdruckes bzw. des Luftdruckes bei der Auswertung des Messwertes berücksichtigt werden.
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Liegt ein druckloser Prozesszustand vor, d.h., der Prozessdruck bzw. der an der Membran 12 anliegende Druck entspricht dem Umgebungsdruck bzw. Atmosphärendruck, erkennt die Prüfeinheit 24 dann einen Membranbruch 30, wenn die Druckübertragungsflüssigkeit 18 im Innern des Druckmittlers 2 drucklos ist, d.h., wenn der von dem Druckmessaufnehmer 20 gemessene Wert 22 innerhalb eines Toleranzbereiches um den Nullpunkt des Druckmessaufnehmers 20 verharrt, da in diesem Fall der Überdruck aus dem Druckmittler 2 aufgrund der defekten Membran 12 entwichen ist.
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Ermittelt die Prüfeinheit 24 einen Membranbruch 30, wird mittels eines Signalgebers 34 ein Signal 36 zum Angeben des Membranbruches 30 erzeugt. Der Signalgeber 34 kann dann entsprechend dem Signal 36 eine optische, akustische und/oder elektrische Warnung ausgeben oder das Signal 36 auf andere Weise übermitteln, um den defekten Druckmittler 2 auszutauschen.
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Eine alternative Möglichkeit zum Erkennen eines Membranbruchs 30 sieht vor, einen Membranbruch 30 anhand eines von dem Druckmittlersystem ausgegebenen Messwertes zu ermitteln. In der Prüfeinheit 24 wird der auszugebende Messwert ermittelt, indem der Innendruck 28 von dem gemessenen Wert 22 des Druckmessaufnehmers 20 subtrahiert wird. Der an der Membran 12 des Druckmittlers 2 anliegende Prozessdruck wird somit als Messwert ausgegeben.
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Die Prüfeinheit 24 ermittelt durch Subtraktion des gespeicherten Innendruckes 28 von dem gemessenen Wert 22 einen Differenzwert, welcher bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes annähernd Null ist, denn an dem Druckmessaufnehmer 20 liegt der gespeicherte Innendruck 28 an, falls der Druckmittler 2 intakt ist.
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Liegt jedoch ein Membranbruch 30 an dem Druckmittler 2 vor, entweicht der Überdruck der Druckübertragungsflüssigkeit 18 und die Subtraktion des gespeicherten Innendruckes 28 von dem gemessenen Wert 22 führt zu einer signifikanten Abweichung. Im Falle eines Membranbruches 30 liegt der Differenzwert innerhalb eines Toleranzbereiches um die Gegenzahl des gespeicherten Innendruckes 28.
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Erfindungsgemäß werden die vorstehend beschriebenen Komponenten, wie Druckmessaufnehmer 20, Prüfeinheit 24, Speichereinheit 26 und Signalgeber 34, zusammen mit dem erfindungsgemäßen Druckmittler 2 zu einem erfindungsgemäßen Druckmittlersystem zusammengefasst. Die Komponenten können als Software-Mittel und/oder als Hardware-Mittel verstanden werden und können ganz oder teilweise in bestehende Systeme eines bekannten Druckmittlersystems eingebracht sein.
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3 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2, hier gestrichelt dargestellt, mit einer zusätzlichen Prozesszustandserkennung.
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Dazu weist das erfindungsgemäße Druckmittlersystem eine Prozesszustandseinheit 40 auf, welche derart ausgestaltet ist, um einen drucklosen Prozesszustand zu erkennen.
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Ein druckloser Prozesszustand kann entweder aufgrund eines Signals 42, welches von einer Leitwarte der Prozesszustandseinheit 40 übermittelt wird, erkannt werden oder von der Prozesszustandseinheit 40 selbst ermittelt werden.
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Bei dem Signal 42 von der Leitwarte handelt es sich bevorzugt um ein Highway Addressable Remote Transducer (HART)-Kommando, welches eine digitale Kommunikation mehrerer Teilnehmer über einen gemeinsamen, industriellen Datenbus ermöglicht. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein derartiges HART-Kommando beschränkt. Vielmehr sind jedwede Signale oder auch eine manuelle Eingabe zum Übermitteln des Prozesszustandes denkbar.
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Zum selbsttätigen Ermitteln des Prozesszustandes werden der Prozesszustandseinheit 40, der gemessene Wert 22 des Druckmessaufnehmers 20 sowie der gespeicherte Innendruck 28 übergeben. Schwankt nun der gemessene Wert 22 innerhalb eines vorbestimmten Überwachungsbereiches um den Wert des gespeicherten Innendruckes 28 über einen vorbestimmten Zeitraum, liegt ein druckloser Prozesszustand vor. Dabei ist der Zeitraum abhängig von dem anliegenden Prozess und kann zwischen 30 Sekunden und 10 Minuten liegen.
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4 zeigt ein Diagramm über den Überwachungsbereich 46. Dargestellt ist der Überwachungsbereich 4 des Druckmessaufnehmers 20 bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes. Auf der Ordinatenachse 48 ist der von dem Druckmessaufnehmer 20 gemessene Druckwert 22 in bar angegeben.
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Arbeitet das Druckmittlersystem fehlerfrei, schwankt bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes der von dem Druckmessaufnehmer 20 gemessene Druckwert 22 innerhalb eines Toleranzbereiches 50 um den in der Speichereinheit 26 hinterlegten Innendruck 28. Das Druckmittlersystem gibt einem Anwender nach der Subtraktion des hinterlegten Innendrucks 28 von dem gemessenen Druckwert 22 im Wesentlichen den Nullpunkt des Systems aus.
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Liegt jedoch ein Membranbruch 30 des Druckmittlersystems vor, ist der Überdruck mit dem die Druckmittlerflüssigkeit 18 in dem Druckmittler 2 gefüllt wurde entwichen und der von dem Druckmessaufnehmer 20 gemessene Druckwert 22 liegt innerhalb eines Toleranzbereiches 50 um den Nullpunkt des Druckmessaufnehmers 20. Der Überdruck der Druckmittlerflüssigkeit 18 muss dabei so gewählt werden, dass der Überdruckwert außerhalb des Toleranzbereiches 50 liegt.
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Die Größe des gesamten Überwachungsbereiches 46 ist abhängig von dem hinterlegten Innendruck 28 des Druckmittlers 2 und von dem an dem Druckmittlersystem anliegenden Prozessdruck im laufenden Betrieb.
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Voraussetzung für die Erkennung eines drucklosen Prozesszustandes ist jedoch, dass der zu messende Prozessdruck im druckbeaufschlagten Prozesszustand ständig signifikant über dem Überwachungsbereich 46 liegt.
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Ferner ist eine Voraussetzung zur selbsttätigen Ermittlung des Prozesszustandes ein regelmäßig am Druckmittler 2 anliegender druckloser Prozesszustand.
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Die Prozesszustandseinheit 40 übergibt dann gemäß 3 ein entsprechendes Zustandssignal 44 an die Prüfeinheit 24, damit diese das Verfahren zum Erkennen eines Membrandruckes starten kann.
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5 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2, hier gestrichelt dargestellt, mit einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung zur Drifterkennung.
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Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Erkennen eines Membranbruches wird der von dem Druckmessaufnehmer 20 bei Vorliegen eines drucklosen Prozesszustandes gemessene Druckwert 22 zu jedem drucklosen Prozesszustand der Speichereinheit 26 übergeben. Anhand der gespeicherten Druckwerte 56 über einen vorbestimmten Zeitraum bzw. über eine vorbestimmte Anzahl lässt sich mittels einer Drifterkennungseinheit 58 eine Drift 60 innerhalb des im drucklosen Prozesszustandes gemessenen Wertes 22 erkennen.
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Als Drift wird dabei eine verhältnismäßig langsame Änderung eines Messwertes bezeichnet. Dabei kann die Drift in eine Richtung gehen, aber auch in Richtung des ursprünglichen Messwertes zurückführen. Die Drift 60 ist abhängig von einwirkenden Umgebungsbedingungen, wie bspw. Temperatur, oder von allgemeinen Alterserscheinungen des Druckmittlersystems.
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Zur Bestimmung der Drift 60 wird der Drifterkennungseinheit 58 von der Speichereinheit 26 eine vorbestimmte Anzahl gespeicherter Druckwerte 56 übergeben.
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Wird eine Drift 60 erkannt, wird ein entsprechendes Signal 62 dem Signalgeber 34 übergeben, damit dieser ein entsprechendes Signal 66 zum Herausgeben einer optischen, akustischen und/oder elektrischen Warnung einer Drift oder zur weiteren Übertragung erzeugen kann.
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Ergänzend zu der Drifterkennungseinheit 58 ist eine Verwendung einer Korrektureinheit 70 innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, zum Korrigieren des von dem Druckmittlersystem auszugebenden Messwertes. Dazu wird die von der Drifterkennungseinheit 58 ermittelte Drift 60 der Korrektureinheit 70 zusammen mit dem von der Prüfeinheit 24 ermittelten Messwert übergeben. Bei bekannter Drift 60 im drucklosen Prozesszustand kann nun der Messwert entsprechend korrigiert werden und als korrigierter Messwert 72 angezeigt werden. Somit lassen sich trotz einer vorhandenen Drift mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft genaue Messwerte ermitteln.
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In 4 sind mögliche Drift-Bereiche 76 innerhalb des Überwachungsbereiches 46 angegeben.
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Ergänzend zu den vorstehenden Ausführungen ist die Prüfeinheit 24 weiter derart ausgebildet, um einen Membranbruch 30 auch bei vorhandener Drift 60 des gemessenen Druckwertes 22 zu erkennen. Ein Membranbruch 30 wird dann erkannt, wenn in einem drucklosen Prozesszustand der Differenzwert aus der Subtraktion des von dem Druckmessaufnehmers 20 gemessenen Druckwertes 22 von dem zuletzt gespeicherten Druckwert 56 bis auf einen Toleranzbereich 50 dem hinterlegten Innendruck 28 des Druckmittlers 2 entspricht.
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Sämtliche in der vorstehenden Beschreibung sowie in den Ansprüchen genannten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist daher nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
