DE102017120684A1

DE102017120684A1 - Condition monitoring of a temperature sensor

Info

Publication number: DE102017120684A1
Application number: DE102017120684.1A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Saecker
Original assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Wetzer GmbH and Co KG
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße (T) eines Mediums (5) umfassend zumindest ein Sensorelement (7) mit zumindest einem ersten Temperatursensor (8), umfassend folgende Verfahrensschritte:
- Beaufschlagen des ersten Temperatursensors (8) mit einem vorgebbaren Diagnose-Anregesignal (I_A) in Form eines elektrischen Stromsignals,
- Aufzeichnen zumindest eines Diagnose-Empfangssignals (T_E) von dem ersten Temperatursensor (8), und
- Ermitteln zumindest eines Zustandsindikators anhand des von dem ersten Temperatursensor (8) empfangenen Diagnose-Empfangssignals (T_E).
Die Erfindung betrifft ferner eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltete Vorrichtung.

The invention relates to a method for condition monitoring of a device (1) for determining and / or monitoring at least one process variable (T) of a medium (5) comprising at least one sensor element (7) with at least one first temperature sensor (8), comprising the following method steps:
- Applying the first temperature sensor (8) with a predetermined diagnostic excitation signal (I _A ) in the form of an electrical current signal,
- Recording at least one diagnostic received signal (T _E ) from the first temperature sensor (8), and
- Determining at least one state indicator on the basis of the first temperature sensor (8) received diagnostic received signal (T _E ).
The invention further relates to an apparatus configured for carrying out the method according to the invention.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums sowie auf eine entsprechende Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein Sensorelement mit zumindest einem Temperatursensor. Das Medium befindet sich dabei in einem Behältnis, beispielsweise ein Behälter oder eine Rohrleitung und die Vorrichtung ist beispielsweise in das Behältnis einbringbar oder an das Behältnis anbringbar.The invention relates to a method for condition monitoring of a device for determining and / or monitoring the temperature of a medium and to a corresponding device. The device comprises at least one sensor element with at least one temperature sensor. The medium is located in a container, such as a container or a pipe and the device can be introduced, for example, in the container or attached to the container.

Thermometer sind in unterschiedlichsten Ausgestaltungen aus dem Stand der Technik bekannt geworden. So gibt es Thermometer, welche zur Messung der Temperatur die Ausdehnung einer Flüssigkeit, eines Gases oder eines Festkörpers mit bekanntem Ausdehnungskoeffizienten heranziehen, oder auch solche, welche die elektrische Leitfähigkeit eines Materials mit der Temperatur in Zusammenhang bringen, wie beispielsweise bei Verwendung von Widerstandselementen oder Thermoelementen. Dagegen wird bei Pyrometern zur Bestimmung der Temperatur einer Substanz deren Wärmestrahlung ausgenutzt. Die jeweils zugrundeliegenden Messprinzipien sind jeweils in einer Vielzahl von Veröffentlichungen beschrieben worden.Thermometers have become known in a variety of configurations from the prior art. Thus, there are thermometers which use the expansion of a liquid, a gas or a solid having a known coefficient of expansion for measuring the temperature, or also those which relate the electrical conductivity of a material with the temperature, such as when using resistance elements or thermocouples , In contrast, in pyrometers for determining the temperature of a substance whose thermal radiation is utilized. The respective underlying measurement principles have been described in a variety of publications.

Bei einem Temperatursensor in Form eines sogenannten Dünnschicht-Sensors, insbesondere eines Resistance Temperature Detectors (RTD), kommt beispielsweise ein mit Anschlussdrähten versehenes und auf ein Trägersubstrat aufgebrachtes Sensorelement zum Einsatz, wobei die Rückseite des Trägersubstrats in der Regel metallisch beschichtet ist. Als Sensorelemente werden sogenannte Widerstandselemente, welche beispielsweise durch Platinelemente gegeben sind, verwendet, die unter anderem unter den Bezeichnungen PT10, PT100, und PT1000 auch kommerziell erhältlich sind.In the case of a temperature sensor in the form of a so-called thin-film sensor, in particular a Resistance Temperature Detector (RTD), a sensor element provided with connecting wires and applied to a carrier substrate is used, for example, the back side of the carrier substrate generally being metallically coated. As sensor elements so-called resistance elements, which are given for example by platinum elements used, which are also commercially available, inter alia, under the names PT10, PT100, and PT1000.

Im Falle eines Thermoelements aus zumindest zwei an einem Ende miteinander verbundenen, aus verschiedenen Materialien bestehenden Thermodrähten wird die Temperatur anhand einer zwischen den Thermodrähten auftretenden Thermospannung bestimmt. Als Temperatursensoren werden insbesondere Thermoelemente nach der DIN Norm IES584 , beispielsweise Thermoelement des Typs K, J, N, S, R, B, T, oder E, verwendet. Aber auch andere Materialpaare, insbesondere solche, die einen messbaren Seebeck-Effekt aufweisen, sind möglich.In the case of a thermocouple of at least two connected at one end, made of different materials thermo wires, the temperature is determined by a thermoelectric voltage occurring between the thermo wires. As temperature sensors in particular thermocouples after DIN standard IES584 For example, thermocouple type K, J, N, S, R, B, T, or E used. But other pairs of materials, especially those that have a measurable Seebeck effect, are possible.

Die Messgenauigkeit eines Thermometers weist eine empfindliche Abhängigkeit von thermischen Kopplungen zwischen dem jeweiligen Medium, der Prozessumgebung und/oder dem Thermometer ab. Hierbei spielen insbesondere die jeweils vorherrschenden Wärmeströme eine entscheidende Rolle. Eine zuverlässige Bestimmung der Temperatur setzt voraus, dass das Thermometer und das Medium zumindest für einen für die Ermittlung der Temperatur benötigten Zeitraum im thermischen Gleichgewicht sind. Die Temperatur des Thermometers und die des Mediums sind zumindest für diesen Zeitraum also idealerweise im Wesentlichen gleich. Die Reaktion eines Thermometers auf eine Temperaturänderung des Mediums, also die sogenannte Ansprechzeit des Thermometers, spielen hierbei eine entscheidende Rolle, insbesondere wenn die Temperatur des Mediums sich im Wesentlichen fortlaufend ändert. Je nach der konkreten Ausgestaltung des Thermometers und in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung können in dieser Hinsicht verschiedenste Probleme auftreten.The measuring accuracy of a thermometer has a sensitive dependence on thermal couplings between the respective medium, the process environment and / or the thermometer. In particular, the prevailing heat flows play a decisive role here. A reliable determination of the temperature presupposes that the thermometer and the medium are in thermal equilibrium at least for a period of time required for the determination of the temperature. The temperature of the thermometer and that of the medium are therefore ideally substantially the same, at least for this period of time. The reaction of a thermometer to a change in the temperature of the medium, that is to say the so-called response time of the thermometer, plays a decisive role, in particular if the temperature of the medium changes essentially continuously. Depending on the specific configuration of the thermometer and depending on the particular application a variety of problems can occur in this regard.

Es sind einerseits Thermometer bekannt, bei denen das Sensorelement direkt in Kontakt mit dem jeweiligen Medium gebracht wird. Diese weisen eine vergleichsweise gute Kopplung zwischen dem Medium und dem Sensorelement auf. Alternativ werden Thermometer aber häufig auch derart ausgestaltet, dass sie von außen an das jeweilige Behältnis anbringbar sind, in welchem sich das Medium. Solche, auch als Oberflächenthermometer bezeichnete, Geräte sind beispielsweise aus den Dokumenten DE102014118206A1 oder DE102015113237A1 bekannt geworden. Bei derartigen Thermometern sind die Sensorelemente vorteilhaft nicht prozessberührend. Allerdings müssen für eine gute thermische Kopplung verschiedene zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden. Beispielsweise ist der mechanische, und damit einhergehend auch der thermische Kontakt, zwischen dem Behälter und dem Thermometer für die erzielbare Messgenauigkeit entscheidend. Liegt kein ausreichender Kontakt vor, so ist eine genaue Temperaturbestimmung nicht möglich.On the one hand thermometers are known in which the sensor element is brought directly into contact with the respective medium. These have a comparatively good coupling between the medium and the sensor element. Alternatively, however, thermometers are often designed in such a way that they can be attached from the outside to the respective container in which the medium. Such, also referred to as surface thermometers, devices are for example from the documents DE102014118206A1 or DE102015113237A1 known. In such thermometers, the sensor elements are advantageously not process-touching. However, several additional aspects need to be considered for good thermal coupling. For example, the mechanical, and therefore also the thermal contact between the container and the thermometer for the achievable measurement accuracy is crucial. If there is insufficient contact, accurate temperature determination is not possible.

Im Falle der Oberflächen-Thermometer ist es zur Verbesserung der thermischen Kopplung zum Medium beispielsweise üblich, eine sogenannte Wärmeleitpaste zwischen dem Thermometer und dem Behältnis, in welchem sich das Medium befindet, aufzutragen. Solche Pasten haben allerdings den Nachteil, dass sie mit der Zeit austrocknen, wodurch sich die thermische Kopplung zum Medium deutlich verschlechtert. Dabei ist der Zeitpunkt, zu welchem eine ausreichende Kopplung nicht mehr garantiert werden kann, unter anderem von den jeweiligen Umgebungsbedingungen abhängig. Der Zeitpunkt, zudem die Wärmeleitpaste erneuert werden sollte, ist entsprechend nicht immer bekannt bzw. eine Verschlechterung der thermischen Kopplung und damit einhergehend eine verschlechterte Messperformance des Thermometers nicht immer sofort ersichtlich.In the case of surface thermometers, for example, to improve the thermal coupling to the medium, it is customary to apply a so-called thermal paste between the thermometer and the container in which the medium is located. However, such pastes have the disadvantage that they dry out over time, whereby the thermal coupling to the medium significantly worsened. In this case, the time at which a sufficient coupling can no longer be guaranteed depends inter alia on the respective environmental conditions. The time, in addition, the thermal paste should be renewed, is not always known accordingly or deterioration of the thermal coupling and, consequently, a deteriorated measurement performance of the thermometer is not always immediately apparent.

Insbesondere in der Chemie, in Zusammenhang mit Öl oder Kraftwerken, sind auch solche Thermometer bekannt geworden, bei denen das jeweilige Sensorelement in einem Schutzrohr, auch als Eintauchkörper bezeichnet, angeordnet ist. Üblicherweise ist das Schutzrohr in ein Behältnis, beispielsweise einen Behälter oder einen Tank eingesetzt, in welchem sich das jeweilige, insbesondere abrasive oder korrosive, Medium befindet, und trennt somit das Sensorelement vom jeweiligen Prozess. Eine Voraussetzung für eine hohe Messgenauigkeit betrifft hier den mechanischen bzw. thermischen Kontakt des jeweiligen Sensorelements mit dem Schutzrohr und damit einhergehend die Wärmeleitung vom Prozess zum Sensorelement. Zur Gewährleistung einer ausreichenden Kopplung zwischen dem mediumsberührenden Schutzrohr und dem Sensorelement ist es aus dem Stand der Technik bekannt geworden, die Spitze des Messeinsatzes von Federn gegen den Schutzrohrboden zu drücken. Der zur Verfügung stehende Federweg beträgt dabei beispielsweise. ca. 8-10 mm. Entsprechende Anordnungen sind beispielsweise aus der DE102013114140A1 oder der DE102014101968A1 bekannt geworden.Especially in chemistry, in connection with oil or power plants, are also such Thermometer has become known in which the respective sensor element in a protective tube, also referred to as immersion body, is arranged. Usually, the protective tube is inserted into a container, for example a container or a tank, in which the respective, in particular abrasive or corrosive, medium is located, and thus separates the sensor element from the respective process. A prerequisite for a high measurement accuracy relates here to the mechanical or thermal contact of the respective sensor element with the protective tube and, consequently, the heat conduction from the process to the sensor element. To ensure sufficient coupling between the medium-contacting protective tube and the sensor element, it has become known from the prior art to press the tip of the measuring insert of springs against the protective tube bottom. The available spring travel is for example. about 8-10 mm. Corresponding arrangements are for example from DE102013114140A1 or the DE102014101968A1 known.

Die Qualität der Ankopplung zwischen dem Sensorelement und Schutzrohr kann dennoch von Fall zu Fall variieren. Dies kann durch nicht vermeidbare Fertigungstoleranzen zustande kommen, oder auch durch die Verwendung verschiedener Schutzrohre mit verschiedenen Sensorelementen, insbesondere von verschiedenen Herstellern. Durch eine unpassende Auslegung von Messeinsatz- zu Schutzrohrlänge, unpassende Dichtungen oder auch eine fehlerhafte Installation, kann es dazu kommen, dass der Federweg nicht ausreicht, um den Messeinsatz gegen das Schutzrohr, üblicherweise den Boden des Schutzrohres, zu pressen. Durch den fehlenden metallischen Kontakt entsteht wiederum eine erhebliche Verlängerung der Ansprechzeit und besonders bei kurzen Schutzrohren kann es darüber hinaus zu dauerhaften Messfehlern kommen.The quality of the coupling between the sensor element and the protective tube can nevertheless vary from case to case. This can be achieved by unavoidable manufacturing tolerances, or by the use of different protective tubes with different sensor elements, in particular from different manufacturers. Due to an inappropriate design of measuring insert to thermowell length, inappropriate seals or even a faulty installation, it may happen that the spring travel is insufficient to press the measuring insert against the thermowell, usually the bottom of the thermowell. The lack of metallic contact in turn results in a significant extension of the response time and especially with short thermowells it can also lead to permanent measurement errors.

Eine Möglichkeit zur Überprüfung der Messperformance eines Thermometers wäre somit wünschenswert.One way to check the measurement performance of a thermometer would be desirable.

Hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die Messperformance eines Thermometers zu überprüfen.On this basis, the present invention has the object to provide a way to check the performance of a thermometer.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung nach Anspruch 15.This object is achieved by the method according to claim 1 and by the device according to claim 15.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung der Temperatur eines Mediums umfassend zumindest ein Sensorelement mit zumindest einem ersten Temperatursensor. Das Verfahren umfasst dabei folgende Verfahrensschritte:

- Beaufschlagen des ersten Temperatursensors mit einem vorgebbaren Diagnose-Anregesignal in Form eines elektrischen Stromsignals,
- Aufzeichnen zumindest eines Diagnose-Empfangssignals von dem ersten Temperatursensor, und
- Ermitteln zumindest eines Zustandsindikators zumindest anhand des von dem ersten Temperatursensor empfangenen Diagnose-Empfangssignals.

The method according to the invention is a method for condition monitoring of a device for determining and / or monitoring the temperature of a medium comprising at least one sensor element with at least one first temperature sensor. The method comprises the following method steps:

Subjecting the first temperature sensor to a presettable diagnostic excitation signal in the form of an electrical current signal,
Recording at least one diagnostic received signal from the first temperature sensor, and
- Determining at least one state indicator at least based on the received from the first temperature sensor diagnostic received signal.

Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um eine Temperatur des Mediums in dem Behältnis oder auch um einen Massen-, oder Volumendurchfluss oder eine Durchflussgeschwindigkeit des Mediums. Entsprechend kann es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einerseits um ein Thermometer, wie in der Einleitung beschrieben, handeln. Ebenso ist eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aber auch für ein thermisches oder auch kalorimetrisches Durchflussmessgerät denkbar. Die Solche Messgeräte umfassen zumindest einen beheizbaren Temperatursensor, welcher in vielen Fällen in einem, in den Prozess hineinragend positionierbaren, Sensorkopf angeordnet ist. Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in unterschiedlichsten Ausgestaltungen hergestellt unter beispielsweise unter den Bezeichnungen t-switch, t-trend, t-mass, oder Flowphant vertrieben. Die zugrundeliegenden Messprinzipien sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.The process variable is, for example, a temperature of the medium in the container or else a mass or volume flow or a flow rate of the medium. Accordingly, the device according to the invention can on the one hand be a thermometer, as described in the introduction. Likewise, a use of a method according to the invention but also for a thermal or calorimetric flow meter is conceivable. Such measuring devices comprise at least one heatable temperature sensor, which in many cases is arranged in a sensor head which can be positioned projecting into the process. Corresponding field devices are manufactured by the applicant in a variety of configurations, for example, sold under the names t-switch, t-trend, t-mass, or Flowphant. The underlying measurement principles are well known from the prior art.

Im Falle eines Thermometers kann es sich bei der Vorrichtung beispielsweise um ein Thermometer, bei welchem das Sensorelement zumindest teilweise innerhalb eines Schutzrohres angeordnet ist, handeln. Alternativ kann es sich aber auch um ein sogenanntes Oberflächen-Thermometer handeln, welches zur Bestimmung der Temperatur des jeweiligen Mediums nicht in das jeweilige Behältnis in welchen sich das Medium befindet, eingebracht werden muss.In the case of a thermometer, the device may be, for example, a thermometer in which the sensor element is at least partially disposed within a protective tube. Alternatively, it may also be a so-called surface thermometer, which does not have to be introduced into the respective container in which the medium is located in order to determine the temperature of the respective medium.

Es sei darauf verwiesen, dass die vorliegende Erfindung jedoch keineswegs auf Thermometer und Durchflussmessgeräte beschränkt ist. Vielmehr ist sie auf alle Vorrichtungen anwendbar, die ein Sensorelement mit zumindest einem ersten Temperatursensor aufweisen und welche Vorrichtungen zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eingesetzt werden.It should be understood, however, that the present invention is by no means limited to thermometers and flowmeters. Rather, it is applicable to all devices which have a sensor element with at least one first temperature sensor and which devices are used to determine and / or monitor at least one process variable.

Bei dem zumindest einen Temperatursensor handelt es sich beispielsweise um ein Widerstandselement. Beispielsweise können sogenannte RTD-Widerstandselemente (Resistance Temperature Detector), insbesondere Platinelemente, eingesetzt werden, wie sie unter den Bezeichnungen PT10, PT100, und PT1000 auch kommerziell erhältlich ist. Zumindest der erste Temperatursensor ist derart ausgestaltet, dass er beheizbar ist. Der Temperatursensor dient also einer Temperaturerfassung und/oder als Heizelement. Insbesondere bei Temperatursensoren in Form von Widerstandselementen ist grundsätzlich sowohl eine Funktion als Temperatursensor als auch als Heizelement möglich.The at least one temperature sensor is, for example, a resistance element. For example, so-called RTD resistance elements (Resistance Temperature Detector), in particular platinum elements, can be used, as it is also commercially available under the names PT10, PT100, and PT1000. At least the first temperature sensor is designed such that it is heatable. The temperature sensor thus serves for temperature detection and / or as a heating element. In particular, in the case of temperature sensors in the form of resistance elements, both a function as a temperature sensor and as a heating element is fundamentally possible.

Im fortlaufenden Messbetrieb wird der erste Temperatursensor mit einem Mess-Anregesignal beaufschlagt und anhand eines von dem ersten Temperatursensors empfangenen Mess-Empfangssignals kann die jeweilige Prozessgröße bestimmt und/oder überwacht werden.In the continuous measurement operation, the first temperature sensor is acted upon by a measurement excitation signal and the respective process variable can be determined and / or monitored on the basis of a measurement received signal received by the first temperature sensor.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zustandsüberwachung kann einerseits in einer Elektronikeinheit der Vorrichtung implementiert sein. Im Falle eines Thermometers kann es sich dabei beispielsweise um einen Transmitter handeln. Es kann aber ebenso in einer Regeleinheit, oder auch in einem Registriergerät, insbesondere einem Registriergerät mit einer Steuerfunktion, oder einer externen Einheit, wie beispielsweise einem an das Messgerät anschließbaren Computer, oder eine übergeordnete Einheit, wie ein Prozessleitsystem, implementiert sein.The condition monitoring method according to the invention can be implemented on the one hand in an electronic unit of the device. In the case of a thermometer, this may be, for example, a transmitter. However, it can also be implemented in a control unit, or in a recording device, in particular a recording device with a control function, or an external unit, such as a connectable to the meter computer, or a higher-level unit, such as a process control system.

Einerseits ist es denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Bedienperson zu vorgebbaren Zeitpunkten manuell zu initiieren. Alternativ kann aber auch in vorgebbaren Zeitintervallen der Messbetrieb unterbrochen und ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden. Auch eine gleichzeitige Ausführung des Messbetriebs und einer erfindungsgemäßen Zustandsüberwachung ist denkbar. Der Zustandsindikator beispielsweise ebenfalls bei Inbetriebnahme der Vorrichtung in einem bestimmten Prozess ermittelt werden und dann im fortlaufenden Betrieb Abweichungen von einem Anfangswert für den Zustandsindikator ermittelt werden. Auf diese Weise lassen sich, insbesondere wenn die jeweiligen Ergebnisse für den jeweiligen Zustandsindikator ebenfalls als Funktion der Zeit aufgezeichnet werden, auf zeitabhängige Verschlechterungen der Messperformance der Vorrichtung oder eine Verschlechterung von damit einhergehenden Größen rückgeschlossen werden.On the one hand, it is conceivable to manually initiate the method according to the invention by an operator at predeterminable times. Alternatively, however, the measuring operation can also be interrupted at predetermined time intervals and a method according to the invention can be carried out. A simultaneous execution of the measuring operation and condition monitoring according to the invention is also conceivable. For example, the status indicator can also be determined when the device is put into operation in a specific process and then, in continuous operation, deviations from an initial value for the status indicator can be determined. In this way, in particular if the respective results for the respective status indicator are also recorded as a function of time, it is possible to deduce time-dependent worsening of the measurement performance of the device or a worsening of associated variables.

Anhand des Diagnose-Empfangssignals lässt sich die Reaktion der Vorrichtung auf das Diagnose-Anregesignal, mittels welchem eine vorgebbare Wärmemenge in die jeweilige Vorrichtung eingebracht wird, auswerten. So kann erfindungsgemäß vorteilhaft auf die Qualität der Wärmekopplung der Vorrichtung und damit einhergehend auf die Messperformance der Vorrichtung rückgeschlossen werden. Dies betrifft insbesondere dauerhaft auftretende Messfehler, wie im Falle einer mangelhaften thermischen Kopplung zwischen dem Medium, Prozess und/oder der jeweiligen Prozessumgebung. Aber auch gegenüber dem Normalfall verschlechterte Ansprechzeiten, welche ebenfalls zu einer Verfälschung der Messergebnisse führen können, können erkannt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also eine qualitative Überprüfung der Messgenauigkeit und/oder der Funktionsfähigkeit des jeweiligen Thermometers.On the basis of the diagnostic received signal, the reaction of the device to the diagnostic excitation signal, by means of which a predetermined amount of heat is introduced into the respective device, evaluate. Thus, according to the invention, the quality of the heat coupling of the device and, consequently, the measurement performance of the device can be inferred. This applies in particular to permanently occurring measurement errors, such as in the case of a poor thermal coupling between the medium, process and / or the respective process environment. But even compared to the normal case deteriorated response times, which can also lead to a falsification of the measurement results can be detected. Thus, the method according to the invention allows a qualitative check of the measurement accuracy and / or the functionality of the respective thermometer.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass das Sensorelement zumindest einen ersten und einen zweiten Temperatursensor aufweist. In diesem Fall umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte:

- Beaufschlagen des ersten Temperatursensors mit einem vorgebbaren Diagnose-Anregesignal in Form eines elektrischen Stromsignals,
- Aufzeichnen zumindest eines Diagnose-Empfangssignals von dem zweiten Temperatursensor, und
- Ermitteln zumindest eines Zustandsindikators zumindest anhand des von dem zweiten Temperatursensor empfangenen Diagnose-Empfangssignals.

An embodiment of the method according to the invention includes that the sensor element has at least a first and a second temperature sensor. In this case, the method comprises the following method steps:

Subjecting the first temperature sensor to a presettable diagnostic excitation signal in the form of an electrical current signal,
Recording at least one diagnostic received signal from the second temperature sensor, and
- Determining at least one state indicator at least based on the received from the second temperature sensor diagnostic received signal.

Auch in diesem Falle ist sowohl eine Anwendung für ein Thermometer, als auch für ein thermisches oder kalorimetrisches Durchflussmessgerät denkbar. Der zweite Temperatursensor muss nicht notwendigerweise beheizbar ausgestaltet sein. Es reicht, wenn zumindest einer der Temperatursensoren beheizbar ist. Es ist von Vorteil, wenn die beiden Temperatursensoren gemeinsam angeordnet sind, beispielsweise in einem Sensorkopf oder im gleichen Schutzrohr integriert sind.Also in this case, both an application for a thermometer, as well as for a thermal or calorimetric flow meter conceivable. The second temperature sensor does not necessarily have to be designed to be heatable. It is sufficient if at least one of the temperature sensors can be heated. It is advantageous if the two temperature sensors are arranged together, for example integrated in a sensor head or in the same protective tube.

In einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei dem Diagnose-Anregesignal um ein Stromsignal, insbesondere um ein Signal in Form eines einzigen oder mehrerer aufeinander folgender Strompulse, oder um ein zumindest für ein vorgebbares Zeitintervall konstantes Signal. Im Falle der Verwendung von Widerstandselementen für die Temperatursensoren werden diese dann beispielsweise über die Umsetzung von ihnen zugeführter elektrischer Leistung, z. B. in Folge einer erhöhten Stromzufuhr, erwärmt.In a further refinement, the diagnostic start signal is a current signal, in particular a signal in the form of a single or a plurality of successive current pulses, or a signal which is constant at least for a predefinable time interval. In the case of using resistor elements for the temperature sensors, these are then, for example, on the implementation of them supplied electrical power, eg. B. due to an increased power supply, heated.

Im Falle eines Diagnose-Anregesignals in Form eines oder mehrerer Strompulse lässt sich beispielsweise eine Sprungantwort der Vorrichtung in Reaktion auf die mittels des Diagnose-Anregesignals eingebrachte Wärmemenge ermitteln. Eine solche Sprungantwort lässt sich besonders einfach hinsichtlich des jeweiligen Zustandsindikators auswerten, da in unmittelbarer Folge auf den Strompuls das thermische Verhalten des Thermometers durch die mittels des Strompulses eingebrachte Wärmemenge dominiert wird. Im Falle eines Diagnose-Anregesignals in Form eines zumindest für ein vorgebbares Zeitintervall konstanten Signals dagegen kann beispielsweise die Zeitdauer ermittelt werden, welche die Vorrichtung braucht um eine vorgebbare Temperatur zu erreichen.In the case of a diagnostic excitation signal in the form of one or more current pulses, for example, a step response of the device can be determined in response to the amount of heat introduced by means of the diagnostic excitation signal. Such a step response can be evaluated particularly simply with regard to the respective state indicator, since the thermal behavior of the thermometer is directly influenced by the current supplied by the current pulse is dominated. In the case of a diagnostic excitation signal in the form of a signal which is constant for at least a predefinable time interval, on the other hand, it is possible, for example, to determine the time duration which the device takes to reach a predeterminable temperature.

Gemäß einer Ausgestaltung wird eine zumindest einem der Temperatursensoren zugeführte Leistung ermittelt.According to one embodiment, a power supplied to at least one of the temperature sensors is determined.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Diagnose-Empfangssignal als Funktion der Zeit aufgezeichnet wird. Anhand des zeitlichen Verlaufs des Diagnose-Empfangssignals lassen sich zusätzliche Informationen über die Vorrichtung ermitteln. Die jeweils innerhalb der Vorrichtung stattfinden Wärmeströmungen haben nämlich unterschiedliche charakteristische Zeitdauern. Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird anhand des Diagnose-Empfangssignals eine Abkühlkurve oder eine Erwärmungskurve der Vorrichtung in Reaktion auf das Diagnose-Anregesignal ermittelt. Es wird also im Prinzip das Erwärmungsverhalten oder das Abkühlverhalten des Sensorelements in Reaktion auf die Beaufschlagung mit einem Diagnose-Anregesignal ermittelt.It is also advantageous if the diagnostic received signal is recorded as a function of time. On the basis of the time course of the diagnostic received signal, additional information about the device can be determined. The heat flows that each take place within the device have different characteristic durations. According to one embodiment of the method, a cooling curve or a heating curve of the device in response to the diagnostic pickup signal is determined on the basis of the diagnostic received signal. Thus, in principle, the heating behavior or the cooling behavior of the sensor element in response to the application of a diagnostic excitation signal is determined.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass eine Maximaltemperatur der Vorrichtung in Reaktion auf das Diagnose-Anregesignal, oder eine, insbesondere maximale, Amplitude des Diagnose-Empfangssignals ermittelt wird.A further embodiment includes that a maximum temperature of the device in response to the diagnostic excitation signal, or one, in particular maximum, amplitude of the diagnostic received signal is determined.

Es ist außerdem von Vorteil, wenn eine Abkühlgeschwindigkeit oder Aufwärmgeschwindigkeit, oder eine Abkühlrate oder Aufwärmrate der Vorrichtung, oder ein Zeitdauer, nach welcher die Vorrichtung eine vorgebbare Temperatur erreicht, ermittelt wird.It is also advantageous if a cooling rate or warm-up rate, or a cooling rate or warm-up rate of the device, or a period of time after which the device reaches a predetermined temperature, is determined.

Ebenso ist es aber auch denkbar, eine Frequenz des Diagnose-Empfangssignals zu bestimmen. Im Zuge dieser Ausgestaltung wird beispielsweise für das Diagnose-Anregesignal eine Leistung oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes gewählt, mit welchem der erste Temperatursensor für eine vorgebbare Zeitdauer beaufschlagt wird, beispielsweise bis eine vorgebare Temperatur oder Temperaturänderung der Vorrichtung erreicht wird. Der Schwellenwert wird dabei üblich höher gewählt, als eine Leistung eines Anregesignals für den Temperatursensor im fortlaufenden Messbetrieb. Insbesondere im Falle einer mangelhaften thermischen Kopplung innerhalb der Vorrichtung und/oder zwischen der Vorrichtung und dem Medium, treten im Diagnose-Empfangssignal dann Schwingungen auf, deren Frequenz beispielsweise anhand einer Fourier-Analyse bestimmt werden kann.Likewise, it is also conceivable to determine a frequency of the diagnostic received signal. In the course of this embodiment, a power above a predefinable threshold value is selected, for example, for the diagnostic pickup signal, with which the first temperature sensor is applied for a predetermined period of time, for example, until a vorgebare temperature or temperature change of the device is achieved. The threshold value is usually chosen higher than a power of a start signal for the temperature sensor in the continuous measuring operation. In particular, in the case of a poor thermal coupling within the device and / or between the device and the medium, vibration then occur in the diagnostic received signal, the frequency of which can be determined, for example, by means of a Fourier analysis.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens handelt es sich bei dem Zustandsindikator um eine Aussage über die Qualität eines, insbesondere thermischen, Kontaktes innerhalb des Sensorelements, zwischen dem Sensorelement und einem Schutzrohr oder Sensorkopf, in welchem das Sensorelement zumindest teilweise angeordnet ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also die Qualität einer Kopplung des Sensorelements und eines Schutzrohres oder Sensorkopfes ermittelt werden. Daran lässt sich insbesondere auch überprüfen, ob das Sensorelement korrekt in das Schutzrohr oder in den Sensorkopf eingesetzt bzw. in dem Schutzrohr oder in dem Sensorkopf positioniert ist.In a particularly preferred embodiment of the method, the status indicator is a statement about the quality of, in particular thermal, contact within the sensor element, between the sensor element and a protective tube or sensor head, in which the sensor element is at least partially arranged. By means of the method according to the invention, therefore, the quality of a coupling of the sensor element and a protective tube or sensor head can be determined. In particular, it is also possible to check whether the sensor element is correctly inserted into the protective tube or into the sensor head or is positioned in the protective tube or in the sensor head.

Alternativ handelt es sich bei dem Zustandsindikator um eine Aussage über die Qualität eines Kontaktes zwischen der Vorrichtung und einem Behältnis, in welchem sich das Medium befindet. Hieraus kann beispielsweise auf eine Ansprechzeit der Vorrichtung auf eine Temperaturänderung des Mediums rückgeschlossen werden und damit einhergehend eine Aussage über die Messperformance der Vorrichtung gemacht werden. Die Ansprechzeit der Vorrichtung kann dabei insbesondere im Falle eines Oberflächen-Thermometers von Behältnis zu Behältnis oder von Prozess zu Prozess variieren.Alternatively, the status indicator is a statement about the quality of a contact between the device and a container in which the medium is located. From this it is possible, for example, to deduce a response time of the device to a temperature change of the medium and, as a result, make a statement about the measuring performance of the device. The response time of the device may in particular in the case of a surface thermometer from container to container or from process to process vary.

Schließlich kann es sich bei dem Zustandsindikator ebenfalls über eine Aussage über zumindest einen Wärmestrom innerhalb der Vorrichtung handeln. Auf diese Weise wird ebenfalls ein Rückschluss auf elektrische und/oder thermische Kontaktierungen, insbesondere innerhalb des Sensorelements, möglich.Finally, the status indicator can also be a statement about at least one heat flow within the device. In this way, a conclusion on electrical and / or thermal contacts, in particular within the sensor element, also possible.

Eine weitere Ausgestaltung beinhaltet, dass zumindest ein Referenzwert für das Diagnose-Empfangssignal und/oder eine Referenzkurve für das Diagnose-Empfangssignal mit mehreren Referenzwerten als Funktion der Zeit ermittelt wird. Der jeweilige Referenzwert bzw. die Referenzkurve entspricht in diesem Fall einem Sollwert, welcher im Falle einer guten mechanischen und thermischen Kontaktierungen zwischen dem Thermometer, Prozess und/oder der jeweiligen Prozessumgebung erreicht werden kann. In dieser Hinsicht ist es von Vorteil, wenn der Zustandsindikator anhand eines Vergleichs zwischen dem Diagnose-Empfangssignal und dem Referenzwert und/oder der Referenzkurve ermittelt wird. Beispielsweise kann auf eine mangelhafte Kontaktierung geschlossen werden, wenn die Differenz eines Referenzwertes und der korrespondierende Wert des Diagnose-Empfangssignals einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Analoges gilt für den Fall einer zumindest teilweisen Abweichung zwischen der Referenzkurve und Abkühlkurve. Somit ist es ebenfalls von Vorteil, wenn im Falle, dass eine Abweichung zwischen dem Diagnose-Empfangssignal und dem Referenzwert oder der Referenzkurve einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, eine Meldung generiert wird.A further embodiment includes that at least one reference value for the diagnostic received signal and / or a reference curve for the diagnostic received signal having a plurality of reference values is determined as a function of time. The respective reference value or the reference curve corresponds in this case to a desired value, which can be achieved in the case of good mechanical and thermal contacts between the thermometer, the process and / or the respective process environment. In this regard, it is advantageous if the status indicator is determined on the basis of a comparison between the diagnosis received signal and the reference value and / or the reference curve. For example, it can be concluded that there is a defective contact if the difference between a reference value and the corresponding value of the diagnostic received signal exceeds a predefinable limit value. The same applies in the case of an at least partial deviation between the reference curve and the cooling curve. Thus, it is also advantageous if, in the event that a deviation between the diagnostic received signal and the reference value or the reference curve exceeds a predefined limit, a message is generated.

Bezüglich der Vorrichtung wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung zumindest einer Prozessgröße eines Mediums umfassend zumindest ein Sensorelement mit zumindest einem ersten oder zumindest einem ersten und einem zweiten Temperatursensor, welche Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestaltet ist.With regard to the device, the object according to the invention is achieved by a device for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium comprising at least one sensor element with at least one first or at least one first and one second temperature sensor, which device is designed for carrying out a method according to the invention.

Es sei darauf verwiesen, dass sich die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Ausgestaltungen mutatis mutandis auch auf die vorgeschlagene Vorrichtung anwenden lassen und umgekehrt.It should be pointed out that the embodiments explained in connection with the method according to the invention can be applied mutatis mutandis to the proposed device and vice versa.

Anhand der nachfolgendend beschriebenen Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Skizze eines Thermometers mit Schutzrohr gemäß Stand der Technik,
2 eine schematische Zeichnung eines Oberflächen-Thermometers gemäß Stand der Technik,
3 (a) eine Illustration der Wärmeströme in einer Vorrichtung gemäß 1 und (b) eine schematische Darstellung eines Diagnose-Anregesignals in Form eines Strompulses sowie dem dazugehörigen Diagnose-Empfangssignals als Funktion der Zeit,
4 das Diagnose-Empfangssignal als Funktion der Zeit für (a) ein Thermometer mit guter thermischer Kopplung und (b) mit schlechter thermischer Kopplung in Folge eines Diagnose-Anregesignals in Form eines einzelnen Strompulses, und
5 das Diagnose-Empfangssignal als Funktion der Zeit für (a) ein Thermometer mit guter thermischer Kopplung, und (b) mit schlechter thermischer Kopplung in Folge eines Diagnose-Anregesignals mit einer Leistung oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes, und
6 das Diagnose-Empfangssignal in Folge eines Diagnose-Anregesignals in Form von Strompulsen mit einer Leistung oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes.

The invention will be explained in more detail with reference to the figures described below. Show it:

1 a schematic sketch of a thermometer with protective tube according to the prior art,
2 a schematic drawing of a surface thermometer according to the prior art,
3 (a) an illustration of the heat flows in a device according to 1 and (b) a schematic representation of a diagnostic excitation signal in the form of a current pulse and the associated diagnostic received signal as a function of time,
4 the diagnostic receive signal as a function of time for (a) a thermometer with good thermal coupling and (b) poor thermal coupling as a result of a diagnostic excitation signal in the form of a single current pulse, and
5 the diagnostic received signal as a function of time for (a) a thermometer with good thermal coupling, and (b) poor thermal coupling as a result of a diagnostic excitation signal having a power above a predeterminable threshold, and
6 the diagnostic received signal as a result of a diagnostic excitation signal in the form of current pulses with a power above a predetermined threshold value.

In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit beziehen sich die nachfolgenden Figuren auf Thermometer. Die jeweiligen Überlegungen lassen sich direkt auf thermische bzw. kalorimetrische Durchflussmessgeräte oder auch andere erfindungsgemäße Vorrichtungen übertragen.In the following description, the same elements are given the same reference numerals. Without limiting the generality, the following figures relate to thermometers. The respective considerations can be transferred directly to thermal or calorimetric flowmeters or other devices according to the invention.

In 1 ist eine schematische Abbildung eines Thermometers 1 mit einem Schutzrohr 2 und einer Elektronikeinheit 3 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Das Schutzrohr ist in ein Behältnis 4 in Form eines Behälters eingelassen, in welchem sich das Medium 5 befindet. Das Sensorelement 7 ist mittels des Prozessanschlusses 6 in das Schutzrohr 2 eingelassen und mit dem Boden des Schutzrohres 2a in mechanischen und somit auch in thermischem Kontakt. Eine Änderung der Temperatur T des Mediums 5 führt zu einer Änderung der Temperatur des Schutzrohres 2 und des Sensorelements 6, welches einen ersten Temperatursensor 8, hier beispielhaft in Form eines Widerstandselements, und zwei Anschlussdrähte 8a, 8b zur elektrischen Kontaktierung mit der Elektronikeinheit 4, umfasst. Die Kontaktierung des Sensorelements 7 mit dem Boden 2a des Schutzrohres 2 ist dabei von essentieller Bedeutung für die erzielbare Messgenauigkeit. Im Falle einer mangelhaften Kontaktierung kommt es einerseits zu einer verschlechterten Ansprechzeit des Thermometers 1 auf eine Temperaturänderung des Mediums. Darüber hinaus kann es auch zu dauerhaften Messfehlern kommen, welche beispielsweise durch erhebliche Wärmeableitfehler verursacht werden können.In 1 is a schematic illustration of a thermometer 1 with a protective tube 2 and an electronics unit 3 shown in the prior art. The protective tube is in a container 4 embedded in the form of a container in which the medium 5 located. The sensor element 7 is by means of the process connection 6 in the protective tube 2 let in and with the bottom of the protective tube 2a in mechanical and thus in thermal contact. A change in temperature T of the medium 5 leads to a change in the temperature of the protective tube 2 and the sensor element 6 , which has a first temperature sensor 8th , here by way of example in the form of a resistive element, and two connecting wires 8a . 8b for electrical contact with the electronics unit 4 , includes. The contacting of the sensor element 7 with the ground 2a of the protective tube 2 is of essential importance for the achievable measurement accuracy. In the case of a defective contact, on the one hand, there is a deteriorated response time of the thermometer 1 on a temperature change of the medium. In addition, it can also lead to permanent measurement errors, which can be caused for example by significant Wärmeableitfehler.

Eine ähnliche Situation tritt beispielsweise auch im Falle eines sogenannten Oberflächen-Thermometers auf, wie in 2 gezeigt. Das Sensorelement 7 ist identisch zu dem in 1 gezeigten. Im Gegensatz zu 1 ist das Thermometer 1 im Falle der 2 allerdings nicht in einem Schutzrohr angeordnet, und wird auch nicht in das Behältnis 4, hier in Form einer Rohrleitung, eingebracht. Das Sensorelement 7 wird im hier gezeigten Beispiel von außen auf die Rohrleitung 7 aufgesetzt, um die Temperatur des die Rohrleitung durchströmenden Mediums 5 zu ermitteln. Für diesen Fall hängt die erzielbare Messgenauigkeit insbesondere von der Kontaktierung des Sensorelements 7 mit der Rohrleitung 4 ab.A similar situation occurs, for example, in the case of a so-called surface thermometer, as in 2 shown. The sensor element 7 is identical to the one in 1 shown. In contrast to 1 is the thermometer 1 in case of 2 However, not placed in a protective tube, and is not in the container 4 , here in the form of a pipe, introduced. The sensor element 7 is in the example shown here from the outside to the pipeline 7 placed on the temperature of the medium flowing through the pipeline 5 to investigate. In this case, the achievable measurement accuracy depends in particular on the contacting of the sensor element 7 with the pipeline 4 from.

Es versteht sich von selbst, dass auch für hier nicht gezeigte Beispiele die thermischen Kopplungen zwischen dem jeweiligen Medium, 5 der Prozessumgebung und/oder dem Thermometer 1, bzw. der jeweils involvierten, insbesondere mechanischen, Kontaktierungen von zentraler Bedeutung für die jeweilige Temperaturbestimmung sind.It goes without saying that even for examples not shown here, the thermal couplings between the respective medium, 5 of the process environment and / or the thermometer 1 , or the respectively involved, in particular mechanical, contacts are of central importance for the respective temperature determination.

Insbesondere im Falle der Anordnung des Thermometers 1 in einem Schutzrohr 2 ist es erschwerend von außen nicht immer erkennbar, ob das Sensorelement 7 korrekt innerhalb des Schutzrohres 2 angeordnet ist, insbesondere, ob das Sensorelement 7 ausreichend mit dem Boden 2a des Schutzrohres 2 kontaktiert ist. In Folge kann es dazu kommen, dass zu hohe Temperaturen des Mediums 5 nicht rechtzeitig oder überhaupt nicht erkannt werden oder dass die für bestimmte Prozessschritte notwendigen Temperaturen nicht immer vorherrschen. Ähnlich hängt die Messgenauigkeit bzw. die Ansprechzeit eines Oberflächen-Thermometers 1 entscheidend von der Kopplung zwischen dem Thermometer 1 und dem jeweiligen Behältnis 4 ab. Auch diese Kopplung kann von Anwendung zu Anwendung je nach den für das Thermometer 1 und den Behälter 4 verwendeten Materialien sowie von deren Zuständen abhängen.Especially in the case of the arrangement of the thermometer 1 in a protective tube 2 it is not always apparent from the outside, whether the sensor element 7 correctly inside the protective tube 2 is arranged, in particular, whether the sensor element 7 sufficiently with the ground 2a of the protective tube 2 is contacted. As a result, it can happen that too high temperatures of the medium 5 not be detected on time or at all, or that the temperatures necessary for certain process steps do not always prevail. Similarly, the accuracy of measurement or the response time of a surface thermometer depends 1 crucial from the coupling between the thermometer 1 and the respective container 4 from. Again, this coupling may vary from application to application depending on the thermometer 1 and the container 4 materials used and their conditions.

3 illustriert ohne Beschränkung der Allgemeinheit mögliche Wärmeströme innerhalb einer Vorrichtung, ähnlich wie in 1. Im Gegensatz zu 1 umfasst die Vorrichtung 1 gemäß 3a neben dem ersten 8 einen zweiten Temperatursensor 9, welcher ebenfalls mittels zweier Anschlussdrähte 9a,9b kontaktiert ist. Der zweite Temperatursensor 9 dient hier der Erfassung der Temperatur der Vorrichtung 1 und/oder des Mediums 5. Ähnliche Überlegungen gelten beispielsweise für ein Oberflächen-Thermometer wie in 2 gezeigt. Die Wärmeströme sind in 3a illustriert. Zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Sensorelement 7 mittels eines Diagnose-Anregesignals I_A in Form eines Stromsignals I_A in Form eines Strompulses beaufschlagt, wie im oberen Diagramm in 3b dargestellt. Auf diese Weise wird dem Sensorelement 7 eine vorgebbare Wärmemenge zugeführt, welche durch die dem Sensorelement 7 zugeführte Leistung P_zu ausgedrückt werden kann. 3 illustrates, without limitation of generality, possible heat flows within a device, similar to FIG 1 , In contrast to 1 includes the device 1 according to 3a next to the first 8, a second temperature sensor 9 , which also by means of two connecting wires 9a . 9b is contacted. The second temperature sensor 9 here serves to detect the temperature of the device 1 and / or the medium 5 , Similar considerations apply, for example, to a surface thermometer as in FIG 2 shown. The heat flows are in 3a illustrated. For carrying out a method according to the invention, the sensor element 7 by means of a diagnostic pickup signal I _A in the form of a current signal I _A in the form of a current pulse applied, as in the upper diagram in 3b shown. In this way, the sensor element 7 a predetermined amount of heat supplied, which by the sensor element 7 supplied power P _too can be expressed.

Die Reaktion des Thermometers 1 auf das Diagnose-Anregesignal I_A kann anhand des mittels des ersten Temperatursensors 8 gemessenen Diagnose-Empfangssignals T_E ermittelt werden, welches im unteren Diagramm in 3b beispielhaft in Form der gemessenen Temperatur als Funktion der Zeit dargestellt ist. Die Temperatur T_E steigt in Folge des Strompulses I_A zuerst auf einen Maximalwert T_E,max an, bevor die Temperatur kontinuierlich abfällt. Ebenfalls kann anhand des Diagnose-Empfangssignals T_E eine Abkühlkurve, oder eine Abkühlgeschwindigkeit v [nicht eingezeichnet] ermittelt werden. Auch kann das gemessene Empfangssignal T_E oder ein daraus ermittelbare Größe mit einem oder mehreren Referenzwerten oder einer Referenzkurve verglichen werden. Aber auch andere dem Fachmann geläufige Auswerte-Methoden können zur Bewertung des jeweils gemessenen Diagnose-Empfangssignals T_E, welches beispielsweise auch in Form eines Stroms oder einer Spannung erfassbar ist, können zum Einsatz kommen und fallen gleichermaßen unter die vorliegende Erfindung.The reaction of the thermometer 1 to the diagnostic excitation signal I _A can by means of the first temperature sensor 8th measured diagnostic received signal T _{E are} determined, which in the lower diagram in 3b is exemplified in the form of the measured temperature as a function of time. As a result of the current pulse I _{A, the} temperature T _{E first} rises to a maximum value T _{E, max} before the temperature drops continuously. Likewise, a cooling curve, or a cooling rate v [not drawn] can be determined on the basis of the diagnosis received signal T _E. Also, the measured received signal T _E or a variable that can be determined from this can be compared with one or more reference values or a reference curve. However, other evaluation methods familiar to the person skilled in the art can also be used for evaluating the respectively measured diagnostic received signal T _E , which can be detected, for example, in the form of a current or a voltage, and are equally covered by the present invention.

In einem einfachen Modell setzt sich der Wärmetransport vom Temperatursensor 8 zum Medium 5 und/oder zum zweiten Temperatursensor 9 wie folgt zusammen: Eine erste Wärmemenge Q₁ dient der Erwärmung des Sensorelements 7 und damit einhergehend auch des zweiten Temperatursensors 9, eine zweite Wärmemenge Q₂ fließt vom Sensorelement 7 zum Schutzrohr 2 und eine dritte Wärmemenge Q₃ fließt in den Prozess oder in die Umgebung der Vorrichtung 1. Die Wärmeströme infolge einer Änderung der Temperatur des Mediums 5, welche im Zuge einer Temperaturmessung der Vorrichtung detektiert werden sollen, verlaufen analog in die umgekehrten Richtungen der Wärmeströmungen Q₁ -Q₃ .In a simple model, the heat transfer from the temperature sensor 8th to the medium 5 and / or to the second temperature sensor 9 as follows: A first amount of heat Q ₁ serves to heat the sensor element 7 and consequently also the second temperature sensor 9 , a second amount of heat Q ₂ flows from the sensor element 7 to the protective tube 2 and a third amount of heat Q ₃ flows into the process or into the environment of the device 1 , The heat flows due to a change in the temperature of the medium 5 , which are to be detected in the course of a temperature measurement of the device, extend analogously in the reverse directions of the heat flows Q ₁ - Q ₃ ,

Das Verhältnis der drei Wärmemengen Q₁ -Q₃ , bzw. der Beitrag jeder der Wärmemengen zur gesamten Wärmemenge Q_ges hängt dabei von der thermischen Kopplung innerhalb des Sensorelements 7, von der thermischen Kopplung zwischen Sensorelement und Schutzrohr 2 und von der thermischen Kopplung zwischen dem Schutzrohr und dem Medium 5 ab.The ratio of the three amounts of heat Q ₁ - Q ₃ , or the contribution of each of the amounts of heat to the total amount of heat Q _tot depends on the thermal coupling within the sensor element 7 , of the thermal coupling between sensor element and protective tube 2 and the thermal coupling between the protective tube and the medium 5 from.

In 4 ist das Diagnose-Empfangssignal T_E(t) als Funktion der Zeit in Folge eines Diagnose-Anregesignals I_A in Form eines einzelnen Strompulses [nicht gezeigt] dargestellt. In 4a besteht eine gute thermische Kopplung, in 4b dagegen eine schlechte thermische Kopplung. In diesem Fall erlaubt die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine qualitative Aussage über den Zustand der Vorrichtung. Vergleicht man die beiden Diagnose-Anregesignale T_E,a(t) und T_E,b(t) miteinander, so kann man leicht sehen, dass die Amplitude A_a des Diagnose-Empfangssignals T_E,a(t) größer ist als die Amplitude A_b des Diagnose-Empfangssignals T_E,b(t). Aus einer Änderung der Amplitude A des Diagnose-Empfangssignals T_E(t), insbesondere in Folge eines Diagnose-Anregesignals I_A in Form eines Strompulses, kann also eine Aussage über den Zustand der Vorrichtung, beispielsweise hinsichtlich der Qualität der thermischen Kopplungen, gewonnen werden. Desto kleiner die Amplitude A, desto besser der Wärmetransport von der Vorrichtung 1 zum Medium 5 oder umgekehrt.In 4 is the diagnostic received signal T _E (t) as a function of time as a result of a diagnostic start signal I _A in the form of a single current pulse [not shown]. In 4a there is a good thermal coupling, in 4b on the other hand a bad thermal coupling. In this case, carrying out a method according to the invention allows a qualitative statement about the state of the device. Comparing the two diagnostic excitation signals T _{E, a} (t) and T _{E, b} (t) with each other, it can be easily seen that the amplitude A _{a of} the diagnostic received signal T _{E, a} (t) is greater than that Amplitude A _{b of} the diagnostic received signal T _{E, b} (t). From a change in amplitude A the diagnostic received signal T _E (t), in particular as a result of a diagnostic excitation signal I _A In the form of a current pulse, it is therefore possible to obtain information about the state of the device, for example with regard to the quality of the thermal couplings. The smaller the amplitude A the better the heat transfer from the device 1 to the medium 5 or the other way around.

Ebenfalls in 4 ersichtlich ist, dass eine Zeitdauer Δt_a des Diagnose-Empfangssignals T_E,a(t) zum Erreichen einer Ausgangstemperatur T_1,a deutlich geringer ist als eine Zeitdauer Δt_b des Diagnose-Empfangssignals T_E,b(t) zum Erreichen einer Ausgangstemperatur T_1,b. Aus einer Änderung der Zeitdauer Δt zum Erreichen einer Ausgangstemperatur T der Vorrichtung kann also ebenfalls auf eine Aussage über den Zustand der Vorrichtung, beispielsweise hinsichtlich der Qualität der thermischen Kopplungen, gewonnen werden. Desto kleiner Δt, desto besser der Wärmetransport von der Vorrichtung 1 zum Medium 5 oder umgekehrt.Also in 4 it can be seen that a time duration Δt _{a of} the received diagnostic signal T _{E, a} (t) to reach an output temperature T _{1, a is} significantly less than a time duration Δt _{b of} the received diagnostic signal T _{E, b} (t) to reach an output temperature T _{1, b} . From a change in the time duration .DELTA.t to reach an output temperature T of the device can therefore also be obtained on a statement about the state of the device, for example, in terms of the quality of the thermal couplings. The smaller .delta.t the better the heat transfer from the device 1 to the medium 5 or the other way around.

Ähnliche Überlegungen gelten auch wenn anhand des Diagnose-Empfangssignals T_E eine Abkühlgeschwindigkeit oder eine Abkühlrate bestimmt wird, oder wenn ein Aufwärmprozess betrachtet wird.Similar considerations apply even if based on the diagnostic received signal T _E a Cooling rate or a cooling rate is determined, or when a warm-up process is considered.

In 5 ist das Diagnose-Empfangssignal T_E(t) als Funktion der Zeit in Folge eines Diagnose-Anregesignals I_A mit einer Leistung oberhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes, mittels welchem der erste Temperatursensor 8 für eine vorgebbare Zeitdauer beaufschlagt wird, dargestellt. Im Falle einer Vorrichtung 1 mit guter thermischer Kopplung, wie in 5a, sorgt das Diagnose-Anregesignals l_A für eine Erhöhung der Temperatur der Vorrichtung 1 von T₁ nach T₂. Nach Abschalten des Diagnose-Anregesignals I_A fällt die Temperatur wieder auf ihren Ausgangswert T₁ zurück. Im Falle einer mangelhaften thermischen Kopplung hingegen, wie in 5b, kommt es zu einer Schwingung des Diagnose-Empfangssignal T_E(t). Anhand des Auftretens einer Schwingung kann entsprechend eine Aussage über den Zustand der Vorrichtung 1 gemacht werden. Das Auftreten einer Schwingung deutet auf eine mangelhafte thermische Kopplung im Bereich der Vorrichtung 1 oder zwischen der Vorrichtung 1 und dem Medium 5 hin. Das Auftreten von Schwingungen im Diagnose-Empfangssignal T_E(t) kann beispielsweise anhand der Frequenz f der Schwingungen detektiert werden, welche wiederum beispielsweise anhand einer Fourier-Analyse ermittelbar ist.In 5 is the diagnostic received signal T _E (t) as a function of time as a result of a diagnostic start signal I _A with a power above a predefinable threshold value, by means of which the first temperature sensor 8th is acted upon for a predetermined period of time shown. In the case of a device 1 with good thermal coupling, as in 5a , the diagnostic excitation signal l _A ensures an increase in the temperature of the device 1 from T ₁ to T ₂ . After switching off the diagnostic start signal I _A , the temperature drops back to its initial value T ₁ . In the case of a poor thermal coupling, however, as in 5b , there is an oscillation of the diagnosis received signal T _E (t). On the basis of the occurrence of a vibration can accordingly a statement about the state of the device 1 be made. The occurrence of a vibration indicates a lack of thermal coupling in the area of the device 1 or between the device 1 and the medium 5 out. The occurrence of oscillations in the diagnostic received signal T _E (t) can, for example, based on the frequency f the vibrations are detected, which in turn can be determined, for example, based on a Fourier analysis.

Ein Zahlenwert für den Schwellenwert lässt sich beispielsweise experimentell bestimmen. Üblicherweise wird der vorgebbare Schwellenwert für die zugeführte Leistung P_zu höher als eine Leistung eines Anregesignals für den ersten Temperatursensor 8 im fortlaufenden Messbetrieb gewählt. Desto geringer die Leistung, ab welcher eine Schwingung im Diagnose-Empfangssignal T_E(t) auftritt, desto schlechter ist der Wärmetransport von der Vorrichtung 1 zum Medium 5 oder umgekehrt.For example, a numerical value for the threshold can be determined experimentally. Usually, the specifiable threshold value for the supplied power P _{becomes too} high than a power of a starting signal for the first temperature sensor 8th selected in continuous measuring mode. The lower the power at which a vibration occurs in the diagnosis received signal T _E (t), the worse the heat transfer from the device 1 to the medium 5 or the other way around.

Derartige Schwingungen können aber auch vorsätzlich erzeugt werden, indem der erste Temperatursensor 8 mit einem Diagnose-Anregesignals I_A(t) (gestrichelte Linie) in Form unterschiedlich langer oder in unterschiedlich langen Zeitabständen aufeinander folgenden Strompulsen beaufschlagt wird, wie in 6 illustriert. Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Strompulsen nimmt hier beispielsweise mit zunehmender Zeit zu. Zur Auswertung des zugehörigen Diagnose-Empfangssignals T_E(t) [durchgezogene Linie] kann beispielsweise die Frequenz f der Schwingungen anhand einer Fourier-Analyse bestimmt werden. Anhand einer Änderung der Frequenz f kann schließlich ebenfalls eine Aussage über den Zustand der Vorrichtung 1 getätigt werden, beispielsweise über eine Ansprechzeit der Vorrichtung 1. Beispielsweise kann hierzu auch das Diagnose-Empfangssignals T_E(t) mit dem Diagnose-Anregesignal I_A(t) verglichen werden.But such vibrations can also be intentionally generated by the first temperature sensor 8th is applied with a diagnostic excitation signal I _A (t) (dashed line) in the form of different lengths or at different intervals of time successive current pulses, as in 6 illustrated. The distance between two successive current pulses increases here, for example, with increasing time. To evaluate the associated diagnostic received signal T _E (t) [solid line], for example, the frequency f the vibrations are determined by means of a Fourier analysis. Based on a change in frequency f finally, can also make a statement about the state of the device 1 be made, for example, over a response time of the device 1 , For example, the diagnosis received signal T _E (t) can also be compared with the diagnostic pickup signal I _A (t) for this purpose.

Im Falle, dass das erfindungsgemäße Verfahren in vorgebbaren Zeitabständen wiederholt wird, lässt sich nicht nur eine qualitative Aussage über den Zustand der Vorrichtung, bzw. des Messsystems aus der Vorrichtung, dem Behältnis 4 und dem Medium 5 tätigen, sondern es lassen sich vielmehr auch Trends über eine Veränderung des Zustands der Vorrichtung 1 ermitteln. Beispielsweise können hierfür die Maximaltemperatur T_E,max der Vorrichtung, die Amplitude A des Diagnose-Empfangssignals T_E(t), eine Abkühlgeschwindigkeit oder Aufwärmgeschwindigkeit, oder eine Abkühlrate oder Aufwärmrate der Vorrichtung 1, eine Zeitdauer Δt, nach welcher die Vorrichtung eine vorgebbare Temperatur, z. B. die Ausgangstemperatur T₁, erreicht, oder auch ein Frequenz f auftretender Schwingungen im Diagnose-Empfangssignals T_E(t) in Reaktion auf das Diagnose-Anregesignal I_A , als Funktion der Zeit aufgezeichnet werden.In the event that the inventive method is repeated at predetermined intervals, not only a qualitative statement about the state of the device, or the measuring system from the device, the container can be 4 and the medium 5 On the contrary, trends can also be made about a change in the state of the device 1 determine. For example, for this purpose, the maximum temperature T _{E, max of} the device, the amplitude A the diagnosis received signal T _E (t), a cooling speed or warm-up speed, or a cooling rate or warm-up rate of the device 1 , a period of time .delta.t , after which the device has a predeterminable temperature, eg. B. the starting temperature T ₁ , reached, or a frequency f occurring oscillations in the diagnostic received signal T _E (t) in response to the diagnostic excitation signal I _A to be recorded as a function of time.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Thermometerthermometer
22: Schutzrohrethermowells
2a2a: Boden des SchutzrohresBottom of the protective tube
33: Elektronikeinheitelectronics unit
44: Behältercontainer
55: Mediummedium
66: Prozessanschlussprocess connection
77: Sensorelementsensor element
88th: Erster TemperatursensorFirst temperature sensor
8a,8b8a, 8b: Anschlussleitungen des ersten TemperatursensorsConnecting cables of the first temperature sensor
99: Zweiter TemperatursensorSecond temperature sensor
9a,9b9a, 9b: Anschlussleitungen des zweiten Temperatursensors Connecting cables of the second temperature sensor
I_A I _A: Diagnose-AnregesignalDiagnostic start signal
T_E T _E: Diagnose-EmpfangssignalDiagnostic received signal
P_zu P _too: Zugeführte LeistungDelivered power
Q₁-Q₃ Q ₁ -Q ₃: Wärmemengenamounts of heat
Q_ges Q _tot: Gesamte WärmemengeTotal amount of heat
TT: Temperaturtemperature
T_E,max T _{E, max}: Maximale TemperaturMaximum temperature
tt: ZeitTime
AA: Amplitude des Diagnose-EmpfangssignalsAmplitude of the diagnostic received signal
vv: Abkühlgeschwindigkeitcooling
ff: Frequenzfrequency
Δt.delta.t: Zeitdauertime

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014118206 A1 [0006]
DE 102015113237 A1 [0006]
DE 102013114140 A1 [0008]
DE 102014101968 A1 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN standard IES584 [0004]

Claims

Method for condition monitoring of a device (1) for determining and / or monitoring at least one process variable (T), comprising at least one sensor element (7) with at least one first temperature sensor (8), comprising the following method steps: - applying the first temperature sensor (8) a predefinable diagnostic excitation signal (I _A ) in the form of an electrical current signal, - recording at least one diagnostic received signal (T _E ) from the first temperature sensor (8), and - determining at least one state indicator based at least on the first temperature sensor (8) received diagnostic received signal (T _E ).

Method according to Claim 1 wherein the sensor element (7) has at least one first (8) and one second temperature sensor (9), comprising the following method steps: - charging the first temperature sensor (8) with a predefinable diagnostic excitation signal (I _A ) in the form of an electrical current signal, - Recording at least one diagnostic received signal (T _E ) of the second temperature sensor (9), and - Determining at least one status indicator at least based on the received from the second temperature sensor (9) diagnostic received signal (T _E ).

Method according to Claim 1 or 2 , wherein the diagnostic excitation signal (I _A ) is a current signal, in particular a signal in the form of a single or a plurality of successive current pulses, or a signal which is constant at least for a predefinable time interval.

Method according to at least one of the preceding claims, wherein a power (P _zu ) supplied to at least one of the temperature sensors (8, 9) is determined.

Method according to at least one of the preceding claims, wherein the diagnostic excitation signal (I _A ) and / or the diagnostic received signal (T _E ) is / are recorded as a function of the time (t).

Method according to at least one of Claims 4 or 5 , wherein based on the diagnostic received signal (T _E ), a cooling curve or a heating curve of the device (1) in response to the diagnostic excitation signal (I _A ) is determined.

Method according to at least one of Claims 4 or 5 , wherein a maximum temperature (T _{e, max} ) of the device (1) in response to the diagnostic excitation signal (I _A ), or one, in particular maximum, amplitude (A) of the diagnostic received signal (T _E ) is determined.

Method according to at least one of Claims 4 or 5 wherein a cooling rate (v) or warm-up rate, or a cooling rate or warm-up rate of the device (1), or a period of time (.DELTA.t) after which the device (1) reaches a predetermined temperature (T ₁ ) is determined.

Method according to at least one of Claims 4 or 5 wherein a frequency (f) of the diagnosis received signal (T _E ) is determined.

Method according to at least one of the preceding claims, wherein the status indicator is a statement about the quality of a, in particular thermal, contact within the sensor element (7), between the sensor element (7) and a protective tube (2) or sensor head, in which the sensor element (7) is at least partially arranged, acts.

Method according to at least one of the preceding claims, wherein the status indicator is a statement about the quality of a contact between the device (1) and a container (4) in which the medium (5) is located.

Method according to at least one of the preceding claims, wherein the status indicator is a statement about at least one heat flow within the device (1).

Method according to at least one of the preceding claims, wherein at least one reference value or a reference curve for the diagnostic received signal (T _E ) is determined, and wherein the status indicator based on a comparison between the diagnostic received signal (T _E ) and the reference value and / or the Reference curve is determined.

Method according to Claim 13 in which a specifiable limit value is defined for the status indicator, and in the event that the status indicator exceeds the predefinable limit value, a message or warning is generated and / or output.

Device (1) for determining and / or monitoring at least one process variable of a medium (5) comprising at least one sensor element (7) with at least one first (8) or at least one first (8) and one second temperature sensor (9), which device ( 1) to carry out a method according to one of the preceding claims is configured.