DE102017130970B4 - Method for detecting a measurement error when measuring a media property of a medium by means of a field device of measurement and automation technology and an ultrasound flow meter or ultrasound level meter used to implement the method - Google Patents
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Abstract
Verfahren (100) zur Erkennung eines Messfehlers bei einer Messung einer Medieneigenschaft eines in einem Behältnis eines befindlichen Mediums mittels eines Feldgeräts der Mess- und Automatisierungstechnik,wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) mittels des Feldgeräts mindestens eine Messung mindestens einer ersten Medieneigenschaft (M1) durchgeführt wird, wobei eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (77) jeweils mindestens einen Messwert (MF) der ersten Medieneigenschaft bereitstellt,wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (102) mindestens eine zweite Medieneigenschaft (M2) verschieden zur mindestens einen ersten Medieneigenschaft direkt mittels jeweils mindestens eines dafür vorgesehenen Sensors gemessen wird, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (77) auf Basis eines vom Sensor erzeugten Messsignals mindestens einen Sensormesswert (SM) bereitstellt;wobei in einem dritten Verfahrensschritt (103) ein bekannter Zusammenhang (Z) zwischen der mindesten einen ersten Medieneigenschaft und der mindestens einen zweiten Medieneigenschaft herangezogen wird, um mittels der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung die mindestens eine zweite Medieneigenschaft aus der mindestens einen ersten Medieneigenschaft zu berechnen, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung jeweils mindestens einen Berechnungswert (BW) bereitstellt;wobei in einem vierten Verfahrensschritt (104) durch Vergleichen des mindestens einen Sensormesswerts mit dem mindestens einen Berechnungswert eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des entsprechenden Sensors oder des Messgeräts abgeleitet wird,dadurch gekennzeichnet,dass das Feldgerät ein Ultraschall-Durchflussmessgerät ist und die Schallgeschwindigkeit des Mediums misst,wobei der Sensor Temperatur, Druck, Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Kompressibilität oder Adiabatenkoeffizient misst,wobei das Ultraschall-Durchflussmessgerät nach dem Laufzeitdifferenzenprinzip arbeitet, und wobei das Behältnis ein Messrohr ist, durch welches Messrohr das Medium strömt.Method (100) for detecting a measurement error when measuring a media property of a medium in a container of a medium by means of a field device of measurement and automation technology, wherein in a first method step (101) at least one measurement of at least one first media property (M1) by means of the field device is carried out, an electronic measuring / operating circuit (77) each providing at least one measured value (MF) of the first media property, in a second method step (102) at least one second media property (M2) different from the at least one first media property directly by means of in each case at least of a sensor provided for this purpose, the electronic measuring / operating circuit (77) providing at least one sensor measured value (SM) on the basis of a measurement signal generated by the sensor; in a third method step (103) a known relationship (Z) between the at least one first en media property and the at least one second media property is used to calculate the at least one second media property from the at least one first media property by means of the electronic measuring / operating circuit, the electronic measuring / operating circuit each providing at least one calculation value (BW); in a fourth method step (104), by comparing the at least one sensor measured value with the at least one calculated value, a statement about the functionality of the corresponding sensor or the measuring device is derived, characterized in that the field device is an ultrasonic flow measuring device and measures the speed of sound of the medium, wherein the sensor measures temperature, pressure, density, thermal conductivity, compressibility or adiabatic coefficient, wherein the ultrasonic flow meter works according to the time difference principle, and wherein the container is a measuring tube through which ch measuring tube the medium flows.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Messfehlers bei einer Messung einer Medieneigenschaft eines in einem Behältnis eines befindlichen Mediums mittels eines Feldgeräts der Mess- und Automatisierungstechnik und ein Ultraschall-Durchflussmessgerät oder Ultraschall-Füllstandsmessgerät eingesetzt zur Umsetzung des Verfahrens.The invention relates to a method for detecting a measurement error in a measurement of a media property of a medium in a container of a medium by means of a field device of measurement and automation technology, and an ultrasonic flow meter or ultrasonic level measuring device used to implement the method.
Im technischen Bereich der Mess- und Automatisierungstechnik werden vielfältige Feldgeräte eingesetzt, mittels welchen mindestens eine Eigenschaft eines Mediums gemessen werden kann. Häufig ist dem Feldgerät mindestens ein weiterer Sensor zur Messung einer oder mehrere anderer Medieneigenschaften zugeordnet.A wide range of field devices are used in the technical field of measurement and automation technology, by means of which at least one property of a medium can be measured. The field device is often assigned at least one further sensor for measuring one or more other media properties.
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So zeigt beispielsweise die Schrift
Technische Geräte sind jedoch grundsätzlich fehlerbehaftet und können ausfallen, wobei ein solcher Ausfall schleichend über einen längeren Zeitraum geschehen kann, was die Erkennung des Ausfalls deutlich erschwert.However, technical devices are fundamentally faulty and can fail, whereby such a failure can creep over a longer period of time, which makes the detection of the failure significantly more difficult.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Ultraschall-Durchfluss bzw. ein Ultraschall-Füllstandsmessgerät vorzuschlagen, so dass ein Ausfall eines Feldgeräts oder eines zugeordneten Sensors erkannt werden kann.The object of the invention is therefore to propose a method and an ultrasound flow or an ultrasound fill level measuring device so that a failure of a field device or an assigned sensor can be detected.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch Vorrichtungen gemäß dem nebengeordneten Anspruch 8.The object is achieved by a method according to
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung eines Messfehlers bei einer Messung einer Medieneigenschaft eines in einem Behältnis eines befindlichen Mediums mittels eines Feldgeräts der Mess- und Automatisierungstechnik wird mittels des Feldgeräts mindestens eine Messung mindestens einer ersten Medieneigenschaft durchgeführt, wobei eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung jeweils mindestens einen Messwert der ersten Medieneigenschaft bereitstellt,
wobei mindestens eine zweite Medieneigenschaft verschieden zur mindestens einen ersten Medieneigenschaft direkt mittels jeweils mindestens eines dafür vorgesehenen Sensors gemessen wird, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung auf Basis eines vom Sensor erzeugten Messsignals mindestens einen Sensormesswert bereitstellt;
wobei
ein bekannter Zusammenhang zwischen der ersten Medieneigenschaft und der zweiten Medieneigenschaft herangezogen wird, um mittels der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung die zweite Medieneigenschaft aus der mindestens einen ersten Medieneigenschaft zu berechnen, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung jeweils mindestens einen Berechnungswert bereitstellt;
wobei durch Vergleichen des Sensormesswerts mit dem Berechnungswert eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des entsprechenden Sensors oder des Feldgeräts abgeleitet wird,
wobei die erste Medieneigenschaft und die zweite Medieneigenschaft zumindest eine aus folgender Liste ist: Temperatur, Druck, Dichte, Viskosität, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Kompressibilität, Adiabatenkoeffizient, pH-Wert,
wobei das Feldgerät ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät und die elektrische Leitfähigkeit des Mediums misst,
oder wobei das Feldgerät ein Coriolis-Messgerät, insbesondere ein Coriolis-Durchflussmessgerät ist und die Dichte und insbesondere die Viskosität des Mediums misst,
oder wobei das Feldgerät ein Ultraschall-Durchflussmessgerät oder ein Ultraschall-Füllstandsmessgerät ist und die Schallgeschwindigkeit des Mediums misst,
oder wobei das Feldgerät ein thermisches Durchflussmessgerät ist und eine Temperatur oder eine thermische Leitfähigkeit des Mediums misst.
wobei das Ultraschall-Durchflussmessgerät nach dem Laufzeitdifferenzenprinzip arbeitet, und wobei das Behältnis ein Messrohr ist, durch welches Messrohr das Medium strömt.In a method according to the invention for detecting a measurement error when measuring a media property of a medium in a container of a medium by means of a field device of measurement and automation technology, at least one measurement of at least one first media property is carried out by means of the field device, with an electronic measurement / operating circuit in each case at least provides a measurement of the first media property,
wherein at least one second media property, different from the at least one first media property, is measured directly by means of at least one sensor provided for this purpose, the electronic measuring / operating circuit providing at least one sensor measured value based on a measurement signal generated by the sensor;
in which
a known relationship between the first media property and the second media property is used to calculate the second media property from the at least one first media property by means of the electronic measuring / operating circuit, the electronic measuring / operating circuit each providing at least one calculation value;
whereby a comparison of the functionality of the corresponding sensor or the field device is derived by comparing the measured sensor value with the calculated value,
wherein the first media property and the second media property is at least one from the following list: temperature, pressure, density, viscosity, electrical conductivity, thermal conductivity, compressibility, adiabatic coefficient, pH value,
the field device measuring a magnetic-inductive flow meter and the electrical conductivity of the medium,
or wherein the field device is a Coriolis measuring device, in particular a Coriolis flow measuring device, and measures the density and in particular the viscosity of the medium,
or wherein the field device is an ultrasonic flow measuring device or an ultrasonic level measuring device and measures the speed of sound of the medium,
or wherein the field device is a thermal flow meter and measures a temperature or a thermal conductivity of the medium.
wherein the ultrasonic flow meter works on the time difference principle, and wherein the container is a measuring tube, through which measuring tube the medium flows.
Durch Ausnutzen des bekannten Zusammenhangs zwischen mindestens einer ersten Medieneigenschaft und mindestens einer zweiten Medieneigenschaft kann also mittels gemessener Medieneigenschaften und mittels des Zusammenhangs berechneter Medieneigenschaften geprüft werden, ob das Feldgerät oder der zugeordnete Sensor funktioniert, für den Fall, dass bei dem zugeordneten Sensor bzw. bei dem Feldgerät ein Funktionieren sichergestellt ist. Eine Mindestabweichung zwischen gemessenen Medieneigenschaften und berechneten Medieneigenschaften kann als Hinweis einer Fehlfunktion bzw. eines Ausfalls interpretiert werden.By utilizing the known relationship between at least one first media property and at least one second media property, it can thus be checked by means of measured media properties and by means of the relationship of calculated media properties whether the field device or the assigned sensor works, in the event that the assigned sensor or the field device is guaranteed to function. A minimum deviation between measured media properties and calculated media properties can be interpreted as an indication of a malfunction or failure.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden für die Erkennung eines Messfehlers der ersten Medieneigenschaft oder der zweiten Medieneigenschaft jeweils mindestens ein Berechnungswert bei mindestens zwei verschiedenen Sensormesswerten herangezogen.In one embodiment of the method, at least one calculation value with at least two different sensor measurement values is used in each case for the detection of a measurement error of the first media property or the second media property.
Dies kann vorteilhaft bei einem nichtlinearen Zusammenhang zwischen der mindestens einen ersten Medieneigenschaft und der mindestens einen zweiten Medieneigenschaft sein. Falls der Zusammenhang beispielsweise nicht monoton ist, dann kann bei verschiedenen Werten einer zweiten Medieneigenschaft genau ein Wert einer ersten Medieneigenschaft gegeben sein. Das Hinzunehmen eines Messwerts einer zweiten Medieneigenschaft liefert eine wertvolle Zusatzinformation, mittels welcher die beschriebene Uneindeutigkeit ausgeräumt werden kann. Es können pro zweitem Messwert mehrere erste Messwerte bestimmt werden, um darüber eine Unsicherheit einer Messung der entsprechenden ersten Medieneigenschaft zu verringern. Entsprechendes gilt auch für die zweite Medieneigenschaft.This can be advantageous in the case of a non-linear relationship between the at least one first media property and the at least one second media property. If, for example, the relationship is not monotonous, then one value of a first media property can be given with different values of a second media property. The addition of a measured value of a second media property provides valuable additional information by means of which the ambiguity described can be eliminated. Several first measured values can be determined per second measured value in order to reduce an uncertainty of a measurement of the corresponding first media property. The same applies to the second media property.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden verschiedene Sensoren für Messungen n verschiedener zweiter Medieneigenschaften verwendet, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Gruppe von Sensormesswerten bereitstellt,
wobei jedem Element der Gruppe Sensormesswerte jeder zu messenden Medieneigenschaft zugeordnet sind,
wobei für die Erkennung eines Messfehlers einer Medieneigenschaft jeweils mindestens ein Berechnungswert bei mindestens zwei und insbesondere mindestens n verschiedenen Elementen herangezogen werden, wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist.In one embodiment of the method, different sensors are used for measurements n of different second media properties, the electronic measuring / operating circuit providing a group of sensor measured values,
where each element of the group is assigned sensor measured values of each media property to be measured,
wherein at least one calculation value for at least two and in particular at least n different elements is used to identify a measurement error of a media property, where n is a natural number greater than 1.
Falls der bekannte Zusammenhang mindestens n zweite Medieneigenschaften umfasst und somit mehrdimensional ist, kann es vorteilhaft sein, mehrere Messwerte insbesondere verschiedener zweiter Medieneigenschaften heranzuziehen,If the known relationship comprises at least n second media properties and is therefore multidimensional, it can be advantageous to use a plurality of measured values, in particular different second media properties,
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist das Medium gasförmig oder flüssig,
wobei das Medium mindestens eines der folgenden Stoffe aufweist:
- Wasser, einen oder mehrere Kohlenwasserstoffverbindungen, Luft.
where the medium contains at least one of the following substances:
- Water, one or more hydrocarbon compounds, air.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei einer Abweichung eines Berechnungswerts von einem dazugehörigen Sensormesswert größer 20% und insbesondere größer 10 % und bevorzugt größer 2% eine Meldung ausgegeben.In one embodiment of the method, a message is output if a calculated value deviates from an associated sensor measured value of more than 20% and in particular more than 10% and preferably more than 2%.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der zum Sensormesswert gehörende Sensor auf Basis der gemessenen Abweichung neu kalibriert.In one embodiment of the method, the sensor belonging to the sensor measured value is recalibrated on the basis of the measured deviation.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens verfolgt die elektronische Mess-/Betriebsschaltung den Verlauf einer Abweichung zwischen den Sensormesswerten und den dazugehörigen Berechnungswerten und zeichnet diese insbesondere auf.In one embodiment of the method, the electronic measuring / operating circuit tracks the course of a deviation between the sensor measured values and the associated calculation values and records them in particular.
Ein erfindungsgemäßes Ultraschall-Durchflussmessgerät oder Ultraschall-Füllstandsmessgerät eingesetzt zur Umsetzung eines Verfahrens gemäß einem der vorigen Ansprüche umfasst:
- mindestens einen ersten Ultraschallwandler zum Erzeugen und Erfassen eines Ultraschallsignals;
- mindestens einen Sensor zum Erfassen einer Medieneigenschaft und/oder mindestens einen Anschluss zum Anschließen eines Sensors zum Erfassen einer Medieneigenschaft;
- eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben des Feldgeräts.
- at least one first ultrasonic transducer for generating and detecting an ultrasonic signal;
- at least one sensor for detecting a media property and / or at least one connection for connecting a sensor for detecting a media property;
- an electronic measuring / operating circuit for operating the field device.
In einer Ausgestaltung ist das Ultraschall-Füllstandsmessgerät an einem Behältnis angebracht,
wobei das Behältnis insbesondere ein Tank ist.In one embodiment, the ultrasound fill level measuring device is attached to a container,
wherein the container is in particular a tank.
In einer Ausgestaltung weist das Ultraschall-Durchflussmessgerät ein Behältnis auf,
wobei das Behältnis ein Messrohr ist, welches dazu eingerichtet ist, das Medium zu führen.In one configuration, the ultrasonic flow meter has a container,
wherein the container is a measuring tube which is set up to guide the medium.
In einer Ausgestaltung weist das Ultraschall-Durchflussmessgerät einen zweiten Ultraschallwandler zum Messen der Schallgeschwindigkeit des Mediums aufweist.In one configuration, the ultrasonic flow measuring device has a second ultrasonic transducer for measuring the speed of sound of the medium.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.The invention is described below using exemplary embodiments.
wobei in einem ersten Verfahrensschritt
being in a
Der Zusammenhang zwischen der mindestens einen ersten Medieneigenschaft und der mindestens einen zweiten Medieneigenschaft kann beispielsweise ein Zusammenhang zwischen der Temperatur des Mediums und der Schallgeschwindigkeit sein. Beispielsweise kann die Temperatur nicht als nur von der Schallgeschwindigkeit abhängig betrachtet werden, sondern auch beispielsweise von der Dichte und/oder der Viskosität des Mediums. Dies kann beispielsweise bei einem Ultraschall-Durchflussmessgerät oder bei einem Ultraschall-Füllstandsmessgerät mit zusätzlichem Temperatursensor relevant sein.The relationship between the at least one first media property and the at least one second media property can be, for example, a relationship between the temperature of the medium and the speed of sound. For example, the temperature cannot be regarded as dependent only on the speed of sound, but also, for example, on the density and / or the viscosity of the medium. This can be relevant, for example, in the case of an ultrasonic flow measuring device or in an ultrasonic level measuring device with an additional temperature sensor.
Durch Bereitstellen mindestens eines Berechnungswerts
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ultraschall-DurchflussmessgerätUltrasonic flowmeter
- 1010
- Messrohrmeasuring tube
- 22
- Ultraschall-FüllstandsmessgerätUltrasonic level meter
- 2020
- Behältniscontainer
- 2121
- Tanktank
- 100100
- Verfahrenmethod
- 101101
- erster Verfahrensschrittfirst process step
- 102102
- zweiter Verfahrensschrittsecond process step
- 103103
- dritter Verfahrensschrittthird step
- 104104
- vierter Verfahrensschrittfourth step
- M1M1
- erste Medieneigenschaftfirst media property
- M2M2
- zweite Medieneigenschaftsecond media property
- MFMF
- Messwert durch Feldgerät bereitgestelltMeasured value provided by field device
- SMSM
- SensormesswertSensor reading
- BWBW
- Berechnungswertcalculation value
- ZZ
- Zusammenhangcontext
- U1U1
- erster Ultraschallwandlerfirst ultrasonic transducer
- U2U2
- zweiter Ultraschallwandlersecond ultrasonic transducer
- 7777
- elektronische Mess-/Betriebsschaltungelectronic measuring / operating circuit
- SS
- Sensorsensor
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