DE102018103877B3 - Inductive conductivity sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen induktiver Sensor (1) zur Bestimmung der Leitfähigkeit eines Mediums, mit einer ersten Spule (2), mit einer zweiten Spule (3) und mit einer dritten Spule (4), wobei wenigstens eine der drei Spulen (2, 3, 4) als Sendespule (6) dient und eine andere der drei Spulen (2, 3, 4) als Empfangsspule (7) dient, mit einer Sensorelektronik (8), wobei die Sensorelektronik (8) eine Treiberstufe (9) zum Beaufschlagen der als Sendespule (6) dienenden Spule (2, 3, 4) mit einem elektrischen Treibersignal und eine erste Empfangsstufe (10) zur Verstärkung eines in der als Empfangsspule (7) dienenden Spule (2, 3, 4) induzierten elektrischen Messsignals aufweist und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (11) zum Steuern der Sensorelektronik (8) und zum Auswerten der Messsignale.
Die Aufgabe, einen induktiven Sensor (1) bereitzustellen, der eine erhöhte Ausfallsicherheit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Sensoren aufweist, ist dadurch gelöst, dass die Sensorelektronik (8) eine zweite Treiberstufe (12) und eine zweite Empfangsstufe (13) aufweist, wobei die erste Treiberstufe (9) und die zweite Treiberstufe (12) und die erste Empfangsstufe (10) und die zweite Empfangsstufe (13) über wenigstens eine mit der Steuer- und Auswerteeinheit (11) ansteuerbare Schaltvorrichtung (14) derart mit den drei Spulen (2, 3, 4) verbunden sind, dass wenigstens eine der Spulen (2, 3, 4) sowohl als Sendespule (6) als auch als Empfangsspule (7) betrieben wird und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (11) derart ausgestaltet ist, dass sie die Schaltvorrichtung (14), die Treiberstufen (9, 12) und die Empfangsstufen (10, 13) derart ansteuert, dass wenigstens ein erstes, ein zweites und ein drittes Messsignal aufgenommen werden, wobei ein Messkreis aus einer Treiberstufe (9, 12), einer Sendespule (6), einer Empfangsspule (7) und einer Empfangsstufe (10, 13) gebildet wird, und wobei die drei Messsignale von unterschiedlichen Messkreisen resultieren, und dass die Steuer- und Auswerteeinheit (11) die drei Messsignale oder aus den drei Messsignalen abgeleitete Messwerte einer Vergleichsauswertung unterzieht und in Abhängigkeit von der Vergleichsauswertung eine Ausgabe erzeugt.
The invention relates to an inductive sensor (1) for determining the conductivity of a medium, comprising a first coil (2), a second coil (3) and a third coil (4), at least one of the three coils (2, 3 , 4) serves as a transmitting coil (6) and another of the three coils (2, 3, 4) serves as a receiving coil (7), with a sensor electronics (8), wherein the sensor electronics (8) a driver stage (9) for applying the as a transmitting coil (6) serving coil (2, 3, 4) with an electrical drive signal and a first receiving stage (10) for amplifying an in the receiving coil (7) serving as a coil (2, 3, 4) induced electrical measurement signal and with a control and evaluation unit (11) for controlling the sensor electronics (8) and for evaluating the measurement signals.
The object to provide an inductive sensor (1), which has an increased reliability against the known from the prior art inductive sensors, is achieved in that the sensor electronics (8) has a second driver stage (12) and a second receiving stage (13) wherein the first driver stage (9) and the second driver stage (12) and the first receiving stage (10) and the second receiving stage (13) via such at least one with the control and evaluation unit (11) controllable switching device (14) three coils (2, 3, 4) are connected, that at least one of the coils (2, 3, 4) both as a transmitting coil (6) and as a receiving coil (7) is operated and that the control and evaluation unit (11) in such a way is configured such that it controls the switching device (14), the driver stages (9, 12) and the receiving stages (10, 13) such that at least a first, a second and a third measuring signal are recorded, wherein a measuring circuit of a Driver stage (9, 12), a transmitting coil (6), a receiving coil (7) and a receiving stage (10, 13) is formed, and wherein the three measuring signals of different measuring circuits result, and that the control and evaluation unit (11) three measurement signals or derived from the three measurement signals measured values of a comparative evaluation and generates an output depending on the comparative evaluation.
Description
Die Erfindung betrifft einen induktiven Sensor zur Bestimmung der Leitfähigkeit eines Mediums, mit einer ersten Spule, mit einer zweiten Spule und mit einer dritten Spule, wobei wenigstens eine der drei Spulen als Sendespule dient und eine andere der drei Spulen als Empfangsspule dient, mit einer Sensorelektronik, wobei die Sensorelektronik eine Treiberstufe zum Beaufschlagen der als Sendespule dienenden Spule mit einem elektrischen Treibersignal und eine erste Empfangsstufe zur Verstärkung eines in der als Empfangsspule dienenden Spule induzierten elektrischen Messsignals aufweist und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zum Steuern der Sensorelektronik und zum Auswerten der Messsignale.The invention relates to an inductive sensor for determining the conductivity of a medium, with a first coil, with a second coil and with a third coil, wherein at least one of the three coils serves as a transmitting coil and another of the three coils serves as a receiving coil, with a sensor electronics in which the sensor electronics has a driver stage for acting on the coil serving as a transmitting coil with an electrical drive signal and a first receiving stage for amplifying an electrical measuring signal induced in the coil serving as a receiving coil and with a control and evaluation unit for controlling the sensor electronics and for evaluating the measuring signals ,
Die Messung der Leitfähigkeit eines Mediums ist oftmals in der Prozessanalyse notwendig. Eine Leitfähigkeitsmessung kann hierbei mit Hilfe von induktiven Sensoren durchgeführt werden. Ein induktiver Sensor weist regelmäßig zwei Spulen auf, wobei eine erste Spule als eine Sendespule und eine zweite Spule als eine Empfangsspule dient. Die beiden Spulen sind so zueinander angeordnet, dass beim Eintauchen des Sensors in das Medium, dessen Leitfähigkeit bestimmt werden soll, beide Spulen von dem Medium durchströmt werden. Die Sendespule wird über eine Treiberstufe mit einem Treibersignal beaufschlagt. Das Treibersignal ist in der Regel ein Wechselstrom, durch den ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. Durch das magnetische Wechselfeld wird wiederum ein Strom in dem die Spule umgebenden Medium induziert. Der Stromfluss in dem Medium erzeugt seinerseits ein Magnetfeld, das in der Empfangsspule eine Spannung und damit einen Stromfluss induziert. Über eine Empfangsstufe wird das elektrische Signal der Empfangsspule verstärkt. Aus dem Verhältnis von eingespeister Primärspannung zu empfangener Sekundärspannung wird auf die Leitfähigkeit des Mediums geschlossen. Die beiden Spulen werden magnetisch zueinander isoliert, sodass die Informationen zwischen der Sendespule und der Empfangsspule einzig durch durch das Medium übertragene Wirbelströme übertragen werden.The measurement of the conductivity of a medium is often necessary in the process analysis. A conductivity measurement can be carried out with the help of inductive sensors. An inductive sensor regularly has two coils, wherein a first coil serves as a transmitting coil and a second coil as a receiving coil. The two coils are arranged relative to each other, that when immersing the sensor in the medium whose conductivity is to be determined, both coils are flowed through by the medium. The transmitter coil is acted upon via a driver stage with a driver signal. The drive signal is usually an alternating current through which an alternating magnetic field is generated. The alternating magnetic field in turn induces a current in the medium surrounding the coil. The current flow in the medium in turn generates a magnetic field which induces a voltage and thus a current flow in the receiving coil. A receiving stage amplifies the electrical signal of the receiver coil. From the ratio of injected primary voltage to received secondary voltage is concluded that the conductivity of the medium. The two coils are magnetically isolated from each other, so that the information between the transmitting coil and the receiving coil are transmitted only through transmitted through the medium eddy currents.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise aus der
Aus der
Die
Ein weiterer Leitfähigkeitssensor ist aus der
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren ist, dass die funktionale Sicherheit der Sensoren nicht hinreichend gewährleistet ist. Kommt es zu einem Ausfall eines Sensors, so ist fraglich, ob dieser direkt erkannt wird, oder ob mit einem defekten Sensor weiter gemessen wird. Zudem ist es mit den aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren nicht möglich, im Fall des Ausfallens einer Komponente des Sensors, wie beispielsweise der Sendespule oder der Empfangsspule oder der Treiberstufe oder Empfangsstufe, trotzdem eine zuverlässige Messung der Leitfähigkeit eines Mediums durchzuführen.A disadvantage of the sensors known from the prior art is that the functional safety of the sensors is not adequately ensured. If it comes to a failure of a sensor, it is questionable whether this is detected directly, or whether with a defective sensor continues to be measured. In addition, it is not possible with the known from the prior art sensors, in the case of failure of a component of the sensor, such as the transmitting coil or the receiving coil or the driver stage or receiving stage, nevertheless perform a reliable measurement of the conductivity of a medium.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen induktiven Sensor bereitzustellen, der eine erhöhte Ausfallsicherheit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Sensoren aufweist.Accordingly, the invention has for its object to provide an inductive sensor having an increased reliability against the known from the prior art inductive sensors.
Die Aufgabe ist bei dem erfindungsgemäßen induktiven Sensor zunächst und im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Sensorelektronik eine zweite Treiberstufe und eine zweite Empfangsstufe aufweist. Die erste Treiberstufe und die zweite Treiberstufe sowie die erste Empfangsstufe und die zweite Empfangsstufe sind über eine mit der Steuer- und Auswerteeinheit ansteuerbare Schaltvorrichtung derart mit den drei Spulen verbunden, dass wenigstens eine der Spulen sowohl als Sendespule als auch als Empfangsspule betrieben wird.The object is initially and essentially solved by the inductive sensor according to the invention in that the sensor electronics has a second driver stage and a second receiver stage. The first driver stage and the second driver stage, as well as the first receiving stage and the second receiving stage, are connected to the three coils via a switching device which can be controlled by the control and evaluation unit such that at least one of the coils is operated both as a transmitting coil and as a receiving coil.
Mit den drei Spulen, den zwei Treiberstufen und den zwei Empfangsstufen werden insgesamt drei Messkreise realisiert, wobei ein Messkreis jeweils aus einer Treiberstufe, einer Sendespule, einer Empfangsspule und einer Empfangsstufe gebildet wird. Die Spule, die sowohl als Sendespule als auch als Empfangsspule betrieben wird, ist dann Sendespule eines ersten Messkreises und Empfangsspule eines zweiten Messkreises.With the three coils, the two driver stages and the two receiving stages a total of three measuring circuits are realized, wherein a measuring circuit is formed in each case of a driver stage, a transmitting coil, a receiving coil and a receiving stage. The coil, which is operated both as a transmitting coil and as a receiving coil, is then a transmitting coil of a first measuring circuit and a receiving coil of a second measuring circuit.
Erfmdungsgemäß ist die Steuer- und Auswerteeinheit derart ausgestaltet, dass wenigstens ein erstes Messsignal, ein zweites Messsignal und ein drittes Messsignal aufgenommen werden, wobei die Messsignale von unterschiedlichen Messkreisen resultieren. Insbesondere werden die Messsignale zeitlich nacheinander aufgenommen und die Schaltvorrichtung zumindest zwischen der Aufnahme von zwei aufeinanderfolgenden Messsignalen von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand gebracht, sodass eine der Spulen zunächst als Sendespule und dann als Empfangsspule dient. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist weiter so ausgebildet, dass sie die drei Messsignale oder aus den drei Messsignalen abgeleitete Messwerte einer Vergleichsauswertung unterzieht und in Abhängigkeit von der Vergleichsauswertung eine Ausgabe erzeugt. According to the invention, the control and evaluation unit is designed such that at least one first measuring signal, one second measuring signal and one third measuring signal are recorded, the measuring signals resulting from different measuring circuits. In particular, the measurement signals are recorded successively in time and the switching device is brought from a first switching state to a second switching state at least between the recording of two successive measurement signals, so that one of the coils initially serves as a transmitting coil and then as a receiving coil. The control and evaluation unit is further configured such that it subjects the three measurement signals or measured values derived from the three measurement signals to a comparison evaluation and generates an output as a function of the comparison evaluation.
Wenn hier von Messsignalen oder von aus den Messsignalen abgeleiteten Messwerten die Rede ist, dann liegt dem das Verständnis einer üblichen Messstrecke zugrunde, bei der zunächst ein Rohmesswert erfasst wird, beispielsweise in Form einer induzierten Spannung an einer Empfangsspule, wobei der Rohmesswert dann möglicherweise durch verschiedene Maßnahmen der Signalverarbeitung gewandelt wird (hochohmiges Abgreifen der induzierten Spannung, verstärken der Spannung, Analog-Digital-Wandlung der verstärkten Spannung) bis dann schließlich - aus dem Messsignal - der eigentliche Messwert ermittelt wird.If this refers to measurement signals or measured values derived from the measurement signals, then this is based on the understanding of a customary measurement path in which a raw measurement value is first detected, for example in the form of an induced voltage at a receiver coil, whereby the raw measurement value may then be different Measures of signal processing is converted (high-impedance tapping of the induced voltage, amplify the voltage, analog-to-digital conversion of the amplified voltage) until finally - from the measurement signal - the actual measured value is determined.
Durch die erfmdungsgemäße Realisierung von drei Messkreisen wird ein redundanter Leitfähigkeitssensor realisiert, der insgesamt eine erhöhte Ausfallsicherheit gegenüber den bekannten Leitfähigkeitssensoren und damit eine erhöhte Betriebssicherheit aufweist.The erfmdungsgemäße realization of three measuring circuits, a redundant conductivity sensor is realized, which has an overall increased reliability against the known conductivity sensors and thus increased reliability.
Im Rahmen der Vergleichsauswertung lassen sich die drei Messsignale oder die aus den drei Messsignalen abgeleiteten Messwerte vergleichen und gegebenenfalls verwerfen.In the context of the comparative evaluation, the three measuring signals or the measured values derived from the three measuring signals can be compared and possibly rejected.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eine Vergleichsauswertung der Messsignale oder der von den Messsignalen abgeleiteten Messwerte durchführt und im Fall des Verwerfens eines Messsignals oder eines abgeleiteten Messwertes einen Fehlerzustand signalisiert.In an embodiment, it is provided that the control and evaluation unit carries out a comparative evaluation of the measurement signals or the measured values derived from the measurement signals and signals a fault condition in the case of discarding a measurement signal or a derived measurement value.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen induktiven Sensors ist dadurch ausgezeichnet, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eine Meldung ausgibt, wenn eines der Messsignale oder einer der von den Messsignalen abgeleiteten Messwerte als fehlerhaft verworfen wird. Durch die Weiterbildung des erfindungsgemäßen induktiven Sensors wird der Benutzer durch die Meldung direkt auf das Vorliegen eines Fehlerzustandes hingewiesen.A particularly preferred embodiment of the inductive sensor according to the invention is distinguished in that the control and evaluation unit outputs a message if one of the measurement signals or one of the measured values derived from the measurement signals is rejected as being defective. Due to the development of the inductive sensor according to the invention the user is informed by the message directly to the presence of a fault condition.
Eine Meldung ist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Rekalibrierungsaufforderung. Mit dem erfindungsgemäßen Sensor können so insbesondere Verschleißerscheinungen an den Spulen oder den anderen Komponenten des Sensors frühzeitig erkannt werden. Ein Austausch der verschlissenen Komponenten ist so vor einem totalen Ausfall der Komponenten möglich, wodurch im Rahmen der sogenannten „vorausschauenden Wartung“ (Englisch: „predictive maintenance“) die Ausfallzeit des Sensors minimiert werden kann.A message in a preferred embodiment is a recalibration request. With the sensor according to the invention in particular wear phenomena on the coils or the other components of the sensor can be detected early. An exchange of worn components is thus possible before a total failure of the components, whereby the downtime of the sensor can be minimized as part of the so-called "predictive maintenance" (English: "predictive maintenance").
Eine Meldung kann auf verschiedene Arten ausgegeben werden. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Meldung durch ein akustisches oder ein optisches Signal ausgegeben wird.A message can be issued in different ways. An embodiment provides that the message is output by an acoustic or an optical signal.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eine Vergleichsauswertung der Messsignale durchführt und den Leitfähigkeitsmesswert des Mediums anhand eines für fehlerfrei befundenen Messsignals bestimmt.In a further embodiment, it is provided that the control and evaluation unit carries out a comparative evaluation of the measurement signals and determines the conductivity measurement value of the medium on the basis of a measurement signal found to be free of errors.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Steuer- und Auswerteeinheit aus den Messsignalen Messwerte für die Leitfähigkeit ableitet und die abgeleiteten Messwerte einer Vergleichsauswertung unterzieht. Der für fehlerfrei befundene Messwert wird als Leitfähigkeitsmesswert des Mediums ausgegeben.In a preferred embodiment, it is provided that the control and evaluation unit derives measured values for the conductivity from the measuring signals and subjects the derived measured values to a comparative evaluation. The measured value found to be faultless is output as the conductivity measured value of the medium.
Der erfindungsgemäße induktive Sensor weist den Vorteil auf, dass durch die Realisierung dreier Messkreise und die Vergleichsauswertung Fehler in einzelnen Messkreisen, insbesondere in einzelnen Bauteilen der Messkreise, erkannt werden können. Zudem weist der erfmdungsgemäße induktive Sensor den Vorteil auf, dass im Fehlerfall, also im Fall des Erkennens eines Fehlers in einem der Messkreise - oder in zweien der Messkreise -, gleichwohl die Zuverlässigkeit der Leitfähigkeitsmessung gewährleistet ist, da zumindest durch einen fehlerfreien Messkreis die Funktionsfähigkeit des Sensors aufrechterhalten bleibt.The inductive sensor according to the invention has the advantage that errors in individual measuring circuits, in particular in individual components of the measuring circuits, can be detected by the realization of three measuring circuits and the comparative evaluation. In addition, the inventive inductive sensor has the advantage that in the event of an error, ie in the case of detecting an error in one of the measuring circuits - or in two of the measuring circuits - nevertheless the reliability of the conductivity measurement is ensured because at least by a faultless measuring circuit, the functionality of the Sensor is maintained.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie die Vergleichsauswertung durchgeführt wird. In einer ersten Ausgestaltung unterzieht die Steuer- und Auswerteeinheit die drei Messsignale oder die aus den drei Messsignalen abgeleiteten Messwerte einer relativen Vergleichsauswertung. Hier wird die Grundannahme gemacht, dass die in einer Messsituation gewonnenen drei Messsignale oder die abgeleiteten Messwerte gleich oder zumindest sehr ähnlich sind. Wenn es heißt, dass die drei Messsignale oder die abgeleiteten Messwerte gleich sind, dann bedeutet das nicht zwingend, dass Identität vorliegen muss. In Bezug auf die in einer konkreten Messung gewonnenen Messsignale ist vielmehr gemeint, dass das Verhältnis der Messsignale zueinander als plausibel angenommen wird. Insbesondere kann das Verhältnis der Messsignale zueinander als konstant angenommen werden. Das Verhältnis der Messsignale zueinander ist insbesondere abhängig von der geometrischen Anordnung der Komponenten zueinander, insbesondere von dem Abstand der Spulen zueinander. Im Fall der aus den Messsignalen abgeleiteten Messwerte ist gemeint, dass die Messwerte im Rahmen der Messgenauigkeit voneinander abweichen können. Bei der relativen Vergleichsauswertung werden die drei Messsignale oder die drei aus den Messsignalen abgeleiteten Messwerte miteinander verglichen. Ein Messsignal oder ein abgeleiteter Messwert wird dann als fehlerhaft verworfen, wenn es/er über einen vorgegebenen Abweichtoleranzbereich hinaus von den anderen Messsignalen/Messwerten abweicht.There are various ways in which the comparative evaluation is performed. In a first embodiment, the control and evaluation unit subjects the three measurement signals or the measured values derived from the three measurement signals to a relative comparison evaluation. Here, the basic assumption is made that the three measured signals obtained in a measurement situation or the derived measured values are the same or at least very similar. If it is said that the three measurement signals or the derived measurements are the same, then that does not necessarily mean that identity must exist. With regard to the measurement signals obtained in a specific measurement, it is rather meant that the ratio of the measurement signals to one another is assumed to be plausible. In particular, the ratio of the measurement signals to one another can be assumed to be constant. The ratio of the measurement signals to one another is dependent, in particular, on the geometric arrangement of the components relative to one another, in particular on the distance of the coils from one another. In the case of the measured values derived from the measuring signals, it is meant that the measured values can deviate from one another within the scope of the measuring accuracy. In the relative comparative evaluation, the three measurement signals or the three measurement values derived from the measurement signals are compared with one another. A measurement signal or a derived measurement value is rejected as faulty if it deviates from the other measurement signals / measured values beyond a predetermined deviation tolerance range.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei einer relativen Vergleichsauswertung neben der Grundannahme, dass die in einer Messsituation gewonnenen drei Messsignale oder die abgeleiteten Messwerte gleich oder zumindest sehr ähnlich sind, ebenfalls angenommen, dass sich ein Fehler in einer der Komponenten eines Messkreises in einem reduzierten Messsignal oder einem reduzierten Messwert auswirkt. Wenn die Rede von den Komponenten eines Messkreises ist, dann sind unter den Komponenten die einzelnen Bauteile, nämlich die Spulen und/oder die Treiberstufen und Empfangsstufen gemeint. Ein Messsignal oder ein aus einem Messsignal abgeleiteter Messwert wird dann als fehlerhaft verworfen, wenn es/er über einen vorgegebenen Abweichtoleranzbereich hinaus von einem anderen oder den anderen Messsignalen oder Messwerten nach unten abweicht. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung lassen sich insbesondere die fehlerhaften Komponenten zumindest teilweise identifizieren.In a preferred embodiment, in a relative comparative evaluation, in addition to the basic assumption that the three measurement signals obtained or the derived measurement values are the same or at least very similar, it is also assumed that an error in one of the components of a measurement circuit is present in a reduced measurement signal or a reduced reading. When it comes to the components of a measuring circuit, among the components, the individual components, namely the coils and / or the driver stages and receiving stages are meant. A measurement signal or a measurement value derived from a measurement signal is rejected as being erroneous if it deviates downward from another or the other measurement signals or measured values beyond a predetermined deviation tolerance range. By means of this preferred embodiment, in particular the defective components can be at least partially identified.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung unterzieht die Steuer- und Auswerteeinheit die drei Messsignale einer absoluten Vergleichsauswertung. Im Rahmen der absoluten Vergleichsauswertung werden die Messsignale auf charakteristische Merkmale hin untersucht. Ein Messsignal wird dann als fehlerhaft verworfen, wenn ein erfasstes charakteristisches Merkmal des Messsignals von einem erwarteten charakteristischen Merkmal des Messsignals abweicht. Im Gegensatz zu der relativen Vergleichsauswertung werden die Messsignale bei der absoluten Vergleichsauswertung nicht untereinander verglichen, sondern anhand von objektiven Kriterien, nämlich dem Vorhandensein bestimmter für die Messsignale charakteristischer Merkmale bewertet. Durch eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere der Fall erkannt werden, in dem zwei der drei Messsignale fehlerhaft sind, jedoch insbesondere den gleichen Fehler aufweisen. Bei der relativen Vergleichsauswertung könnte das einzelne abweichende Messsignal fälschlicherweise als fehlerhaft erkannt werden. Findet die Vergleichsauswertung anhand objektiver Kriterien statt, kann eine Fehlprognose vermieden werden.In a particularly preferred embodiment, the control and evaluation unit subjects the three measurement signals to an absolute comparison evaluation. In the context of the absolute comparative evaluation, the measurement signals are examined for characteristic features. A measurement signal is rejected as erroneous if a detected characteristic feature of the measurement signal deviates from an expected characteristic feature of the measurement signal. In contrast to the relative comparative evaluation, the measurement signals in the absolute comparison evaluation are not compared with each other, but evaluated on the basis of objective criteria, namely the presence of certain features characteristic of the measurement signals. By such a configuration, in particular the case can be recognized, in which two of the three measurement signals are faulty, but in particular have the same error. In the relative comparison evaluation, the individual deviating measurement signal could be erroneously recognized as faulty. If the comparative evaluation takes place on the basis of objective criteria, a wrong prognosis can be avoided.
In einer Ausgestaltung wird als charakteristisches Merkmal eines Messsignals das Vorhandensein eines Messsignals als solches geprüft. Wird also bei einem der Messpfade kein Messsignal ausgegeben, oder ein Messsignal gleich Null ausgegeben, dann verwirft die Steuer- und Auswerteeinheit dieses Messsignal als fehlerhaft und verwendet das von Null verschiedene Messsignal zur Bestimmung eines Leitfähigkeitsmesswertes.In one embodiment, the presence of a measurement signal as such is checked as a characteristic feature of a measurement signal. Therefore, if no measurement signal is output at one of the measurement paths, or a measurement signal equal to zero is output, then the control and evaluation unit rejects this measurement signal as defective and uses the non-zero measurement signal to determine a conductivity measurement value.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung beaufschlagt die Treiberstufe die Sendespule mit einem Treibersignal, dessen Grundwelle einen sinusförmigen Verlauf aufweist. In dieser Ausgestaltung des induktiven Sensors wird im Rahmen der absoluten Vergleichsauswertung geprüft, ob das Messsignal einen sinusförmigen Verlauf analog zu einem sinusförmigen Verlauf der Grundwelle des Treibersignals aufweist. Weicht der Verlauf eines Messsignals von dem erwarteten sinusförmigen Verlauf ab, so wird dieses Messsignal als fehlerhaft verworfen.In a particularly preferred embodiment, the driver stage acts on the transmitter coil with a driver signal whose fundamental wave has a sinusoidal profile. In this embodiment of the inductive sensor is checked in the context of the absolute comparison evaluation, whether the measurement signal has a sinusoidal waveform analogous to a sinusoidal waveform of the fundamental wave of the driver signal. If the course of a measurement signal deviates from the expected sinusoidal profile, then this measurement signal is rejected as faulty.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf sinusförmige Treibersignale. Vielmehr sind sämtliche Treibersignalformen umfasst. Die Vergleichsauswertung beruht dann auf der Prüfung der aufgrund der Treibersignalform erwarteten Messsignalform.The invention is not limited to sinusoidal driver signals. Rather, all driver signal waveforms are included. The comparison evaluation is then based on the test of the expected due to the driver waveform measurement waveform.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des induktiven Sensors ist dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristisches Merkmal des Messsignals die Begrenzungsfreiheit des Messsignals geprüft wird. Unter Begrenzungsfreiheit ist zu verstehen, dass das Messsignal nicht aufgrund messtechnisch begründeter Einschränkungen begrenzt wird. Hierunter fällt insbesondere, dass geprüft wird, ob das - in der Messkette verarbeitete - Messsignal Clipping aufweist. Clipping bezeichnet das Abschneiden von Signalen am Ausgang eines Übertragungsgliedes, wenn das Übertragungsglied außerhalb seines zulässigen Eingangsbereichs angesteuert wird, also übersteuert wird. Bei dem Übertragungsglied kann es sich beispielsweise um einen Verstärker oder einen Analog-Digital-Wandler handeln, wobei beim Übersteuern der Verstärker in die Sättigung getrieben wird und der Analog-Digital-Wandler außerhalb seines Wandlungsbereiches betrieben wird.A further preferred embodiment of the inductive sensor is characterized in that the limitless freedom of the measurement signal is checked as a characteristic feature of the measurement signal. Limiting freedom means that the measuring signal is not limited due to metrological reasons. This includes, in particular, that it is checked whether the measuring signal processed in the measuring chain has clipping. Clipping refers to the cutting off of signals at the output of a transmission element, when the transmission element is controlled outside of its permissible input range, ie is overdriven. The transmission element can be, for example, an amplifier or an analog-to-digital converter, the overdrive driving the amplifier into saturation and operating the analog-to-digital converter outside its conversion range.
Wird erkannt, dass eines der Messsignale nicht begrenzungsfrei ist, insbesondere Clipping aufweist, dann wird dieses Messsignal als fehlerhaft verworfen. Die Begrenzungsfreiheit eines Messsignals kann auf verschiedene Arten geprüft werden.If it is detected that one of the measurement signals is not limitless, in particular has clipping, then this measurement signal is rejected as being faulty. The freedom of limitation of a measuring signal can be tested in various ways.
In einer Ausgestaltung wird die Begrenzungsfreiheit eines Messsignals, das insbesondere erwartungsgemäß einen sinusförmigen Verlauf aufweisen soll, im Zeitbereich des Signals geprüft, indem geprüft wird, ob das Messsignal nacheinander gemessene nahezu gleiche Messwerte aufweist. Ist das der Fall, so weist das Messsignal Clipping auf. In one embodiment, the freedom of limitation of a measurement signal, which, in particular, is expected to have a sinusoidal profile, is checked in the time domain of the signal by checking whether the measurement signal has successively measured almost identical measured values. If this is the case, the measuring signal has clipping.
Im Frequenzbereich des Messsignals wird die Begrenzungsfreiheit des Messsignals geprüft, indem geprüft wird, ob ein Anstieg der Oberwellen erkannt wird. Ein unerwarteter Anstieg von Oberwellen eines Signals ist ebenfalls in einem Clipping begründet.In the frequency range of the measuring signal, the freedom of limitation of the measuring signal is checked by checking whether a rise of the harmonics is detected. An unexpected increase in harmonics of a signal is also due to a clipping.
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass dem Benutzer alle Messsignale oder alle aus den Messsignalen abgeleiteten Messwerte angezeigt werden. Insbesondere wird dem Benutzer angezeigt, welche Messsignale oder Messwerte als fehlerhaft bewertet und verworfen werden.In an embodiment, it is provided that the user is shown all measurement signals or all measured values derived from the measurement signals. In particular, the user is shown which measurement signals or measured values are evaluated as defective and discarded.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des induktiven Sensors zeichnet sich dadurch aus, dass im Fall eines Verwerfens von mindestens einem Messsignal oder von mindestens einem abgeleiteten Messwert ein Benutzer aufgefordert wird, ein Messsignal zur Bestimmung eines Leitfähigkeitsmesswertes auszuwählen oder einen Messwert als Leitfähigkeitsmesswert auszuwählen. Der Benutzer hat bei dieser Ausgestaltung des induktiven Sensors also die Möglichkeit, einen Messwert als fehlerfrei zu definieren, wenn dieser ihm aufgrund seiner Erwartungen an den Messwert realistisch erscheint. Einem Benutzer wird insbesondere die Möglichkeit gegeben, einen Messkreis als fehlerhaft oder als fehlerfrei zu qualifizieren, beispielsweise über eine Bedienfeldeingabe oder über ein angeschlossenes Bediengerät oder über eine angeschlossene Leitwarte. Aufgrund der Qualifizierung gibt der induktive Sensor dann - bis zu einer Fehlerbehebung - nur noch Messwerte aus, die über den als fehlerfrei qualifizierten Messkreis gewonnen worden sind.A particularly preferred embodiment of the inductive sensor is characterized in that in the case of discarding at least one measurement signal or at least one derived measurement value, a user is prompted to select a measurement signal for determining a conductivity measurement value or to select a measurement value as the conductivity measurement value. In this embodiment of the inductive sensor, the user therefore has the option of defining a measured value as error-free if it appears realistic to him on the basis of his expectations of the measured value. A user is particularly given the opportunity to qualify a measuring circuit as faulty or error-free, for example via a control panel input or via a connected control unit or via a connected control room. Due to the qualification, the inductive sensor then only outputs measured values which have been obtained via the measuring circuit qualified as error-free, up to a fault correction.
In einer Ausgestaltung des induktiven Sensors ist vorgesehen, dass bei der Bestimmung des Leitfähigkeitsmesswertes des Mediums eine Temperaturkompensation durchgeführt wird. Ferner ist vorgesehen, dass die Steuer- und Auswerteeinheit einen Messwert dann als fehlerhaft einstuft, wenn dieser außerhalb eines Wertebereiches der Leitfähigkeit einer in der Steuer- und Auswerteeinheit hinterlegten Kompensationsfunktion für die Temperaturkompensation liegt.In one embodiment of the inductive sensor, it is provided that a temperature compensation is carried out in the determination of the conductivity measured value of the medium. It is further provided that the control and evaluation unit then classifies a measured value as defective if it lies outside of a value range of the conductivity of a compensation function for the temperature compensation stored in the control and evaluation unit.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen induktiven Sensor auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen
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1 eine schematische Darstellung eines induktiven Sensors, -
2 eine schematische Darstellung einer ersten Verschaltung einzelner Komponenten des induktiven Sensors, -
3a eine schematische Darstellung eines sinusförmigen Treibersignals, -
3b eine schematische Darstellung eines sinusförmigen Messsignals, -
4a eine schematische Darstellung eines nicht begrenzungsfreien Messsignals im Zeitbereich, -
4b eine schematische Darstellung eines nicht begrenzungsfreien Messsignals im Frequenzbereich -
5 eine schematische Darstellung einer zweiten Verschaltung einzelner Komponenten des induktiven Sensors, -
6 eine schematische Darstellung einer dritten Verschaltung einzelner Komponenten des induktiven Sensors und -
7 eine schematische Darstellung einer vierten Verschaltung einzelner Komponenten des induktiven Sensors.
-
1 a schematic representation of an inductive sensor, -
2 a schematic representation of a first interconnection of individual components of the inductive sensor, -
3a a schematic representation of a sinusoidal driver signal, -
3b a schematic representation of a sinusoidal measuring signal, -
4a a schematic representation of a non-limit-free measurement signal in the time domain, -
4b a schematic representation of a non-limit-free measurement signal in the frequency domain -
5 a schematic representation of a second interconnection of individual components of the inductive sensor, -
6 a schematic representation of a third interconnection of individual components of the inductive sensor and -
7 a schematic representation of a fourth interconnection of individual components of the inductive sensor.
Eine Sensorelektronik
Die Steuer- und Auswerteeinheit
Bei der relativen Vergleichsauswertung wird ein Messsignal oder ein Messwert dann als fehlerhaft verworfen, wenn es/er über einen vorgegebenen Abweichtoleranzbereich hinaus von einem anderen oder den anderen Messsignalen/Messwerten abweicht. Unter Zuhilfenahme einiger Grundannahmen ist es ebenfalls möglich, mithilfe der relativen Vergleichsauswertung denjenigen Messkreis, insbesondere einige der fehlerhaften Komponenten in einem fehlerhaften Messkreis, zu identifizieren, die ursächlich für den Fehler ist. Dies soll anhand eines Beispiels für die in
Messkreis
Messwert
Messwert
Messwert
Messwert
Messwert
Durch eine derartige Vergleichsauswertung lassen sich die fehlerhaften Komponenten eindeutig identifizieren oder zumindest teilweise eindeutig identifizieren. In allen gezeigten Fällen lässt sich aber ein mit hoher Wahrscheinlichkeit korrektes Messergebnis ermitteln.By means of such a comparison evaluation, the faulty components can be unambiguously identified or at least partially uniquely identified. In all cases shown, however, a high probability of correct measurement result can be determined.
Bei der absoluten Vergleichsauswertung wird ein Messsignal oder wird ein Messwert dann als fehlerhaft verworfen, wenn ein erfasstes charakteristisches Merkmal eines Messsignals von einem erwarteten charakteristischen Merkmal des Messsignals abweicht. Es wird also geprüft, ob das Messsignal ein bestimmtes charakteristisches Merkmal aufweist. Einige Beispiele charakteristischer Merkmale bzw. der Fehlererkennung anhand von charakteristischen Merkmalen sind in den
Ein weiteres charakteristisches Merkmal kann die Beschränkungsfreiheit des Messsignals sein.
In den
Auch bei der in
In der in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- induktiver Sensorinductive sensor
- 22
- erste Spulefirst coil
- 33
- zweite Spulesecond coil
- 44
- dritte Spulethird coil
- 55
- Messrohrmeasuring tube
- 66
- Sendespuletransmitting coil
- 77
- Empfangsspulereceiving coil
- 88th
- Sensorelektroniksensor electronics
- 99
- erste Treiberstufefirst driver level
- 1010
- erste Empfangsstufefirst reception level
- 1111
- Auswerteeinheitevaluation
- 1212
- zweite Treiberstufesecond driver stage
- 1313
- zweite Empfangsstufesecond reception stage
- 1414
- erste Schaltvorrichtungfirst switching device
- 1515
- zweite Schaltvorrichtungsecond switching device
- 1616
- dritte Schaltvorrichtungthird switching device
- 1717
- vierte Schaltvorrichtungfourth switching device
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018103877.1A DE102018103877B3 (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Inductive conductivity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018103877.1A DE102018103877B3 (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Inductive conductivity sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018103877B3 true DE102018103877B3 (en) | 2019-03-07 |
Family
ID=65364106
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018103877.1A Active DE102018103877B3 (en) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Inductive conductivity sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018103877B3 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE69022397T2 (en) | 1989-10-13 | 1996-03-07 | Foxboro Co | ELECTRODELESS CONDUCTIVITY VESSEL WITH THREE RING COILS. |
JPH09329663A (en) | 1996-03-13 | 1997-12-22 | Caterpillar Inc | Self-adjusting gps reference station and method for actuating the same |
JPH09329633A (en) * | 1996-06-07 | 1997-12-22 | Dkk Corp | Conductivity meter |
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DE102011002766A1 (en) | 2011-01-17 | 2012-07-19 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Measuring arrangement for determining an electrical conductivity of a measuring liquid |
-
2018
- 2018-02-21 DE DE102018103877.1A patent/DE102018103877B3/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |