DE102020002048A1

DE102020002048A1 - Messeinrichtung zur Ermittlung einer Fluidgröße und Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Messeinrichtung

Info

Publication number: DE102020002048A1
Application number: DE102020002048.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Benkert; Michael Mayle
Original assignee: Diehl Metering GmbH
Current assignee: Diehl Metering GmbH
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2020-03-31
Publication date: 2021-09-30

Abstract

Messeinrichtung zur Ermittlung einer Fluidgröße, wobei eine Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, Schwingelemente (15 - 18) eines Schwingungswandlers (5, 6) derart anzusteuern, dass eine geführte Welle angeregt wird, die zu einem anderen Schwingungswandler (5, 6) oder zurück zu dem gleichen Schwingungswandler (5, 6) führbar ist, um Schwingelemente (15 - 18) dieses Schwingungswandlers (5, 6) zu Schwingungen anzuregen, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, in einem Normalbetriebsmodus von den Ausgangssignalen dieser Schwingelemente (15 - 18) abhängige Messdaten zu erfassen und die Fluidgröße in Abhängigkeit der Messdaten zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, eine Fehlfunktionsbedingung zu prüfen, deren Erfüllung von den Messdaten und/oder von einer durch die Steuereinrichtung ermittelten Impedanzinformation, die die Impedanz (41 - 42) des jeweiligen Schwingungswandlers (5, 6) betrifft, abhängt und eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelemente (15 - 18) wenigstens eines der Schwingungswandler (5, 6) indiziert, und bei Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung eine Ausgabeeinrichtung (19, 47) der Messeinrichtung (1) zur Ausgabe eines Hinweises anzusteuern und/oder in einen Notbetriebsmodus zu wechseln, der sich bezüglich der Ermittlung der Messdaten und/oder der Verarbeitung der Messdaten zur Ermittlung der Fluidgröße von dem Normalbetriebsmodus unterscheidet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung des Fluids betreffenden Fluidgröße mit einer Steuereinrichtung, einem Messrohr, das dazu dient, das Fluid aufzunehmen und/oder zu führen, und wenigstens einem an einer oder einer jeweiligen Seitenwand des Messrohrs angeordneten Schwingungswandler, wobei der Schwingungswandler jeweils wenigstens zwei, insbesondere piezoelektrische, Schwingelemente umfasst, die mit der Seitenwand des Messrohrs in voneinander beabstandeten Kopplungsbereichen schwingungsgekoppelt sind, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Schwingelemente eines der Schwingungswandler gemeinsam derart anzusteuern, dass eine in einer Seitenwand des Messrohrs geführte Welle angeregt wird, die direkt über die Seitenwand oder indirekt über das Fluid zu einem anderen der Schwingungswandler oder zurück zu dem gleichen Schwingungswandler führbar ist, um die Schwingelemente dieses Schwingungswandlers zu Schwingungen anzuregen, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem Normalbetriebsmodus von den Ausgangssignalen dieser Schwingelemente abhängige Messdaten zu erfassen und die Fluidgröße in Abhängigkeit der Messdaten zu ermitteln. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Messeinrichtung, die zur Ermittlung einer Fluidgröße dient.
Eine Möglichkeit, einen Durchfluss durch ein Messrohr zu messen, sind Ultraschallzähler. Bei diesen wird wenigstens ein Ultraschallwandler genutzt, um eine Ultraschallwelle in das durch das Messrohr strömende Fluid einzukoppeln, wobei diese auf einem geraden Weg oder nach wenigstens einer Reflektion zu einem zweiten Ultraschallwandler geführt wird. Aus einem Laufzeitunterschied zwischen den Laufzeiten der Ultraschallwelle zwischen den Ultraschallwandlern bei Vertauschung von Sender und Empfänger können eine Durchflussgeschwindigkeit durch das Messrohr und somit bei bekannter Rohrquerschnittsfläche auch ein Durchfluss bestimmt werden.
Es kann hierbei vorteilhaft sein, Schwingungswandler zu nutzen, die außen am Messrohr angeordnet sind und die zunächst eine geführte Welle in die Seitenwand des Messrohrs einkoppeln, die aufgrund der Schwingung der Innenfläche der Seitenwand wiederum Druckwellen im Fluid auslöst. Auch empfangsseitig kann ausgenutzt werden, dass Druckwellen im Fluid wiederum geführte Wellen in der Seitenwand des Messrohrs anregen können, die über entsprechende Ultraschallwandler erfasst werden können. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn eine zumindest weitgehend modenreine Anregung entsprechender geführter Wellen erfolgt. Möglichkeiten zur im Wesentlichen modenreinen Anregung geführter Wellen durch Nutzung zweier separater Schwingelemente, beispielsweise zweier mit der Seitenwand gekoppelter piezoelektrischer Elemente, sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2017 008 776 A1 bekannt. Auch empfangsseitig kann durch Nutzung mehrerer separater Schwingelemente und durch geeignete Überlagerung der Ausgangssignale ein modenselektiver Empfang erfolgen und somit die Störung der Messung durch eine ungewollte Schwingungsmode weiter reduziert werden. Hierdurch können beispielsweise bei der Messdatenerfassung und Auswertung relativ lange Zeitfenster berücksichtigt werden, ohne eine Störung der Messung durch ungewünschte Schwingungsmoden befürchten zu müssen, wodurch die Messgenauigkeit der Messeinrichtung weiter erhöht werden kann. Eine entsprechende Messdatenerfassung und Verarbeitung ist jedoch anfällig bezüglich Störungen, bei denen aufgrund einer Fehlfunktion der Messeinrichtung keine ausreichende Modenselektivität erfolgt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Messeinrichtung anzugeben, die robuster bezüglich Fehlfunktionen ist bzw. die einen robusteren Umgang mit Fehlfunktionen ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messeinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Fehlfunktionsbedingung zu prüfen, deren Erfüllung von den Messdaten und/oder von einer durch die Steuereinrichtung ermittelten Impedanzinformation, die die elektrische Impedanz des jeweiligen Schwingungswandlers betrifft, abhängt und eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelemente wenigstens eines der Schwingungswandler indiziert, und bei Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung eine Ausgabeeinrichtung der Messeinrichtung zur Ausgabe eines Hinweises anzusteuern und/oder in einen Notbetriebsmodus zu wechseln, der sich bezüglich der Ermittlung der Messdaten und/oder der Verarbeitung der Messdaten zur Ermittlung der Fluidgröße von dem Normalbetriebsmodus unterscheidet.
Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass zumindest ein Großteil möglicher Fehlfunktionen einzelner Schwingelemente von Schwingungswandlern mit mehreren Schwingelementen durch die Steuereinrichtung der Messeinrichtung selbst ohne zusätzlichen Hardwareaufwand bzw. mit geringem zusätzlichen Hardwareaufwand erkannt werden kann. Beispielsweise können Messdaten, die ohnehin zur Ermittlung der Fluidgröße erfasst werden, bzw. auf gleiche Weise erfasste Messdaten genutzt werden, um robust einen vollständigen oder weitgehenden Ausfall eines der Schwingelemente zu erkennen. Hierbei kann, wie später noch genauer erläutert werden wird, ausgenutzt werden, dass bei Ausfall einzelner Schwingelemente des sendenden und/oder empfangenden Schwingungswandlers veränderte Messdaten resultieren, die insbesondere das Vorhandensein einer nicht gewünschten Schwingungsmode zeigen. Dies kann auf verschiedene, später noch erläuterte Weisen erkannt werden, wodurch Fehlfunktionen ohne beziehungsweise mit geringem Zusatzaufwand robust erkannt werden können.
Auch elektrische Impedanzmessungen an den Schwingungswandlern, insbesondere an den parallel geschalteten Schwingelementen, sind mit geringem technischem Aufwand möglich und können zur robusten Fehlererkennung genutzt werden. Bei Erkennen einer Fehlfunktion kann ein entsprechender Hinweis ausgegeben werden, beispielsweise über ein Display oder einen Lautsprecher der Messeinrichtung oder auch an eine externe Einrichtung, beispielsweise an eine Zentraleinrichtung eines Messdienstleisters, ein Smartphone eines Nutzers oder Ähnliches, um auf eine nötige Wartung hinzuweisen. Im einfachsten Fall könnte der Messbetrieb bei Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung abgebrochen werden, wenn davon ausgegangen wird, dass aufgrund der vorliegenden Fehlfunktion eine zu starke Verfälschung der Fluidgröße auftritt bzw. wenn bestimmte Zulassungskriterien, beispielsweise von Verbrauchsmetern, nicht mehr erfüllt werden. In vielen Anwendungsfällen kann es jedoch auch vorteilhaft sein, die Messeinrichtung zunächst in einem Notbetriebsmodus weiter zu betreiben, in dem zwar unter Umständen keine optimale Messgenauigkeit erreicht wird, dennoch aber zumindest eine grobe Erfassung der Fluidgröße möglich sein kann. Beispielsweise kann eine Messdatenerfassung bzw. Verarbeitung verwendet werden, wie sie ansonsten in einer Messeinrichtung verwendet würde, bei der keine oder eine erheblich schlechtere Modenselektivität der Messung erreicht wird.
Als Fluidinformation kann insbesondere ein Durchflussvolumen oder eine Strömungsgeschwindigkeit ermittelt werden. Hierzu kann zunächst die geführte Welle durch einen ersten Schwingungswandler angeregt und über das Fluid zu einem zweiten Schwingungswandler übertragen werden, um eine Laufzeit zu bestimmen und anschließend kann die Übertragung in eine umgekehrte Richtung erfolgen, um einen Laufzeitunterschied zu ermitteln. Hieraus kann eine Strömungsgeschwindigkeit bzw. ein Durchflussvolumen bestimmt werden. Durch Summierung der Laufzeiten oder durch Messung am stehenden Fluid kann beispielsweise eine Schallgeschwindigkeit im Fluid bzw. ein hiermit zusammenhängender Parameter des Fluids, beispielsweise seine Temperatur oder Zusammensetzung, bestimmt werden. Es können auch andere Größen, beispielsweise eine Dämpfung, insbesondere eine frequenzabhängige Dämpfung, der Welle ausgewertet werden, um weitere Fluideigenschaften zu bestimmen.
Es ist beispielsweise auch möglich, die Laufzeit der geführten Welle innerhalb der Seitenwand zu messen, indem beispielsweise eine Rayleigh-Welle angeregt wird, bei der im Wesentlichen ausschließlich die Außenseite der Seitenwand des Messrohrs schwingt. Auch Lamb-Wellen können derart angeregt werden, dass sie aufgrund der Schallgeschwindigkeit im Fluid nicht in dieses eingekoppelt werden können. Eine Laufzeitmessung durch die Seitenwand kann beispielsweise dazu dienen, eine Temperatur der Seitenwand zu bestimmen. Es ist beispielsweise auch möglich, den Druck eines Fluids zu ermitteln, da ein Druck des Fluids die Seitenwand verformt bzw. verspannt und somit die Schallgeschwindigkeit in der Seitenwand beeinflusst. Insbesondere bei Messungen an einem stehenden Fluid bzw. bei einer ausschließlichen Führung der Welle innerhalb der Seitenwand kann vorgesehen sein, dass die Welle beispielsweise durch Reflektionselemente zum gleichen Schwingungswandler zurückgeführt wird, so dass die erfindungsgemäße Messeinrichtung auch nur einen einzigen Schwingungswandler aufweisen kann.
Die gemeinsame Ansteuerung der Schwingelemente kann insbesondere durch ein gemeinsames Anregungssignal erfolgen, das den Schwingelementen zugeführt wird. Um ein entgegengesetztes Schwingverhalten beispielsweise piezoelektrischer Schwingelemente zu erreichen, kann hierbei beispielsweise eine unterschiedliche Anordnung von Elektroden genutzt werden bzw. es kann schaltbar sein, welcher von zwei Elektroden das Ansteuersignal zugeführt wird. Es ist auch möglich, dass für eines der Schwingelemente oder einige der Schwingelemente eine Veränderung des gemeinsamen Ansteuersignals erfolgt, beispielsweise durch eine Phasenschiebung oder eine Invertierung.
Die geführte Welle kann beispielsweise eine Lamb-Welle oder Rayleigh-Welle sein. Bei einer geführten Welle durchtritt die Welle die Seitenwand nicht geradlinig, sondern es wird zumindest ein Teil der eingekoppelten Schwingungsenergie innerhalb der Ebene der Seitenwand geführt. Eine Einkopplung dieser Welle in das Fluid erfolgt beispielsweise bei Lamb-Wellen dadurch, dass auch die Innenfläche der Seitenwand schwingt und somit Druckwellen im Fluid auslöst. Hierbei werden diese Druckwellen im sogenannten Rayleigh-Winkel abgestrahlt, der von der Schallgeschwindigkeit im Fluid und in der Seitenwand abhängt.
Die genannte Führbarkeit der Welle zu dem anderen Schwingungswandler ist insbesondere so aufzufassen, dass die Ausgestaltung der Messeinrichtung, insbesondere die Ausgestaltung des Messrohrs und der Schwingungswandler und die Anordnung der Schwingungswandler am Messrohr, so gewählt ist, dass die obig erläuterte Führung erfolgt. Dies kann beispielsweise auch nur für eine bestimmte Anregungsfrequenz oder in einem bestimmten Anregungsfrequenzbereich der Fall sein, die bzw. der zur Erfassung der Fluidgröße genutzt wird. Entsprechende Anregungsfrequenzen können beispielsweise im Rahmen einer Kalibrierung bestimmt oder herstellerseitig für die Messeinrichtung fest vorgegeben werden.
Die Messdaten können ein Überlagerungssignal beschreiben, das durch eine Überlagerung der Ausgangssignale der Schwingelemente des jeweiligen Schwingungswandlers resultiert, wobei die Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung von einer Amplitude des Überlagerungssignals und/oder von der Form einer Einhüllenden des Überlagerungssignals und/oder von einer spektralen Zusammensetzung des Überlagerungssignals abhängt. Die Überlagerung der Ausgangssignale kann insbesondere durch Addition oder Subtraktion der Ausgangssignale erfolgen. Hierbei kann die Überlagerung analog erfolgen, beispielsweise durch einen analogen Addierer bzw. einen solchen Addierer mit vorgeschaltetem Inverter, oder nach einer Digitalisierung der Ausgangssignale. Prinzipiell kann im Rahmen der Überlagerung auch eine Zeit- bzw. Phasenverschiebung der Ausgangssignale erfolgen. Die Ausgangssignale können vor der Überlagerung skaliert werden, beispielsweise um unterschiedliche Empfindlichkeiten der Schwingelemente zu kompensieren.
Die Nutzung von zumindest zwei Schwingelementen pro Schwingungswandler erlaubt insbesondere eine modenselektive Anregung, bei der durch eine geeignete Wahl des Abstands der Mitten der Kopplungsbereiche, der Anregungsfrequenz und der Polarität bzw. Phase der Anregung für eine gewünschte Mode eine konstruktive Interferenz und somit eine Verstärkung und für eine nicht gewünschte Mode eine destruktive Interferenz und somit eine Bedämpfung erfolgt. Empfangsseitig kann ebenfalls der Abstand der Mitten der Kopplungsbereiche und die Polarität bzw. eine Phasenschiebung bei der Überlagerung so gewählt werden, dass eine entsprechende Modenselektivität erfolgt.
Eine im Wesentlichen modenreine Anregung einer Lamb-Welle kann beispielsweise erreicht werden, wenn relativ niedrige Anregungsfrequenzen genutzt werden, bei denen ausschließlich die niedrigste antisymmetrische Schwingungsmode (A0) und die niedrigste symmetrische Schwingungsmode (S0) angeregt werden können. Durch geeignete Wahl der obig genannten Parameter kann beispielsweise erreicht werden, dass für die symmetrische Schwingungsmode eine im Wesentlichen vollständig destruktive Interferenz erfolgt, so dass ausschließlich die antisymmetrische Schwingungsmode verbleibt oder umgekehrt. Die verbleibenden Anteile der nicht gewünschten Schwingungsmode können durch einen entsprechenden modenselektiven Empfang eliminiert werden, so dass die nicht gewünschte Mode die Messdaten kaum beeinflusst.
Für die beschriebene Modenselektivität wird ausgenutzt, dass gemäß der Dispersionsrelation für Lamb-Wellen die unterschiedlichen Moden unterschiedliche Wellenlängen aufweisen. Wird nun beispielsweise der Abstand der Mitten der Kopplungsbereiche so gewählt, dass er der halben Wellenlänge der niedrigsten symmetrischen Schwingungsmode entspricht und erfolgt eine Anregung durch beide Schwingelemente mit gleicher Polarität, so resultiert eine im Wesentlichen vollständig destruktive Interferenz für die symmetrische Schwingungsmode. Eine vollständig destruktive Interferenz für eine Schwingungsmode kann beispielsweise auch erreicht werden, indem der Abstand der Mitten der Kopplungsbereiche gleich der Wellenlänge der entsprechenden Schwingungsmode gewählt wird und die beiden Schwingelementen mit umgekehrter Polarität bzw. mit einem Phasenversatz von 180° angesteuert werden. Durch entsprechende Wahl der Anregungsfrequenz kann für die verbleibende Schwingungsmode eine zumindest näherungsweise optimale konstruktive Interferenz erreicht werden.
Ein Ausfall oder eine andere Fehlfunktion eines der Schwingelemente kann beispielsweise dadurch erkannt werden, dass eine maximale Amplitude des Überlagerungssignals mit einem Grenzwert verglichen wird oder anderweitig ausgewertet wird. Resultiert für eine gewünschte Schwingungsmode durch Überlagerung der Teilwellen, die durch die einzelnen Schwingelemente angeregt werden, eine konstruktive Interferenz, so reduziert der Ausfall eines dieser Schwingelemente die Amplitude im Überlagerungssignal merklich, beispielsweise bei einer Nutzung von genau zwei Schwingelementen und einer optimal konstruktiven Interferenz um den Faktor 2. Gleiches gilt bei einer Überlagerung der Ausgangssignale derart, dass für die gewünschte Schwingungsmode eine konstruktive Interferenz der resultierenden Signale erfolgt. Bereits durch einen Vergleich der Amplitude des Überlagerungssignals mit entsprechenden Grenzen kann somit ein Ausfall eines Schwingungselements des empfangsseitigen oder des sendeseitigen Schwingungswandlers erkannt werden und sogar erkannt werden, wenn sowohl sende- als auch empfangsseitig eines der Schwingelemente ausgefallen ist, da dies zu einer doppelt so starken Amplitudenreduktion führt.
Auch anhand der Form der Einhüllenden kann typischerweise erkannt werden, ob zumindest eines der Schwingelemente ausgefallen ist. Wie obig erläutert, führt ein Ausfall wenigstens eines Schwingelements und insbesondere der Ausfall jeweils eines Schwingelements am sende- und empfangsseitigen Schwingungswandler zu einem verstärkten Auftreten einer nicht gewünschten Schwingungsmode im Überlagerungssignal. Hierbei kann ausgenutzt werden, dass verschiedene, bei der gleichen Frequenz angeregte Schwingungsmoden typischerweise unterschiedliche Laufzeiten aufweisen und somit zumindest geringfügig zeitlich beabstandet voneinander empfangen werden. Das Vorhandensein mehrerer Schwingungsmoden im Überlagerungssignal führt somit zu einer Einhüllenden mit mehreren Maxima, die im Rahmen der Auswertung der Messdaten in der Regel leicht erkannt werden können, oder zumindest zur Verbreiterung des Maximums der Hüllkurve. Bei einer ausschließlichen Führung der geführten Welle in der Seitenwand resultiert ein solcher Laufzeitunterschied daraus, dass für unterschiedliche Schwingungsmoden unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten resultieren. Selbst wenn nur ein kleiner Streckenabschnitt in der Wand zurückgelegt wird und ein Großteil des Ausbreitungspfades innerhalb des Fluids verläuft, resultiert jedoch typischerweise ein entsprechender Laufzeitunterschied, da wie obig erläutert der Rayleigh-Winkel, mit dem die Druckwelle in das Fluid abgestrahlt wird, von der Phasengeschwindigkeit der geführten Wellen in der Seitenwand abhängt und somit für die verschiedenen Schwingungsmoden unterschiedlich ist. Somit resultieren unterschiedliche Ausbreitungspfade im Fluid und somit auch unterschiedliche Laufzeiten.
In der erfindungsgemäßen Messeinrichtung erfolgt die Anregung der einzelnen Schwingelemente zwar vorzugsweise mit einer definierten Frequenz, da jedoch endlich lange Anregungspulse genutzt werden, wobei als Einhüllende im einfachsten Fall eine Rechteckfunktion, typischerweise jedoch eine langsam zu den Pulsenden abfallende Funktion, genutzt wird, resultiert eine Verbreiterung des angeregten Frequenzspektrums. Für unterschiedliche Schwingungsmoden der geführten Welle unterscheidet sich jedoch typischerweise sowohl die Resonanzfrequenz des Systems als auch die Dispersion in der Seitenwand. Somit resultiert für die unterschiedlichen Schwingungsmoden in vielen Anwendungsfällen eine deutlich unterschiedliche Übertragungsfunktion zwischen den Schwingungswandlern bzw. bei einer Ausbreitung der Wellen entlang einem Ausbreitungspfad und einer Rückführung zum gleichen Schwingungswandler. Ist somit beispielsweise für einen bestimmten Frequenzbereich bekannt, dass dieser für eine gewünschte Schwingungsmode durch die Übertragungsfunktion stark unterdrückt wird, kann bei Erkennung von Frequenzanteilen in diesem Frequenzbereich darauf zurückgeschlossen werden, dass das Überlagerungssignal Anteile einer nicht gewünschten Schwingungsmode enthält, wodurch wiederum eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelemente erkannt werden kann.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Schwingelemente derart anzusteuern, dass durch eine Überlagerung von durch die einzelnen Schwingelemente in die Seitenwand eingekoppelten Teilwellen zu der geführten Welle für wenigstens eine nicht gewünschte Schwingungsmode der Teilwellen eine destruktive Interferenz resultiert und/oder dass die Messdaten das oder ein Überlagerungssignal der Ausgangssignale der Schwingelemente des jeweiligen Schwingungswandlers beschreiben, wobei die Polarität oder Phasenlage der Überlagerung derart gewählt ist, dass in dem Überlagerungssignal für ein nicht gewünschtes Teilsignal, das durch Empfang der nicht gewünschten Schwingungsmode durch die Schwingelemente resultieren, eine destruktive Interferenz resultiert. Beispiele für das beschriebene Vorgehen wurden bereits obig erläutert.
Die Steuereinrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Messdaten ein Maß für das Vorhandensein des nicht gewünschten Teilsignals in dem Überlagerungssignal zu ermitteln, wobei die Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung von diesem Maß abhängt. Ein Einfluss des Vorhandenseins einer nicht gewünschten Schwingungsmode bzw. aus dieser resultierender nicht gewünschter Teilsignale auf die Form der Einhüllenden und die spektrale Zusammensetzung des Überlagerungssignals wurde bereits obig erörtert. Es kann jedoch beispielsweise auch die Amplitude eines Überlagerungssignals an einer zeitlichen Position ausgewertet werden, an der kein Empfang der gewünschten Schwingungsmode zu erwarten ist oder Ähnliches.
In wenigstens einem Betriebsmodus der Messeinrichtung können die Schwingelemente eines jeweiligen Schwingungswandlers parallelgeschaltet sein, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Impedanz dieser Parallelschaltung der Schwingelemente für wenigstens eine vorgegebene Frequenz oder eine von dieser Impedanz abhängige Größe als Impedanzinformation zu ermitteln. Insbesondere kann der Betrag der Impedanz ermittelt werden. Die Impedanz bzw. insbesondere ihr Betrag kann mit einem Grenzwert verglichen werden. Die Fehlfunktionsbedingung kann beispielsweise erfüllt werden, wenn der Betrag der Impedanz bei einer bestimmten Frequenz einen vorgegebenen Grenzwert erreicht oder überschreitet.
Typischerweise führt eine Fehlfunktion, beispielsweise ein defekter Kontakt zu einem Schwingelement, zu einer merklichen Erhöhung der Impedanz zumindest für einige Frequenzen. Parallelgeschaltete Schwingelemente, insbesondere piezoelektrische Schwingelemente, können, abgesehen von Resonanzen bzw. Anti-Resonanzen, näherungsweise als parallelgeschaltete Kondensatoren betrachtet werden. Somit wird durch die Parallelschaltung der Betrag der Impedanz gesenkt, wobei ein defekter Kontakt oder ähnlich wirkende Defekte diese Parallelschaltung zerstören und somit zu einer Erhöhung des Impedanzbetrages führen.
Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, dass ein Erkennen einer Fehlfunktion insbesondere bei einer Ermittlung des Impedanzbetrags bei oder nahe der Resonanzfrequenz robust möglich ist. Eine zusätzliche oder alternative Berücksichtigung von Impedanzen oder Impedanzbeträgen bei anderen Frequenzen kann beispielsweise dazu beitragen, verschiedene mögliche Defekte von Schwingelementen zu unterscheiden, also beispielsweise zwischen einem vollständigen Kontaktverlust zu einem der Schwingelemente und einem Bruch eines der Schwingelemente zu unterscheiden.
Neben dem Betrag der Impedanz kann auch ein Einfluss der Impedanz auf die Phase, also insbesondere die vollständige komplexe Impedanz, berücksichtigt werden. Die Berücksichtigung eines Einflusses auf die Phase ermöglicht es beispielsweise, eine Verschiebung einer Resonanzfrequenz eines Schwingelements besser zu erkennen, die beispielsweise resultieren kann, wenn eine mechanische Beschädigung des Schwingelements, beispielsweise ein Bruch einer Piezokeramik, vorliegt.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit der Messdaten und/oder der Impedanzinformation zu ermitteln, ein bzw. welches Schwingelement welches der Schwingungswandler eine Fehlfunktion aufweist und/oder welche Fehlfunktion das Schwingelement aufweist. Eine Unterscheidung, das bzw. welches Schwingelement welches der Schwingungswandler eine Fehlfunktion aufweist, ist über die Ermittlung und Auswertung der jeweiligen Impedanz besonders einfach möglich. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass eine Impedanzmessung nur dann erfolgt, wenn die Messdaten bereits indizieren, dass überhaupt ein Fehler vorliegt. Wie obig erläutert kann anhand einer Impedanzmessung, insbesondere für mehrere Frequenzen, auch erkannt werden, ob ein ähnlicher Impedanzverlauf vorliegt, was beispielsweise bei einem reinen Kontaktverlust der Fall ist, oder eine Resonanzverschiebung, die beispielsweise bei einer mechanischen Beschädigung auftreten kann. Wie später noch anhand eines Beispiels erläutert werden wird, variieren jedoch beispielsweise auch die Form der Einhüllenden des Überlagerungssignals, je nachdem, ob ein Schwingelement des sendeseitigen oder des empfangsseitigen Schwingungswandlers beschädigt ist.
Besonders einfach ist in der erfindungsgemäßen Messeinrichtung zwischen einer Beschädigung eines Schwingelements ausschließlich des sendenden oder ausschließlich des empfangenden Schwingungswandlers und einer Beschädigung von Schwingelementen beider Schwingungswandler zu unterscheiden, da beispielsweise eine Beschädigung von Schwingelementen für beide Schwingungswandler, wie obig erläutert, zu einer deutlich stärkeren Absenkung der Amplitude bzw. zu einer deutlich stärken Änderung der spektralen Zusammensetzung bzw. des Forms der Einhüllenden aufgrund einer deutlich geringeren Modenselektivität führt.
In dem Notbetriebsmodus kann die Erfassung der Messdaten für ein Zeitfenster erfolgen, das kürzer ist als ein Zeitfenster, für das im Normalbetriebsmodus Messdaten erfasst werden. Ergänzend oder alternativ können die Messdaten in dem Notbetriebsmodus mit einer Fensterfunktion gewichtet werden, wobei in dem Normalbetriebsmodus keine Fensterfunktion oder eine andere Fensterfunktion zur Gewichtung der Messdaten genutzt wird. Durch die Nutzung eines kürzeren Zeitfensters bzw. einer das relevante Zeitintervall deutlicher einschränkenden Fensterfunktion im Notbetriebsmodus kann ein Teil des durch die Messdaten beschriebenen Empfangssignals, also insbesondere des Überlagerungssignals, nicht berücksichtigt bzw. durch eine entsprechende Gewichtung zumindest weitgehend unterdrückt werden, in dem starke Beiträge einer nicht gewünschten Schwingungsmode erwartet werden. Wie bereits obig erläutert, resultieren für verschiedene Schwingungsmoden typischerweise unterschiedliche Laufzeiten, so dass in vielen Anwendungsfällen Signale für eine nicht gewünschte Schwingungsmode weitgehend dadurch verworfen werden können, dass ein entsprechendes Zeitfenster bzw. eine entsprechende Fensterfunktion gewählt wird.
Hierbei ist jedoch problematisch, dass eine Wahl von relativ kurzen Zeitfenstern bzw. einer entsprechenden Fensterfunktion die resultierenden Messdaten stark beeinflussen kann und somit bereits bei geringfügigen Abweichungen von einem erwarteten Verhalten, also beispielsweise bei besonders starken oder besonders schwachen Durchflüssen, einem geringfügig erhöhten Rauschlevel, einer Ablagerung von Verunreinigungen im Messrohr oder Ähnlichem, Artefakte bzw. Messungenauigkeiten auftreten können, die bei Nutzung eines längeren Zeitfensters für die Messdatenerfassung bzw. bei Verzicht auf eine Fensterfunktion bzw. Nutzung einer relativ langen Fensterfunktion weitgehend vermieden werden können. Die Nutzung unterschiedlicher Zeitfenster bzw. Fensterfunktionen ermöglicht es, im Normalbetriebsmodus eine solche Verringerung der Messgenauigkeit zu vermeiden. Im Notbetriebsmodus kann hingegen die erwähnte potentiell geringere Messgenauigkeit in Kauf genommen werden, um weiterhin einen Messbetrieb zu ermöglichen.
Die Verarbeitung der Messdaten im Notbetriebsmodus kann einen Vorverarbeitungsschritt umfassen, in dem unterschiedliche Frequenzanteile eines durch die Messdaten beschriebenen Empfangssignals, das insbesondere das Überlagerungssignal ist, unterschiedlich gewichtet werden. Eine unterschiedliche Gewichtung unterschiedlicher Frequenzanteile kann im einfachsten Fall durch eine Filterung erfolgen. Es kann jedoch auch eine Transformation in den Frequenzraum, beispielsweise durch eine schnelle Fourier-Transformation, und eine dortige Gewichtung und Rücktransformation erfolgen. Dies ermöglicht die Anwendung komplexer spektraler Filter. Diese können beispielsweise auch durch eine Faltung implementiert werden.
Die unterschiedliche Gewichtung der Frequenzanteile im Notbetriebsmodus kann vorteilhaft sein, da wie obig erläutert die Übertragungsfunktion zwischen den Schwingungswandlern für unterschiedliche Schwingungsmoden typischerweise unterschiedlich ist. Durch den Vorverarbeitungsschritt können somit Frequenzbereiche eliminiert bzw. geringer gewichtet werden, in denen eine nicht gewünschte Mode besonders stark hervortritt. Hierdurch kann insbesondere auch in Fällen, in denen eine Separierung der Moden allein durch eine Fensterfunktion oder ein entsprechend gewähltes Zeitfenster nicht vollständig möglich ist, ein Einfluss der nicht gewünschten Mode auf die Messung zumindest bis zu einem gewissen Grad unterdrückt werden, so dass beispielsweise bei sehr geringen Laufzeitunterschieden zwischen der gewünschten und der nicht gewünschten Mode weiterhin eine robuste Messung möglich sein kann.
Ähnlich wie die obig erläuterte Nutzung kurzer Zeitfenster für die Messdatenerfassung bzw. kurzer Fensterfunktionen kann jedoch auch eine Vorverarbeitung, die unterschiedliche Frequenzanteile des Empfangssignals unterschiedlich gewichtet, zu bestimmten Messartefakten bzw. Messfehlern führen, die die Messgenauigkeit verringern können. Es ist daher vorteilhaft, wenn ein solcher Vorverarbeitungsschritt ausschließlich im Notbetriebsmodus erfolgt und im Normalbetriebsmodus unterbleibt.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, eine im Notbetriebsmodus ermittelte Fluidgröße oder eine in Abhängigkeit dieser Fluidgröße ermittelte Verarbeitungsgröße gemeinsam mit einer Markierinformation, die auf einen Betrieb im Notfallmodus hinweist, zu speichern oder an eine externe Einrichtung bereitzustellen. Wie obig erläutert, kann zwar auch im Notbetriebsmodus eine robuste Bestimmung der Fluidgröße möglich sein, für diese ist jedoch ein höherer Messfehler zu erwarten als im Normalbetriebsmodus. Es ist daher vorteilhaft, eine entsprechende Fluidgröße bzw. eine aus dieser ermittelte Verarbeitungsgröße eindeutig zu markieren, um mögliche Fehler bei der Weiterverarbeitung berücksichtigen zu können bzw. klarzustellen, dass die resultierenden Größen nicht notwendigerweise für alle Zwecke geeignet sind.
Neben der erfindungsgemäßen Messeinrichtung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Überwachung eines Betriebs einer Messeinrichtung, die zur Ermittlung einer ein Fluid- und/oder eine Fluidströmung betreffenden Fluidgröße dient, wobei die Messeinrichtung eine Steuereinrichtung, ein Messrohr, das dazu dient, das Fluid aufzunehmen und/oder zu führen und wenigstens einen an einer oder einer jeweiligen Seitenwand des Messrohrs angeordneten Schwingungswandler umfasst, wobei der Schwingungswandler jeweils wenigstens zwei, insbesondere piezoelektrische, Schwingelemente umfasst, die mit der Seitenwand des Messrohrs in voneinander beabstandeten Kopplungsbereichen schwingungsgekoppelt sind, wobei die Steuereinrichtung zur Ermittlung der Fluidgröße die Schwingelemente eines der Schwingungswandler gemeinsam derart ansteuert, dass eine in der Seitenwand des Messrohrs geführte Welle angeregt wird, die direkt über die Seitenwand oder indirekt über das Fluid zu einem anderen der Schwingungswandler oder zurück zu dem gleichen Schwingungswandler geführt wird, wodurch die Schwingelemente dieses Schwingungswandlers zu Schwingungen angeregt werden, wobei durch die Steuereinrichtung in einem Normalbetriebsmodus von den Ausgangssignalen dieser Schwingelemente abhängige Messdaten erfasst werden und die Fluidgröße in Abhängigkeit der Messdaten ermittelt wird, wobei durch die Steuereinrichtung eine Fehlerfunktionsbedingung geprüft wird, die von den Messdaten oder von einer durch die Steuereinrichtung ermittelten Impedanzinformation, die die Impedanz des jeweiligen Schwingungswandlers betrifft, abhängt und deren Erfüllung eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelemente wenigstens eines der Schwingungswandler indiziert, und bei Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung eine Ausgabeeinrichtung der Messeinrichtung zur Ausgabe eines Hinweises angesteuert wird und/oder in einen Notbetriebsmodus gewechselt wird, der sich bezüglich der Ermittlung der Messdaten und/oder der Verarbeitung der Messdaten zur Ermittlung der Fluidgröße von dem Normalbetriebsmodus unterscheidet.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit den zur Messeinrichtung erläuterten Merkmalen mit den dort genannten Vorteilen weitergebildet werden und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messeinrichtung,
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 resultierende Messdaten bei funktionierenden Schwingelementen bzw. bei unterschiedlichen Defekten der Schwingelemente der in 1 gezeigten Messeinrichtung, und
4 die Frequenzabhängigkeit der Impedanz eines der in 1 gezeigten Schwingungswandler einerseits für den Fall korrekt funktionierender Schwingelemente und andererseits für zwei Fälle, in denen jeweils eines der Schwingelemente eine Fehlfunktion aufweist.

1 zeigt eine Messeinrichtung 1 zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung betreffenden Fluidgröße, insbesondere eines Durchflussvolumens. Das Fluid wird in eine durch den Pfeil 7 gezeigte Richtung durch einen Innenraum 4 des Messrohrs geführt. Um die Fluidgröße, insbesondere das Durchflussvolumen, zu ermitteln, kann die Steuereinrichtung 2 eine Laufzeitdifferenz zwischen den Laufzeiten von einem ersten Schwingungswandler 5 zu einem zweiten Schwingungswandler 6 und umgekehrt ermitteln. Hierbei wird ausgenutzt, dass diese Laufzeit von einer Geschwindigkeitskomponente des Fluids parallel zu einer Ausbreitungsrichtung eines Ultraschallstrahls 8 durch das Fluid abhängt. Aus dieser Laufzeitdifferenz kann somit eine über den Pfad des jeweiligen Ultraschallstrahls 8 gemittelte Flussgeschwindigkeit in Richtung des jeweiligen Ultraschallstrahls 8 und somit eine gemittelte Strömungsgeschwindigkeit in dem von dem Ultraschallstrahl 8 durchquerten Volumen ermittelt werden.
Um einerseits eine Anordnung der Schwingungswandler 5, 6 außerhalb des Messrohrs 3 zu ermöglichen und andererseits eine Empfindlichkeit bezüglich unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten an unterschiedlichen Positionen des Strömungsprofils zu reduzieren, wird durch den ersten Schwingungswandler 5 nicht direkt ein Ultraschallstrahl 8, also eine Druckwelle in dem Fluid induziert. Stattdessen wird durch den Schwingungswandler 5 eine geführte Welle in der Seitenwand 9 des Messrohrs 3 angeregt. Die Anregung erfolgt mit einer Frequenz, die derart gewählt ist, dass eine Lamb-Welle in der Seitenwand 9 angeregt wird. Solche Wellen können angeregt werden, wenn die Dicke 10 der Seitenwand 9 vergleichbar mit der Wellenlänge der Transversalwelle im Festkörper ist, welche sich aus dem Verhältnis der Schallgeschwindigkeit der Transversalwelle im Festkörper und der angeregten Frequenz ergibt.
Die durch den Schwingungswandler 5 in der Seitenwand 9 angeregt geführte Welle ist schematisch durch den Pfeil 11 dargestellt. Durch die geführte Welle werden Kompressionsschwingungen des Fluids angeregt, die im gesamten Ausbreitungspfad der geführten Welle in das Fluid abgestrahlt werden. Dies ist schematisch durch die in Strömungsrichtung zueinander versetzten Ultraschallstrahlen 8 dargestellt.
Die abgestrahlten Ultraschallstrahlen 8 werden an der gegenüberliegenden Seitenwand 12 reflektiert und über das Fluid zurück zu der Seitenwand 9 geführt. Dort regen die auftreffenden Ultraschallstrahlen 8 erneut eine geführte Welle in der Seitenwand 9 an, die schematisch durch den Pfeil 13 dargestellt ist und die durch den Schwingungswandler 6 erfasst werden kann, um die Laufzeit zu bestimmen. Alternativ oder ergänzend wäre es auch möglich, die abgestrahlte Ultraschallwelle über einen nicht gezeigten Schwingungswandler zu erfassen, der an der Seitenwand 12 angeordnet ist. Im gezeigten Beispiel werden die Ultraschallstrahlen 8 auf ihrem Pfad zum Schwingungswandler 6 nur einmal an der Seitenwand 12 reflektiert. Es wäre selbstverständlich möglich, eine längere Messstrecke zu nutzen, wobei die Ultraschallstrahlen 8 mehrfach an den Seitenwänden 9, 12 reflektiert werden, oder die Ultraschallstrahlen 8 ohne eine Reflektion unmittelbar über einen Schwingungswandler an der Seitenwand 12 zu empfangen.
Zur robusten Erfassung einer Strömungsgeschwindigkeit bzw. eines Durchflussvolumens ist es vorteilhaft, wenn die Schwingungswandler 5, 6 derart ausgebildet sind, dass durch sie geführte Wellen mit genau einer Schwingungsmode einer Lamb-Welle, also beispielsweise ausschließlich eine antisymmetrische Lamb-Welle oder ausschließlich eine symmetrische Lamb-Welle angeregt werden können. In diesem Fall werden die Kompressionswellen mit einem Rayleigh-Winkel 14 abgestrahlt, der von der Schallgeschwindigkeit der Kompressionswelle im Fluid und der Schallgeschwindigkeit der in der Seitenwand 9 angeregten Mode abhängt. Eine weitgehend modenreine Messung erfolgt in der in 1 gezeigten Messeinrichtung dadurch, dass die Schwingungswandler 5, 6 jeweils mehrere Schwingelemente 15 bis 18 aufweisen, die mit der Seitenwand 9 in voneinander beabstandeten Kopplungsbereichen 33 bis 36 schwingungsgekoppelt sind.
Im gezeigten Beispiel dient der Schwingungswandler 5 zur Anregung der geführten Welle und der Schwingungswandler 6 zur Messdatenerfassung. Diese Funktion kann auch umgekehrt werden, beispielsweise um einen Laufzeitunterschied zwischen den Ausbreitungsrichtungen zu ermitteln.
Durch geeignete Wahl der Anregungsfrequenz und des Abstandes der Mitten der Kopplungsbereiche 33 und 34 bzw. 35 und 36 sowie unter Umständen der Wahl einer geeigneten Polarität bzw. Phasenlage der Anregungen der Schwingelemente 15 bis 18 kann erreicht werden, dass aufgrund der Dispersionsrelationen der Seitenwand 9 nur genau eine symmetrische und genau eine antisymmetrische Lamb-Welle angeregt werden, wobei eine nicht gewünschte dieser Schwingungsmoden durch eine destruktive Interferenz weitgehend ausgelöscht werden kann. Zudem kann im Rahmen der Messdatenerfassung das Ausgangssignal der Schwingelemente 15 und 16 bzw. das Ausgangssignal der Schwingelemente 17 und 18 mit geeigneter Polarität bzw. Phasenlage überlagert werden, so dass Beiträge der nicht gewünschte Mode zu dem Überlagerungssignal bei dieser Überlagerung durch eine destruktive Interferenz weiter reduziert werden.
Aufgrund der modenselektiven Anregung und Messdatenerfassung können Messdaten über ein relativ langes Zeitfenster erfasst werden und es kann auf die Anwendung einer Fensterfunktion auf die Messdaten verzichtet werden bzw. es kann eine relativ breite Fensterfunktion verwendet werden, ohne dass die Messung durch Auswirkungen der nicht gewünschten Mode auf die Messdaten verfälscht wird. Dies ist vorteilhaft, um hohe Messgenauigkeiten zu erreichen.
Aufgrund von Verschleiß der Messeinrichtung oder einer Beschädigung durch äußere Einwirkung ist es möglich, dass eines der Schwingelemente 15 bis 18 beschädigt wird bzw. nicht oder nicht robust kontaktiert wird, so dass es durch die Steuereinrichtung 2 nicht zu Schwingungen angeregt werden kann bzw. so dass eine deutlich geringere Schwingungsamplitude resultiert bzw. so dass ein Ausgangssignal entfällt oder eine deutlich reduzierte Amplitude aufweist. Somit kann durch eine solche Beschädigung der Messeinrichtung eine modenselektive Anregung bzw. eine modenselektive Messdatenerfassung nicht länger möglich sein. Die Auswirkungen auf das resultierende Überlagerungssignal und somit die Messdaten sind in 3 schematisch dargestellt. Zur deutlicheren Visualisierung wird hierbei davon ausgegangen, dass die Lamb-Welle ausschließlich innerhalb der Seitenwand 9 geführt wird und nicht, wie in 1 dargestellt ist, ein Teil des Übertragungsweges durch eine Druckwelle im Fluid realisiert ist. Die im Folgenden mit Bezug auf 3 diskutierten Auswirkungen treten jedoch auch bei dem in 1 dargestellten Übertragungspfad auf.
In 3 ist für verschiedene Überlagerungssignale 23 bis 26 der Verlauf der Amplitude 22 über die Zeit 21 aufgetragen. Auf der Zeitachse ist hierbei die Zeit seit Beginn der Messdatenerfassung in Mikrosekunden aufgetragen. Das durch die Messdaten beschriebene Überlagerungssignal 23 zeigt den Fall, in dem alle Schwingelemente 15 bis 18 fehlerfrei funktionieren, so dass sowohl empfangs- als auch sendeseitig eine Modenselektivität vorliegt. Wie insbesondere an dem Überlagerungssignal 26 zu erkennen ist, dass für den Fall erfasst wird, in dem sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig eines der Schwingelemente 15 bis 18 ausfällt, würden ohne eine solche Modenselektivität sowohl ein Signal für die gewünschte Schwingungsmode 27, beispielsweise die antisymmetrische Lamb-Welle, als auch für die nicht gewünschte Schwingungsmode 28, beispielsweise die symmetrische Lamb-Welle, empfangen. Aufgrund der unterschiedlichen Phasengeschwindigkeit der Schwingungsmoden 27, 28 in der Seitenwand 9 und, bei einem Ausbreitungspfad über das Fluid, dem hieraus resultierenden unterschiedlichen Rayleigh-Winkel 14, werden die Teilsignale 37, 38 für die Schwingungsmoden 27, 28 zeitlich versetzt erfasst. Der gezeigte Empfang der nicht gewünschten Schwingungsmode 28 vor der gewünschten Schwingungsmode 27 kann dazu führen, dass zu kurze Laufzeiten ermittelt werden, was zu erheblichen Fehlern für die Fluidgröße führen kann.
Bereits der Ausfall eines einzelnen der Schwingelemente 15 bis 18 kann zu ähnlichen Problemen führen, wie an den ebenfalls in 3 gezeigten Überlagerungssignalen 24, 25 zu erkennen ist. Das Überlagerungssignal 24 resultiert bei Ausfall eines sendeseitigen Schwingelements 15, 16, also wenn die Anregung nicht länger modenselektiv erfolgt, und das Überlagerungssignal 25 resultiert bei Ausfall eines der empfangsseitigen Schwingelemente 17, 18, also wenn keine modenselektive Messdatenerfassung mehr erfolgt. In beiden Fällen resultiert bereits ein gewisses Teilsignal für die nicht gewünschte Schwingungsmode 28, was wiederum zu einer merklichen Verringerung der Messgenauigkeit für die Fluidgröße führen kann.
Um eine entsprechende Verringerung der Messgenauigkeit zu erkennen unter Umständen zu vermeiden bzw. zu reduzieren, ist die Steuereinrichtung 2 dazu eingerichtet, eine Fehlfunktionsbedingung zu prüfen, die von den Messdaten oder von einer durch die Steuereinrichtung 2 ermittelten Impedanzinformation, die die Impedanz des ersten und/oder des zweiten Schwingungswandlers betrifft, abhängt, und deren Erfüllung eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelement 15 bis 18 wenigstens eines der Schwingungswandler 5, 6 indiziert. Bei Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung kann eine Ausgabeeinrichtung 19, 47 zur Ausgabe eines Hinweises angesteuert werden. Die Ausgabeeinrichtung 19 ist ein Display zur Ausgabe eines optischen Hinweises an einen Benutzer. Ergänzend oder alternativ könnte beispielsweise ein Lautsprecher zur Ausgabe eines Warntons oder Ähnliches genutzt werden. Die Ausgabeeinrichtung 47 ist eine drahtlose Kommunikationseinrichtung, durch die ein Hinweis an eine externe Einrichtung 20, beispielsweise ein Rechenzentrum eines Fluidversorgers, gegeben werden kann. In beiden Fällen kann aufgrund des Hinweises erkannt werden, dass eine Wartung der Messeinrichtung 1 erforderlich ist.
Ergänzend oder alternativ kann die Steuereinrichtung 2 in einen Notbetriebsmodus wechseln, der sich bezüglich der Ermittlung der Messdaten bzw. der Verarbeitung der Messdaten zur Ermittlung der Fluidgröße von einem ansonsten genutzten Normalbetriebsmodus unterscheidet. Im Notbetriebsmodus kann insbesondere ein Zeitfenster verkürzt werden, für das Messdaten erfasst werden bzw. es kann eine Fensterfunktion genutzt werden, um Messdaten in einem Zeitbereich, in dem der Empfang der nicht gewünschten Schwingungsmode erwartet wird, zumindest teilweise zu unterdrücken. Hierdurch kann gegenüber einem unveränderten Betrieb eine verbesserte Messgenauigkeit erreicht werden. Die Nutzung einer entsprechenden Fensterfunktion bzw. eines kürzeren Zeitfensters für die Messdatenerfassung kann jedoch dazu führen, dass die Messgenauigkeit dennoch geringer ist als im Normalbetriebsmodus. Daher ist es vorteilhaft, den oben genannten Hinweis auszugeben, um eine Wartung auszulösen. Zudem können im Notbetriebsmodus ermittelte Fluidgröße bzw. aus diesen ermittelte Verarbeitungsgrößen gemeinsam mit einer Markierinformation gespeichert bzw. an die externe Einrichtung 20 bereitgestellt werden, um auf diesem potentiell größeren Fehler hinzuweisen bzw. darauf hinzuweisen, dass die so ermittelte Fluidgröße potentiell nicht für alle Anwendungszwecke geeignet ist.
Die Auswertung der Fehlfunktionsbedingung wird im Folgenden genauer mit Bezug auf 2 erläutert, die ein Ablaufdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zur Überwachung des Betriebs der Messeinrichtung 1 zeigt. Das beschriebene Verfahren wird insbesondere durch die Steuereinrichtung 2 der Messeinrichtung 1 implementiert. Hierbei geht 2 zunächst davon aus, dass die Erkennung der Fehlfunktion auf Basis der Messdaten erfolgt. Eine ergänzend oder alternativ mögliche Berücksichtigung der Impedanzinformation wird später noch mit Bezug auf 4 erläutert werden.
In Schritt S1 werden zunächst die Schwingelemente 15, 16 des Schwingungswandlers 5 durch die Steuereinrichtung 2 angesteuert, um eine geführte Welle in der Seitenwand 9 anzuregen, wie bereits obig erläutert wurde. Durch die geführte Welle bzw. durch eine geführte Welle, die durch Druckwellen im Fluid angeregt wird, werden die Schwingelemente 17, 18 des Schwingungswandlers 6 in Schwingung versetzt, wodurch die Schwingelemente 17, 18 Ausgangssignale bereitstellen, die auf vorgegebene Weise überlagert, beispielsweise addiert oder subtrahiert werden.
In Schritt S2 werden durch die Steuereinrichtung 2 Messdaten erfasst, die das resultierende Überlagerungssignal 23 bis 26 betreffen. Vorzugsweise wird das jeweilige Überlagerungssignal 23 bis 26 digitalisiert, indem es mit relativ hoher Abtastrate abgetastet wird. Es wäre jedoch auch möglich, bereits eine analoge Vorverarbeitung durchzuführen, beispielsweise eine jeweilige Einhüllende 29 bis 32 zu bestimmen, wodurch unter Umständen niedrigere Abtastraten genutzt werden können.
Die Erfassung der Messdaten erfolgt zunächst in einem Normalmodus, in dem Messdaten über ein relativ langes Zeitintervall erfasst werden und keine oder eine relativ breite Fensterfunktion genutzt wird. Dies ermöglich eine hohe Messgenauigkeit und ist möglich, da Teilsignale 37, die aus einer nicht gewünschten Schwingungsmode 28 resultieren, bei einer Vollfunktionsfähigkeit aller Schwingelemente 15 bis 18 nahezu vollständig unterdrückt sind, wie für das Überlagerungssignal 23 dargestellt ist.
Die Schritte S3 bis S8 dienen dazu, zu erkennen, ob wenigstens eines der Schwingelemente 15 bis 18 beschädigt ist bzw. aus anderen Gründen, beispielsweise aufgrund eines mangelhaften Kontakts, nicht vollfunktionsfähig ist. Hierzu wird zunächst in Schritt S3 eine spektrale Zusammensetzung des Überlagerungssignals 23 bis 26 bestimmt. Wie bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erläutert wurde, resultieren für unterschiedliche Schwingungsmoden typischerweise deutlich unterschiedliche Übertragungsfunktionen für die Übertragung zwischen den Schwingungswandlern 5, 6. Somit resultiert bei ausschließlichem Empfang eines Teilsignals 38, das aus der gewünschten Schwingungsmode 27 resultiert, eine deutlich andere spektrale Zusammensetzung als Fällen, in denen ausschließlich das Teilsignal 37 der nicht gewünschten Schwingungsmode 28 bzw. einer Mischung aus beiden Teilsignalen 37, 38 empfangen wird. Die spektrale Zusammensetzung des Überlagerungssignals 23 bis 26 kann somit dazu beitragen, zwischen den in 3 gezeigten Fällen zu unterscheiden.
In Schritt S4 wird zudem eine Einhüllende 29 bis 32 des Überlagerungssignals 23 bis 26 bestimmt. Wie bereits in 3 zu erkennen ist, ändert sich die Form der Einhüllenden 29 bis 32 in Fällen, in denen ein Schwingelement oder zwei Schwingelemente beschädigt sind, merklich, wobei insbesondere gegenüber dem Überlagerungssignal 23, das bei voller Funktionsfähigkeit aller Schwingelemente 15 bis 18 resultiert, mehrere Maxima der Einhüllenden 30 bis 32 auftreten.
In Schritt S5 kann somit in Abhängigkeit der Form der Einhüllenden 29 bis 32, beispielsweise in Abhängigkeit der relativen Höhen von ermittelten Maxima, und/oder in Abhängigkeit der in Schritt S3 ermittelten spektralen Zusammensetzung ein Maß für das Vorhandensein der nicht gewünschten Teilsignale 37 und somit insbesondere eines Beitrags der nicht gewünschten Schwingungsmode 28 bestimmt werden.
Ergänzend oder alternativ kann in Schritt S6 eine maximale Amplitude des Überlagerungssignals 23 bis 26, beispielsweise der Wert am Maximum der Einhüllenden 29 bis 32, ermittelt werden. Erfolgt die Anregung der geführten Welle bzw. die Erfassung des Überlagerungssignals 23 bis 26 derart, dass eine optimale konstruktive Interferenz für die gewünschte Schwingungsmode 27 resultiert, führt ein Ausfall eines einzigen Schwingelements 15 bis 18 bereits zu einer Halbierung der maximalen Amplitude des Überlagerungssignals 23 bis 26. Bei Ausfall sowohl eines empfangsseitigen als auch eines sendeseitigen Schwingelements verbleibt ungefähr ein Viertel der Schwingungsamplitude, wie auch in 3 zu erkennen ist.
Ergänzend oder alternativ kann in Schritt S7 beispielsweise anhand der Einhüllenden 29 bis 32 ermittelt werden, zu welchem Zeitpunkt die Signalamplitude einen Grenzwert überschreitet bzw. für welches Zeitintervall ein solcher Grenzwert überschritten wird. Wie insbesondere im Überlagerungssignal 26 zu erkennen ist, können defekte Schwingelemente 15 bis 18 zu einer zeitlichen Vorverlegung des empfangenen Signals sowie zu einer zeitlichen Verbreiterung des empfangenen Signals führen. Entsprechende Effekte treten weniger ausgeprägt auch für die Überlagerungssignale 24, 25, also für Fälle in denen nur ein Schwingelement 15 bis 18 ausfällt, auf.
In Schritt S8 kann anhand der in den Schritten S5 bis S7 ermittelten Informationen entschieden werden, ob wenigstens eines der Schwingelemente eine Fehlfunktion aufweist und somit die Fehlfunktionsbedingung erfüllt ist. Prinzipiell wäre eine solche Bestimmung durch jede einzelne der in den Schritten S5 bis S7 bestimmten Informationen möglich, die Berücksichtigung mehrerer dieser Informationen kann jedoch die Robustheit der Fehlererkennung verbessern.
Ist die Fehlfunktionsbedingung in Schritt S8 nicht erfüllt, kann in Schritt S9 der normale Messbetrieb fortgesetzt werden. Insbesondere können die ohnehin erfassten Messdaten unmittelbar verwendet werden, um die Fluidgröße zu ermitteln, beispielsweise als Teil einer Messung eines Laufzeitunterschiedes. Die Auswertung der Fehlfunktionsbedingung kann beispielsweise im normalen Messbetrieb bei jeder Messung oder in bestimmten Zeitabständen oder Ähnliches wiederholt werden, um kontinuierlich die Funktionsfähigkeit der Messeinrichtung 1 zu prüfen.
Ist die Fehlfunktionsbedingung hingegen in Schritt S8 erfüllt, kann in Schritt S10 zunächst die Art der Fehlfunktion geprüft werden. Hierbei kann insbesondere zwischen Fällen unterschieden werden, in denen nur eines der Schwingelemente 15 bis 18 eine Fehlfunktion aufzuweisen scheint, also dem Vorliegen der Übertragungssignale 24 bzw. 25, und in denen sowohl sende- als auch empfangsseitig eine Fehlfunktion vorliegt, also dem Vorliegen eines Überlagerungssignals 26. Eine solche Unterscheidung kann relevant sein, da im zweiten Fall eine erheblich stärkere Störung der Messung zu erwarten ist.
Zudem kann es bereits anhand der erfassten Überlagerungssignale 24, 25 möglich sein, zwischen Fällen zu unterscheiden, in denen ein sendeseitiges Schwingelement 15, 16 eine Fehlfunktion aufweist und in denen ein empfangsseitiges Schwingelement 17, 18 eine Fehlfunktion aufweist. Wie in 3 zu erkennen ist, resultieren in beiden Fällen etwas unterschiedliche Formen der Einhüllenden 30, 31. Zur Diagnose der Fehlfunktion kann es auch vorteilhaft sein, eine Impedanzmessung durchzuführen, wie später noch mit Bezug auf 4 erläutert werden wird, da diese eindeutig erkennen kann, für welchen der Schwingungswandler 5, 6 eine Fehlfunktion vorliegt und unter Umständen auch zwischen Kontaktproblemen und mechanischen Beschädigungen unterscheiden kann.
In Schritt S11 wird, wie bereits zu 1 erläutert wurde, ein die Fehlfunktion betreffender Hinweis ausgegeben. Dieser kann auch die in Schritt S10 ermittelte Klassifizierung der Fehlfunktion umfassen, um beispielsweise eine spätere Wartung zu erleichtern.
In Schritt S12 wird geprüft, ob ein weiterer Messbetrieb durchgeführt werden soll. Beispielsweise kann es aufgrund von Zulassungsbeschränkungen nur in Fällen zulässig sein, weitere Messungen durchzuführen und zu verarbeiten, in denen nur eines der Schwingelemente 15 bis 18 beschädigt ist. Soll kein weiterer Betrieb erfolgen, erfolgt in Schritt S13 ein Ende des Messbetriebs. Anderenfalls wird in Schritt S14 in einen Notbetriebsmodus gewechselt.
Wie bereits erwähnt, können im Notbetriebsmodus insbesondere kürzere Zeitintervalle zur Messdatenerfassung bzw. Fensterfunktionen genutzt werden, um Teilsignale 37 der nicht gewünschten Schwingungsmode 28 auch dann zu unterdrücken, wenn die Anregung bzw. der Empfang nicht länger modenselektiv sind. Somit resultiert zwar für den Weiterbetrieb der Messeinrichtung 1 bis zu einer Wartung eine reduzierte Genauigkeit, es ist jedoch zumindest weiterhin eine grobe Bestimmung der Fluidgröße möglich.
Je nach konkreter Ausgestaltung der Messeinrichtung können die Laufzeitunterschiede zwischen der gewünschten und der nicht gewünschten Schwingungsmode 27, 28 unter Umständen nicht ausreichen, um eine klare Separierung der Messsignale durch Wahl eines entsprechenden Zeitintervalls für die Messdatenerfassung bzw. eine entsprechende Fensterfunktion zu erreichen. In diesem Fall kann bei einem Betrieb der Steuereinrichtung 2 im Notbetriebsmodus nach Erfassung der Messdaten zunächst ein Vorverarbeitungsschritt durchgeführt werden, in dem unterschiedliche Frequenzanteile eines durch die Messdaten beschriebenen Empfangssignals, also insbesondere des Überlagerungssignals 23 bis 26, unterschiedlich gewichtet werden. Beispielsweise können Frequenzanteile unterdrückt bzw. geringer gewichtet werden, in denen aufgrund der bekannten Übertragungsfunktion für die verschiedenen Schwingungsmoden 27, 28 primär Beiträge der nicht gewünschten Schwingungsmode 28 zu erwarten sind. Da eine entsprechende Vorverarbeitung unter Umständen zu Artefakten in den Messdaten und somit einer Genauigkeitsreduzierung führen kann, ist es typischerweise vorteilhaft, eine solche Vorverarbeitung ausschließlich im Notbetriebsmodus durchzuführen und im Normalbetriebsmodus auf eine entsprechende Vorverarbeitung zu verzichten.
Wie bereits erwähnt kann eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelemente auch durch Ermittlung einer Impedanz des jeweiligen Schwingungswandlers 5, 6 ermittelt werden. In zumindest einem Betriebsmodus der Messeinrichtung können die Schwingelemente 15, 16 parallelgeschaltet sein. Durch Messung der Impedanz bzw. insbesondere des Betrags der Impedanz dieser Parallelschaltung kann erkannt werden, wenn beispielsweise eines der Schwingelemente 15 bis 18 nicht kontaktiert ist bzw. mechanisch beschädigt ist. Um dies zu verdeutlichen ist in 4 die Frequenzabhängigkeit des Betrags der Impedanz 41 bis 43 für verschiedene Fälle dargestellt. Die Impedanz 41 resultiert bei einer normalen Funktion beider Schwingelemente 15, 16, die Impedanz 42 resultiert bei Kontaktierung nur eines der Schwingelemente 15, 16 und die Impedanz 43 resultiert bei einer Beschädigung eines der Schwingelemente 15, 16. Hierbei ist auf der Y-Achse 40 die Impedanz logarithmisch aufgetragen und die X-Achse 39 zeigt die Frequenz in Megahertz.
Im Rahmen der Entwicklung wurde erkannt, dass für einen bestimmten Typ von Schwingungswandler Bauteiltoleranzen der Schwingelemente 15, 16 bzw. der weiteren Komponente nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Impedanz 41 erzeugen, so dass die resultierenden Impedanzkurven für funktionsfähige Schwingelemente 15, 16 im Wesentlichen deckungsgleich sind. Die Impedanzkurven für die Impedanzen 36, 37, also für beschädigte bzw. nicht korrekt kontaktierte Schwingelemente sind hingegen offensichtlich deutlich unterschiedlich. Im Rahmen der Entwicklung wurde zudem erkannt, dass eine robuste Erkennung einer Fehlfunktion, also des Vorliegens der Impedanzen 42 bzw. 43, bereits durch eine Impedanzmessung an einer einzigen Frequenz, insbesondere bei der Resonanzfrequenz 44, erreicht werden kann. Bei der Resonanzfrequenz 44 resultiert ein deutlicher Impedanzunterschied 45, so dass beispielsweise die Fehlfunktionsbedingung erfüllt sein kann, wenn ein Grenzwert durch die Impedanz 41 bis 43 an der Resonanzfrequenz 44 überschritten wird.
Zur robusteren Erkennung einer Fehlfunktion bzw. zur genaueren Charakterisierung der Art des Fehlers können zudem Impedanzen bei weiteren Frequenzen ermittelt werden und/oder es kann der Einfluss der Impedanz auf die Phasenlage, also die komplexe Impedanz, berücksichtigt werden. Wie in 4 zu erkennen ist, kann eine Unterscheidung zwischen den Impedanzen 42 und 43 und somit zwischen einer mangelhaften Kontaktierung und einer mechanischen Beschädigung beispielsweise im Bereich einer weiteren Resonanzfrequenz 46 erkannt werden. Hierbei kann beispielsweise die weitere Resonanzfrequenz 46 für die Parallelschaltung der Schwingelemente 15, 16 durch mehrere Impedanzmessungen oder durch Berücksichtigung des Einflusses der Impedanz auf die Phase ermittelt werden oder es kann einen Impedanzunterschied bei der erwarteten weiteren Resonanzfrequenz 46 ermittelt werden.
Für die beschriebene Impedanzmessung kann es unter Umständen erforderlich sein, den Messbetrieb der Messeinrichtung kurzfristig zu unterbrechen. Es kann daher vorteilhaft sein, eine Impedanzmessung nur dann durchzuführen, wenn die Auswertung der Messdaten bereits eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelemente 15 bis 18 indiziert. Die Impedanzmessung kann in diesem Fall zu einer robusteren Fehlererkennung führen und die Klassifizierung des vorliegenden Fehlers verbessern. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, im Rahmen der Fehlfunktionsbedingung ausschließlich die Impedanz des jeweiligen Schwingungswandlers 5, 6 auszuwerten.
Bezugszeichenliste

1: Messeinrichtung
2: Steuereinrichtung
3: Messrohr
4: Innenraum
5: Schwingungswandler
6: Schwingungswandler
7: Pfeil
8: Ultraschallstrahl
9: Seitenwand
10: Dicke
11: Pfeil
12: Seitenwand
13: Pfeil
14: Rayleigh-Winkel
15: Schwingelement
16: Schwingelement
17: Schwingelement
18: Schwingelement
19: Ausgabeeinrichtung
20: Einrichtung
21: Zeit
22: Amplitude
23: Überlagerungssignal
24: Überlagerungssignal
25: Überlagerungssignal
26: Überlagerungssignal
27: Schwingungsmode
28: Schwingungsmode
29: Einhüllende
30: Einhüllende
31: Einhüllende
32: Einhüllende
33: Kopplungsbereich
34: Kopplungsbereich
35: Kopplungsbereich
36: Kopplungsbereich
37: Teilsignal
38: Teilsignal
39: X-Achse
40: Y-Achse
41: Impedanz
42: Impedanz
43: Impedanz
44: Resonanzfrequenz
45: Impendanzunterschied
46: Resonanzfrequenz
47: Ausgabeeinrichtung
S1 - S14: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017008776 A1 [0003]

Claims

Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung des Fluids betreffenden Fluidgröße mit einer Steuereinrichtung (2), einem Messrohr (3), das dazu dient, das Fluid aufzunehmen und/oder zu führen, und wenigstens einem an einer oder einer jeweiligen Seitenwand (9) des Messrohrs (3) angeordneten Schwingungswandler (5, 6), wobei der Schwingungswandler (5, 6) jeweils wenigstens zwei, insbesondere piezoelektrische, Schwingelemente (15 - 18) umfasst, die mit der Seitenwand (9) des Messrohrs (3) in voneinander beabstandeten Kopplungsbereichen (33 - 36) schwingungsgekoppelt sind, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, die Schwingelemente (15 - 18) eines der Schwingungswandler (5, 6) gemeinsam derart anzusteuern, dass eine in einer Seitenwand (9) des Messrohrs (3) geführte Welle angeregt wird, die direkt über die Seitenwand (9) oder indirekt über das Fluid zu einem anderen der Schwingungswandler (5, 6) oder zurück zu dem gleichen Schwingungswandler (5, 6) führbar ist, um die Schwingelemente (15 - 18) dieses Schwingungswandlers (5, 6) zu Schwingungen anzuregen, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, in einem Normalbetriebsmodus von den Ausgangssignalen dieser Schwingelemente (15 - 18) abhängige Messdaten zu erfassen und die Fluidgröße in Abhängigkeit der Messdaten zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, eine Fehlfunktionsbedingung zu prüfen, deren Erfüllung von den Messdaten und/oder von einer durch die Steuereinrichtung ermittelten Impedanzinformation, die die Impedanz (41 - 42) des jeweiligen Schwingungswandlers (5, 6) betrifft, abhängt und eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelemente (15 - 18) wenigstens eines der Schwingungswandler (5, 6) indiziert, und bei Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung eine Ausgabeeinrichtung (19, 47) der Messeinrichtung (1) zur Ausgabe eines Hinweises anzusteuern und/oder in einen Notbetriebsmodus zu wechseln, der sich bezüglich der Ermittlung der Messdaten und/oder der Verarbeitung der Messdaten zur Ermittlung der Fluidgröße von dem Normalbetriebsmodus unterscheidet.
Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten ein Überlagerungssignal (23 - 26) beschreiben, das durch eine Überlagerung der Ausgangssignale der Schwingelemente (15 - 18) des jeweiligen Schwingungswandlers (5, 6) resultiert, wobei die Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung von einer Amplitude des Überlagerungssignals (15 -18) und/oder von der Form einer Einhüllenden (29 - 32) des Überlagerungssignals (23 - 26) und/oder von einer spektralen Zusammensetzung des Überlagerungssignals (23 - 26) abhängt.
Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, die Schwingelemente (15 - 18) derart anzusteuern, dass durch eine Überlagerung von durch die einzelnen Schwingelemente (15 - 18) in die Seitenwand (9) eingekoppelten Teilwellen zu der geführten Welle für wenigstens eine nicht gewünschte Schwingungsmode (27) der Teilwellen eine destruktive Interferenz resultiert und/oder dass die Messdaten das oder ein Überlagerungssignal (23 - 26) der Ausgangssignale der Schwingelemente (15 - 18) des jeweiligen Schwingungswandlers (5, 6) beschreiben, wobei die Polarität oder Phasenlage der Überlagerung derart gewählt ist, dass in dem Überlagerungssignal für ein nicht gewünschtes Teilsignal (37), das durch Empfang der nicht gewünschte Schwingungsmode (28) durch die Schwingelemente (15 - 18) resultieren, eine destruktive Interferenz resultiert.
Messeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Messdaten ein Maß für das Vorhandensein des nicht gewünschten Teilsignals (37) in dem Überlagerungssignal (23 - 26) zu ermitteln, wobei die Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung von diesem Maß abhängt.
Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Betriebsmodus der Messeinrichtung (1) die Schwingelemente (15 - 18) eines jeweiligen Schwingungswandlers (5, 6) parallel geschaltet sind, wobei die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, die Impedanz (41 - 42) dieser Parallelschaltung der Schwingelemente (15 - 18) für wenigstens eine vorgegebene Frequenz oder eine von dieser Impedanz abhängende Größe als Impedanzinformation zu ermitteln.
Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der Messdaten und/oder der Impedanzinformation zu ermitteln, ein Schwingelement (15 - 18) welches der Schwingungswandlers (5, 6) eine Fehlfunktion aufweist und/oder welche Fehlfunktion das Schwingelement (15 - 18) aufweist.
Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Notbetriebsmodus die Erfassung der Messdaten für ein Zeitfenster erfolgt, das kürzer ist als ein Zeitfenster, für das in dem Normalbetriebsmodus Messdaten erfasst werden und/oder dass die Messdaten in dem Notbetriebsmodus mit einer Fensterfunktion gewichtet werden, wobei in dem Normalbetriebsmodus keine Fensterfunktion oder eine andere Fensterfunktion zur Gewichtung der Messdaten genutzt wird.
Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung der Messdaten im Notbetriebsmodus einen Vorverarbeitungsschritt umfasst, in dem unterschiedliche Frequenzanteile eines durch die Messdaten beschriebenen Empfangssignals, das insbesondere das Überlagerungssignal (23 - 26) ist, unterschiedlich gewichtet werden.
Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) dazu eingerichtet ist, eine im Notbetriebsmodus ermittelte Fluidgröße oder eine in Abhängigkeit dieser Fluidgröße ermittelte Verarbeitungsgröße gemeinsam mit einer Markierinformation, die auf einen Betrieb im Notfallmodus hinweist, zu speichern oder an eine externe Einrichtung (20) bereitzustellen.
Verfahren zur Überwachung des Betriebs einer Messeinrichtung (1), die zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Fluidströmung des Fluids betreffenden Fluidgröße dient, wobei die Messeinrichtung (1) eine Steuereinrichtung (2), ein Messrohr (3), das dazu dient, das Fluid aufzunehmen und/oder zu führen, und wenigstens einen an einer oder einer jeweiligen Seitenwand (9) des Messrohrs (3) angeordneten Schwingungswandler (5, 6) umfasst, wobei der Schwingungswandler (5, 6) jeweils wenigstens zwei, insbesondere piezoelektrische, Schwingelemente (15 - 18) umfasst, die mit der Seitenwand (9) des Messrohrs (3) in voneinander beabstandeten Kopplungsbereichen (33 - 36) schwingungsgekoppelt sind, wobei die Steuereinrichtung (2) zur Ermittlung der Fluidgröße die Schwingelemente (15 - 18) eines der Schwingungswandler (5, 6) gemeinsam derart ansteuert, dass eine in einer Seitenwand (9) des Messrohrs (3) geführte Welle angeregt wird, die direkt über die Seitenwand (9) oder indirekt über das Fluid zu einem anderen der Schwingungswandler (5, 6) oder zurück zu dem gleichen Schwingungswandler (5, 6) geführt wird, wodurch die Schwingelemente (15 - 18) dieses Schwingungswandlers (5, 6) zu Schwingungen angeregt werden, wobei durch die Steuereinrichtung (2) in einem Normalbetriebsmodus von den Ausgangssignalen dieser Schwingelemente (15 - 18) abhängige Messdaten erfasst werden und die Fluidgröße in Abhängigkeit der Messdaten ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinrichtung (2) eine Fehlfunktionsbedingung geprüft wird, deren Erfüllung von den Messdaten und/oder von einer durch die Steuereinrichtung ermittelten Impedanzinformation, die die Impedanz (41 - 43) des jeweiligen Schwingungswandlers (15 - 18) betrifft, abhängt und eine Fehlfunktion wenigstens eines der Schwingelemente (15 - 18) wenigstens eines der Schwingungswandler (5, 6) indiziert, und bei Erfüllung der Fehlfunktionsbedingung eine Ausgabeeinrichtung (19, 37) der Messeinrichtung (1) zur Ausgabe eines Hinweises angesteuert wird und/oder in einen Notbetriebsmodus gewechselt wird, der sich bezüglich der Ermittlung der Messdaten und/oder der Verarbeitung der Messdaten zur Ermittlung der Fluidgröße von dem Normalbetriebsmodus unterscheidet.