DE102021201808A1 - Sensor-Messanordnung mit Kompensation - Google Patents

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Abstract

Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Messanordnung (100) für einen Sensor (150) der industriellen Automation bereitgestellt. Die Messanordnung weist eine Messstrecke (102), eine Signal- und Auswerteeinheit (106), eine Eingangsleitung (110) zur Messstrecke, und eine Ausgangsleitung (110) von der Messstrecke auf. Die Eingangsleitung zur Messstrecke ist eingerichtet, ein Anregungssignal zur Messtrecke zu führen. Die Ausgangsleitung von der Messstrecke ist eingerichtet, ein Messsignal zur Signal- und Auswerteeinheit zu führen. Das Anregungssignal und das Messsignal weisen eine Umgebungsabhängigkeit auf, und die Signal- und Auswerteeinheit ist eingerichtet, zur Kompensation der Umgebungsabhängigkeit des Messsignals das umgebungsabhängige Anregungssignal zu berücksichtigen.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Messanordnung für einen Sensor der industriellen Automation, eine Signal- und Auswerteeinheit für eine solche Messanordnung, einen Sensor, der eine solche Messanordnung aufweist und ein Verfahren zum Kompensieren einer Umgebungsabhängigkeit, z.B. von einer Temperatur in einer solchen Messanordnung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In der Prozess- und Fabrikautomation, werden zur Überwachung und zur Steuerung von Prozessen, elektronische Sensoren eingesetzt. Solche Sensoren können beispielsweise zur Detektion von Füllständen, Grenzständen oder zur Überwachung von Prozessparametern eingesetzt werden.
  • Die Elektronikeinheit eines Sensors besteht meist aus einer Signalerzeugungseinheit, welche eine Messstrecke mit einem oder mehreren Anregungssignalen beaufschlagt. Das analoge Reaktionssignal, dass eine physikalische Eigenschaft der Messstrecke repräsentiert, wird über eine Signalverarbeitungseinheit erfasst und über eine Auswerteeinheit werden Informationen über die Messstrecke aus dem Messsignal extrahiert. Diese Informationen können beispielsweise zur Erzeugung eines Schaltbefehls und/oder einer proportionalen analogen Ausgangsgröße oder aber zur Anzeige von physikalischen Eigenschaften oder Prozessgrößen genutzt werden. Neben den physikalischen Eigenschaften der Messstrecke führt ebenso eine Änderung des Anregungssignals zu einer Änderung des Messsignals. Weiterhin unterliegt die Elektronikeinheit meist äußeren Einflüssen, welche zu solch einer Änderung des Anregungssignals führen können. Ein Beispiel hierfür wären temperaturabhängige Schwankungen der Spannung des Anregungssignals. Da die Erzeugung eines Anregungssignals zu Beginn der Messkette steht, beeinflussen solche Veränderungen die gesamte Messkette. Hierdurch können Abweichungen der Sensorfunktion entstehen, was wiederum die Messsicherheit verschlechtert und im schlimmsten Fall zu Fehlentscheidungen oder Ungenauigkeiten des Sensors führt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Daher könnte eine Aufgabe der Erfindung sein, eine Messanordnung für einen Sensor in der industriellen Automation zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung, sowie der Figuren.
  • Die beschriebenen Ausführungsformen betreffen in ähnlicher Weise die Messanordnung für einen Sensor der industriellen Automation, die Signal- und Auswerteeinheit für eine solche Messanordnung, den Sensor, der eine solche Messanordnung aufweist und das Verfahren zum Kompensieren einer Umgebungsabhängigkeit in einer solchen Messanordnung. Synergieeffekte können sich aus verschiedenen Kombinationen der Ausführungsformen ergeben, obwohl sie möglicherweise nicht im Detail beschrieben werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Messanordnung für einen Sensor der industriellen Automation bereitgestellt. Ein solcher Sensor ist beispielsweise ein Druck-, Füllstand-, Grenzstand- oder Dichtesensor.
  • Die Messanordnung weist eine Messstrecke, eine Signal- und Auswerteeinheit, eine Eingangsleitung zur Messstrecke, und eine Ausgangsleitung von der Messstrecke auf. Die Eingangsleitung zur Messstrecke ist eingerichtet, ein Anregungssignal zur Messtrecke zu führen. Die Ausgangsleitung von der Messstrecke ist eingerichtet, ein Messsignal zur Signal- und Auswerteeinheit zu führen. Das Anregungssignal und das Messsignal weisen eine Umgebungsabhängigkeit auf, und die Signal- und Auswerteeinheit ist eingerichtet, zur Kompensation der Umgebungsabhängigkeit des Messsignals das umgebungsabhängige Anregungssignal zu berücksichtigen.
  • Unter „Umgebungsabhängigkeit“ wird insbesondere eine Temperaturabhängigkeit verstanden, aber auch weitere Einflüsse auf das Anregungssignal, die beispielsweise durch den Einbau oder den Einbauort entstehen oder vorhanden sein können, kompensiert werden. Beispielsweise können auch elektrische oder elektromagnetische Interferenzen eine Rolle spielen, oder Erschütterungen oder mechanische Vibrationen Einfluss auf das Anregungssignal haben. Generell ist somit jeder Einfluss auf das Anregungssignal gemeint, der die nominelle Funktion der Schaltung zum Erzeugen des Anregungssignals beeinflusst. Dieser ungewollte Einfluss überträgt sich auf das Messsignal. D.h., das Messsignal reagiert auf die Änderung oder Abweichung des nominellen Anregungssignals in einer bestimmten Weise. Diese Reaktion lässt sich meist in einer guten Annäherung mathematisch beschreiben, beispielsweise in Form eines Faktors, einer Summe, etc., wie weiter unten noch beschrieben wird. Somit ist die Umgebungsabhängigkeit des Messsignals nicht nur, aber insbesondere eine Folge der Umgebungsabhängigkeit des Anregungssignals. Es versteht sich, dass unter „Kompensieren der Umgebungsabhängigkeit“, z.B. der Temperatur, nicht Kompensation der Ursache, z.B. eine Ausdehnung eines Materials oder Eigenschaften eines Bauteils selbst, verstanden wird, sondern die aus der Abhängigkeit folgenden elektrischen Größen wie beispielsweise Spannungswerte, Frequenzen oder sonstige Signaleigenschaften.
  • Bei der Signal- und Auswerteeinheit kann es sich um analoge oder digitale Schaltungen handeln. Die Signaleinheit ist zuständig für die Erzeugung und Ausgabe des Signals, die Auswerteeinheit für den Empfang und die Auswertung des Messsignals. Die Signaleinheit kann eine Steuereinheit zur Steuerung der Abläufe und Erzeugung insbesondere des Anregungssignals sein oder beinhalten, oder beispielsweise eine analoge Schaltung sein, welche ein Anregungssignal vorgibt.
  • In anderen Worten wird somit ein elektrisches Signal über eine Messtrecke geführt. Das in die Messstrecke hineingehende Signal wird hier als Anregungssignal bezeichnet und das aus der Messstrecke herausgehende Signal als Messsignal. Sowohl das Anregungssignal, bzw. die Erzeugung des Anregungssignals, als auch das Messsignal, insbesondere als Folge des Anregungssignals, sind - wie oben erklärt - umgebungsabhängig. Das heißt, dass weiter unten beschriebene Eigenschaften des Signals bei gleichbleibender Erzeugung des Signals, z.B. aus einem Signalgenerator, umgebungsabhängig variieren. Dies betrifft das Signal vor der Messstrecke und das Signal nach der Messstrecke in ähnlicher Weise. Durch diese Korrelation kann jedoch eine umgebungsabhängige Änderung des Signals bzw. einer Signaleigenschaft aus dem Messsignal weitestgehend herausgerechnet bzw. kompensiert werden. Das Kompensieren kann beispielsweise rechnerisch oder durch eine Analogschaltung erfolgen.
  • Die Messanordnung kann in einem Sensor integriert sein. Die Signal- und Auswerteeinheit des Sensors, kann durch die Messanordnung und die Kompensierung präzise bestimmen, ob z.B. ein Schaltvorgang ausgelöst werden muss oder ein Signal gesendet werden muss, so dass z.B. ein optischer oder ein akustischer Alarm aktiviert wird oder eine Nachricht an einen Server, einen Nutzer, eine Anzeige oder eine sonstige lokale oder entfernte Einrichtung gesendet wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Signal- und Auswerteeinheit eingerichtet, eine mathematische Verknüpfung einer Signaleigenschaft des Anregungssignals und einer Signaleigenschaft, vorzugsweise derselben Eigenschaft, des Messsignals zu bilden und auf Grundlage eines Ergebnisses der Verknüpfung die Umgebungsabhängigkeit zu kompensieren. Gemäß einer Ausführungsform ist eine solche Verknüpfung beispielsweise ein Quotient, eine Differenz, ein Produkt und/oder eine Summe, oder eine komplexere Verknüpfung aus mehreren mathematischen Operationen. Unterschiedliche Signaleigenschaften können verschiedenartige Umgebungsabhängigkeiten zeigen, z.B. können die Kurven linear oder parabelförmig sein. Weiterhin können sich Messsignal und Anregungssignal unterschiedlich zueinander verhalten, so dass beispielsweise die Differenz bei verschiedenen Temperaturen nicht gleich ist, d.h. die Temperaturkurven im Vergleich zueinander auseinandergehen oder sich annähern können. Die Signal- und Auswerteeinheit kann hierfür für unterschiedliche Eigenschaften unterschiedliche Verknüpfungen verwenden, sowie auch einen Speicher aufweisen, der mehrere Abtastwerte aus dem A/D-Wandler speichert, so dass eine Auswertung über die Zeit möglich ist. Die Signal- und Auswerteeinheit kann weiterhin einen z.B. nichtflüchtigen Speicher aufweisen, oder Daten von extern erhalten, die Referenzwerte für die zu kompensierenden Umgebungsparameter, z.B. bestimmte Temperaturen, enthalten. Die Referenzwerte sind beispielsweise im Zuge eine Kalibrierung erfasst worden. In diesem Fall könnte z.B. durch das Anregungssignal auf den Parameterwert, wie z.B. die Temperatur geschlossen werden und mit dieser Information die temperaturbereinigten Werte des Messsignals berechnet werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Signal- und Auswerteeinheit eingerichtet, eine mathematische Verknüpfung einer Signaleigenschaft des Eingangssignals mit einer Signaleigenschaft des Messsignals zu bilden und auf Grundlage einer zeitlichen Änderung eines Ergebnisses der mathematischen Verknüpfung die Umgebungsabhängigkeit zu kompensieren. Beispielsweise lässt sich hierdurch eine Temperaturänderung pro Zeiteinheit mit einer Änderung des Anregungssignals bzw. Eigenschaften dessen innerhalb dieser Zeiteinheit ermitteln und eine entsprechende Änderung evtl. Eigenschaft-spezifisch durch die mathematische Verknüpfung auf dem Messsignal kompensieren.
  • Generell kann die Messstrecke komplett digital oder komplett analog ausgeführt sein. Sie kann aber auch gemischt ausgeführt sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Messanordnung weiterhin einen A/D-Wandler auf, und die Signal- und Auswerteeinheit weist eine digitale Signalverarbeitungseinheit auf. Das Messsignal auf der Ausgangsleitung ist gemäß dieser Ausführungsform dementsprechend ein analoges Signal und der A/D-Wandler ist eingerichtet, das analoge Messsignal in ein digitales Messsignal zu wandeln und das digitale Messsignal der digitalen Signalverarbeitungseinheit zuzuleiten. Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann dann rechnerisch die mathematische Verknüpfung prozessieren. Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann ein digitaler Signalprozessor sein, ein FPGA, ein CPLD, ein Mikroprozessor, oder, falls sie nicht in den Sensor integriert ist, eine Recheneinheit wie beispielsweise ein lokaler oder entfernter Server im Netz oder in der Cloud, die über eine Kommunikationsschnittstelle mit dem Sensor verbunden ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Anregungssignal auf der Eingangsleitung ein analoges Signal und die Messanordnung ist weiterhin eingerichtet, das analoge Anregungssignal dem A/D-Wandler zuzuführen. Der A/D-Wandler ist weiterhin eingerichtet, aus dem analogen Anregungssignal ein digitales Anregungssignal zu erzeugen, und das digitale Messsignal und das digitale Anregungssignal der digitalen Signalverarbeitungseinheit zur Kompensation der Umgebungsabhängigkeit zuzuleiten. Diese Ausführungsform beschreibt somit eine mögliche schaltungstechnische Realisierung, um die Kompensation auf dem Messsignal unter Verwendung des Anregungssignals vorzunehmen. Somit werden beide Signale dem A/D-Wandler zugeführt, der die digitalisierten Signale der Signal- und Auswerteeinheit zuleitet, die dann die Berechnungen zur Kompensation vornehmen kann. Der A/D-Wandler kann hierfür z.B. ein Mehrkanal A/D-Wandler sein, so dass die Signale getrennt an digitalen Signalverarbeitungseinheit ankommen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Signaleigenschaft eine Spannung, ein Strom, eine Frequenz, eine Amplitude und/oder eine Signalform. Wie für den Fachmann ersichtlich, wird zur Analyse bzw. Berechnung mancher der Eigenschaften die Speicherung von Abtastsignalen benötigt, so dass die Signal- und Auswerteeinheit entsprechende Einrichtungen aufweist. Für die Analyse und Signalvergleiche können bekannte Methoden wie beispielsweise Fourier-Transformation oder Korrelation zum Einsatz kommen.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Messanordnung eine digitale Signalerzeugungseinheit und einen D/A-Wandler auf, wobei das analoge Anregungssignal ein durch den D/A-Wandler gewandeltes digitales Signal der digitalen Signalerzeugungseinheit ist. Anders formuliert, erzeugt die digitale Signalerzeugungseinheit ein digitales Anregungssignal, das durch einen D/A-Wandler in ein analoges Signal gewandelt wird, welches das eigentliche Signal ist, das durch die Messtrecke geschickt wird. Damit ist eine einfache und flexible Signalerzeugung mit auf dem Markt fertigen Bausteinen möglich, die einfach konfiguriert oder programmiert werden können. Das digitale Anregungssignal aus der Signalerzeugungseinheit ist hierbei nicht zu verwechseln mit dem digitalen Anregungssignal nach dem A/D-Wandler für die Auswertung. Das digitale Signal aus der Signalerzeugungseinheit kann ferner nicht direkt als Eingangssignal für die Signalverarbeitungseinheit verwendet werden, da es z.B. noch keine Temperaturbeeinflussung wie direkt vor der Messstrecke erfahren hat.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die digitale Signalerzeugungseinheit eingerichtet, das Anregungssignal nach dem Verfahren der DDS (direct digital synthesis) zu erzeugen. In der Signalerzeugungseinheit kann hierbei in den elektronischen Bausteinen z.B. der D/A-Wandler bereits integriert sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Signal- und Auswerteeinheit eingerichtet, zu ermitteln, ob sich ein umgebungsabhängiger Wert des Anregungssignals, des Messsignals, oder eines Ergebnisses der Verknüpfung in einem vorgegebenen Toleranzband befindet, und eine Fehlermeldung auszugeben, wenn sich der Wert außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands befindet. Hierdurch kann zum Beispiel eine fehlerhafte Sensorfunktion erkannt werden. Die Signal- und Auswerteeinheit kann einen Schaltvorgang einleiten oder ein Signal senden, um einen optischen oder akustischen Alarm zu aktivieren, oder eine Nachricht an einen Server, einen Nutzer, eine Anzeige oder eine sonstige lokale oder entfernte Einrichtung zu senden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Signal- und Auswerteeinheit für eine Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bereitgestellt. Die Signal- und Auswerteeinheit ist eingerichtet, ein umgebungsabhängiges Anregungssignal und ein umgebungsabhängiges Messsignal zu erhalten und die Umgebungsabhängigkeit wie oben und unten beschrieben zu kompensieren. Die Signale können analog oder digital sein. Die Signal- und Auswerteeinheit kann in einen industriellen Sensor integriert sein oder ein separates Modul sein. Die Signal- und Auswerteeinheit kann weiterhin eine digitale oder analoge Signalerzeugungseinheit enthalten, die eingerichtet ist, ein Anregungssignal zu erzeugen, das durch eine Messtrecke eines Sensors geführt wird, sowie eine Signalerzeugungseinheit zur Erzeugung eines analogen oder digitalen Anregungssignals.
  • Durch die Umgebungsabhängigkeit-kompensierende Messanordnung kann eine erhöhte Messsicherheit erreicht werden. Dadurch ist es insbesondere möglich, präziser einen Schaltvorgang auszulösen, beispielsweise wenn eine Schwelle eines Grenzstands überschritten wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Sensor bereitgestellt, der eine hierin beschriebene Messanordnung aufweist. Das heißt, sämtliche Komponenten wie Signalerzeugungseinheit, Signal- und Auswerteeinheit, A/D- und D/A-Wandler können in dem Sensor integriert sein. Alternativ könnten zumindest Teile der Messanordnung in dem Sensor integriert sein. Der Sensor könnte ein Grenzstand-, Dichte-, Füllstand-, oder Drucksensor oder ein weiterer industrieller Sensor zur Überwachung eines Prozessparameters für zum Beispiel eine Prozessautomatisierungsanlage sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Kompensieren einer Umgebungsabhängigkeit in einer hierin beschriebenen Messanordnung bereitgestellt. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Zur-Verfügung-Stellen eines umgebungsabhängigen Anregungssignals als Eingangssignal für eine Messtrecke, Erhalten eines umgebungsabhängigen Messsignals aus der Messstrecke, Kompensieren der Umgebungsabhängigkeit des Messsignals unter Berücksichtigung des umgebungsabhängigen Anregungssignals.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer Messanordnung wie hierin beschrieben in einer Anlage der industriellen Prozessautomation bereitgestellt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammelement bereitgestellt, das, wenn es auf einem Prozessor der Signal- und Auswerteeinheit ausgeführt wird, die Signal- und Auswerteeinheit anleitet, die Schritte des Verfahrens auszuführen. Das Computerprogrammelement kann Teil eines Computerprogramms sein, es kann jedoch auch ein ganzes Programm für sich sein. Beispielsweise kann das Computerprogrammelement verwendet werden, um ein bereits vorhandenes Computerprogramm zu aktualisieren, um zur vorliegenden Erfindung zu gelangen. Das Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium wie einem optischen Speichermedium oder einem Halbleitermedium, das zusammen mit oder als Teil einer anderen Hardware geliefert wird, gespeichert / verteilt werden, kann aber auch in anderen Formen, beispielsweise über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme verteilt sein.
  • Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang der Ansprüche begrenzen.
  • Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können vom Fachmann bei der Durchführung der beanspruchten Erfindung durch das Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Vielzahl nicht aus. Ein einzelner Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer Gegenstände oder Schritte erfüllen, die in den Ansprüchen aufgeführt sind. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander abhängigen Ansprüchen angegeben sind, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Weder die Beschreibung noch die Figuren sollen als die Erfindung einschränkend ausgelegt werden. Hierbei zeigt
    • 1 ein Blockdiagramm einer Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 2 ein Diagramm mit beispielhaften Verläufen des Anregungssignals, Messsignals und kompensierten Signals,
    • 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
  • Detaillierte Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Messanordnung 100 eines Sensors 150 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Messfunktion der Messanordnung 101 ist in diesem Beispiel überwiegend digital ausgeführt. Hierzu dienen einerseits ein Digital-Analog-Wandler 103, der ein digital erzeugtes Anregungssignal in ein Analogsignal 110 wandelt, welches auf die Messstrecke 102 gegeben wird. Selbstverständlich kann das Anregungssignal 110 auch aus der Summation von zwei oder mehreren Signalen bestehen, welche sich beispielsweise in ihrer Frequenz oder Signalform unterscheiden können. Die Signalerzeugung eines Anregungssignals 110 kann wie in 1 durch eine digitale Signalerzeugungseinheit 105, beispielsweise nach dem Verfahren der DDS (direct digital synthesis), erfolgen. Zum Aufbau einer DDS sind alternativ auch spezielle integrierte Schaltungen verfügbar, welche alle hierzu benötigten Komponenten inklusive des D/A-Wandlers 103 enthalten. Ebenso könnte die Signalerzeugung auch analog erfolgen. Das analoge Reaktionssignal auf die Anregung der Messstrecke 102, d.h. das Messsignal 101, wird vom Analog-Digital-Wandler 104 abgetastet und in ein Digitalsignal umgewandelt. Ebenso wird das Anregungssignal 110 vom A/D-Wandler 104 abgetastet und in ein Digitalsignal umgewandelt. Beide digitalisierten Signale werden von der Signal- und Auswerteeinheit 101 aufgenommen und anschließend verarbeitet. In 1 wird das Bezugszeichen 110 sowohl für die Eingangsleitung als auch für das Anregungssignal auf der Eingangsleitung verwendet. Entsprechend wird das Bezugszeichen 101 für die Ausgangsleitung als auch für das Messsignal auf der Ausgangsleitung verwendet.
  • Teil der digitalen Signalverarbeitung in der digitalen Signalverarbeitungseinheit 106 ist es, mit Hilfe des Anregungssignals 110 verschiedene Überwachungs- oder Kompensationsmaßnahmen durchzuführen. Beispielsweise wird das Anregungssignal 110 auf verschiedene Signaleigenschaften, wie zum Beispiel Spannung, Frequenz, Amplitude oder Signalform, oder weitere Eigenschaften überprüft. Verlässt eine dieser Eigenschaften ein vorgegebenes Toleranzband kann eine Fehlermeldung ausgegeben und somit eine fehlerhafte Sensorfunktion erkannt werden.
  • Ein Beispiel einer Kompensationsmaßnahme wäre, das Messsignal 101 in Relation zu dem Anregungssignal 110 zu setzen, um dadurch umgebungsabhängige, z.B. temperaturabhängige, Schwankungen der Signaleigenschaften zu kompensieren. Am Beispiel einer temperaturabhängigen Schwankung der Amplitude kann diese Relation durch unterschiedliche mathematische Operationen, wie beispielsweise Berechnung einer Differenz, eines Quotienten, eines Produkts und/oder einer Summe g, erreicht werden. In einem Beispiel wird ein Quotient aus den Amplituden des Messsignals 101 und des Anregungssignals 110 berechnet. Dieser Quotient besitzt für gleichbleibende physikalische Eigenschaften der Messstrecke einen nahezu konstanten Wert über den gesamten Arbeitstemperaturbereich.
  • 2 zeigt einen beispielhaften Verlauf eines Anregungssignals 110, eines unkompensierten Messsignals 101 und eines kompensierten und normierten Signals 102 über die Temperatur.
  • Durch die bereits beschriebene Bildung eines Quotienten aus dem Messsignal 101 und dem Anregungssignal 110 entsteht ein kompensierter Faktor, welcher über den gesamten Temperaturbereich einen stabilen Wert besitzt. Für eine leichtere Weiterverarbeitung dieses Faktors kann dieser zusätzlich mit einem erwartbaren Wert des Messsignals 101 multipliziert werden. Dadurch entsteht das normierte und kompensierte Signal 202.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens 300 zum Kompensieren einer Umgebungsabhängigkeit in einer Messanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Zur-Verfügung-Stellen 302 eines Anregungssignals 110 als Eingangssignal für eine Messtrecke 102, Erhalten 104 eines Messsignals 101 aus der Messstrecke, Kompensieren der Umgebungsabhängigkeit des Messsignals 101 unter Berücksichtigung des Anregungssignals 110. Die Schritte des Verfahrens 300 und weitere mögliche Schritte sind oben ausführlich beschrieben. Beispielsweise werden zum Kompensieren sowohl das Messsignal 101 als auch das Anregungssignal 110 wieder zur Signal- und Auswerteeinheit 101 geführt.

Claims (15)

  1. Messanordnung (100) für einen Sensor (150) der industriellen Automation, aufweisend eine Messtrecke (102); eine Signal- und Auswerteeinheit (101); eine Eingangsleitung (110) zur Messstrecke (102), die eingerichtet ist, ein Anregungssignal zur Messstrecke (102) zu führen; eine Ausgangsleitung (110) von der Messstrecke (102), die eingerichtet ist, ein Messsignal zu zur Signal- und Auswerteeinheit (101) zu führen; wobei das Anregungssignal und das Messsignal eine Umgebungsabhängigkeit aufweisen; und wobei die Signal- und Auswerteeinheit (101) eingerichtet ist, zur Kompensation der Umgebungsabhängigkeit des Messsignals das umgebungsabhängige Anregungssignal zu berücksichtigen.
  2. Messanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signal- und Auswerteeinheit (101) eingerichtet ist, eine mathematische Verknüpfung einer Signaleigenschaft des Anregungssignals mit einer Signaleigenschaft des Messsignals zu bilden und auf Grundlage eines Ergebnisses der Verknüpfung die Umgebungsabhängigkeit zu kompensieren.
  3. Messanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signal- und Auswerteeinheit (101) eingerichtet ist, eine mathematische Verknüpfung einer Signaleigenschaft des Eingangssignals und des Messsignals zu bilden und auf Grundlage einer zeitlichen Änderung eines Ergebnisses der mathematischen Verknüpfung die Umgebungsabhängigkeit zu kompensieren.
  4. Messanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei durch die mathematische Verknüpfung ein Quotient, eine Differenz, ein Produkt und/oder eine Summe gebildet wird.
  5. Messanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signal- und Auswerteeinheit (101) eine digitale Signalverarbeitungseinheit (106) aufweist; Messsignal auf der Ausgangsleitung (110) ein analoges Signal ist; die Messanordnung (100) weiterhin einen A/D-Wandler (104) aufweist, der eingerichtet ist, das analoge Messsignal in ein digitales Messsignal zu wandelnd und das digitale Messsignal der digitalen Signalverarbeitungseinheit (106) zuzuleiten.
  6. Messanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Das Anregungssignal auf der Eingangsleitung (110) ein analoges Signal ist; die Messanordnung (100) weiterhin eingerichtet ist, das analoge Anregungssignal dem A/D-Wandler (104) zuzuführen; der A/D-Wandler (104) weiterhin eingerichtet ist, aus dem analogen Anregungssignal ein digitales Anregungssignal zu erzeugen, und das digitale Messsignal und das digitale Anregungssignal der digitalen Signalverarbeitungseinheit (106) zur Kompensation der Umgebungsabhängigkeit zuzuleiten.
  7. Messanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signaleigenschaft eine Spannung, ein Strom eine Frequenz, eine Amplitude und/oder eine Signalform ist.
  8. Messanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine digitale Signalerzeugungseinheit (105) und einen D/A-Wandler, wobei das analoge Anregungssignals ein durch den D/A-Wandler (103) gewandeltes digitales Signal der digitalen Signalerzeugungseinheit (105) ist.
  9. Messanordnung (100) nach Anspruch 8, wobei die digitale Signalerzeugungseinheit (105) eingerichtet ist, das Anregungssignal nach dem Verfahren der DDS (Direct Digital Synthesis) zu erzeugen.
  10. Messanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Signal- und Auswerteeinheit (101) eingerichtet ist, zu ermitteln, ob sich der umgebungsabhängige Wert des Anregungssignals, des Messsignals, oder eines Ergebnisses der Verknüpfung in einem vorgegebenen Toleranzband befindet, und eine Fehlermeldung auszugeben, wenn sich der Wert außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbands befindet.
  11. Messanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messstrecke (102) ein Teil eines Sensors (150) der industriellen Automation zur Überwachung von Prozessparametern, eines Grenzstandsensors, eines Füllstandsensors, eines Dichtesensors oder eines Drucksensors ist.
  12. Signal- und Auswerteeinheit (101) für eine Messanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  13. Sensor (150), aufweisend eine Messanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  14. Verfahren (300) zum Kompensieren der Umgebungsabhängigkeit in einer Messanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend die Schritte: Zur-Verfügung-Stellen (302) eines umgebungsabhängigen Anregungssignals als Eingangssignal für eine Messtrecke; Erhalten (304) eines umgebungsabhängigen Messsignals aus der Messstrecke (102); Kompensieren (306) der Umgebungsabhängigkeit des Messsignals unter Berücksichtigung des umgebungsabhängigen Anregungssignals.
  15. Verwendung einer Messanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einer Anlage der industriellen Prozessautomation.
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