DE102022127942A1 - Verfahren zur Verifikation eines Betriebs eines vibronischen Sensors und ein vibronischer Sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Verifikation eines Betriebs eines vibronischen Sensors (10), wobei der vibronische Sensor umfasst:eine mechanisch schwingfähige Einheit (11) wie beispielsweise eine Schwinggabel (11.1) oder einen Ausleger,eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit,wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße ableitet,wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Messbetriebsmodus die mechanisch schwingfähige Einheit zum Schwingen anregt, um Messwerte der zumindest einen Messgröße zu bestimmen,wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Verifikationsmodus aus extern angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße bestimmt und aus diesen Messwerten ableitet, ob ein sachgemäßer Betrieb des Sensors möglich ist,wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (102) die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Warnmeldung an einen Anwender ausgibt, sofern ein Kriterium für einen sachgemäßen Betrieb nicht gegeben ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verifikation eines Betriebs eines vibronischen Sensors sowie einen solchen vibronischen Sensor. Vibronische Sensoren werden beispielsweise als Grenzstandschalter eingesetzt, wie beispielsweise in der
DE102012101667A1 offenbart. Solche vibronischen Sensoren sind empfindlich gegenüber Einbaubedingungen und physikalische Randbedingungen, so dass ein gewisses Risiko besteht, dass ein vibronischer Sensor nicht vollständig oder nur unzureichend funktionsfähig ist. - Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein robustes Verfahren zur Verifikation eines Betriebs eines vibronischen Sensors und einen solchen Sensor vorzuschlagen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch einen vibronischen Sensor gemäß dem unabhängigen Anspruch 9.
- Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verifikation eines Betriebs eines vibronischen Sensors umfasst der vibronische Sensor:
- eine mechanisch schwingfähige Einheit wie beispielsweise eine Schwinggabel oder
- einen Ausleger,
- eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit und zum Erfassen von Schwingungen der schwingfähigen Einheit,
- wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Messbetriebsmodus die mechanisch schwingfähige Einheit zum Schwingen anregt, und aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße ableitet,
- wobei in einem ersten Verfahrensschritt die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Verifikationsmodus aus angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße bestimmt,
- wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung während des Verifikationsmodus kein Anregesignal an die mechanisch schwingfähige Einheit anlegt,
- wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Warnmeldung an einen Anwender ausgibt, sofern Messwerte der Verifikationsgröße ein Kriterium nicht erfüllen.
- Auf diese Weise kann ein Anwender frühzeitig eingreifen und Fehlmessungen verhindern.
- Störschwingungen können beispielsweise bei bewegten Medien durch Kavitation an der schwingfähigen Einheit oder auch durch eine durch Strömung verursachte Wirbelablösung verursacht werden. Andere Ursachen für Störschwingungen können sein ein siedendes Medium, eine inhomogene oder turbulente Strömung um die schwingfähige Einheit, oder auch mechanische Vibrationen, welche von Extern in die schwingfähige Einheit gekoppelt werden, wie z.B. durch Pumpwerke, Ventile, Rüttler, Vibrationen einer Tankwand.
- Beispielsweise kann ein Kriterium sein, dass eine Amplitude einer Störschwingung insbesondere zumindest innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs geringer als ein festgelegter Grenzwert ist. Der Frequenzbereich kann beispielsweise aus Eigenschaften des Messbetriebs abgeleitet sein.
- Vibronische Sensoren werden beispielsweise als Grenzstandschalter eingesetzt.
- Abseits des Verifikationsmodus ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet, in einem Messbetriebsmodus die mechanisch schwingfähige Einheit zum Schwingen anzuregen, und aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße abzuleiten. Beispielsweise kann aus einer veränderten Schwingungsamplitude oder Dämpfung der schwingfähigen Einheit auf eine Benetzung der schwingfähigen Einheit durch ein Medium geschlossen werden, also festgestellt werden, dass ein Medium einen Grenzstand erreicht hat.
- In einer Ausgestaltung umfasst die Warnmeldung Informationen bzgl. möglicher Ursachen des Nichterfüllens des Kriteriums.
- In einer Ausgestaltung analysiert die elektronische Mess-/Betriebsschaltung mit Hilfe mathematischer Verfahren wie beispielsweise der Fouriertransformation Störschwingungen und leitet aus der Analyse mögliche Ursachen für das Nichteinhalten des Kriteriums her.
- Störschwingungen weisen je nach Ursache unterschiedliche Frequenzspektren auf. Mechanisch schwingfähige Einheiten wie beispielsweise Schwinggabeln weisen Eigenzustände mit jeweils zugehörigen Eigenschwingungen auf. Abhängig vom Frequenzspektrum der Störschwingungen werden diese Eigenschwingungen unterschiedlich angeregt, so dass aus einem Frequenzspektrum der angeregten Eigenschwingungen Rückschlüsse auf die Ursache der Störschwingungen gezogen werden können.
- In einer Ausgestaltung ist eine Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit eine der folgenden Größen:
- Amplitude, Phase, Frequenz.
- In einer Ausgestaltung wird der Verifikationsmodus durch den Anwender des Sensors gestartet oder durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung beispielsweise in regelmäßigen Intervallen.
- In einer Ausgestaltung werden vor einer erstmaligen Inbetriebnahme des Sensors Schwellwerte für Messwerte der Verifikationsgröße festgelegt,
wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung Messwerte der Verifikationsgröße mit den Schwellwerten vergleicht und daraus eine Aussage über die Durchführbarkeit eines sachgemäßen Betriebs ableitet. - Solche Schwellwerte können beispielsweise Werte von Amplituden oder Phasen der Störschwingungen, und insbesondere frequenzabhängige Werte von solchen Amplituden oder Phasen sein.
- In einer Ausgestaltung ist die Messgröße ein Füllstand oder ein Grenzstand eines Mediums in einem Behältnis wie beispielsweise einen Tank oder ein Messrohr.
- In einer Ausgestaltung legt die elektronische Mess-/Betriebsschaltung während des Verifikationsmodus kein Anregesignal an die mechanisch schwingfähige Einheit an.
- Ein erfindungsgemäßer vibronischer Sensor eingerichtet zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst,
eine mechanisch schwingfähige Einheit wie beispielsweise eine Schwinggabel oder einen Ausleger,
eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit sowie zur Durchführung des Verfahrens. - In einer Ausgestaltung ist der vibronische Sensor in einen Tank oder ein Messrohr integriert.
- Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
-
1 a) skizziert einen falsch in ein Messrohr eingebauten beispielhaften erfindungsgemäßen vibronischen Sensor. -
1 b) skizziert einen korrekt in ein Messrohr eingebauten beispielhaften erfindungsgemäßen vibronischen Sensor. -
1 c) skizziert in einen Tank eingebaute vibronische Sensoren. -
2 skizziert den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens. -
1 a) und b) zeigen jeweils einen beispielhaften erfindungsgemäßen vibronischen Sensor 10, welcher in ein Messrohr 21 eingesetzt ist und beispielsweise als Grenzstandsschalter eingesetzt ist, um beispielsweise das Vorliegen eines Mediums im Messrohr zu überwachen. In diesem Beispiel ist der Sensor 10 so eingesetzt, dass eine mechanisch schwingfähige Einheit 11, hier eine Schwinggabel 11.1 seitlich angeströmt wird. Auf diese Weise können beispielsweise von Zinken der Schwinggabel abgelöste Strömungswirbel mit der Schwinggabel auf störende Art und Weise wechselwirken und Störschwingungen erzeugen. - Eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung 12 ist zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit eingerichtet, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße ableitet. Schwingungsgrößen können beispielsweise Amplitude, Phase, Frequenz einer Schwingung der schwingfähigen Einheit sein. Aus den Messwerten zumindest einer der Schwingungsgrößen leitet die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Messbetriebsmodus Messwerte zumindest einer Messgröße ab. Eine Messgröße kann beispielweise ein Grenzstand oder ein Füllstand eines Mediums sein. Im Messbetriebmodus wird die mechanisch schwingfähige Einheit durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Schwingen angeregt. Die elektronische Mess-/Betriebsschaltung ist dabei in einem Gehäuse 13 des vibronischen Sensors angeordnet.
- Störschwingungen überlagern sich jedoch mit Messsignalen von Schwingungsgrößen, welche von der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung zur Messwerteerstellung ausgewertet werden.
- Erfindungsgemäß wird daher ein Verifikationsmodus durch einen Anwender des vibronischen Sensors 10 beispielsweise vor einem Messbetrieb gestartet oder durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung 12 beispielsweise in regelmäßigen Intervallen gestartet. Im Verifikationsmodus ist die elektronische Mess-/Betriebsschaltung dazu eingerichtet, aus extern angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße zu bestimmen und aus diesen Messwerten abzuleiten, ob ein Messbetrieb des Sensors innerhalb von Sollparametern möglich ist. Sofern ein Kriterium dafür nicht gegeben ist, gibt die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Warnmeldung an einen Anwender aus.
- Im hier gezeigten Beispiel kann durch eine Korrektur des Einbaus des vibronischen Sensors, so dass die Zinken parallel zur Strömung des Mediums verlaufen, wie in
1 b) gezeigt, ein sachgemäßer Betrieb ermöglicht werden. -
1 c) skizziert in einen Tank eingebaute vibronische Sensoren 10, wobei ein unterer Sensor in ein Medium eingetaucht ist. Blasenbildung im Medium beispielsweise verursacht durch Sieden oder durch eine chemische Reaktion kann zur Anregung von Störschwingungen durch Vorbeistreichen am vibronischen Sensor beim Aufsteigen zur Oberfläche führen. - Störschwingungen können generell auf vielfältige Art und Weise angeregt werden. Außer durch die oben aufgeführten Beispiele kommt unter anderem auch Folgendes in Betracht: Turbulente Strömung, Dichteschwankungen im vorbeiströmenden Medium, Kavitation, mechanische Vibrationen, welche von Extern in die schwingfähige Einheit gekoppelt werden, wie z.B. durch Pumpwerke, Ventile, Rüttler, Vibrationen einer Tankwand.
-
2 zeigt einen Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens 100, wobei in einem ersten Verfahrensschritt 101 im Verifikationsmodus die elektronische Mess-/Betriebsschaltung aus extern angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße bestimmt und aus diesen Messwerten ableitet, ob ein Messbetrieb des Sensors innerhalb von Sollparametern möglich ist. - In einem zweiten Verfahrensschritt 102 gibt die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Warnmeldung an einen Anwender aus, sofern ein Kriterium für ein Durchführen des Messbetriebs innerhalb von Sollparametern nicht gegeben ist.
- In einer Ausgestaltung umfasst die Warnmeldung Informationen bzgl. möglicher Ursachen des Nichterfüllen des Kriteriums. Auf diese Weise kann ein Anwender eine mögliche Fehler- oder Störquelle besser erkennen.
- Beispielsweise kann die elektronische Mess-/Betriebsschaltung mit Hilfe mathematischer Verfahren wie beispielsweise einer Fouriertransformation Störschwingungen analysieren und aus der Analyse Ursachen für den unsachgemäßen Zustand herleiten. Störschwingungen weisen je nach Ursache unterschiedliche Frequenzspektren auf. Mechanisch schwingfähige Einheiten wie beispielsweise Schwinggabeln weisen Eigenzustände mit jeweils zugehörigen Eigenschwingungen auf. Abhängig vom Frequenzspektrum der Störschwingungen werden diese Eigenschwingungen unterschiedlich angeregt, so dass aus einem Frequenzspektrum der angeregten Eigenschwingungen Rückschlüsse auf die Ursache der Störschwingungen gezogen werden können.
- Der Verifikationsmodus kann beispielsweise durch einen Anwender des vibronischen Sensors 10 beispielsweise vor einer Inbetriebnahme des Messbetriebsmodus gestartet oder durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung 12 beispielsweise in regelmäßigen Intervallen gestartet werden.
- In einer Ausgestaltung werden vor einer erstmaligen Inbetriebnahme des Sensors 10 Schwellwerte für Messwerte der Verifikationsgröße festgelegt, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung Messwerte der Verifikationsgröße mit den Schwellwerten vergleicht und daraus eine Aussage über die Durchführbarkeit eines sachgemäßen Betriebs ableitet. Schwellwerte können beispielsweise Werte für Amplituden, Phasen oder Frequenzen sein, wobei die Werte der Amplituden oder Phasen selbst frequenzabhängig sein können.
- Bezugszeichenliste
-
- 10
- vibronischer Sensor
- 11
- mechanisch schwingfähige Einheit
- 11.1
- Schwinggabel
- 12
- elektronische Mess-/Betriebsschaltung
- 13
- Gehäuse
- 20
- Behältnis
- 21
- Messrohr
- 22
- Tank
- 100
- Verfahren
- 101
- erster Verfahrensschritt
- 102
- zweiter Verfahrensschritt
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012101667 A1 [0001]
Claims (9)
- Verfahren (100) zur Verifikation eines Betriebs eines vibronischen Sensors (10), wobei der vibronische Sensor umfasst: eine mechanisch schwingfähige Einheit (11) wie beispielsweise eine Schwinggabel (11.1) oder einen Ausleger, eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit und zum Erfassen von Schwingungen der schwingfähigen Einheit, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Messbetriebsmodus die mechanisch schwingfähige Einheit zum Schwingen anregt, und aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Messgröße ableitet, wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) die elektronische Mess-/Betriebsschaltung in einem Verifikationsmodus aus extern angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße bestimmt, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) während des Verifikationsmodus kein Anregesignal an die mechanisch schwingfähige Einheit anlegt, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (102) die elektronische Mess-/Betriebsschaltung eine Warnmeldung an einen Anwender ausgibt, sofern Messwerte der Verifikationsgröße ein Kriterium nicht erfüllen.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei die Warnmeldung Informationen bzgl. möglicher Ursachen des Nichterfüllens des Kriteriums umfasst. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) mit Hilfe mathematischer Verfahren wie beispielsweise einer Fouriertransformation Störschwingungen analysiert und aus der Analyse mögliche Ursachen für das Nichterfüllen des Kriteriums herleitet. - Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei eine Schwingungsgröße der mechanisch schwingfähigen Einheit (11) eine der folgenden Größen ist: Amplitude, Frequenz.
- Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der Verifikationsmodus durch einen Anwender des vibronischen Sensors (10) gestartet oder durch die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) beispielsweise in regelmäßigen Intervallen gestartet wird.
- Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei vor einer erstmaligen Inbetriebnahme des Sensors (10) Schwellwerte für Messwerte der Verifikationsgröße festgelegt werden, wobei die elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) Messwerte der Verifikationsgröße mit den Schwellwerten vergleicht und daraus eine Aussage über die Durchführbarkeit des Messbetriebsmodus ableitet.
- Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Messgröße ein Füllstand oder ein Grenzstand eines Mediums in einem Behältnis wie beispielsweise einen Tank oder ein Messrohr ist.
- Vibronischer Sensor (10) eingerichtet zur Umsetzung des Verfahrens gemäß einem der vorigen Ansprüche umfassend: eine mechanisch schwingfähige Einheit (11) wie beispielsweise eine Schwinggabel oder einen Ausleger, eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung (12) zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit sowie zur Durchführung des Verfahrens, ein Gehäuse (13) zum Behausen der elektronischen Mess-/Betriebsschaltung.
- Vibronischer Sensor nach
Anspruch 8 , wobei der Sensor (10) in ein Behältnis (20) wie beispielsweise einen Tank (22) oder ein Messrohr (21) integriert ist.
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