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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren eines Durchflussmessgerätes und ein Durchflussmessgerät zum Ermitteln eines Durchflusses eines fließfähigen Mediums.
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Speziell in der Justier- und Kalibriertechnik von Flüssigkeits- und Gasdurchflussmessgeräten werden die Prüflinge (das zu justierende/kalibrierende Durchflussmessgerät) mit Referenzen verglichen. Der Vergleich erfolgt dadurch, dass ein Medium (Flüssigkeit oder Gas) zunächst eine Referenz, und dann den Prüfling, bzw. in umgekehrter Reihenfolge, durchströmt. Verschiedene Durchflüsse (d.h. Durchflussgeschwindigkeiten, Massendurchflüsse, etc.) werden punktuell angefahren und über eine bestimmte Zeit stabil gehalten. Dies Vorgehen nennt man statisches Justieren/Kalibrieren. Die Synchronisation zwischen Prüfling und Referenz erfolgt über ein Synchronisationssignal. Das Einregeln und Stabilisieren der verschiedenen Durchflussgeschwindigkeiten ist zeitaufwendig und verlängert den Kalibrier- und Justierprozess
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dem Problem Abhilfe zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und das Durchflussmessgerät nach Anspruch 9.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren eines Durchflussmessgerätes, umfassend die Verfahrensschritte:
- - Erzeugen eines zumindest intervallweise dynamischen Durchfluss-Profils in einer Leitung,
wobei das Durchfluss-Profil eine kontinuierliche Zunahme des Durchflusses innerhalb eines ersten Zeitintervalles aufweist;
- - Ermitteln des Durchfluss-Profils mittels eines Referenz-Durchflussmessgerätes während des ersten Zeitintervalles,
wobei dabei einem gemessenen Referenz-Durchflusswert ein Referenz-Zeitwert zugeordnet wird,
wobei der Zeitwert mittels einer Referenz-Uhr, insbesondere des Referenz-Durchflussmessgerätes, ermittelt wird,
- - Ermitteln des Durchfluss-Profils mittels des Durchflussmessgerätes während des ersten Zeitintervalles,
wobei dabei einem gemessenen Durchflusswert ebenfalls ein Zeitwert zugeordnet wird,
wobei der Zeitwert mittels einer Durchflussmessgeräte-Uhr, insbesondere des Durchflussmessgerätes, ermittelt wird;
- - Anpassen des mittels dem Durchflussmessgerät ermittelten Durchfluss-Profils, insbesondere iterativ, an das mittels des Referenz-Durchflussmessgerätes ermittelten Durchfluss-Profils innerhalb des ersten Zeitintervalles.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass keine genauen Regler zum Einstellen eines gewünschten Durchflusses eingesetzt werden müssen. Die Justier- und/oder Kalibrierzeiten werden erheblich verkürzt, da ein Stabilisieren und Einregeln einzelner statischer Durchflüsse nicht notwendig ist.
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Weiterhin lässt sich somit die Anzahl an Justier- und Kontrollpunkten erhöhen (Messwertdichteerhöhung) und es wird ein kompletteres Bild über den Durchflussbereich erzeugt. Durch das Aufzeichnen der beiden Durchfluss-Profile, sowie die Differenz zwischen Referenz und Prüfling und auch die durchgeführte Justierung in Abhängigkeit der beiden Durchfluss-Profile stehen Daten für weitere, offline Auswertungen zur Verfügung. Somit lassen sich beispielsweise Vorschläge für Justierungen bzw. Durchfluss-Profile mittels maschinellem Lernverfahren erarbeitet werden. Dafür ist eine ausreichende Datenbasis notwendig, welche auf diese Weise erschaffen wird. Damit könnte man potentiell ein ,Überschießen' des Zielwertes minimieren.
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Beim Kalibrieren umfasst das Anpassen der beiden Durchfluss-Profile das Ermitteln einer Abweichung der beiden ermittelten Durchfluss-Profile. Nach DIN1319-1beinhaltet die Kalibrierung keinen Eingriff, der das Durchflussmessgerät verändert. Eine Anpassung des Messgerätes auf Basis der Ergebnisse aus der Kalibrierung wird als Justierung definiert. Bei der Justierung ergibt sich demnach aus dem Anpassen der beiden Durchfluss-Profile ein Korrekturfaktor, welcher auf das ermittelte Durchfluss-Profil des Durchflussmessgerätes angewendet werden muss, damit es mit dem Durchfluss-Profil des Referenz-Durchflussmessgerätes übereinstimmt.
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Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte. Das Referenz-Durchflussmessgerät kann sich von dem zu kalibrierenden/ justierenden Durchflussmessgerät unterscheiden.
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Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine zeitliche Durchflussänderung im ersten Zeitinterval von Null abweicht.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Referenz-Uhr und die Messgeräte-Uhr zeitsynchronisiert sind.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Referenz-Uhr und die Messgeräte-Uhr einem Precision Time Protokoll, insbesondere dem Precision Time Protokoll nach IEEE1588 oder 802.1AS, unterliegen.
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Das Precision Time Protocol (PTP) ist ein Netzwerkprotokoll, das die Synchronität der Uhrzeiteinstellungen mehrerer Geräte in einem Computernetzwerk regelt, um somit lokal eine hohe Genauigkeit zu erreichen. PTP ist definiert in der IEEE 1588 und in IEC 61588 übernommen worden. Erfindungsgemäß befindet sich das Referenz-Durchflussmessgerät und das zu justierende/kalibrierende Durchflussmessgerät in einem Netzwerk und weisen jeweils kommunizierende Uhren auf. Die Uhr mit der exaktesten Zeit ist die Master-Clock. Im Betrieb versendet die Master-Clock Zeitsignale an eine Slave-Clock, um somit die Verzögerungen zwischen Master- und Slave-Clock zu ermitteln. Dabei muss die Master-Clock, demnach die Referenz-Uhr, räumlich nicht zwingend im Reverenz-Durchflussmessgerät hinterlegt sein. Ebenfalls kann das Referenz-Durchflussmessgerät ebenfalls eine Slave-Clock aufweisen, die in Kommunikation mit der Master-Clock steht.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Anpassen mittels Dynamic Time Warping erfolgt.
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Das Dynamic Time Warping (dt. dynamische Zeitnormierung) ist ein Algorithmus mit dem Gemeinsamkeiten zwischen zwei temporären Sequenzen - in dem Fall die zwei ermittelten zeitlichen Durchfluss-Profile - zu bestimmen.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Durchfluss-Profil vor dem ersten Zeitintervall ein zweites Zeitinterval aufweist in dem ein Durchfluss-Impuls aufgeprägt wird,
wobei im zweiten Zeitinterval eine Ermittlung und/oder Anpassung einer zeitlichen Verzögerung zwischen den beiden ermittelten Durchfluss-Profilen erfolgt.
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Mit dem Aufprägen des Durchfluss-Impulses ergibt sich in den beiden Durchfluss-Profilen jeweils eine eindeutige und ausgeprägte Charakteristik, die einem einzelnen gemeinsamen Ereignis zuzuordnen ist. Bei dem Durchfluss-Impuls kann es sich beispielsweise um eine Stufe im Durchfluss-Profil handeln, die sich daraus ergibt, dass kurzzeitig der Durchfluss erhöht und daraufhin konstant gehalten wird. Es sind jedoch auch andere Formen für den Durchfluss-Impuls denkbar, wie z.B. ein temporäres Sägezahn-Profil. Dies kann mit einer steuerbaren Pumpe oder einem steuerbaren Ventil realisiert werden. Der Durchfluss-Impuls kann auch über einen extern an der Rohrleitung - in dem auch das Durchflussmessgerät und das Referenz-Durchflussmessgerät angeordnet ist - angebrachten Lautsprecher erzeugt werden.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Durchfluss-Profil nach dem ersten Zeitintervall ein drittes Zeitinterval aufweist in dem der Durchfluss zumindest abschnittsweise kontinuierlich abnimmt,
wobei der dritte Abschnitt mindestens einen Kontrollpunkt aufweist, bei dem der mittels des Durchflussmessgerätes ermittelte Durchfluss mit dem mittels des Referenz-Durchflussmessgerätes ermittelten Durchflusses abgeglichen wird.
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Vorteilhaft daran ist, dass somit überprüft werden kann, ob z.B. eine ausreichende Justierung erfolgt ist. Weichen die Durchfluss-Profile bei abnehmenden Durchfluss voneinander ab, kann der Abgleich entweder weiter durchgeführt werden - auch bei abnehmenden Durchfluss - oder der Durchfluss wird ein weiteres Mal erhöht und der Abgleich weiterdurchgeführt.
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Alternativ kann das Durchflussmessgerät darauffolgend ein weiteres Mal mit dem Durchfluss-Profil oder mit einem alternativen Durchfluss-Profil justiert bzw. kalibriert werden.
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Eine Ausgestaltung umfasst den Verfahrensschritt:
- - Ermitteln eines dynamischen Kalibrationsfaktors für das Durchflussmessgerät in Abhängigkeit der beiden ermittelten Durchfluss-Profile.
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Der dynamische Kalibrationsfaktor wird im Durchflussmessgerät hinterlegt und kann als alleinstehender Faktor oder in Kombination mit weiteren Kalibrationsfaktoren für die Bestimmung des Durchflusses verwendet werden. So kann zusätzlich zu dem dynamischen Kalibrationsfaktor ein statischer Kalibrationsfaktor vorgesehen sein, welcher dann eingesetzt wird, wenn sich der zu überwachende Durchfluss immer nur geringfügig ändert. Der dynamische Kalibrationsfaktor hingegen kann immer dann eingesetzt werden, wenn Ereignisse im Durchfluss auftreten, die zu (starken) Durchflussschwankungen führen (z.B. Öffnen von Ventilen), d.h. hohen Durchflussänderungen innerhalb kurzem Zeitintervall (wenigen Sekunden).
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Alternativ kann auch ein Abweichungsfaktor ermittelt werden, der Auskunft über die Abweichung des zu kalibrierenden Durchflussmessgerätes gibt.
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Für das erfindungsgemäße Durchflussmessgerät zum Ermitteln eines Durchflusses eines Mediums ist ein Justieren und/oder Kalibrieren des Durchflussmessgerätes mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren erfolgt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass im Durchflussmessgerät mindestens ein statisch ermittelter Kalibrationsfaktor hinterlegt ist,
wobei im Durchflussmessgerät mindestens ein dynamisch ermittelter Kalibrationsfaktor hinterlegt ist.
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Vorteilhaft daran ist, dass somit über ein breites Durchflussspektrum ein genauer Messwert gewährleistet werden kann. Eine im Durchflussmessgerät hinterlegte Messschaltung (umfassend einen Mikrokontroller und elektronische Logikelemente) kann dazu eingerichtet sein, den Durchfluss entweder in Abhängigkeit des dynamischen Kalibrationsfaktors oder in Abhängigkeit des statischen Kalibrationsfaktors zu bestimmen.
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Statt verschiedene Durchflüsse statisch einzuregeln, wird stattdessen ein dynamisches Durchfluss-Profil gefahren. Die Messwerte der Referenzen (Referenz-Durchflussmessgerät) und Prüflinge (Durchflussmessgerät) werden zeitsynchron aufgenommen. Dazu kann ein PTC (Precision Time Protocol) verwendet werden. Während das Durchfluss-Profil abgefahren wird, wird errechnet, welche Abweichung der Prüfling zur Referenz hat und automatisch korrigiert (Iterationsverfahren), bis die ermittelten Messwerte des Prüflings innerhalb der gewünschten Toleranz liegen. Die ermittelten Durchfluss-Profile werden rechnerisch übereinandergelegt. Latenzzeiten des Systems können dabei dynamisch ermittelt werden, z.B. durch das Beaufschlagen eines Durchfluss-Impulses zu Beginn und der Ermittlung der Sprungantwort.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung einer Justier-/Kalibrieranlage; und
- 2: eine Ausgestaltung eines Durchfluss-Profils (Durchfluss in Abhängigkeit der Zeit).
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Justier-/Kalibrieranlage. Ein Durchflussmessgerät 1 ist vor einem Referenz-Durchflussmessgerät 3 in einer Rohrleitung angeordnet, d.h. das Medium durchläuft zuerst das Durchflussmessgerät 1 und dann das Referenz-Durchflussmessgerät 3. Alternativ kann auch das Referenz-Durchflussmessgerät 3 entgegen der Flussrichtung vor dem Durchflussmessgerät 1 positioniert sein. Es versteht sich, dass neben den abgebildeten Durchflussmessgeräten 1, 3 auch weitere Komponenten - wie z.B. eine Pumpe, ein Piston Prover, ein Mediumsbehälter, etc. - Teil der Justier-/Kalibrieranlage sind. Weiterhin muss die Justier-/Kalibrieranlage nicht nur eine werkseitig aufgebaute Anlage sein, die nur für das Justieren und/oder Kalibrieren von Durchflussmessgeräten genutzt wird. Alternativ kann Das Durchflussmessgerät 1 ist dazu eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren zum Justieren und/oder Kalibrieren auszuführen. Weiterhin ist es mit einer Durchflussmessgeräte-Uhr 2 (Slave-Clock) ausgestattet. Die aktuell ermittelten Durchflussmesswerte werden mit einem Zeitwertes versehen, welcher mittels der Durchflussmessgeräte-Uhr 2 bestimmt ist. Das Referenz-Durchflussmessgerät 3 ist ebenfalls mit einer Durchflussmessgeräte-Uhr 4 (Slave Clock) versehen. Die mittels des Referenz-Durchflussmessgerät 3 gemessenen Durchflussmesswerte werden ebenfalls mit einem Zeitwert versehen, welcher über die Durchflussmessgeräte-Uhr 4 ermittelt ist. Beide Durchflussmessgeräte-Uhren 2, 4 stehen in Kommunikation mit einer Referenz-Uhr 5 (Master Clock). Die Referenz-Uhr 5 ist dazu eingerichtet, die beiden Durchflussmessgeräte-Uhren 2, 4 zu zeitsynchronisieren. Dabei wird das Precision Time Protokoll nach IEEE1588 oder 802.1 AS eingesetzt. Aus den ermittelten Durchfluss-Profilen (Durchfluss in Abhängigkeit von der Zeit) des Durchflussmessgerätes und des Referenz-Durchflussmessgerät lässt sich dann ein Kalibrierfaktor ableiten. Dies kann iterativ beim Aufnehmen der Durchfluss-Profile erfolgen. Ein Beispiel dafür wird in der 2 gezeigt.
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2 zeigt eine Ausgestaltung des Durchfluss-Profils X (Durchfluss in Abhängigkeit der Zeit) eines Durchflussmessgerätes und des Durchfluss-Profils Y eines Referenz- Durchflussmessgerätes. Die beiden Durchfluss-Profile X, Y sind zeitlich in drei Zeitintervalle A, B, C eingeteilt. In einem ersten Zeitintervall A steigt der Durchfluss kontinuierlich an. Somit ist die zeitliche Durchflussänderung im Zeitintervall A immer größer Null. Während des ersten Zeitintervalles A messen das Durchflussmessgerät und das Referenz-Durchflussmessgerät den Durchfluss. Dabei wird jeweils jedem Durchflussmesswert ein Zeitwert zugeordnet. Daraus ergibt sich dann das Durchfluss-Profil. Vor dem ersten Zeitintervall A befindet sich ein zweites Zeitintervall B. In dem zweiten Zeitintervall B nimmt der Durchfluss zumindest zeitweise sprunghaft zu und bleibt dann für einen kurzen Zeitraum konstant. Dabei handelt es sich um einen Durchfluss-Impuls (siehe I) in Form einer Stufe. Dies dient dazu um eine Latenzzeit bzw. eine zeitliche Verzögerung zwischen den beiden Durchfluss-Profilen X, Y zu ermitteln. Danach steigt der Durchfluss wieder kontinuierlich an. Es ist erkennbar, dass zwischen dem Durchfluss-Profil X und dem Durchfluss-Profil Y Abweichungen im absoluten Durchfluss und in der zeitlichen Zuordnung der ermittelten Durchflussmesswerte vorliegen. Dies wird besonders durch den Durchfluss-Impuls sichtbar. Diese Abweichung wird erfindungsgemäß während der Messung des Durchfluss-Profils reduziert (siehe II) bis die jeweils ermittelten Durchflussmesswerte zeitsynchron aufgenommen sind und nur eine tolerierbare minimale Abweichung zwischen den jeweils ermittelten Durchflussmesswerten vorliegt (siehe III). Das Anpassen kann iterativ und/oder mittels Dynamic Time Warping erfolgen und liefert einen dynamischen Kalibrationsfaktor für das Durchflussmessgerät. In einem dritten Zeitintervall C wird der Durchfluss kontinuierlich reduziert. Beim Reduzieren des Durchflusses wird an einzelnen Kontrollpunkten (siehe zwei Punkte in IV) verifiziert, ob die ermittelten Durchflussmesswerte im Wesentlichen übereinstimmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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