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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren einer Messgröße oder Messen eines Qualitätsparameters eines durch ein Messrohr strömenden Mediums, wobei ein Störeinfluss herangezogen wird, die Korrektur der Messgröße bzw. die Messung des Qualitätsparameters durchzuführen.
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Ein beispielhaftes Verfahren, bei welchem Medieneigenschaften eines durch ein Messrohr strömenden Mediums bestimmt werden, ist in der
WO2021121868A1 offenbart. Dabei werden zwei Messgeräte verschiedener Messprinzipien miteinander kombiniert, um einen störenden Einfluss von Gasblasen im Medium auf die Messung zu reduzieren. Dies gelingt jedoch auch durch Kombination zweier solcher Messgeräte nicht immer zufriedenstellend und ist grundsätzlich mit erhöhtem Aufwand verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Messgerät vorzuschlagen, mittels welchen eine robuste Messung von Medieneigenschaften oder eines Qualitätsparameters eines Mediums möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch ein Messgeräte gemäß dem unabhängigen Anspruch 10.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen einer primären Messgröße wie beispielsweise ein Durchfluss oder eine Dichte oder eines Qualitätsparameters eines durch ein Messrohr strömenden Mediums mittels eines Messgeräts,
wird in einem ersten Verfahrensschritt
aus einem Prüfsignal des Messgeräts umfassend eine Vielzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Messwerten einer strömungsbeeinflussten Prüfgröße mittels einer Rekurrenzanalyse RA des Prüfsignals PS eine Rekurrenzinformation erstellt wird,
wobei in einem zweiten Verfahrensschritt eine Störinformation SI aus der Rekurrenzinformation ermittelt wird,
wobei in einem dritten Verfahrensschritt
die Störinformation dazu herangezogen wird, zumindest einen Messwert MW der primären Messgröße zu korrigieren und/oder einen Qualitätsparameter des Mediums zu bestimmen,
wobei in einem vierten Verfahrensschritt
ein korrigierter Messwert kMW und/oder ein Qualitätsparameter QP ausgegeben wird.
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Die Prüfgröße kann beispielsweise eine andere als die primäre Messgröße sein. Beispielsweise bei einem Vibrations-Messgerät ist eine primäre Messgröße ein Massedurchfluss eines Mediums durch ein Messrohr, welcher Massedurchfluss anhand eines durchflussabhängigen Phasenunterschieds einer Messrohrschwingung zwischen zwei Schwingungssensoren bemessen wird. Das Messrohr wird dabei in seiner Resonanzfrequenz angeregt, welche abhängig von Medieneigenschaften zeitlich schwanken kann und daher von einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung des Vibrations-Messgeräts bestimmt und eingestellt wird. Die Prüfgröße kann beispielsweise die Resonanzfrequenz sein, deren Messwerte Eingang in die Rekurrenzanalyse finden.
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Die Prüfgröße kann beispielsweise auch ein Durchfluss sein, dessen Messwerte je nach Eigenschaften des Mediums schwanken. Durch Rekurrenzanalyse kann ein Rückschluss ein Qualitätsparameter des Mediums geschlossen werden.
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Die Rekurrenzanalyse wird auch als Rekurrenz-Quantifizierungs-Analyse bezeichnet. Die durch die Rekurrenzanalyse erstellte Rekurrenzinformation kann zur Erzeugung von 2D-Rekurrenzplots genutzt werden.
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In einer Ausgestaltung wird zur Ermittlung der Störinformation (SI) aus der Rekurrenzinformation ein mathematisches Verfahren (MV) wie beispielsweise Fourieranalyse oder ein künstliches neuronales Netz angewandt wird.
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Beispielsweise kann bei einem Fourierspektrum eine Grenzfrequenz festgelegt werden, wobei Fouriersignalanteile oberhalb der Grenzfrequenz als Störinformation gewertet wird.
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Beispielsweise auf diese Weise lässt sich die Störinformation qualitativ und quantitativ erstellen.
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In einer Ausgestaltung wird bei der Korrektur der Messwerte der primären Messgröße ein Korrekturfaktor bestimmt, mittels welchem der zumindest eine Messwert der primären Messgröße korrigiert wird.
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In einer Ausgestaltung ist der Qualitätsparameter ein Grad einer Verunreinigung des Mediums wie beispielsweise durch Feststoffpartikel oder Gasblasen oder eine Dampfqualität. Die Dampfqualität ist ein Parameter, der einen kondensierten Anteil eines Mediums im ansonsten dampfförmig vorliegenden Medium beschreibt.
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In einer Ausgestaltung werden zur Rekurrenzanalyse Messwerte des Prüfsignals in Gruppen G von jeweils n1 aufeinanderfolgenden Messwerten aufgeteilt, wobei n1 eine natürliche Zahl größer 1 und insbesondere größer 2 und bevorzugt kleiner 6 ist,
wobei bzgl. allen Paaren von Gruppenmitgliedern jeweils eine Rekurrenz R(i,j) zwischen Paaren (i,j) berechnet wird mit folgender Vorschrift:
R(i,j) = 1 falls ||G(i) - G(j)|| < e, und R(i,j) = 0 anderenfalls, mit || .|| als eine Norm und e als ein Rekurrenzgrenzwert.
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Dadurch, dass mehrere Messwerte zu einer Gruppe zusammengefasst werden und vektoriell mit anderen Gruppen verrechnet werden, trägt jede Gruppe außer einer Momentaninformation auch Information bzgl. zeitlicher Ableitungen der Messwerte. Auf diese Weise umfasst die Störinformation Information über dynamische Eigenschaften von Störeinflüssen. Dies lässt sich auf das Taken's Theorem zurückführen.
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In einer Ausgestaltung ist die Norm eine n2-Norm ist, wobei n2 eine natürliche Zahl größer 0 und insbesondere kleiner 3 ist.
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In einer Ausgestaltung wird bei der Korrektur der Messwerte der primären Messgröße ein empirisch ermittelter Zusammenhang oder ein mathematisch oder physikalisch hergeleiteter Zusammenhang zwischen der Störinformation und einem Störanteil des Messsignals herangezogen.
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In einer Ausgestaltung ist die Anzahl der Messwerte des Prüfsignals größer als 10, und insbesondere größer als 70,
wobei die Anzahl kleiner ist als 10000, und insbesondere kleiner als 2000.
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In einer Ausgestaltung werden die Verfahrensschritte wiederholt durchgeführt, um mittels zusätzlicher Messwerte der Prüfgröße weitere Messwerte der primären Messgröße zu korrigieren oder weitere Messwerte des Qualitätsparameters zu bestimmen.
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Auf diese Weise kann ein durchgehender Betrieb des Messgeräts aufrechterhalten werden.
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Ein erfindungsgemäßes Messgerät umfasst:
- zumindest ein Messrohr zum Führen eines flüssigen Mediums;
- zumindest einen Sensor zum Erfassen eines durchflussabhängigen primären Messsignals;
- eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung zum Betreiben des Messgeräts, zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und zum Bereitstellen von Messwerten der primären Messgröße und/oder des Qualitätsparameters.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
- 1 skizziert den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 a) bis d) zeigen Rekurrenzinformationen zu verschiedenen Kurven.
- 3 a) und 3) skizzieren zwei beispielhafte erfindungsgemäße Flussdiagramme des Verfahrens:
- 4 skizziert ein beispielhaftes Messgerät zur Umsetzung des Verfahrens.
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1 beschreibt den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zur Umsetzung einer robusten Messung von Medieneigenschaften oder eines Qualitätsparameters eines Mediums.
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Bei einem Verfahren 100 zum Bestimmen einer primären Messgröße wie beispielsweise ein Durchfluss oder eine Dichte oder eines Qualitätsparameters eines durch ein Messrohr 2 strömenden Mediums mittels eines Messgeräts 1 wird in einem ersten Verfahrensschritt 101 aus einem Prüfsignal des Messgeräts umfassend eine Vielzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Messwerten einer strömungsbeeinflussten Prüfgröße mittels einer Rekurrenzanalyse RA des Prüfsignals PS eine Rekurrenzinformation RI erstellt.
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In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird aus der Rekurrenzinformation eine Störinformation ermittelt.
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Dabei kann zur Ermittlung der Störinformation SI aus der Rekurrenzinformation ein mathematisches Verfahren MV wie beispielsweise Fourieranalyse oder ein künstliches neuronales Netz angewandt werden. Beispielsweise kann bei einem Fourierspektrum eine Grenzfrequenz festgelegt werden, wobei Fouriersignalanteile oberhalb der Grenzfrequenz als Störinformation gewertet wird. Oder es kann auch ein Unterschied zwischen einem erwarteten Spektrum und einem gemessenen Spektrum zur Ermittlung der Störinformation herangezogen werden. Bei Anwendung eines neuronalen Netzes mit der Rekurrenzinformation als Eingangsdatensatz kann ein entsprechend trainiertes neuronales Netz die Störinformation an einem Ausgang des Netzes bereitstellen.
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Eine Möglichkeit eine Rekurrenzanalyse durchzuführen ist, die Messwerte des Prüfsignals in Gruppen G von jeweils n1 aufeinanderfolgenden Messwerten aufzuteilen, wobei n1 eine natürliche Zahl größer 1 und insbesondere größer 2 ist, wobei bzgl. allen Paaren von Gruppenmitgliedern jeweils eine Rekurrenz R(i,j) zwischen Paaren (i,j) berechnet wird mit folgender Vorschrift:
- R(i,j) = 1 falls ||G(i) - G(j)|| < e, und R(i,j) = 0 anderenfalls, mit || . || als eine Norm und e als ein Rekurrenzgrenzwert. Das Ergebnis kann dann beispielsweise als ein Rekurrenzplot dargestellt werden. Dadurch, dass mehrere Messwerte auf die beschriebene Weise zu einer Gruppe zusammengefasst werden und vektoriell mit anderen Gruppen verrechnet werden, trägt jede Gruppe außer einer Momentaninformation auch Information bzgl. zeitlicher Ableitungen der Messwerte.
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Auf diese Weise umfasst die Störinformation Information über dynamische Eigenschaften von Störeinflüssen.
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In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird die Störinformation dazu herangezogen, zumindest einen Messwert MW der primären Messgröße zu korrigieren und/oder einen Qualitätsparameter des Mediums zu bestimmen, wobei in einem vierten Verfahrensschritt 104 ein korrigierter Messwert kMW der primären Messgröße und/oder ein Qualitätsparameter QP ausgegeben wird.
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Der Qualitätsparameter kann ein Grad einer Verunreinigung des Mediums wie beispielsweise durch Feststoffpartikel oder Gasblasen oder eine Dampfqualität sein. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können also einerseits Messwerte einer primären Messgröße korrigiert und andererseits Qualitätsparameter bemessen werden.
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Die Prüfgröße kann beispielsweise eine andere Messgröße als die primäre Messgröße sein. Beispielsweise bei einem Vibrations-Messgerät ist eine primäre Messgröße ein Massedurchfluss eines Mediums durch ein Messrohr, welcher Massedurchfluss anhand eines durchflussabhängigen Phasenunterschieds einer Messrohrschwingung zwischen zwei Schwingungssensoren bemessen wird. Das Messrohr wird dabei in seiner Resonanzfrequenz angeregt, welche abhängig von Medieneigenschaften zeitlich schwanken kann und daher von einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung des Vibrations-Messgeräts bestimmt und eingestellt wird. Die Prüfgröße kann beispielsweise die Resonanzfrequenz sein, deren Messwerte Eingang in die Rekurrenzanalyse finden.
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Die Prüfgröße kann beispielsweise auch ein Durchfluss sein, dessen Messwerte je nach Eigenschaften des Mediums schwanken. Durch Rekurrenzanalyse kann ein Rückschluss ein Qualitätsparameter des Mediums geschlossen werden.
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Das Verfahren kann dabei von einer elektronischen Mess-/Betriebsschaltung 3 eines Messgeräts 1 zur Messung einer primären Messgröße des Mediums umgesetzt werden.
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2 a) bis 2 d) zeigen beispielhafte Rekurrenzinformationen zu verschiedenen Beispielkurven in Form von Rekurrenzplots, welche nach der in der Beschreibung zu 1 beschriebenen Vorgehensweise erstellt sind.
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2 a) zeigt einen Rekurrenzplot zu einer Kurve, welche durch eine monofrequente Funktion erzeugt wird. Der Rekurrenzplot zeigt ein sehr regelmäßiges Muster.
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2 b) hingegen zeigt einen Rekurrenzplot zu einer Kurve, die aus drei monofrequenten Funktionen erzeugt wird, wobei Frequenzen der Kurven folgendes Verhältnis bilden: 7:9:11. Es zeigt sich ein deutlich komplexeres Muster, welches stark abhängig von zugrundeliegenden Funktionen und Frequenzen bzw. Frequenzverhältnissen ist. Prinzipiell kann beispielsweise durch eine Mustererkennung auf zugrundeliegende Frequenzen geschlossen werden.
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2 c) und d) beschreiben jeweils eine beispielhafte schematisierte Version einer Messsignalstörung, welche sich beispielsweise in einer Amplitudenvariation der Kurve aus 2 a) äußert, siehe 2 c), oder in einer Frequenzvariation der Kurve aus 2 a) äußert. Die zugehörigen Rekurrenzplots zeigen eine Deformation des in 2 a) gezeigten Rekurrenzplots.
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Eine Ermittlung der Störinformation kann bei Vorliegen eines Rekurrenzplots beispielsweise aus einer 2D-Fouriertransformation des Rekurrenzplots erfolgen. Störeinflüsse zeigen sich üblicherweise durch zusätzliche Beiträge im 2D-Fourierspektrum, welche sich an anderen Stellen als Hauptbeiträge befinden. Aus Position und Amplitude und/oder Phase der zusätzlichen Beiträge beispielsweise kann eine Störinformation zusammengestellt werden. Auch Mustererkennung per neuronalem Netz oder einer künstlichen Intelligenz kann herangezogen werden. Der Fachmann bedient sich dabei einem ihm nützlichen mathematischen Werkzeug.
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Anstatt eines Rekurrenzplots kann auch eine Differenz zwischen einem Referenz-Rekurrenzplot und einem erstellten Rekurrenzplot als Basis der Ermittlung der Störinformation verwendet werden.
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Eine Verknüpfung zwischen Störinformation und einem Qualitätsparameter und/oder einem Korrekturfaktor zur Korrektur eines Messwerts kann beispielsweise durch ein neuronales Netz, eine Tabelle, eine mathematische Formel, Vergleich mit Referenzwerten oder ähnlichem erfolgen.
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3 a) und 3 b) zeigen jeweils ein beispielhaftes Flussdiagramm zu einem beispielhaften Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens.
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3 a) beschreibt den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zur Korrektur von Messwerten einer primären Messgröße eines durch ein Messrohr strömenden Mediums durchgeführt eingesetzt werden. Messwerte eines Prüfsignals werden durch eine Rekurrenzanalyse RA aufbereitet., so dass eine Störinformation bzgl. der Messwerte des Prüfsignals vorliegt. Mittels eines mathematischen Verfahrens kann wie hier dargestellt beispielsweise ein Korrekturfaktor KF ermittelt werden, mittels welchem Korrekturfaktor Messwerte der primären Messgröße MW korrigiert werden.
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3 b) beschreibt den Ablauf eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens, welches zur Bestimmung eines Qualitätsparameters eines durch ein Messrohr strömenden Mediums durchgeführt wird. Messwerte eines Prüfsignals werden durch eine Rekurrenzanalyse RA aufbereitet, so dass eine Störinformation bzgl. der Messwerte des Prüfsignals vorliegt. Mittels eines mathematischen Verfahrens wird ein Qualitätsparameter ermittelt, welcher beispielsweise eine Verunreinigung des Mediums wie beispielsweise durch Feststoffpartikel oder Gasblasen oder eine Dampfqualität bemisst.
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4 skizziert ein beispielhaftes Messgerät 1, mit welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren umgesetzt werden kann. Das Messgerät weist einen Sensor 4 auf, welcher an oder in einem Messrohr 2 zum Führen eines Mediums angeordnet ist. Eine elektronische Mess-/Betriebsschaltung betreibt den Sensor und wertet Messsignale des Sensors aus, um Messwerte einer primären Messgröße des Mediums wie beispielsweise einen Durchfluss oder eine Dichte zu bestimmen und das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messgerät
- 2
- Messrohr
- 3
- elektronische Mess-/Betriebsschaltung
- 4
- Sensor
- 100
- Verfahren
- 101
- erster Verfahrensschritt
- 102
- zweiter Verfahrensschritt
- 103
- dritter Verfahrensschritt
- 104
- vierter Verfahrensschritt
- KF
- Korrekturfaktor
- MV
- Mathematisches Verfahren
- MW
- Messwert primäre Messgröße
- PS
- Prüfsignal
- RA
- Rekurrenzanalyse
- RI
- Rekurrenzinformation
- SI
- Störinformation
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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