DE112007003712T5

DE112007003712T5 - Verfahren zum Detektieren einer strömungslosen Situation in einem Wirbel- oder Dralldurchflussmesser

Info

Publication number: DE112007003712T5
Application number: DE112007003712T
Authority: DE
Inventors: Andrea Andenna; Abhisek Ukil; Frank Kassubek
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: DE112007003712B4; CN101925801B; WO2009068090A1; CN101925801A

Abstract

Verfahren für die Auswertung eines Ausgangssignals eines Wirbel- oder Dralldurchflussmessers, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal auf die Anwesenheit einer strömungslosen Bedingung untersucht wird, indem
– Komponenten des Ausgangssignals, die zeitlich periodisch sind, identifiziert und deren Amplituden und Frequenzen abgeschätzt werden,
– ein Satz von Komponenten mit großer Amplitude ausgewählt wird,
– Frequenzen der Komponenten mit großer Amplitude identifiziert werden, mindestens eine Referenzfrequenz aus ihnen ausgewählt wird und Frequenzquotienten der anderen identifizierten Frequenzen durch die mindestens eine Referenzfrequenz berechnet werden,
und eine strömungslose Bedingung detektiert wird, wenn zumindest die Bedingung erfüllt ist, dass der Satz von Frequenzquotienten mindestens einen Quotienten aufweist, der außerhalb eines Intervalls zwischen 0,87 und 1,15 liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Auswertung eines Ausgangssignals eines Wirbel- oder Dralldurchflussmessers. Durchflussmesser dieser Typen werden zum Messen von Fluidströmungen in Rohren zum Dosieren und für andere Zwecke verwendet.
Stand der Technik
Verschiedene Typen von Wirbeldurchflussmessern und Dralldurchflussmessern sind bekannt, siehe z. B. ABB Operating Instruction D184B097U02 ”Vortex Flowmeter FV4000-VT4/VR4 Swirl Flowmeter FS4000-ST4/SR4”. Beide Typen von Durchflussmessern nutzen die Tatsache, dass sich in einer Fluidströmung Wirbel oder ein Drall am stromabseitigen Ende eines Staukörpers mit einer Frequenz bilden, die zur Durchflussrate proportional ist. Die Wirbel oder der Drall verursachen Druckschwankungen in der Zeit, die von einem stromabseitigen Sensor, gewöhnlich einem Piezodrucksensor oder einem Paddel, das mit einem Piezosensor verbunden ist, aufgenommen werden. Der Sensor erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das die Druckschwankungen bzw. die Bewegungen des Paddels, die durch sie verursacht werden, widerspiegelt. Unter normalen Strömungsbedingungen enthält das Signal eine periodische Komponente, die die Frequenz der Wirbelbildung bzw. Drallbildung widergespiegelt, deren Amplitude beträchtlich größer ist als die Amplitude von Komponenten, die zu verschiedenen Frequenzen gehören.
Unter den Bedingungen kann das Ausgangssignal des Durchflussmessers in einer unkomplizierten Weise ausgewertet werden, indem es in jedem Fall einer schnellen Fourier-Transformation über ein Auswertungsintervall unterzogen wird und dann die Position des Maximums im Frequenzbereich identifiziert wird. Die Durchflussrate ergibt sich dann aus der Multiplikation mit einer Konstante.
Unter einer strömungslosen Bedingung, unter der der Durchflussmesser von den restlichen Teilen einer Rohrleitung vollständig abgesperrt ist, z. B. durch geschlossene Ventile, führt jedoch das vorstehend erläuterte Verfahren häufig zu einem falschen Ergebnis, das eine positive Durchflussrate angibt. Unter einer strömungslosen Bedingung ist es gewöhnlich ein gewisser Teil des Systems, wie ein Motor, der eine Pumpe antreibt, der die periodische Komponente mit größter Amplitude erzeugt. Ihre Frequenz, die mit der Rotationsfrequenz des Motors in Beziehung steht, wird als Komponente missgedeutet, die durch die Wirbelbildung bzw. Drallbildung verursacht wird, und eine positive Durchflussrate wird angegeben, die wiederum zu ungeeigneten Korrekturmaßnahmen führen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die Auswertung eines Ausgangssignals eines Wirbel- oder Dralldurchflussmessers zu schaffen, wobei eine strömungslose Bedingung mit einem hohen Grad an Genauigkeit identifiziert und angegeben wird. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die unmittelbare Detektion einer strömungslosen Situation. Falsche positive Durchflussergebnisse werden als solche identifiziert und können korrigiert werden. Eine detektierte strömungslose Bedingung kann unmittelbar berichtigt werden, wenn es erwünscht ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die folgenden Figuren genauer erläutert, die nur eine Ausführungsform zeigen.
1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Wirbeldurchflussmesser, der zum Anwenden des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet ist,
2a zeigt schematisch das Spektrum des Ausgangssignals eines Wirbeldurchflussmessers unter normalen Betriebsbedingungen, und
2b zeigt schematisch das Spektrum des Ausgangssignals eines Wirbeldurchflussmessers unter einer strömungslosen Bedingung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt einen Wirbeldurchflussmesser mit einem röhrenförmigen Gehäuse 1, das normalerweise mit einem Rohrleitungssystem verbunden ist, das aus einem Netz von Rohren und Behältern mit durch Motoren angetriebenen Pumpen, Ventilen, Sensoren und anderen Komponenten besteht. Zentral innerhalb des Gehäuses 1 ist ein keilförmiger Staukörper 2 und etwas stromabwärts ein Sensor, der ein Paddel 3 aufweist, das über ein Piezoelement aufgehängt ist, befestigt. Das letztere erzeugt ein Ausgangssignal, das in einer Auswertungseinheit 4 mit einem Digitalsignalprozessor ausgewertet wird. Die Auswertungseinheit 4 erzeugt ein digitales Durchflussratensignal und ein Flag-Signal für Strömungslosigkeit, wie nachstehend erläutert.
Wenn ein Fluid durch das Gehäuse 1 strömt, bilden sich Wirbel mit abwechselnden Versätzen in Bezug auf die Achse des Gehäuses und entgegengesetzten Drehrichtungen am stromabseitigen Ende des Staukörpers 2 und werden dann durch die Strömung weggetragen. Wenn sie an der rechten und linken Seite des Paddels 3 vorbei strömen, was in jedem Fall eine Verringerung des statischen Drucks verursacht, wird dasselbe abwechselnd nach links bzw. nach rechts abgelenkt, d. h. wird einer Schwingungsbewegung unterzogen, deren Frequenz zur Frequenz der Paare von Wirbeln, die am Paddel 3 vorbei strömen, proportional ist. Diese Schwingungsbewegung wird im Ausgangssignal des Piezoelements widergespiegelt.
Wie gut bekannt ist, ist die Frequenz der durch die Strömung getragenen Wirbel im Wesentlichen zur Durchflussrate proportional, und zwar gemäß der Beziehung v = f × d/St (1) wobei v die Strömungsgeschwindigkeit ist, f die Wirbelfrequenz ist, d die Breite des Staukörpers 2 ist und St die Strouhal-Zahl ist, d. h. die Strömungsgeschwindigkeit steht mit der Wirbelfrequenz durch den so genannten k-Faktor d/St in Beziehung, der eine Konstante ist, die vorher bestimmt wurde. Unter normalen Betriebsbedingungen reicht es daher aus, die periodische Komponente des Ausgangssignals zu gewinnen, die die Schwingung des Paddels 3 widerspiegelt, die durch die Durchströmung der Wirbel verursacht wird, und ihre Frequenz zu bestimmen. Da die fragliche Komponente gewöhnlich bei weitem die größte Amplitude von allen periodischen Komponenten, die im Ausgangssignal enthalten sind, aufweist, ist dies unkompliziert.
Das Ausgangssignal des Sensors, eine analoge Spannung, wird mit einer Rate von z. B. 10 kHz abgetastet. Parameter, die die Verarbeitung dieser Reihe von Ziffern im Digitalsignalprozessor der Auswertungseinheit 4 bestimmen, hängen vom relevanten Frequenzbereich ab, der stark mit dem Typ von Anwendung variiert. Das nachstehend gegebene Beispiel basiert auf Flüssigkeitsströmungen in Rohren mit Durchmessern von einigen Zentimetern. Der Bereich von relevanten Frequenzen ist in diesem Fall ein Intervall, das durch ungefähr 9 Hz und 200 Hz begrenzt ist. Bei einer Flüssigkeitsströmung in Rohren mit größerem Durchmesser sind die relevanten Frequenzen im Allgemeinen niedriger, wohingegen im Fall von Gasströmungen in Rohren mit vergleichbaren Abmessungen sie gewöhnlich viel höher sind.
Die Sequenz von Ziffern wird zuerst einer Fourier-Transformation – einer schnellen Fourier-Transformation (FFT), die vom Digitalsignalprozessor ausgeführt wird – über ein Auswertungsintervall, das etwa 1 s ist, unterzogen. Die Frequenzauflösung liegt in der Größenordnung von 0,1 Hz. Die Fourier-Transformation wird dann insofern modifiziert, als eine Gleichstromkomponente subtrahiert wird. Das Ergebnis ist ein Spektrum, das aus einer Anzahl von Komponenten besteht, die jeweils durch eine von etwa 2000 Frequenzen, die zwischen 9 Hz und 200 Hz gleich beabstandet sind, und eine Amplitude, die der Frequenz entspricht und durch eine reale Zahl dargestellt wird, dargestellt werden.
In dem Beispiel entspricht die Amplitude der Komponente in jedem Fall dem Absolutwert der Amplitude, aber sie kann auch durch irgendeine andere Zahl dargestellt werden, die den Wert der Amplitude widerspiegelt, z. B. ihr Quadrat. Viele weitere Details und Wahlen von Parametern hängen vom Typ von Anwendung und ihrem zugehörigen Bereich von relevanten Frequenzen ab.
2a zeigt das Spektrum des Ausgangssignals, d. h. die Amplituden der Fourier-Transformation desselben als Funktion der Frequenz, unter normalen Strömungsbedingungen, wobei die mit der Strömung in Beziehung stehende Frequenz 12 Hz ist. Die Fourier-Transformation weist ein ausgeprägtes Maximum bei dieser Frequenz auf, das leicht identifiziert wird, wohingegen die restlichen Komponenten eine Anhäufung mit relativ großer Amplitude um diese Komponentenfrequenz mit maximaler Amplitude aufweisen. Nur eine relativ weit entfernte Komponente mit ziemlich großer Amplitude ist vorhanden, nämlich der Störfaktor bei der Frequenz von 50 Hz der elektrischen Leistungsversorgung. Da im Voraus bekannt ist, dass dieser Störfaktor erscheint, kann er entfernt oder maskiert werden. Wenn andere bekannte Störfaktoren vorhanden sind, können sie in derselben Weise behandelt werden. Aus der Frequenz der Komponente mit der größten Amplitude kann die Durchflussrate unter Verwendung von (1) abgeleitet werden.
In einer strömungslosen Situation würde das vorstehend umrissene Verfahren ein falsches positives Durchflussergebnis ergeben. Dies ist aus 2b zu sehen, die eine solche strömungslose Situation zeigt, wobei das Gehäuse 1, das den Durchflussmesser enthält, vom Rest des Rohrleitungssystems durch geschlossene Ventile getrennt ist. In diesem Fall würde ein ziemlich ausgeprägtes Maximum bei 80 Hz, das durch einen Motor, der eine Pumpe im Rohrleitungssystem antreibt, verursacht wird, als eine beträchtliche Durchflussrate angebend missgedeutet werden, insbesondere da es in der Amplitude zu der mit dem Durchfluss in Beziehung stehenden Komponente mit maximaler Amplitude bei 12 Hz vergleichbar ist. Es wurde jedoch festgestellt und ist auch aus dem Diagramm ersichtlich, dass unter einer strömungslosen Bedingung die periodischen Komponenten des Ausgangssignals und ihre Verteilung über den Frequenzbereich spezifische Eigenschaften aufweisen, die in der Fourier-Transformation widergespiegelt werden und verwendet werden können, um diese Bedingung zu identifizieren. Es gibt mehrere Amplitudenmaxima, die entweder vollständig isoliert sind oder zu einer kleinen Anhäufung von weiteren Komponenten mit relativ großen Amplituden gehören. Die Frequenzen der Komponenten mit maximaler Amplitude im Frequenzbereich sind zumindest teilweise relativ weit voneinander entfernt, wobei ihre Quotienten deutlich größer oder kleiner sind als 1. Dies liegt an der Tatsache, dass die dominierenden periodischen Komponenten eine Komponente in Bezug auf die Motorfrequenz – 40 Hz in dem in 2b gezeigten Fall – und ihre Oberschwingungen – die in 2b bei 80 Hz und 120 Hz erscheinen – sind. Hier kann wieder die Leistungsversorgungskomponente bei 50 Hz mit ihrer ziemlich großen Amplitude vor der Auswertung entfernt oder maskiert werden. Eine strömungslose Bedingung kann daher durch eine geeignete Auswertung des Ausgangssignals, insbesondere seiner Fourier-Transformation, detektiert werden, wobei die Anwesenheit von Merkmalen, die die Eigenschaften widerspiegeln, untersucht wird. Eine nicht detektierte Missdeutung des Ausgangssignals kann dadurch vermieden werden.
Als erster Schritt wird ein Satz von Komponenten mit großer Amplitude aus den Komponenten der Fourier-Transformation ausgewählt. Insbesondere sind diese ausgewählten Komponenten lokale Maxima im Frequenzspektrum. Dazu werden die Komponenten der Fourier-Transformation, die vorverarbeitet worden sein können, z. B. durch Entfernen von bekannten Störfaktoren, wie vorstehend erläutert, nach abnehmender Amplitude geordnet. Eine vorbestimmte Anzahl, die von der Frequenzauflösung und anderen Parametern abhängt, z. B. fünfzehn, der Komponenten am oberen Ende der geordneten Sequenz wird dann identifiziert und dem Satz von Komponenten mit großer Amplitude zugewiesen. Wenn Komponenten Frequenzen aufweisen, die sehr nahe beieinander liegen, kann eine einzelne Komponente aus ihnen gebildet werden und nur diese Komponente weiter betrachtet werden. Dies kann z. B. durch Runden von jeder der Frequenzen auf ihre nächste ganze Zahl und Beibehalten nur einer Komponente für eine gegebene gerundete Frequenz, während die anderen weggelassen werden, durchgeführt werden. In einer normalen Strömungssituation hinterlässt dieser Prozess gewöhnlich nur die Komponente mit maximaler Amplitude und möglicherweise weitere Komponenten mit Frequenzen, die nahe jener der Komponente mit maximaler Amplitude liegen. Wenn nur die Komponente mit maximaler Amplitude verbleibt, wird die vorherrschende Bedingung als normale Strömungsbedingung mit einer positiven Durchflussrate identifiziert, die durch die Frequenz der Komponente gemäß (1) widergespiegelt wird. Die Frequenz und die Durchflussrate können dann mit größerer Genauigkeit durch Verfahren, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, abgeschätzt werden.
Ansonsten wird eine der Komponenten aus diesem Satz von Komponenten mit großer Amplitude, gewöhnlich diejenige mit der größten Amplitude, als Referenzkomponente und ihre Frequenz als Referenzfrequenz identifiziert. Quotienten der restlichen Frequenzen der Komponenten in dem Satz durch die Referenzfrequenz werden dann berechnet und diese Frequenzquotienten mit einem Quotientenschwellenwert von z. B. 1,15 und seinem Kehrwert verglichen. In einer normalen Situation mit positiver Durchflussrate gibt es entweder nur eine Frequenz ohne zu berechnende Frequenzquotienten oder die Frequenzquotienten liegen nahe 1, d. h. sind entweder kleiner als 1,15 oder größer als sein Kehrwert (der 0,87 ist).
Unter einer strömungslosen Bedingung enthält andererseits der Satz von Komponenten mit großer Amplitude Komponenten, die zu Frequenzen gehören, die der Motorfrequenz und ihren Oberschwingungen entsprechen, d. h. der Satz von Komponenten mit großer Amplitude enthält mehrere, gewöhnlich fünf oder mehr Komponenten mit Frequenzen, die zumindest teilweise ziemlich weit voneinander entfernt sind, wobei ihre Quotienten nahe kleinen ganzen Zahlen oder Kehrwerten liegen oder Quotienten von kleinen ganzen Zahlen sind. Obwohl die Amplituden der Komponenten, die zur Motorfrequenz und zu Oberschwingungen derselben gehören, in Abhängigkeit von der Motorfrequenz und anderen Parametern beträchtlich variieren, wobei manchmal die Motorfrequenzkomponente die größte Amplitude aufweist, manchmal ihre zweite oder dritte Oberschwingung, gibt es immer mindestens eine Komponente in dem Satz, deren Frequenz sich von der Frequenz der Komponente mit maximaler Amplitude um mindestens einen Faktor von 1,2, dem Frequenzquotienten der sechsten und fünften Oberschwingung, oder unter Berücksichtigung von Fehlern, die durch Runden und andere Effekte verursacht werden, um mindestens 1,15 oder um seinen Kehrwert, der 0,87 ist, unterscheidet.
Um zu entscheiden, ob eine strömungslose Bedingung vorliegt oder nicht, reicht es daher gewöhnlich aus, die Komponente mit maximaler Amplitude als Referenzkomponente zu wählen und Frequenzquotienten durch Dividieren der Frequenzen, die zu den anderen Elementen des Satzes von Komponenten mit großer Amplitude gehören, durch die Referenzfrequenz, die zur Referenzkomponente gehört, zu berechnen und zu prüfen, ob mindestens eine vorbestimmte minimale Anzahl, z. B. ein, zwei oder drei, der Frequenzquotienten entweder größer als ein Quotientenschwellenwert von 1,15 oder kleiner als sein Kehrwert ist. In vielen Anwendungen kann dies genügen, um auf eine strömungslose Bedingung zu schließen. Diese Bedingung kann dann durch Umschalten eines Booleschen Flags für Strömungslosigkeit, das die jeweilige Bedingung angibt, von seinem Vorgabewert von 0 – der eine normale Strömungsbedingung angibt – auf 1 – der eine strömungslose Bedingung angibt, angegeben werden. Wenn das Flag für Strömungslosigkeit gleich 1 ist, kann ein falsches positives Durchflussratenergebnis auf 0 korrigiert werden und Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, wenn es angebracht ist.
Wenn insbesondere der Satz von Komponenten mit großer Amplitude nur zwei oder drei Elemente enthält, die zusätzlich nach einem positiven Ergebnis gelten, könnte dies oder aber alternativ ein strengeres Kriterium hilfreich sein, um die Zuverlässigkeit der Angabe der Strömungslosigkeit zu verbessern. Für diesen Zweck werden die Frequenzquotienten dahingehend geprüft, ob sie nahe den Quotienten einer Grundfrequenz und ihren Oberschwingungen liegen. Ein Satz von Zahlen kann berechnet oder aus einem Speicher abgerufen werden, der z. B. aus ganzen Zahlen zwischen 2 und 6 und ihren Kehrwerten oder aus 2 und 3 und Vielfachen davon und ihren Kehrwerten besteht, die möglicherweise durch 2/3 ergänzt sind, und die Frequenzquotienten können mit ihnen verglichen werden.
Eine strömungslose Bedingung wird nur dann angegeben, wenn mindestens einer der Frequenzquotienten mit einer von diesen Zahlen übereinstimmt, d. h. von derselben um nicht mehr als einen vorbestimmten Abweichungsschwellenwert abweicht, der eine begrenzte Auflösung, Rundungsfehler und andere Effekte berücksichtigt und z. B. 2% sein kann. Die Bedingung kann strenger gemacht werden, indem verlangt wird, dass mehr als ein Frequenzquotient mit einer der Zahlen oder sogar spezifischen von ihnen übereinstimmt.
Ein oder mehrere Vergleichssätze können aus den fraglichen Zahlen gebildet werden und eine Angabe einer strömungslosen Situation davon abhängig gemacht werden, ob jedes Element in einem Vergleichssatz mit einem der Frequenzquotienten übereinstimmt. Die Ergebnisse können dann durch logisches ODER verknüpft werden oder in komplexeren Weisen verknüpft werden. Beispielsweise können alle Teilmengen einer bestimmten Kardinalität, angenommen 1 – wie vorstehend beschrieben – oder 2, 3 oder 4, der Zahlen gebildet und als Vergleichssätze verwendet werden, d. h. es kann auf die Übereinstimmung aller Mitglieder in jeder Teilmenge mit einem der Frequenzquotienten geprüft und die Ergebnisse durch ODER verknüpft werden. Eine strömungslose Bedingung wird angegeben, wenn die Prüfung ein positives Ergebnis in mindestens einem Fall ergibt, d. h. wenn abgesehen von einer Grundfrequenz, die normalerweise gleich der Motorfrequenz ist, mindestens eine, zwei, drei bzw. vier Oberschwingungen vorhanden sind.
Viele Abweichungen von den vorstehend beschriebenen Verfahren sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich. Anstelle eines Wirbeldurchflussmessers, wie beschrieben, kann ein Dralldurchflussmesser verwendet werden. Bei der Auswertung des Ausgangssignals werden normale Strömungsbedingungen und strömungslose Bedingungen auf der Basis der Amplituden und der Verteilungen über den Frequenzbereich von periodischen Komponenten des Signals unterschieden. In einer allgemeinen Weise weist die Existenz von mehreren Maxima, die – zumindest teilweise – in einem gewissen beträchtlichen Abstand voneinander im Frequenzbereich liegen, auf eine strömungslose Bedingung hin.
In Abhängigkeit von der Anwendung kann es ausreichen, die Komponenten mit größter Amplitude auszuwählen und sie zu einer zu kombinieren, wenn sie im Frequenzbereich nahe beieinander liegen, und die restlichen Komponenten zu zählen. Wenn, insbesondere nach der Entfernung von bekannten Störfaktoren, mehr als eine Komponente verbleibt, kann dies bereits auf eine strömungslose Bedingung hindeuten. Die Kombination kann, wie vorstehend erläutert, durch Weglassen von Komponenten, die in der Frequenz nahe Komponenten mit größeren Amplituden liegen, oder durch Summieren oder Integrieren von Amplituden über bestimmte Frequenzintervalle und Zuweisen der resultierenden Amplitude zur Frequenz der Komponente mit größter Amplitude im Frequenzintervall oder zu einer gewichteten mittleren Frequenz oder Mittelfrequenz oder in anderen Weisen durchgeführt werden.
In anderen Anwendungen können strengere Kriterien geeigneter sein und minimale Abstände, d. h. Quotienten von Frequenzen von Komponenten mit großer Amplitude erforderlich sein. Insbesondere kann ein solcher minimaler Abstand von einer Referenzfrequenz für eine oder mehrere Komponenten in dem Satz von Komponenten mit großer Amplitude erforderlich sein. Da gewöhnlich zumindest eine Motorfrequenz und ihre zweite Oberschwingung in dem Satz vorhanden sind, kann der minimale Abstand in den meisten Fällen sicher als geringfügig kleiner als 2 gewählt werden. Es ist auch möglich, zusätzlich eine obere Grenze für den Abstand anzuwenden. Ein noch strengeres Kriterium – wie vorstehend erläutert – beinhaltet den Vergleich von Frequenzquotienten mit bestimmten kleinen ganzen Zahlen und ihren Quotienten, die zwangsläufig erscheinen, wenn Oberschwingungen auftreten. Allgemeine oder spezifische strengere Kriterien können – entweder allein oder schrittweise – in Abhängigkeit von der Anwendung, gemäß den Ergebnissen von Experimenten und der praktischen Erfahrung verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Rohr
2: Staukörper
3: Paddel
4: Auswertungseinheit

Zusammenfassung
Eine strömungslose Bedingung wird durch Spektralanalyse des Ausgangssignals eines Wirbel- oder Dralldurchflussmessers detektiert und angegeben. Unter einer normalen Bedingung mit positiver Durchflussrate sind Komponenten mit großer Amplitude möglicherweise abgesehen von bekannten Störfaktoren wie der Komponente mit 50 Hz, die durch die elektrische Leistungsversorgung verursacht wird, um die Frequenz einer Komponente mit maximaler Amplitude, die mit der Durchflussrate in Beziehung steht, gehäuft. Unter einer strömungslosen Bedingung werden die Komponenten mit großer Amplitude hauptsächlich durch einen gewissen Motor, der eine Pumpe oder dergleichen antreibt, verursacht und bestehen aus einer Grundfrequenz, z. B. 40 Hz, wie durch den Motor verursacht, und ihren Oberschwingungen, z. B. 80 Hz und 120 Hz. Wenn ein Satz von Komponenten mit großer Amplitude eine Komponente mit einer Frequenz aufweist, die größer ist als die Frequenz einer Komponente mit maximaler Amplitude, multipliziert mit 1,15, oder kleiner ist als dieselbe, dividiert durch 1,15, kann dies bereits auf eine strömungslose Bedingung hindeuten. In Abhängigkeit von der Anwendung können strengere Kriterien, wie die Anwesenheit von Frequenzquotienten nahe kleinen ganzen Zahlen wie 2, 3 und ihren Kehrwerten oder Quotienten, verwendet werden.

Claims

Verfahren für die Auswertung eines Ausgangssignals eines Wirbel- oder Dralldurchflussmessers, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal auf die Anwesenheit einer strömungslosen Bedingung untersucht wird, indem – Komponenten des Ausgangssignals, die zeitlich periodisch sind, identifiziert und deren Amplituden und Frequenzen abgeschätzt werden, – ein Satz von Komponenten mit großer Amplitude ausgewählt wird, – Frequenzen der Komponenten mit großer Amplitude identifiziert werden, mindestens eine Referenzfrequenz aus ihnen ausgewählt wird und Frequenzquotienten der anderen identifizierten Frequenzen durch die mindestens eine Referenzfrequenz berechnet werden, und eine strömungslose Bedingung detektiert wird, wenn zumindest die Bedingung erfüllt ist, dass der Satz von Frequenzquotienten mindestens einen Quotienten aufweist, der außerhalb eines Intervalls zwischen 0,87 und 1,15 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Anzahl von Quotienten mindestens zwei ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Komponente, deren Amplitude größer ist als die Amplituden der restlichen Komponenten mit großer Amplitude, als Referenzkomponente identifiziert wird und ihre Frequenz als Referenzfrequenz identifiziert wird, und – die Frequenzquotienten die Quotienten der Frequenzen der restlichen Komponenten mit großer Amplitude durch die Referenzfrequenz sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine strömungslose Bedingung nur dann angegeben wird, wenn der Satz der Frequenzquotienten einen nicht leeren Satz von Zahlen aufweist, die von den Zahlen in mindestens einem Vergleichssatz, der aus einem Satz von ganzen Zahlen und Quotienten von ganzen Zahlen besteht, um weniger als einen vorbestimmten Abweichungsschwellenwert abweichen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vergleichssatz irgendeine Teilmenge einer vorbestimmten Kardinalität eines vorbestimmten Satzes- von ganzen Zahlen und Quotienten von ganzen Zahlen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Kardinalität zwischen 1 und 4 liegt.
Verfahren nach einem von Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Satz von ganzen Zahlen und Quotienten von ganzen Zahlen aus ganzen Zahlen zwischen 1 und 6 und Quotienten von solchen ganzen Zahlen besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Satz von ganzen Zahlen und Quotienten von ganzen Zahlen aus den ganzen Zahlen 2, 3 und Vielfachen davon und Kehrwerten von solchen ganzen Zahlen besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Satzes von Komponenten mit großer Amplitude den Schritt des Ordnens der Komponenten gemäß abnehmenden Amplituden und des Auswählens einer vorbestimmten Anzahl von Komponenten am oberen Ende beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Satzes von Komponenten mit großer Amplitude den Schritt des Ersetzens von mehreren Komponenten, die in der Frequenz nahe beieinander liegen, durch eine einzelne Komponente beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des Ausgangssignals, die in der Zeit periodisch sind, in jedem Fall durch Fourier-Transformation des Ausgangssignals als Funktion der Zeit über ein vorbestimmtes Auswertungsintervall bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder während der Auswahl eines Satzes von Komponenten mit großer Amplitude mindestens ein Störfaktor mit bekannter Frequenz entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Satz von ausgewählten Komponenten mit großer Amplitude der Satz von ausgewählten Komponenten von lokalen Maxima im Frequenzspektrum ist.