EP1941245A1 - Verfahren zur bestimmung einer prozessgrösse eines mediums - Google Patents

Verfahren zur bestimmung einer prozessgrösse eines mediums

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Publication number
EP1941245A1
EP1941245A1 EP06829915A EP06829915A EP1941245A1 EP 1941245 A1 EP1941245 A1 EP 1941245A1 EP 06829915 A EP06829915 A EP 06829915A EP 06829915 A EP06829915 A EP 06829915A EP 1941245 A1 EP1941245 A1 EP 1941245A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
calibration data
formula
algorithm
data set
medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06829915A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mamadi Keita
Lefebvre Martine
Simon Antoine
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Flowtec AG
Original Assignee
Endress and Hauser Flowtec AG
Flowtec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Flowtec AG, Flowtec AG filed Critical Endress and Hauser Flowtec AG
Publication of EP1941245A1 publication Critical patent/EP1941245A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76—Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78—Direct mass flowmeters
    • G01F1/80—Direct mass flowmeters operating by measuring pressure, force, momentum, or frequency of a fluid flow to which a rotational movement has been imparted
    • G01F1/84—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters
    • G01F1/845—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits
    • G01F1/8468—Coriolis or gyroscopic mass flowmeters arrangements of measuring means, e.g., of measuring conduits vibrating measuring conduits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters

Definitions

  • the invention relates to a method for determining at least one
  • Process variable of a medium on the production side, at least one first calibration data set for the determination of the process variable is generated, wherein at least one formula and / or an algorithm for determining the process variable from at least one measured variable to be measured is determined in conjunction with the first calibration data set, wherein at least the measured variable is measured, and wherein the process variable is determined from the measured variable in conjunction with the formula and / or the algorithm.
  • the process variable is, for example, the flow rate, the density, the viscosity, the conductivity, the level or the pH of a medium.
  • the invention relates to a Coriolis flowmeter for determining the density of a medium which flows through a measuring tube, with a first sensor unit for measuring the oscillation frequency of the measuring tube, and with a second sensor unit for measuring the temperature of the measuring tube or the medium, with at least a storage unit in which at least one calibration data set for determining the density can be stored, and with at least one evaluation unit which determines the density of the medium on the basis of the oscillation frequency and the temperature of the measuring tube in conjunction with the calibration data set.
  • the medium is a flowable medium, for example, a liquid, a gaseous or vaporous medium.
  • Process instruments often use measuring devices which must be calibrated for the exact determination of a process variable. This is usually due to the fact that the process variable is dependent on several measured variables and that thus for the calculation usually a formula or an apparatus results from formulas, which depends on several parameters.
  • the respective associated calculation coefficients usually depend not only on physical or chemical relationships in the process itself, but also on the configuration of the actual measuring device or the behavior of the measuring device under the prevailing process conditions, such as the ambient temperature. Such a dependency on several parameters therefore makes it necessary to reduce corresponding calibration measurements. However, these are usually very consuming and are often only in special calibration laboratories wrestle with sufficient accuracy.
  • a measuring device As an example of a measuring device is called a Coriolis flowmeter.
  • the medium flows through a measuring tube, which is excited to vibrate. From the resulting oscillation frequency and the oscillation amplitude can be concluded on the flow and also on the density of the medium.
  • the density measurement makes it necessary that the rigidity of the measuring tube is known. However, this depends on the temperature, which is why the dependence of the rigidity of the temperature on a suitable calibration must be determined.
  • the object of the invention is thus to wrtable a measuring method, in which always the validity of the calibration data is maintained.
  • the invention solves the problem with a method and in particular with a Coriolis flowmeter.
  • the inventive method for achieving the object is that the formula and / or the algorithm is adapted to the prevailing in the application process conditions / is such that the formula and / or the algorithm, the dependence of the process variable on the process conditions and basically describe / describe in the first calibration data set.
  • the invention thus consists in that, starting from the calibration data obtained on the production side, an adaptation to that in use, ie in the field prevailing conditions is described by both the process conditions, as well as the calibration data are sufficiently described by the Ausenseformel or by the evaluation algorithm. Conversely, an adaptation to the conditions in the application is made without canceling the validity of the calibration data obtained during production.
  • a first calibration data record is produced on the production side and a second calibration data record is created on the application side.
  • Calibration data set is understood here as an arbitrarily large amount of measurement points, ie it may, for example, only be a single measurement point.
  • the two calibration data records may relate to different measured variables or process parameters, but they may also relate at least in part to the same process / measured variable and possibly have different accuracies.
  • the evaluation formula or the evaluation algorithm is then determined or adapted for the specific application. Since both data sets are used, both are sufficiently described by the formula or by the algorithm. The adaptation can take care that all required coefficients are determined on the basis of the two data sets.
  • the formula or the algorithm is adapted to the application in such a way that intervention on or a change of the production-side calibration data is not possible.
  • the first calibration data record produced on the production side relates to at least one measurement parameter which is specific to the medium.
  • Some dependencies are due to the special design of the measuring apparatus.
  • the above example of the Coriolis flowmeter is the temperature dependent stiffness of the measuring tube. Although this temperature is also related to the temperature of the medium, but the rigidity and the required temperature calibration is not a medium-specific parameter. Therefore, in particular those dependencies that relate to the sensor as the measuring device itself and thus are not specific to the medium to be measured in particular, can be determined very well on the production side via corresponding calibration systems. Thus, this configuration can be summed up this way: production side, the calibration in terms of medi- umsunspezifischen, but specific to the encoder parameters ⁇ ⁇ is orêt.
  • the parameters are the measured variables or process conditions that influence the process variable to be measured. Manufacturing side Then, in one embodiment, the dependencies in the formula or in the algorithm on the production side calibrated parameters determined, ie a part of the equation system for determining the coefficients for the dependencies is already achieved on the production side.
  • Such a "partial solution” has the advantage that the values or information obtained from it can be stored with access protection for the second phase of the calibration, which takes place.
  • An embodiment includes that on the application side at least one second calibration data record is generated, that the second calibration data record relates to at least one medium-specific measurement parameter, and that the formula and / or the algorithm are adapted such that the formula and / or or the algorithm essentially substantially describes / describes the dependence of the process variable on the first calibration data set and the second calibration data set.
  • the formula and / or the algorithm are adapted such that the formula and / or or the algorithm essentially substantially describes / describes the dependence of the process variable on the first calibration data set and the second calibration data set.
  • the medium unspecific dependencies can ideally be determined very well on the production side.
  • the medium-specific dependencies can be partly manufacturing the other's, but the measurements with the or- in the specific applications to be measured media often ⁇ preferably ⁇ or site ⁇ ⁇ be orêt.
  • a formula for further determination of the process variable is then determined or adapted.
  • the formula looks like it has a functional dependence of the density of the temperature of the measuring tube.
  • possibly also a part of the coefficients of the formula can already be determined on the production side from the first calibration data.
  • a second calibration data record is then generated, which describes the connection between oscillation frequency and density itself. Part of this density-frequency data can also be obtained on the production side. From the two data sets, the actual and invalid formula for calculating the density is then generated. This is, for example, a polynomial depending on the oscillation frequency, wherein the coefficients of the polynomial are each a function - in particular a polynomial again - of the medium or the tube temperature. It is important that the Formula sufficiently describes both data sets.
  • An embodiment sees ⁇ or that on the application side several second calibration datasets are generated, which each relate to the same medium-specific measurement parameters that the second calibration data sets are stored, that a second calibration data set is selected, and that the formula and / or the algorithm is / are adapted such that the formula and / or the algorithm essentially substantially describes / describes the dependence of the process variable on the first calibration data set and the selected second calibration data set.
  • the embodiment sees ⁇ or that on the application side several medium-specific calibration data records are generated, from which then respectively the evaluation formula or the evaluation algorithm is generated.
  • the individual data records relate, for example, to different measurement conditions or different media, etc.
  • An alternative embodiment is the following:
  • An embodiment includes that on the application side several second calibration data sets are generated, which each relate to the same medium-specific measurement parameters that the formula and / or the algorithm for each second calibration data set is / are adapted such that the formula and / or the Algorithm basically substantially describes / describes the dependency of the process variable on the first calibration data set and the second calibration data set, that the adjusted formulas and / or algorithms are discarded, and that a formula and / or algorithm is selected for determining the process variable.
  • a calibration data record is generated in each case for a medium or an application constellation, and from this a formula or an algorithm is determined. In the application, the corresponding formula or the corresponding algorithm can then be called up to match the medium.
  • both embodiments produce a tailored to the specific application calibration. This is, for example, advantageous if different media are used under different process conditions, e.g. be processed in batch mode.
  • An embodiment includes that as a process variable, the density of the medium is determined, and that the measured variable is the frequency of the vibrations of a tube is measured, which flows through the medium.
  • the measured variable is the frequency of the vibrations of a tube is measured, which flows through the medium.
  • it is preferably a measurement according to the Coriolis measuring principle or the measuring device is a Coriolis flowmeter.
  • the temperature of the tube and / or the medium is measured as a second measured variable, and that the first calibration data set relates to the dependence of the frequency of the vibrations on the temperature of the measuring tube.
  • knowledge of the rigidity of the measuring tube is required for the determination of the density, which in turn depends on the temperature of the tube.
  • the temperature of the measuring tube is determined directly by the measurement or indirectly by the measurement of the medium temperature, if the dependence of the temperature of the tube on the temperature of the medium is known. If necessary, a measurement of the temperature can also be omitted if, for example, the data relating to the temperature are made available by means of a suitable control system.
  • An embodiment includes that on the application side, a second calibration data set is generated with respect to the density of the medium.
  • the density is a medium-specific value and thus the associated data set also depends very much on the type of application.
  • the measuring method can also be understood as an extension of a calibration method.
  • the calibration procedure comprises two calibration steps.
  • calibration data in particular with regard to medium-unspecific parameters, are obtained, in particular on the production side.
  • calibration data are generated which are medium-specific or specific to the specific application.
  • a formula or an algorithm for calculating at least one process variable to be determined is then determined.
  • the formula or the algorithm essentially describes the dependence on both calibration data.
  • this formulation also applies correspondingly to the above measuring method: on the production side, a first calibration data is obtained, and a second calibration data record is obtained on the application side. Then, on the application side, a formula or an algorithm for determining a process variable,
  • the formula or the algorithm describes the dependency ⁇ on both calibration records essentially wllstieri.
  • An object of the invention is also achieved by a Coriolis flowmeter which detects that at least one first calibration data record is stored in the memory unit, that the evaluation unit is configured such that it adapts the formula and / or the algorithm for determining the density of the medium to the conditions prevailing on the application side, wherein the formula and / or the algorithm essentially essentially describes the first calibration data record and the conditions prevailing on the application side.
  • This Coriolis flowmeter is thus a device which implements the method according to the invention. The abovementioned method configurations can thus also be used in this Coriolis flowmeter according to the invention.
  • Fig. 1 a schematic representation of a Coriolis flowmeter.
  • a Coriolis flowmeter is shown very schematically.
  • the measuring tube 1 is flowed through wm - not shown here - medium.
  • An excitation unit 2 stimulates the tube 1 to mechanical vibrations.
  • the frequency of the vibrations is determined by the sensor unit 3.
  • a temperature sensor 4 measures the temperature of the measuring tube 1.
  • the temperature of the medium is measured when, starting from known dependence, the temperature of the tube 1 can be determined. From the temperature and the oscillation frequency, the density of the medium can be calculated, for example, as follows:
  • the density r results from the square of the oscillation frequency w 2 , the rigidity of the tube K, the mass of the tube M 0 and the volume V within the measuring tube to:
  • the invention consists in the fact that the measurement parameters, which are required for the determination of the process variable density, are divided into quasi two groups.
  • these are parameters independent of medium, such as the dependence of the oscillation frequency on the temperature of the Measuring tube.
  • these are medium-dependent parameters such as the density itself.
  • a first calibration depending on the tube temperature and a second calibration depending on the density itself is to be carried out. Since the temperature is an unspecific quantity in relation to the medium, this temperature calibration can already be carried out on the production side, ie during the production of the Coriolis flowmeter. The dependence between frequency and density in turn depends on the medium and therefore this calibration is carried out on the application side.
  • these are, on the one hand, parameters which are not specific to the specific application case and parameters which are specific to the specific application.
  • parameters which are not specific to the specific application case For example, during production calibration measurements can be made for the temperature and for some media of known density, but density calibration for the particular media to be measured in the application will only be made on site.
  • the special feature is that the formula or the algorithm is adapted to the conditions of use in such a way that the production-side calibration data are always adequately described. This means that it is not possible for a formula or an algorithm to only describe the process conditions and no longer match the other calibration data.
  • a first calibration data set is generated which, for example, describes the dependence of the oscillation frequency on the temperature of the measuring tube, and which is stored in the memory unit 6.
  • a formula or algorithm is generated which has a dependency at least on the parameters with respect to which calibration is being performed. Part of the dependencies of the formulas on the calibration data can already be determined on the production side.
  • a second calibration data set is generated ⁇ or location or in the field, which here describes, for example, the dependence between frequency and density and which is thus used to determine the formula or the algorithm for determining the density.
  • the above formula for calculating the density is considered here: ## EQU1 ## Taking the dependence of the rigidity of the measuring tube on the temperature, the oscillation frequency can be developed as follows: [0029] ⁇ (p) * + aAT m + flAT, + 7)
  • W is the oscillation frequency at the prevailing process conditions
  • r is the density of the medium as a function of the temperature of the measuring tube
  • .DELTA.T; ⁇ m - ⁇ R is the difference between the temperature of the measuring tube and the above reference temperature
  • ⁇ T - T _ T is the corresponding difference between the temperature of the support tube and the reference temperature.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, wobei fertigungsseitig mindestens ein erster Kalibrationsdatensatz für die Bestimmung der Prozessgröße erzeugt wird, wobei in Verbindung mit dem ersten Kalibrationsdatensatz mindestens eine Formel und/oder ein Algorithmus zur Bestimmung der Prozessgröße aus mindestens einer zu messenden Messgröße ermittelt werden/wird, wobei mindestens die Messgröße gemessen wird, und wobei aus der Messgröße in Verbindung mit der Formel und/oder dem Algorithmus die Prozessgröße bestimmt wird. Die Erfindung beinhaltet, dass die Formel und/oder der Algorithmus derartig an die bei der Anwendung herrschenden Prozessbedingungen angepasst werden/wird, dass die Formel und/oder der Algorithmus die Abhängigkeit der Prozessgröße von den Prozessbedingungen und dem ersten Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen vollständig beschreiben/beschreibt. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Coriolis-Messgerät.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Bestimmung einer Prozessgröße eines
Mediums
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer
Prozessgröße eines Mediums, wobei fertigungsseitig mindestens ein erster Kalibrati- onsdatensatz für die Bestimmung der Prozessgröße erzeugt wird, wobei in Verbindung mit dem ersten Kalibrationsdatensatz mindestens eine Formel und/oder ein Algorithmus zur Bestimmung der Prozessgröße aus mindestens einer zu messenden Messgröße ermittelt werden/wird, wobei mindestens die Messgröße gemessen wird, und wobei aus der Messgröße in Verbindung mit der Formel und/oder dem Algorithmus die Prozessgröße bestimmt wird. Bei der Prozessgröße handelt es sich dabei beispielsweise um den Durchfluss, die Dichte, die Viskosität, die Leitfähigkeit, den Füllstand oder den pH- Wert eines Mediums. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Coriolis-Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Dichte eines Mediums, welches ein Messrohr durchströmt, mit einer ersten Sensoreinheit zur Messung der Schwingfrequenz des Messrohres, und mit einer zweiten Sensoreinheit zur Messung der Temperatur des Messrohres oder des Mediums, mit mindestens einer Speichereinheit, in welcher mindestens ein Kalibrationsdatensatz für die Bestimmung der Dichte hinterlegbar ist, und mit mindestens einer Auswerteeinheit, welche aufgrund der Schwingfrequenz und der Temperatur des Messrohres in Verbindung mit dem Kalibrationsdatensatz die Dichte des Mediums bestimmt. Bei dem Medium handelt es sich insbesondere um ein fließfähiges Medium, also beispielsweise um eine Flüssigkeit, ein gas- oder dampfförmiges Medium.
[0002] In der Prozessmesstechnik werden häufig Messgeräte eingesetzt, welche für die genaue Bestimmung einer Prozessgröße kalibriert werden müssen. Dies hängt meistens damit zusammen, dass die Prozessgröße \on mehreren Messgrößen abhängig ist und dass sich somit für die Berechnung meist eine Formel oder ein Apparat aus Formeln ergibt, welche wn mehreren Parametern abhängig ist. Die damit jeweils verbundenen Berechnungskoeffizienten hängen zudem meist nicht nur \on physikalischen oder chemischen Zusammenhängen im Prozess selbst ab, sondern auch wn der Ausgestaltung des eigentlichen Messgerätes bzw. wm Verhalten des Messgerätes unter den herrschenden Prozessbedingungen, wie z.B. die Umgebungstemperatur. Eine solche Abhängigkeit \on mehreren Parametern macht es daher erforderlich, entsprechende Kalibrationsmessungen wrzunehmen. Diese sind jedoch meist sehr aufwändig und sind oft auch nur in speziellen Kalibrationslabors mit ausreichender Genauigkeit wrzunehmen.
[0003] Als Beispiel für ein Messgerät sei ein Coriolis-Durchflussmessgerät genannt. Bei diesem sehr bekannten Messprinzip durchströmt das Medium ein Messrohr, welches zu Schwingungen angeregt wird. Aus der sich ergebenden Schwingfrequenz und der Schwingungsamplitude lässt sich auf den Durchfluss und auch auf die Dichte des Mediums schließen. Besonders die Dichtemessung macht es jedoch erforderlich, dass die Steifigkeit des Messrohres bekannt ist. Diese ist jedoch \on der Temperatur abhängig, weshalb die Abhängigkeit der Steifigkeit \on der Temperatur durch eine passende Kalibration bestimmt werden muss. Wird also ein Coriolis- Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Dichte eingesetzt, so sind zumindest zwei Kalibrationen durchzuführen: in Bezug auf die Abhängigkeit der Steifigkeit des Messrohres wn der Temperatur und in Bezug auf den Zusammenhang zwischen Schwingfrequenz und Dichte selbst. Beide Kalibrationen lassen sich fertigungsseitig bei der Herstellung wrnehmen. Aus diesen Daten werden dann die notwendigen Koeffizienten für die Berechnung der Dichte ermittelt.
[0004] Problematisch wird es, wenn ein Teil der Kalibrationsdaten \or Ort bei der Anwendung erzeugt werden. Eine solche Anpassung wird häufig derartig wrgenommen, dass \or Ort die Koeffizienten der Formel direkt verändert werden können. In diesem Fall besteht jedoch das Risiko, dass die Formel oder der Algorithmus zur Berechnung der Dichte zwar an die neuen, anwendungsseitigen Kalibrationsdaten angepasst wird, dass aber damit auch eine solche Veränderung einhergeht, dass die Beschreibung an die fertigungsseitigen Kalibrationsdaten nicht mehr gegeben ist.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Messverfahren wrzuschlagen, bei welchem stets die Gültigkeit der Kalibrationsdaten gewahrt bleibt.
[0006] Die Erfindung löst die Aufgabe mit einem Verfahren und insbesondere mit einem Coriolis-Durchflussmessgerät.
[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung der Aufgabe besteht darin, dass die Formel und/oder der Algorithmus derartig an die bei der Anwendung herrschenden Prozessbedingungen angepasst werden/wird, dass die Formel und/oder der Algorithmus die Abhängigkeit der Prozessgröße \on den Prozessbedingungen und dem ersten Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen wllständig beschreiben/beschreibt. Die Erfindung besteht somit darin, dass ausgehend \on den fertigungsseitig gewonnenen Kalibrationsdaten eine Anpassung an die bei der Anwendung, d.h. im Feld herrschenden Bedingungen wrgenommen wird, indem sowohl die Prozessbedingungen, als auch die Kalibrationsdaten durch die Auswerteformel oder durch den Auswertealgorithmus hinreichend beschrieben werden. Umgekehrt formuliert: Es wird eine Anpassung an die Bedingungen bei der Anwendung wrgenommen, ohne dass die Gültigkeit der bei der Fertigung gewonnenen Kalibrationsdaten aufgehoben wird. Eine Ausgestaltung sieht \or, dass fertigungsseitig ein erster Kalibrationsdatensatz und an- wendungsseitig ein zweiter Kalibrationsdatensatz erstellt wird. Kalibrationsdatensatz sei hier als eine beliebig große Menge an Messpunkten verstanden, d.h. es kann sich beispielsweise auch nur um einen einzigen Messpunkt handeln. Die beiden Kalibrati- onsdatensätze können sich dabei auf unterschiedliche Messgrößen oder Prozessparameter beziehen, sie können sich aber auch zumindest teilweise auf die gleiche Prozess-/Messgröße beziehen und ggf. unterschiedliche Genauigkeiten aufweisen. Mit diesen beiden Datensätzen wird dann für die konkrete Anwendung die Auswerteformel oder der Auswertealogorithmus ermittelt bzw. angepasst. Da auf beide Datensätze zurückgegriffen wird, werden somit auch beide ausreichend durch die Formel bzw. durch den Algorithmus beschrieben. Die Anpassung kann dabei wrsehen, dass alle erforderlichen Koeffizienten anhand der beiden Datensätze ermittelt werden. Insbesondere wird die Formel bzw. der Algorithmus derartig an die Anwendung angepasst, dass ein Eingriff auf die oder eine Veränderung der fertigungsseitigen Kalibrationsdaten nicht möglich ist. Eine Ausgestaltung sieht \or, dass sich der fertigungsseitig erzeugte erste Kalibrationsdatensatz auf mindestens einen Messparameter bezieht, welcher mediumsun- spezifisch ist. Manche Abhängigkeiten sind durch die spezielle Ausgestaltung der Messapparatur wrgegeben. Beim obigen Beispiel des Coriolis-Durchflussmessgerätes handelt es sich um die \on der Temperatur abhängige Steifigkeit des Messrohres. Diese Temperatur ist zwar auch verbunden mit der Temperatur des Mediums, aber die Steifigkeit und die dafür erforderliche Temperatur-Kalibration ist kein mediumsspezifischer Parameter. Daher lassen sich insbesondere solche Abhängigkeiten, die sich auf den Sensor als Messgerät selbst beziehen und die somit insbesondere nicht spezifisch für das zu messende Medium sind, sehr gut fertigungsseitig über entsprechende Kalibrationsanlagen bestimmen. Diese Ausgestaltung lässt sich also derartig zusammenfassen: Fertigungsseitig wird die Kalibration in Bezug auf die medi- umsunspezifischen, aber messgerätespezifischen Parameter ■\orgenommen. Bei den Parametern handelt es sich dabei um die Messgrößen oder Prozessbedingungen, welche Einfluss auf die zu messende Prozessgröße haben. Fertigungsseitig werden dann auch in einer Ausgestaltung die Abhängigkeiten in der Formel bzw. in dem Algorithmus \on den fertigungsseitig kalibrierten Parametern bestimmt, d.h. ein Teil des Gleichungssystems zur Bestimmung der Koeffizienten für die Abhängigkeiten wird bereits fertigungsseitig gelöst. Eine solche „Teil-Lösung" hat \or allem den Vorteil, dass die daraus gewonnenen Werte oder Informationen zugriffsgeschützt für die zweite Phase der Kalibration, welche \or Ort geschieht, hinterlegt werden können.
[0009] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass anwendungsseitig mindestens ein zweiter KaIi- brationsdatensatz erzeugt wird, dass sich der zweite Kalibrationsdatensatz auf mindestens einen mediumsspezifischen Messparameter bezieht, und dass die Formel und/oder der Algorithmus derartig angepasst werden/wird, dass die Formel und/oder der Algorithmus die Abhängigkeit der Prozessgröße \on dem ersten Kalibrationsdatensatz und dem zweiten Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen wllständig beschreiben/beschreibt. Es wird also eine Trennung zwischen den Abhängigkeiten der Prozessgröße \on den mediumsspezifischen und den mediumsunspezifischen Messgrößen oder Parametern wllzogen.
[0010] Wie oben bereits erläutert, lassen sich die mediumsunspezifischen Abhängigkeiten idealerweise fertigungsseitig sehr gut bestimmen. Die mediumsspezifischen Abhängigkeiten lassen sich teilweise auch fertigungsseitig ermitteln, jedoch werden die Messungen mit den in der konkreten Anwendungen zu messenden Medien oft \or- zugsweise \or Ort ■\orgenommen. Aus beiden Datensätzen wird dann eine Formel zur weiteren Bestimmung der Prozessgröße ermittelt bzw. angepasst. Für das Beispiel des Coriolis-Messgerätes bedeutet dies beispielsweise, dass fertigungsseitig ein erster Kalibrationsdatensatz für die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz \on der Temperatur des Messrohres aufgenommen wird. Die Formel sieht dann so aus, dass sie eine funktionelle Abhängigkeit der Dichte \on der Temperatur des Messrohres aufweist. Weiterhin kann ggf. auch ein Teil der Koeffizienten der Formel bereits fertigungsseitig aus den ersten Kalibrationsdaten ermittelt werden. Es können jedoch auch alle Koeffizienten erst \or Ort ermittelt werden. Anwendungsseitig wird dann ein zweiter Kalibrationsdatensatz erzeugt, welcher die Verbindung zwischen Schwingfrequenz und Dichte selbst beschreibt. Ein Teil dieser Dichte-Frequenz-Daten kann auch fertigungsseitig gewonnen werden. Aus den beiden Datensätzen wird anschließend die eigentliche und wllständige Formel zur Berechnung der Dichte erzeugt. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein Polynom in Abhängigkeit \on der Schwingfrequenz, wobei die Koeffizienten des Polynoms jeweils eine Funktion - insbesondere wieder ein Polynom - der Mediums- oder der Rohrtemperatur sind. Wichtig ist eben, dass die Formel beide Datensätze hinlänglich beschreibt.
[0011] Eine Ausgestaltung sieht \or, dass anwendungsseitig mehrere zweite Kalibrations- datensätze erzeugt werden, welche sich jeweils auf den gleichen mediumsspezifischen Messparameter beziehen, dass die zweiten Kalibrationsdatensätze abgelegt werden, dass ein zweiter Kalibrationsdatensatz ausgewählt wird, und dass die Formel und/oder der Algorithmus derartig angepasst werden/wird, dass die Formel und/oder der Algorithmus die Abhängigkeit der Prozessgröße \on dem ersten Kalibrationsdatensatz und dem ausgewählten zweiten Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen wllständig beschreiben/beschreibt. Die Ausgestaltung sieht \or, dass anwendungsseitig mehrere mediumsspezifische Kalibrationsdatensätze erzeugt werden, aus denen dann jeweils passend die Auswerteformel oder der Auswertealgorithmus erzeugt wird. Die einzelnen Datensätze beziehen sich dabei beispielsweise auf unterschiedliche Messbedingungen oder unterschiedliche Medien usw. Eine dazu alternative Ausgestaltung ist die folgende:
[0012] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass anwendungsseitig mehrere zweite Kalibrationsdatensätze erzeugt werden, welche sich jeweils auf den gleichen mediumsspezifischen Messparameter beziehen, dass die Formel und/oder der Algorithmus für jeden zweiten Kalibrationsdatensatz derartig angepasst werden/wird, dass die Formel und/oder der Algorithmus die Abhängigkeit der Prozessgröße \on dem ersten Kalibrationsdatensatz und dem zweiten Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen wllständig beschreiben/ beschreibt, dass die angepassten Formeln und/oder Algorithmen abgelegt werden, und dass eine Formel und/oder ein Algorithmus für die Bestimmung der Prozessgröße ausgewählt wird. In dieser Ausgestaltung wird also jeweils für ein Medium oder eine Anwendungskonstellation ein Kalibrationsdatensatz erzeugt und daraus eine Formel oder ein Algorithmus ermittelt. In der Anwendung lässt sich dann passend zum Medium die zugehörige Formel oder der zugehörige Algorithmus aufrufen. In der wrherigen Ausgestaltung werden also unterschiedliche Kalibrationsdatensätze erzeugt, aus denen dann je nach Bedarf die aktuelle Formel ermittelt wird. In der zweiten Ausgestaltung werden die bereits fertigen Formeln abgerufen. Beide Ausgestaltungen erzeugen jedoch einen auf die konkrete Anwendung zugeschnittene Kalibration. Dies ist beispielsweise wrteilhaft, wenn unterschiedliche Medien bei unterschiedlichen Prozessbedingungen z.B. im Batch-Betrieb verarbeitet werden.
[0013] Eine Ausgestaltung sieht \or, dass bei der Anpassung der Formel und/oder des Algorithmus die Daten des ersten Kalibrationsdatensatzes und/oder des zweiten Kalibra- tionsdatensatzes unterschiedlich gewichtet werden. Je nachdem, welche Bedeutung oder welche Genauigkeit den einzelnen Datenpunkten zugeordnet wird, lassen sich die Werte für die Ermittlung der Formel bzw. des Algorithmus passend gewichten.
[0014] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass als Prozessgröße die Dichte des Mediums bestimmt wird, und dass als Messgröße die Frequenz der Schwingungen eines Rohres gemessen wird, welches das Medium durchströmt. Es handelt sich also wrzugsweise um eine Messung nach dem Coriolis -Messprinzip bzw. bei dem Messgerät um ein Coriolis-Durchflussmessgerät.
[0015] Eine Ausgestaltung sieht \or, dass als eine zweite Messgröße die Temperatur des Rohres und/oder des Mediums gemessen wird, und dass der erste K alibrations- datensatz sich auf die Abhängigkeit der Frequenz der Schwingungen \on der Temperatur des Messrohres bezieht. Wie oben erwähnt, ist für die Bestimmung der Dichte das Wissen über die Steifigkeit des Messrohres erforderlich, welche wiederum wn der Temperatur des Rohres abhängig ist. Die Temperatur des Messrohres ergibt sich direkt durch die Messung oder indirekt durch die Messung der Mediumstemperatur, wenn die Abhänigkeit der Temperatur des Rohres \on der Temperatur des Medium bekannt ist. Eine Messung der Temperatur kann ggf. auch entfallen, wenn beispielsweise durch ein passendes Steuersystem die Daten über die Temperatur bereitgestellt werden.
[0016] Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass anwendungsseitig ein zweiter Kalibrations- datensatz bezüglich der Dichte des Mediums erzeugt wird. Die Dichte ist ein mediumsspezifischer Wert und somit ist der zugeordnete Datensatz auch sehr stark \on der Art der Anwendung abhängig.
[0017] Das Messverfahren lässt sich auch als Erweiterung eines Kalibrationsverfahrens verstehen. Das Kalibrationsverfahren umfasst zwei Kalibrationsschritte. Bei der ersten Kalibration werden insbesondere fertigungsseitig Kalibrationsdaten insbesondere in Bezug auf mediumsunspezifische Parameter gewonnen. Im zweiten Schritt werden \or Ort Kalibrationsdaten erzeugt, welche mediumsspezifisch oder spezifisch für die konkrete Anwendung sind. Aus beiden Datensätzen wird dann eine Formel oder ein Algorithmus zur Berechnung mindestens einer zu bestimmenden Prozessgröße ermittelt. Dabei beschreibt die Formel oder der Algorithmus im Wesentlichen wllständig die Abhängigkeit \on beiden Kalibrationsdatens ätzen. Oder mit anderen Worten, wobei diese Formulierung entsprechend auch für das obige Messverfahren gilt: Es wird fertigungsseitig ein erster Kalibrationsdatens atz gewonnen und es wird anwendungsseitig ein zweiter Kalibrationsdatensatz gewonnen. Dann wird anwendungsseitig eine Formel oder ein Algorithmus zur Bestimmung einer Prozessgröße, also zur Vollendung der Messung der Prozessgröße ermittelt, wobei die Formel oder der Algorithmus die Abhängigkeit \on beiden Kalibrationsdatensätzen im Wesentlichen wllständig beschreibt.
[0018] Eine Erfindung löst die Aufgabe weiterhin durch ein Coriolis-Durchflussmessgerät, welches wrsieht, dass in der Speichereinheit fertigungsseitig zumindest ein erster Ka- librationsdatensatz hinterlegt ist, dass die Auswerteeinheit derartig ausgestaltet ist, dass sie eine Anpassung der Formel und/oder des Algorithmus zur Bestimmung der Dichte des Mediums an die anwendungsseitig herrschenden Bedingungen wrnimmt, wobei die Formel und/oder der Algorithmus den ersten Kalibrationsdatensatz und die anwendungsseitig herrschenden Bedingungen im Wesentlichen wllständig beschreiben. Dieses Coriolis-Durchflussmessgerät ist somit eine Vorrichtung, welche das erfindungsgemäße Verfahren umsetzt. Die oben genannten Verfahrensausgestaltungen lassen sich somit auch bei diesem erfindungsgemäßen Coriolis-Durchflussmessgerät anwenden.
[0019] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
[0020] Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Coriolis-Durchflussmessgerätes.
[0021] In der Fig. 1 ist sehr schematisch ein Coriolis-Durchflussmessgerät dargestellt. Das Messrohr 1 wird wm - hier nicht gezeigten - Medium durchströmt. Eine Anregeeinheit 2 regt das Rohr 1 zu mechanischen Schwingungen an. Die Frequenz der Schwingungen wird \on der Sensoreinheit 3 bestimmt. Gleichzeitig misst ein Temperatursensor 4 die Temperatur des Messrohres 1. Alternativ wird die Temperatur des Mediums gemessen, wenn dawn ausgehend unter bekannten Abhängigkeit die Temperatur des Rohres 1 bestimmt werden kann. Aus der Temperatur und der Schwingfrequenz lässt sich die Dichte des Mediums beispielsweise wie folgt berechnen:
[0022] Ist eine konstante Referenztemperatur des Messrohres TR gegeben, so ergibt sich die Dichte r aus dem Quadrat der Schwingfrequenz w2, der Steifigkeit des Rohres K, der Masse des Rohres M0 und dem Volumen V innerhalb des Messrohres zu:
[0023]
Mn {K l V) . B
V rσ" τσ~
[0024] Die Erfindung besteht nun darin, dass die Messparameter, welche für die Bestimmung der Prozessgröße Dichte erforderlich sind, in quasi zwei Gruppen unterteilt werden. Zum einen sind dies mediumsunabhängige Parameter, wie beispielsweise die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz \on der Temperatur des Messrohres. Zum anderen sind dies mediumsabhängige Parameter wie beispielsweise die Dichte selbst. Für die Bestimmung der Dichte ist somit eine erste Kalibration in Abhängigkeit \on der Rohrtemperatur und eine zweite Kalibration in Abhängigkeit wn der Dichte selbst durchzuführen. Da es sich bei der Temperatur um eine unspezifische Größe in Bezug auf das Medium handelt, kann diese Temperatur- Kalibration bereits fertigungsseitig, d.h. bei der Herstellung des Coriolis- Durchflussmessgerätes durchgeführt werden. Die Abhängigkeit zwischen Frequenz und Dichte wiederum ist abhängig wm Medium und daher wird diese Kalibration \or- zugsweise anwendungsseitig durchgeführt. Alternativ lässt sich auch formulieren, dass es sich zum einen um Parameter handelt, welche nicht spezifisch für den konkreten Anwendungsfall sind, und Parameter, welche spezifisch für die spezielle Anwendung sind. So lassen sich beispielsweise bei der Fertigung Kalibrationsmessungen für die Temperatur und für einige Medien mit bekannter Dichte durchführen, jedoch wird die Dichtekalibration für die in der Anwendung zu messenden und besonderen Medien bewrzugt nur \on Ort wrgenommen werden. Das Besondere besteht jeweils darin, dass die Formel oder der Algorithmus derartig an die Anwendungsbedingungen angepasst wird, dass stets auch die fertigungsseitigen Kalibrationsdaten ausreichend beschrieben werden. D.h. es ist nicht möglich, dass eine Formel bzw. ein Algorithmus nur die Prozessbedingungen beschreibt und nicht mehr zu den übrigen Kalibrationsdaten passt.
[0025] Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich also wie folgt zusammenfassen: [0026] Bei der Fertigung wird ein erster Kalibrationsdatensatz erzeugt, welcher hier beispielsweise die Abhängigkeit der Schwingungsfrequenz \on der Temperatur des Messrohres beschreibt, und welcher in der Speichereinheit 6 abgelegt ist. Passend zu der Prozessgröße wird eine Formel bzw. ein Algorithmus erzeugt, welche bzw. welcher eine Abhängigkeit zumindest \on den Parametern aufweist, in Bezug auf welche kalibriert wird. Eine Teil der Abhängigkeiten der Formeln \on den Kalibrationsdaten kann dabei bereits fertigungsseitig ermittelt werden. Bei der Anwendung wird \or Ort bzw. im Feld ein zweiter Kalibrationsdatensatz erzeugt, welcher hier beispielsweise die Abhängigkeit zwischen Frequenz und Dichte beschreibt und welcher somit dazu verwendet wird, die Formel oder den Algorithmus zur Bestimmung der Dichte zu ermitteln. Bei der anwendungsseitigen Anpassung der Formel oder des Algorithmus wird dabei darauf geachtet, dass durch die angepasste Formel sowohl der erste, als auch der zweite Kalibrationsdatensatz hinreichend beschrieben wird. Insbesondere wird verhindert, dass die Formel zwar den zweiten anwendungsseitigen Ka- librationsdatensatz beschreibt, aber kaum etwas mit dem ersten Kalibrationsdatensatz zu tun hat. Die Anpassung der Formel oder des Algorithmus kann dabei \or Ort durch die Auswerteeinheit 5 erfolgen, welche ggf. auch mit einer übergeordneten Leitwarte oder mit einer Internet-Site verbunden ist.
[0027] Konkret sei hier weiter die obige Formel zur Berechnung der Dichte betrachtet: [0028] Nimmt man die Abhängigkeit der Steifigkeit des Messrohres \on der Temperatur hinzu, so lässt sich die Schwingungsfrequenz wie folgt entwickeln: [0029] π(p) * + aATm + flAT, + ...)
[0030] Dabei ist w die Schwingungsfrequenz bei den herrschenden Prozessbedingungen, r ist die Dichte des Mediums in Abhänigkeit \on der Temperatur des Messrohres,
ΔT; = τm -τR ist die Differenz zwischen der Temperatur des Messrohrs und der obigen Referenztemperatur und
Λ T - T _ T ist die entsprechende Differenz zwischen der Temperatur des Stützrohres und der Referenztemperatur.
[0031] Diese Entwicklung lässt sich in die obige Formel zur Berechnung der Dichte einsetzen:
[0032] p = A A Λ B * A A + - B υi2 ' co2 [p,Tl„ , Tjl + aATι„ + /JATt + ...)2
[0033] oder [0034]
B{l + 2aTR + 2ßTR) IaT1n 2ßTr p * A + - ω2 \p. T„,. Tt] ω2 [pSm,Tt] ω2[p.T„, Tt] [0035] Die Koeffizienten dieser Formel lassen sich zum einen aus den passenden Kalibra- tionsdaten berechnen. In einer weiteren Ausgestaltung werden die Koeffizienten selbst quasi aufgeteilt, und zwar in solche, welche sich direkt aus dem ersten, ferti- gungsseitigen Kalibrationsdatensatz bestimmen lassen, und in jene, welche der Information aus dem zweiten, anwendungsseitigen Kalibrationsdatensatz bedürfen. Betrachtet man diese letzteren Parameter als Störung, so lässt sich beispielsweise die obige Formel danach entwickeln und es ergeben sich relativ einfache Terme. Diese Methode hat den Vorteil, dass \or Ort nur geringere Rechenleistung erforderlich ist. [0036] Bezugszeichenliste Tabelle 1
1 Messrohr
2 Anregeeinheit
3 Sensoreinheit
4 Temperatursensor
5 Auswerteeinheit
6 Speidiereinheit
[0037]

Claims

Ansprüche
[0001] Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Prozessgröße eines Mediums, wobei fertigungsseMg mindestens ein erster Kalibrationsdatensatz für de Bestimmung der Prozessgröße erzeugt wird, wobei in Verbindung mit dem ersten Kalibrationsdatensatz mindestens eine Formel und/oder ein Algorithmus zur Bestimmung der Prozessgröße aus mindestens einer zu messenden Messgröße ermittelt werden/wird, wobei mindestens de Messgröße gemessen wird, und wobei aus der Messgröße in Verbindung mit der Formel und/oder dem Algorithmus de Prozessgröße bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass de Formel und/oder der Algorithmus derartig an de bei der Anwendung herrschenden Prozessbedngungen angepasst werden/wird, dass de Formel und/ oder der Algorithmus de Abhängigkeit der Prozessgröße von den Prozessbedngungen und dem ersten Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen vollständg beschreiben/beschreibt.
[0002] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der fertigungsseMg erzeugte erste Kalibrationsdatensatz auf mindestens einen Messparameter bezieht, welcher medumsunspezifisch ist.
[0003] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anwen- dungsseMg mindestens ein zweier Kalibrationsdatensatz erzeugt wird, dass sich der zweite Kalibrationsdatensatz auf mindestens einen medums spezifischen Messparameter bezieht, und dass de Formel und/oder der Algorithmus derartig angepasst werden/wird, dass de Formel und/oder der Algorithmus de Abhängigkeit der Prozessgröße von dem ersten Kalibrationsdatensatz und dem zweien Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen vollständg beschreiben/ beschreibt.
[0004] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anwen- dungsseitig mehrere zweite Kalibrationsdatensätze erzeugt werden, welche sich jeweils auf den gleichen medumsspezifischen Messparameter beziehen, dass de zweien Kalibrationsdatensätze abgelegt werden, dass ein zweiter Kalibrationsdatensatz ausgewählt wird, und dass de Formel und/oder der Algorihmus derartig angepasst werden/wird, dass de Formel und/oder der Algorithmus de Abhängigkei der Prozessgröße von dem ersten Kalibrationsdatensatz und dem ausgewählten zweien Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen vollständg beschreiben/beschreibt. [0005] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anwen- dungsseitig mehrere zweite Kalibrationsdatensätze erzeugt werden, welche sich jeweils auf den gleichen medumsspezifischen Messparameter beziehen, dass de Formel und/oder der Algorithmus für jeden zweien Kalibrationsdatensatz derartig angepasst werden/wird, dass de Formel und/oder der Algorithmus de Abhängigkeit der Prozessgröße von dem ersten Kalibrationsdatensatz und dem zweien Kalibrationsdatensatz im Wesentlichen vollständg beschreiben/ beschreibt, dass de angepassten Formeln und/oder Algorihmen abgelegt werden, und dass eine Formel und/oder ein Algorithmus für de Bestimmung der Prozessgröße ausgewählt wird.
[0006] Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Anpassung der Formel und/oder des Algorihmus de Daten des ersten Kalibrati- onsdatensatzes und/oder des zweiten Kalibrationsdatensatzes unterschiedlich gewichtet werden.
[0007] Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessgröße de Dichte des Medums bestimmt wird, und dass als Messgröße de Frequenz der Schwingungen eines Rohres gemessen wird, welches das Medum durchströmt.
[0008] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als eine zweie
Messgröße de Temperatur des Rohres und/oder des Medums gemessen wird, und dass der erste Kalibrationsdatensatz sich auf de Abhängjgkei der Frequenz der Schwingungen von der Temperatur des Messrohres bezieht.
[0009] Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass anwen- dungsseitig ein zweier Kalibrationsdatensatz bezüglich der Dichte des Medums erzeugt wird.
[0010] Coriolis-Durchflussmessgerät zur Bestimmung der Dichte eines Medums, welches ein Messrohr (1) durchströmt, rrrit mindestens einer ersten Sensoreinhei (3) zur Messung der Schwingfrequenz des Messrohres (1), und rrrit mindestens einer zweiten Sensoreinhei (4) zur Messung der Temperatur des Messrohres (1) und/oder des Medums, rrrit mindestens einer Speichereinhei (6), in welcher mindestens ein Kalibrationsdatensatz für de Bestimmung der Dichte des Medums hinterlegbar ist, und rrrit mindestens einer Auswerteeinheit (5), welche aufgrund der Schwingfrequenz und der Temperatur des Messrohres (1) in Verbindung rrrit dem Kalibrationsdatensatz de Dichte des Medums bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speichereinheit (6) fertigungsseitig zumindest ein erster Kalibrationsdatensatz hinterlegt ist, dass de Auswerteeinheit (5) derartig ausgestaltet ist, dass sie eine Anpassung der Formel und/ oder des Algorithmus zur Bestimmung der Dichte des Mediums an de anwen- dungsseMg herrschenden Bedngungen vornimmt, wobei de Formel und/oder der Algorithmus den ersten Kalibrationsdatensatz und de anwendungsseMg herrschenden Bedngungen im Wesentlichen vollständg beschreiben.
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