WO2004046657A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung eines volumen- und/oder massenstroms - Google Patents

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WO2004046657A1
WO2004046657A1 PCT/EP2003/012860 EP0312860W WO2004046657A1 WO 2004046657 A1 WO2004046657 A1 WO 2004046657A1 EP 0312860 W EP0312860 W EP 0312860W WO 2004046657 A1 WO2004046657 A1 WO 2004046657A1
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container
measurement data
target
actual
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PCT/EP2003/012860
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Thomas Fröhlich
Aurèle FLEURY
Harald Stocker
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Endress + Hauser Flowtec Ag
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    • 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
    • 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
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    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02836—Flow rate, liquid level

Definitions

  • the invention relates to a method for determining and / or monitoring the volume and / or mass flow of a medium flowing through a container, wherein measurement signals are emitted from an ultrasound transducer attached to the container in a first position and from one in a second position the measurement signals are received on the ultrasound transducer attached to the container, and information about the volume flow and / or the mass flow of the medium in the container is provided on the basis of the measurement signals or on the basis of the measurement data determined from the measurement signals.
  • the container is usually a tube.
  • Ultrasonic flowmeters are widely used in process and automation technology. They allow the volume and / or mass flow of a medium in a pipe to be determined without contact.
  • the known ultrasonic flow meters work either on the Doppler principle or on the time difference principle.
  • the transit time difference principle the different transit times of ultrasonic measurement signals in the flow direction and against the flow direction of the medium are evaluated.
  • the ultrasonic measuring signals are alternately transmitted or received by the ultrasonic transducers in the flow direction and counter to the flow direction of the medium.
  • the flow rate and thus the volume flow rate with a known pipe diameter or the mass flow rate with a known medium density can be determined.
  • ultrasonic measurement signals are injected into the flowing medium at a predetermined frequency.
  • the ultrasound measurement signals reflected in the medium are evaluated.
  • the flow velocity can also be determined on the basis of a frequency shift occurring between the coupled-in and the reflected ultrasound measurement signal. Determine speed of the medium or the volume and / or mass flow.
  • the use of flowmeters that work according to the Doppler principle is only possible if there are air bubbles or contaminants in the medium on which the ultrasonic measurement signals are reflected. The use of such ultrasonic flowmeters is therefore rather limited in comparison to the ultrasonic flowmeters, which operate according to the time difference principle.
  • ultrasonic flow sensors which are used in the pipeline
  • clamp-on flow meters in which the ultrasonic transducers are pressed onto the pipeline from the outside by means of a tension lock.
  • Clamp-on flowmeters are described, for example, in EP 0 686 255 B1, US Pat. No. 4,484,478 or US Pat. No. 4,598,593.
  • the ultrasonic measurement signals are irradiated and / or received at a predetermined angle in the tube in which the flowing medium is located.
  • the ultrasound measurement signals are coupled into and out of the tube by means of a lead body or a coupling wedge in clamp-on flowmeters.
  • the coupling wedges from a suitable refractive material, e.g. to manufacture from plastic.
  • the main component of an ultrasound transducer is usually at least one piezoelectric element which generates and / or receives the ultrasound measurement signals.
  • the container or tube is empty - for some reason there is no medium in the tube.
  • the invention is based on the object of proposing a method and a device which make it possible, in addition to determining the volume flow or mass flow of a medium, to detect a malfunction of another system and / or process variable.
  • the object is achieved in that currently measured actual measurement signals or the corresponding actual measurement data are compared with corresponding stored desired measurement signals or desired measurement data, and that a message is output when a discrepancy between the desired Measurement signals or TARGET measurement data and the actual measurement signals or actual measurement data occurs.
  • a deviation between the TARGET measurement signals or TARGET measurement data and the ACTUAL measurement signals or ACTUAL measurement data is preferably carried out in the case of a clamp-on flowmeter which operates according to the transit time difference principle.
  • the TARGET measurement signals or the TARGET measurement data or those mentioned below Signatures are stored in a storage unit in the form of tables and / or functions.
  • the comparison between the TARGET measurement signals or the TARGET measurement data and the ACTUAL measurement signals or ACTUAL measurement data is preferably carried out via a correlation.
  • the current measurement signals / measurement data can be compared successively or in parallel with a plurality of TARGET measurement signals or TARGET measurement data that were determined under different faulty conditions. If at least one predefined degree of similarity occurs between the target measurement signals or TARGET measurement data and the ACTUAL measurement signals or ACTUAL measurement data, for example the correlation coefficient is exceeded or undershot by a predetermined tolerance value, the cause of the interruption can be determined of the sound path. This cause for the interruption of the sound path is specifically defined and output. This enables the operating personnel to specifically correct an error that has occurred without having to search for the cause of the error for a long time.
  • a signature is derived from the ACTUAL measurement signals or ACTUAL measurement data and the TARGET measurement signals or the TARGED measurement data, the signature providing the information about the volume or
  • Mass flow of the medium is described with sufficient accuracy. This measure results in a reduction in the measurement data without the essential details of its information content being reduced.
  • the reduction leads to a reduction in the computing power of the control / evaluation unit, in particular when comparing the TARGET with the ACTUAL measurement signals / measurement data, i.e. less powerful microprocessors can be used.
  • the TARGET measurement signals are preferably determined both when the container is not filled and when the container is filled.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention proposes the following: the ACTUAL measuring signals or the TARGET measuring signals and / or the corresponding signatures are digitized and stored; the ACTUAL measurement signals / ACTUAL measurement data or the signatures determined on the basis of the ACTUAL measurement signals / ACTUAL measurement data are compared with the corresponding TARGET measurement signals / TARGET measurement data or the corresponding signatures of the TARGET measurement signals / measurement data; an error message is issued to the operating personnel with a specific indication of the cause of the error that has occurred as soon as there is a discrepancy between the ACTUAL and TARGET measurement signals / measurement data or the ACTUAL and TARGET signatures; the error message is preferably only output when the deviation lies outside a predetermined tolerance value.
  • corrective and countermeasures can also be initiated directly using the control / evaluation unit. These measures include, for example, checking valves, initiating a cleaning process or an emergency stop of the process plant.
  • an advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the comparison of the ACTUAL measurement signals / ACTUAL measurement data or the comparison of the signatures of the ACTUAL measurement signals / ACTUAL measurement data with the TARGET measurement signals / TARGET measurement data or the corresponding signatures of the TARGET measurement signals / TARGET measurement data, a statement is made as to which system and / or process error is causing the deviation.
  • an essential source of error is the interruption of the sound path that the ultrasound measurement signals take from the transmit to the receive ultrasound transducer.
  • the configuration according to the invention now makes it possible to carry out a so-called advanced diagnostic, i.e. not only to indicate to the operating personnel that an error has occurred somewhere on the measuring device or in the process, but also what the cause of the error that has occurred is concrete.
  • the deviation is used to identify whether the container is not filled with the medium and / or whether the coupling of the ultrasound transducers to the container is faulty, and / or whether the damping of the measurement signals by the medium in the container has a predetermined maximum value exceeds, and / or whether an air layer is present between the container and a liner applied to the inner surface of the container, and / or whether the damping of the measurement signals in the wall of the container exceeds a maximum predetermined dimension.
  • This not only informs the operating personnel that a system and / or process error has occurred, but also provides a reliable indication of where to look for the error.
  • the repair or countermeasures can be initiated in a targeted manner without major time delays and time-consuming investigations.
  • the following can be said: In order to be able to compare the TARGET data and the ACTUAL data, the TARGET data are recorded and stored before the actual measuring operation is started with an empty pipe. This "teaches" the device how the ultrasound measurement signals should look when the pipe is empty. In the actual measuring operation of the ultrasonic flow measuring device, the stored target data are no longer of interest. Only in the event of a fault, when the acoustic measuring section is interrupted, are the currently measured ACTUAL data compared with the stored TARGET data. If the data largely agree, then the statement can be made that the pipe is most likely empty. If the data do not match sufficiently enough, there is obviously another reason for the interruption of the acoustic sound path and the associated incorrect measurement. Through a successive comparison procedure, it is subsequently possible to narrow down the cause of the error and ultimately to make reliable statements regarding the cause of the error.
  • the object is achieved in that the control / evaluation unit compares the currently measured ACTUAL measurement signals or the corresponding ACTUAL measurement data with corresponding stored TARGET measurement signals or TARGET measurement data and that the control / evaluation unit detects a deviation between outputs the TARGET measurement signals or TARGET measurement data and the ACTUAL measurement signals or ACTUAL measurement data.
  • An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the control / evaluation unit provides information as to which system and / or process error is causing the deviation.
  • the arrangement of the ultrasonic transducers is preferably a one-crosshead arrangement or a multiple-crosshead arrangement.
  • a traverse defines the section of a sound path on which an ultrasonic measurement signal crosses the container in which the measurement is carried out.
  • chordial traverses can also be implemented in a simple manner by means of a corresponding transducer arrangement, possibly with the aid of reflector elements.
  • An embodiment of the device according to the invention is preferably used, in which at least the two ultrasound transducers, which are at the greatest distance from one another, work alternately in the transmitting and in the receiving mode.
  • the ultrasonic transducers are preferably — but not exclusively — mounted on the container using the clamp-on method.
  • FIG. 8 shows a graphic representation of the transit time of an ultrasonic measurement signal in the two-crosshead arrangement shown in FIG. 1 when the ultrasonic transducer is incorrectly coupled to the tube and
  • FIG. 9 the course of the ultrasonic measurement signals shown in FIG. 8 with a larger amplification factor.
  • a clamp-on flowmeter in the preferred two-crosshead arrangement 2 is shown schematically.
  • the measuring device determines the volume flow rate and / or the mass flow rate of the medium 10 in the tube 7 according to the known transit time difference method.
  • the two ultrasonic transducers 3, 4 are attached to the pipe 7 by means of a fastening device (not shown separately in FIG. 1).
  • a fastening device (not shown separately in FIG. 1).
  • Corresponding fastening devices are well known from the prior art and are also offered and sold by the applicant.
  • Medium 10 flows through tube 7 with a predetermined inside diameter di in flow direction S.
  • An ultrasound transducer 3; 4 has at least one piezoelectric element 5; 6, which generates and / or receives the ultrasound measurement signals, and a coupling wedge or a lead body 11; 12 on.
  • the ultrasonic measurement signals are coupled via the coupling wedges 11, 12 into the pipe 7 through which the medium 10 flows, or are coupled out of the pipe 7.
  • the coupling wedges 11; 12 determine the direction of irradiation or emission of the ultrasonic measurement signals from the tube or from the medium; they can also be used to optimize impedance matching.
  • the two ultrasound transducers 3, 4 are positioned on the tube 7 in such a way that a high energy component of the emitted ultrasound measurement signals is received in the other ultrasound transducer 4, 3.
  • the mutual positioning depends on different system and / or process sizes. These system and process variables are, for example, the inside diameter di of the tube 7, the thickness w of the tube wall 8, the speed of sound c R of the material from which the tube 7 is made, or the speed of sound c ⁇ of the
  • the distance L between the two ultrasound transducers 3, 4 is dimensioned such that the ultrasound measurement signals, which are transmitted and received alternately by the two ultrasound transducers 3, 4 in accordance with the transit time difference method, via the sound path SP1 in that of the medium 10 Spread out the flowed tube 7.
  • the sound path SP1 has two trusses.
  • FIGS. 2 and 3 the amplitude of the ultrasound measurement signals propagating in the tube wall 8 and - if present - the medium 10 is shown against time using two diagrams. Reference is made to the two-beam arrangement 2 of the ultrasonic transducers 3, 4 shown in FIG. 1. While FIG. 2 relates to the 'error case that the tube 7 is empty, FIG. 3 shows the' normal case 'when medium 10 flows through tube 7. At least the information about the 'error case, but preferably also about the' normal case ', must be stored in the control / evaluation unit 9 in some form as the SET value.
  • the ultrasonic measurement signal - as can be seen in FIG. 1 - only has the possibility of spreading over the pipe wall 8.
  • An ultrasound measurement signal transmitted by the first ultrasound transducer 3 at the time “zero” is received by the second ultrasound transducer 4 after a time t1.
  • the transit time of the ultrasound measurement signal can either be measured or calculated.
  • a calculation of the transit time is at least approximately possible if the geometric data of the pipe (d and w) and the acoustic properties of the pipe and the medium (c ⁇ and c M ) are known.
  • the Snellius law applies to the calculation.
  • a corresponding measurement can be made, for Commissioning of the ultrasonic measuring device can be carried out, which then embodies the target measuring signal for an empty pipe. If the corresponding case then occurs after the ultrasound measuring device has been put into operation, a clear statement is possible based on the correspondence between the actual measurement signal and the SET measurement signal found by the control / evaluation unit 9 that no medium 10 is present in the tube 7.
  • the pipe 7 is flowed through by the medium 10, the majority of that from one of the two ultrasonic transducers 3; 4 emitted ultrasound measurement signal coupled into the medium 10 and passes through the sound path SP1, which crosses the tube 7 and thus the flowing medium twice, to the other ultrasound transducer 4; 3. Because of the longer running distance on the sound path SP1, an ultrasound measurement signal - as can be seen in FIG. 3 - only after the longer period t2 in the other ultrasound transducer 4; 3 received. In addition, the speed of sound c M of the medium 10 is lower than the speed of sound c R of the material of the tube wall 8 in many applications. This also leads to a delayed arrival of the measurement signal, which provides information about the volume flow or the mass flow of the medium 10 in the tube 7 includes.
  • a clamp-on flowmeter is shown schematically in a one-crosshead arrangement 1.
  • the measuring device also determines the volume flow rate and / or the mass flow rate of the medium 10 in the tube 7 according to the known transit time difference method.
  • the two ultrasonic transducers 3, 4 are mounted offset on opposite sides of the tube 7.
  • the ultrasound transducers 3, 4 are positioned so that the largest possible proportion of one of a first ultrasound transducer 3; 4 transmitted ultrasonic measurement signal in the other ultrasonic transducer 4; 3 is received.
  • FIGS. 5 and 6 the amplitude of the ultrasound measurement signals propagating in the tube wall 8 and - if present - the medium 10 is shown against time using two diagrams.
  • an ultrasonic measurement signal can only spread over the pipe wall 8. Therefore one of the first ultrasonic transducers 3; 4 emitted ultrasound measurement signal in the second ultrasound transducer 4; 3 as a noisy signal - as can be seen in FIG. 5.
  • the time t3, which elapses until the transmitted ultrasound measurement signal is received, is in turn predetermined by the distance between the ultrasound sensors 3, 4 and by the speed of sound of the material of the tube 7.
  • a transmitted measurement signal is transmitted after a period of time t4 in the other ultrasonic transducer 4; 3 received.
  • the actual measurement signals with the target measurement signals clearly indicate whether the tube 7 is filled with medium 10 or whether the tube 7 is empty.
  • a correlation is preferably carried out for the purpose of comparison. If the correlation coefficient between the TARGET data and the ACTUAL data falls below or exceeds a predetermined value, the message indicating the specific error is output.
  • FIGS. 7 and 8 likewise show graphical representations of the transit time of ultrasound measurement signals in the two-crosshead arrangement 2 shown in FIG. 1.
  • the first peak corresponds to the proportion of the measurement signals which propagate through the tube 7. while the second peak represents the proportion of the ultrasound measurement signals that propagate over the medium 10.
  • Fig. 7 shows ultrasonic measurement signals as they occur in normal, undisturbed measuring operation.
  • Fig. 8 relates to the case that the coupling medium 11, 12 is largely removed from the tube 7, so that the
  • FIG. 9 shows the same signal curve as can also be seen in FIG. 8. However, the gain in FIG. 9 is chosen to be approximately a factor 4 larger. As a result, the actual measurement signals emerge better from the noise.
  • the TARGET data are after the installation of the clamp-on flow meter during of normal operation.
  • the ACTUAL data is then continuously compared with the TARGET data. Based on a comparison of the TARGET data with the ACTUAL data, it can be seen that the amplitude of the measurement signals which propagate over the medium 10 decreases over time more than the amplitude of the
  • Measurement signals that propagate through the tube 7 this is a clear indication that the error has its cause in the transmission in the tube 7 / medium 10 arrangement. If, on the other hand, the amplitudes of both measurement signals decrease, this is a clear indication that the coupling between an ultrasound transducer 3; 4 and the pipe 7 has become worse. In general, it can be said that a change in the amplitude relationships between the measurement signals is most suitable for detecting an error in the pipe 7 / medium 10 coupling or in the coupling between the ultrasonic transducers 3, 4 and pipe 7. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumenstroms bzw. des Massenstroms eines durch ein Behältnis fließenden Mediums. Bei der Vorrichtung handelt es sich um ein Ultraschall-Durchflußmeßgerät, das nach dem Laufzeitdifferenzprinzip arbeitet. Zusätzlich wird eine Möglichkeit aufgezeigt, wie anhand der Meßergebnisse auch Information über die Änderung einer anderweitigen System- und/oder Prozeßgröße bereitgestellt wird. Hierzu werden die aktuell gemessenen IST- Meßsignale bzw. die entsprechenden IST- Meßdaten mit korrespondierenden abgespeicherten SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten verglichen; es wird eine Meldung ausgegeben, sobald eine Abweichung zwischen den SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten und den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten auftritt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung eines Volumen- und/oder Massenstroms
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumen- und/oder Massenstroms eines durch ein Behältnis fließenden Mediums, wobei von einem in einer ersten Position an dem Behältnis angebrachten Ultraschallwandler Meßsignale ausgesendet werden und wobei von einem in einer zweiten Position an dem Behältnis angebrachten Ultraschallwandler die Meßsignale empfangen werden, und wobei anhand der Meßsignale bzw. anhand der aus den Meßsignalen ermittelten Meßdaten Information über den Volumenstrom und/oder den Massenstrom des in dem Behältnis befindlichen Mediums bereitgestellt wird. Üblicherweise handelt es sich bei dem Behältnis um ein Rohr.
Ultraschall-Durchflußmeßgeräte werden vielfach in der Prozeß- und Automatisierungstechnik eingesetzt. Sie erlauben es, den Volumen- und/oder Massenstrom eines Mediums in einem Rohr berührungslos zu bestimmen.
Die bekannten Ultraschall-Durchflußmeßgeräte arbeiten entweder nach dem Doppler-Prinzip oder nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip. Beim Laufzeit- differenz-Prinzip wird die unterschiedliche Laufzeit von Ultraschall-Meß- Signalen in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums ausgewertet. Hierzu werden die Ultraschall-Meßsignale von den Ultraschallwandlern wechselweise in Strömungsrichtung und entgegen der Strömungsrichtung des Mediums ausgesendet bzw. empfangen. Anhand der Laufzeitdifferenz der Ultraschall-Meßsignale läßt sich die Fließgeschwindigkeit und damit bei bekanntem Durchmesser des Rohres der Volumendurchfluß bzw. bei bekannter Dichte des Mediums der Massendurchfluß bestimmen.
Beim Doppler-Prinzip werden Ultraschall-Meßsignale mit einer vorgegebenen Frequenz in das strömende Medium eingekoppelt. Die in dem Medium reflektierten Ultraschall-Meßsignale werden ausgewertet. Anhand einer zwischen dem eingekoppelten und dem reflektierten Ultraschall-Meßsignal auftretenden Frequenzverschiebung läßt sich ebenfalls die Fließgeschwindig- keit des Mediums bzw. der Volumen und/oder Massenstrom bestimmen. Der Einsatz von Durchflußmeßgeräten, die nach dem Doppler-Prinzip arbeiten, ist nur möglich, wenn in dem Medium Luftbläschen oder Verunreinigungen vorhanden sind, an denen die Ultraschall-Meßsignale reflektiert werden. Damit ist der Einsatz derartiger Ultraschall-Durchflußmeßgeräte im Vergleich zu den Ultraschall-Durchflußmeßgeräten, die nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip arbeiten, ziemlich eingeschränkt.
Hinsichtlich der Typen von Meßgeräten wird unterschieden zwischen Ultra- schall-Durchflußmeßaufnehmern, die in die Rohrleitung eingesetzt werden, und Clamp-On Durchflußmeßgeräten, bei denen die Ultraschallwandler von außen an die Rohrleitung mittels eines Spannverschlusses angepreßt werden. Clamp-On Durchflußmeßgeräte sind beispielsweise in der EP 0 686 255 B1 , der US-PS 4,484,478 oder der US-PS 4,598,593 beschrieben.
Bei beiden Typen von Ultraschall-Durchflußmeßgeräten werden die Ultraschall-Meßsignale unter einem vorgegebenen Winkel in das Rohr, in dem sich das strömende Medium befindet, eingestrahlt und/oder empfangen. Um die Ultraschall-Meßsignale unter einem bestimmten Winkel in das Rohr bzw. in das Medium einstrahlen zu können, erfolgt bei Clamp-On Durchflußmeßgeräten die Ein- und Auskopplung der Ultraschall-Meßsignale in das Rohr über einen Vorlaufkörper bzw. einen Koppelkeil. Um eine optimale Impedanzanpassung zu erreichen, ist es darüber hinaus bekannt, die Koppelkeile aus einem geeignet brechenden Material, z.B. aus Kunststoff zu fertigen. Hauptbestandteil eines Ultraschallwandlers ist üblicherweise zumindest ein piezo-elektrisches Element, welches die Ultraschall-Meßsignale erzeugt und/oder empfängt.
Es gibt nun unterschiedliche Gründe, weshalb die Messung des Volumen- bzw. Massendurchflusses mittels Ultraschall-Meßsignalen nicht möglich ist. Generell tritt eine Fehlmessung aber zumindest immer dann auf, wenn der Schallpfad, auf dem sich die Ultraschall-Meßsignale von dem Sende- zum Empfangs-Ultraschallwandler ausbreiten, an einer Stelle unterbrochen ist. Eine derartige Unterbrechung kann an unterschiedlichen Stellen im Schallpfad auftreten. Als Beispiele seien die folgenden System- und Prozeßfehler genannt: - Die Dämpfung des Mediums ist zu groß;
- Die Ankopplung von zumindest einem Ultraschallwandler an das Behältnis ist unzureichend; - Es befindet sich ein Luftspalt zwischen der Innenwand des Behältnisses und einem auf die Innenwand des Behältnisses aufgetragenen Liner;
- Die Dämpfung im Material des Behältnisses ist zu groß; dies kann z. B. der Fall sein, wenn die Ultraschallmessung in GFK Rohren erfolgt;
- Das Behältnis bzw. das Rohr ist leer - in dem Rohr befindet sich aus irgendwelchen Gründen kein Medium.
Wünschenswert ist es in diesem Zusammenhang, wenn dem Bedienpersonal nicht nur angezeigt wird, daß ein Fehler aufgetreten ist, sondern wenn ihm zusätzlich angezeigt wird, wo die konkrete Ursache für den aufgetretenen Fehler zu suchen ist. Bei den bekannten Durchflußmeßgeräten muß die Ursache für einen aufgetretenen Fehler bzw. die Unterbrechung des Schallpfads in einem mehr oder weniger aufwendigen Trial-/Error-Verfahren ermittelt werden. Dies ist natürlich aufwendig und kostenintensiv. So kann es vorkommen, daß das Meßgerät in allen Details einer Überprüfung unterzogen wird, obwohl die Fehlmessung daher rührt, daß im Rohr kein Medium fließt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es ermöglichen, zusätzlich zur Bestimmung des Volumenstroms bzw. Massenstroms eines Mediums eine Fehlfunktion einer anderweitigen System- und/oder Prozeßgröße zu erkennen.
Die Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens dadurch gelöst, daß aktuell gemessene IST- Meßsignale bzw. die entsprechenden IST- Meßdaten mit korrespondierenden abgespeicherten SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL- Meßdaten verglichen werden, und daß eine Meldung ausgegeben wird, wenn eine Abweichung zwischen den SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten und den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten auftritt. Bevorzugt wird eine Abweichung zwischen den SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten und den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten bei einem Clamp-On Durchfluß- meßgerät durchgeführt, das nach dem Laufzeitdifferenz-Prinzip arbeitet. Die SOLL-Meßsignale bzw. die SOLL-Meßdaten bzw. die nachfolgend genannten Signaturen sind in einer Speichereinheit in Form von Tabellen und/oder Funktionen abgelegt. Der Vergleich zwischen den SOLL-Meßsignalen bzw. den SOLL-Meßdaten und den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten erfolgt bevorzugt über eine Korrelation. Sukzessive oder parallel kann der Vergleich der aktuellen Meßsignale/Meßdaten mit mehreren SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten, die unter unterschiedlichen fehlerhaften Bedingungen ermittelt wurden, durchgeführt werden. Tritt zwischen den Soll-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten und den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten zumindest ein vorgegebener Ähnlichkeitsgrad auf, wird beispiels-weise der Korrelationskoeffizient um einen vorgegebenen Toleranzwert über- oder unterschritten, so läßt sich die Ursache für die Unterbrechung des Schallpfads ermitteln. Diese Ursache für die Unterbrechung des Schallpfads wird konkret definiert und ausgegeben. Das Bedienpersonal kann so gezielt einen aufgetretenen Fehler beheben, ohne lange nach der Ursache für das Auftreten des Fehlers fahnden zu müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß aus den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten und den SOLL-Meßsignalen bzw. den SOLL-Meßdaten jeweils eine Signatur abgeleitet wird, wobei durch die Signatur die Information über den Volumen- bzw.
Massenstrom des Mediums hinreichend genau beschrieben wird. Durch diese Maßnahme wird eine Reduktion der Meßdaten erreicht, ohne daß deren Informationsgehalt in den wesentlichen Details geschmälert wird. Die Reduktion führt dazu, daß die Rechenleistung der Regel-/Auswerteeinheit, insbeondere beim Vergleich der SOLL- mit den IST-Meßsignale/Meßdaten verringert wird, d.h. weniger leistungsstarke Mikroprozessoren können zum Einsatz kommen. Gleiches gilt im Hinblick auf die zur Anwendung kommenden Speicherbausteine. Bleibt festzuhalten, daß sich der Energiebedarf und die Herstellungskosten mittels dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erheblich reduzieren lassen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die SOLL-Meßsignale bevorzugt sowohl bei nicht gefülltem Behältnis als auch bei gefülltem Behältnis ermittelt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt Folgendes vor: die IST-Meßsignale bzw. die SOLL-Meßsignale und/oder die entsprechenden Signaturen werden digitalisiert und abgespeichert; die IST-Meßsignale/IST-Meßdaten oder die anhand der IST- Meßsignale/IST-Meßdaten ermittelten Signaturen werden mit den entsprechenden SOLL-Meßsignalen/SOLL-Meßdaten oder den entsprechen- den Signaturen der SOLL-Meßsignale/Meßdaten verglichen; dem Bedienpersonal wird eine Fehlermeldung mit konkretem Hinweis auf die Ursache für den aufgetretenen Fehler ausgegeben, sobald eine Abweichung zwischen den IST- und SOLL-Meßsignalen/Meßdaten bzw. den IST- und SOLL- Signaturen auftritt; bevorzugt wird die Fehlermeldung erst ausgegeben, wenn die Abweichung außerhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes liegt. Parallel zu der Fehlermeldung können mittels der Regel-/Auswerteeinheit auch direkt Korrektur- und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Bei diesen Maßnahmen handelt es sich z.B. um das Überprüfen von Ventilen, um die Einleitung eines Reinigungsprozesses oder um einen Not-Stop der Prozeßanlage.
Weiterhin sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß anhand des Vergleichs der IST-Meßsignale/IST- Meßdaten bzw. anhand des Vergleichs der Signaturen der IST-Meß- signale/IST-Meßdaten mit den SOLL-Meßsignalen/SOLL-Meßdaten bzw. den entsprechenden Signaturen der SOLL-Meßsignale/SOLL-Meßdaten eine Aussage dahingehend getroffen wird, durch welchen System- und/oder Prozeßfehler die Abweichung verursacht wird. Eine wesentliche Fehlerquelle ist - wie bereits erwähnt - die Unterbrechung des Schallpfads, den die Ultraschall-Meßsignale von dem Sende- zum Empfangs-Ultraschallwandler nehmen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es nun möglich, eine sog. Advanced Diagnostic durchzuführen, d.h. dem Bedienpersonal nicht nur anzuzeigen, daß irgendwo am Meßgerät oder im Prozeß ein Fehler aufgetreten ist, sondern auch was die Ursache für den aufgetretenen Fehler konkret ist.
Beispielsweise wird anhand der Abweichung erkannt, ob das Behältnis nicht mit dem Medium gefüllt ist, und/oder ob die Ankopplung der Ultraschallwandler an das Behältnis fehlerhaft ist, und/oder ob die Dämpfung der Meßsignale durch das in dem Behältnis befindliche Medium einen vorgegebenen maximalen Wert übersteigt, und/oder ob eine Luftschicht zwischen dem Behältnis und einem auf die Innenfläche des Behältnisses aufgebrachten Liners vorhanden ist, und/oder ob die Dämpfung der Meßsignale in der Wandung des Behältnisses ein maximal vorgegebenes Maß übersteigt. Damit wird dem Bedienpersonal also nicht nur mitgeteilt, daß ein System- und/oder Prozeßfehler aufgetreten ist, sondern es wird auch ein verläßlicher Hinweis geliefert, wo der Fehler zu suchen ist. Ohne große Zeitverzögerung und aufwendige Untersuchungen können gezielt die Reparatur- bzw. Gegen-Maßnahmen eingeleitet werden.
Allgemein läßt sich Folgendes sagen: Um die SOLL-Daten und die IST-Daten vergleichen zu können, werden die SOLL-Daten vor der Aufnahme des eigent-lichen Meßbetriebs bei leerem Rohr aufgenommen und gespeichert. Dadurch wird dem Gerät "gelehrt", wie die Ultraschall-Meßsignale bei leerem Rohr auszusehen haben. Im eigentlichen Meßbetrieb des Ultraschall- Durchfluß-meßgeräts interessieren nun die gespeicherten SOLL-Daten nicht mehr. Erst im Fehlerfall, wenn die akustische Meßstrecke also unterbrochen ist, werden die aktuell gemessenen IST-Daten mit den gespeicherten SOLL- Daten verglichen. Stimmen die Daten größtenteils überein, so kann die Aussage getroffen werden, daß das Rohr mit größter Wahrscheinlichkeit leer ist. Stimmen die Daten nicht hinreichend genug überein, so liegt offensichtlich ein anderer Grund für die Unterbrechung des akustischen Schallweg und die damit einhergehende Fehlmessung vor. Durch ein sukzessives Vergleichsverfahren gelingt es nachfolgend, die Fehlerursache einzugrenzen und letztlich verläßliche Aussagen hinsichtlich der Fehlerursache zu machen.
Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Regel- /Auswerteeinheit die aktuell gemessenen IST- Meßsignale bzw. die entsprechenden IST- Meßdaten mit korrespondierenden abgespeicherten SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten vergleicht und daß die Regel- /Auswerteeinheit eine Abweichung zwischen den SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten und den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten ausgibt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Regel-/Auswerteeinheit Information dahingehend bereitstellt, durch welchen System- und/oder Prozeßfehler die Abweichung verursacht wird. Bevorzugt handelt es sich bei der Anordnung der Ultraschallwandler um eine Ein-Traversen-Anordnung oder um eine Mehrfach-Traversen-Anordnung. Eine Traverse definiert hierbei den Teilbereich eines Schallpfads, auf dem ein Ultraschall-Meßsignal den Behälter, in dem die Messung durchgeführt wird, einmal quert. Neben diametralen Traversen lassen sich durch entsprechende Wandleranordnung - eventuell unter Zuhilfenahme von Reflektorelementen - in einfacher weise auch chordiale Traversen realisieren.
Bevorzugt wird eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung Verwendung finden, bei der zumindest die beiden Ultraschallwandler, die den größten Abstand voneinander aufweisen, abwechselnd im Sende- und im Empfangsbetrieb arbeiten. Wie bereits gesagt, sind die Ultraschallwandler bevorzugt - aber nicht ausschließlich - im Clamp-On Verfahren an dem Behältnis montiert.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : ein Clamp-On Durchflußmeßgerät in Zwei-Traversen-Anordnung,
Fig. 2: eine graphische Darstellung der Laufzeit eines Ultraschall-Meßsignals in der in Fig. 1 gezeigten Zwei-Traversen-Anordnung bei leerem Rohr,
Fig. 3: eine graphische Darstellung der Laufzeit eines Ultraschall-Meßsignals in der in Fig. 1 gezeigten Zwei-Traversen-Anordnung bei gefülltem Rohr,
Fig. 4: ein Clamp-On Durchflußmeßgerät in Ein-Traversen-Anordnung,
Fig. 5: eine graphische Darstellung der Laufzeit eines Ultraschall-Meßsignals in der in Fig. 4 gezeigten Ein-Traversen-Anordnung bei leerem Rohr,
Fig. 6 : eine graphische Darstellung der Laufzeit eines Ultraschall-Meßsignals in der in Fig. 4 gezeigten Ein-Traversen-Anordnung bei gefülltem Rohr, Fig. 7: eine graphische Darstellung der Laufzeit eines Ultraschall-Meßsignals in der in Fig. 1 gezeigten Zwei-Traversen-Anordnung bei korrekter Ankopplung der Ultraschallwandler an das Rohr,
Fig. 8: eine graphische Darstellung der Laufzeit eines Ultraschall-Meßsignals in der in Fig. 1 gezeigten Zwei-Traversen-Anordnung bei fehlerhafter Ankopplung der Ultraschallwandler an das Rohr und
Fig. 9: der in Fig. 8 gezeigte Verlauf der Ultraschall-Meßsignale bei einem größeren Verstärkungsfaktor.
In Fig. 1 ist schematisch ein Clamp-On Durchflußmeßgerät in der bevorzugten Zwei-Traversen-Anordnung 2 dargestellt. Das Meßgerät ermittelt den Volumendurchfluß und/oder den Massendurchfluß des Mediums 10 in dem Rohr 7 nach der bekannten Laufzeitdifferenz-Methode.
Wesentliche Komponenten des Clamp-On Ultraschall-Durchflußmeßgerätes sind die beiden Ultraschallwandler 3, 4 und die Regel-/Auswerteeinheit 9. Die beiden Ultraschallwandler 3, 4 sind mittels einer in der Fig. 1 nicht gesondert dargestellten Befestigungsvorrichtung an dem Rohr 7 angebracht. Entsprechende Befestigungsvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt und werden auch von der Anmelderin angeboten und vertrieben. Das Rohr 7 mit einem vorgegebenen Innendurchmesser di wird von dem Medium 10 in Strömungsrichtung S durchströmt.
Ein Ultraschallwandler 3; 4 weist als wesentliche Bestandteile zumindest ein piezoelektrisches Element 5; 6, das die Ultraschall-Meßsignale erzeugt und/oder empfängt, und einen Koppelkeil bzw. einen Vorlaufkörper 11 ; 12 auf. Die Ultraschall-Meßsignale werden über die Koppelkeile 11 , 12 in das vom Medium 10 durchströmte Rohr 7 eingekoppelt bzw. aus dem Rohr 7 ausgekoppelt. Die Koppelkeile 11 ; 12 legen die Einstrahl- bzw. Ausstrahlrichtung der Ultraschall-Meßsignale aus dem Rohr bzw. aus dem Medium fest; darüber hinaus können sie zur Optimierung der Impedanzanpassung dienen. Die beiden Ultraschallwandler 3, 4 sind derart am Rohr 7 positioniert, daß ein hoher Energieanteile der ausgesendeten Ultraschall-Meßsignale in dem jeweils anderen Ultraschallwandler 4, 3 empfangen wird. Die wechselseitige Positionierung ist abhängig von unterschiedlichen System- und/oder Prozeßgrößen. Bei diesen System- und Prozeßgrößen handelt es sich beispielsweise um den Innendurchmesser di des Rohres 7, um die Dicke w der Rohrwand 8, um die Schallgeschwindigkeit cR des Materials, aus dem das Rohr 7 gefertigt ist, oder um die Schallgeschwindigkeit c^des Mediums 10.
Im gezeigten Fall ist der Abstand L der beiden Ultraschallwandler 3, 4 so bemessen, daß sich die Ultraschall-Meßsignale, die entsprechend der Laufzeitdifferenz-Methode abwechselnd von den beiden Ultraschallwandlern 3, 4 ausgesendet und empfangen werden, über den Schallpfad SP1 in dem vom Medium 10 durchströmten Rohr 7 ausbreiten. Der Schallpfad SP1 weist zwei Traversen auf.
In den Figuren Fig. 2 und Fig. 3 ist anhand von zwei Diagrammen die Amplitude der sich in der Rohrwand 8 und - wenn vorhanden - dem Medium 10 ausbreitenden Ultraschall-Meßsignale gegen die Zeit dargestellt. Bezug genommen wird auf die in Fig. 1 gezeigte Zwei-Traversen-Anordnung 2 der Ultraschallwandler 3, 4. Während Fig. 2 sich auf den 'Fehlerfai bezieht, daß das Rohr 7 leer ist, zeigt Fig. 3 den 'Normalfall', wenn das Rohr 7 vom Medium 10 durchströmt wird. Zumindest die Information über den 'Fehlerfai , bevorzugt aber auch über den 'Normalfall' muß in der Regel-/Auswerteeinheit 9 in irgendeiner Form als SOLLwert abgespeichert sein.
Beim leeren Rohr 7 hat das Ultraschall-Meßsignal - wie in Fig. 1 zu sehen - nur die Möglichkeit, sich über die Rohrwand 8 auszubreiten. Ein zum Zeitpunkt 'Null' von dem ersten Ultraschallwandler 3 ausgesendetes Ultra- schall-Meßsignal wird nach einer Zeit t1 von dem zweiten Ultraschallwandler 4 empfangen. Die Laufzeit des Ultraschall-Meßsignals läßt sich entweder messen oder errechnen. Eine Berechung der Laufzeit ist zumindest näherungsweise möglich, wenn die geometrischen Daten des Rohres (d und w) sowie die akustischen Eigenschaften des Rohres und des Mediums (cÄ und cM ) bekannt sind. Anwendung findet bei der Berechung das Gesetz von Snellius. Desweiteren kann eine entsprechende Messung z.B. bei Inbetriebnahme des Ultraschallmeßgeräts vorgenommen werden, die dann das SOLL-Meßsignal für ein Leerrohr verkörpert. Tritt der entsprechende Fall dann nach Inbetriebnahme des Ultraschallmeßgeräts auf, so ist aufgrund der von der Regel-/Auswerteeinheit 9 aufgefundenen Übereinstimmung zwischen dem IST-Meßsignal und dem SOLL-Meßsignal eine klare Aussage möglich, daß in dem Rohr 7 kein Medium 10 vorhanden ist.
Wird das Rohr 7 vom Medium 10 durchströmt, so wird der Großteil der von einem der beiden Ultraschallwandler 3; 4 ausgesendetes Ultraschall- Meßsignal in das Medium 10 eingekoppelt und gelangt über den Schallweg SP1 , der das Rohr 7 und damit das strömende Medium zweimal quert, zu dem anderen Ultraschallwandler 4; 3. Aufgrund der längeren Laufstrecke auf dem Schallpfad SP1 wird ein Ultraschall-Meßsignal - wie in Fig. 3 zu sehen - erst nach der längeren Zeitspanne t2 im jeweils anderen Ultraschallwandler 4; 3 empfangen. Hinzu kommt, daß in vielen Anwendungsfällen die Schallgeschwindigkeit cM des Mediums 10 geringer ist als die Schallgeschwindigkeit cR des Materials der Rohrwand 8. Auch dies führt zu einem verzögerten Eintreffen des Meßsignals, das Information über den Volumenstrom bzw. den Massenstrom des Mediums 10 in dem Rohr 7 beinhaltet.
In Fig. 4 ist schematisch ein Clamp-On Durchflußmeßgerät in einer Ein- Traversen-Anordnung 1 dargestellt. Das Meßgerät ermittelt den Volumendurchfluß und/oder den Massendurchfluß des Mediums 10 in dem Rohr 7 gleichfalls nach der bekannten Laufzeitdifferenz-Methode. Hier sind die beiden Ultraschallwandler 3, 4 an gegenüberliegenden Seiten des Rohres 7 versetzt angebracht. Wiederum sind die Ultraschallwandler 3, 4 so positioniert, daß ein möglichst großer Anteil eines von einem ersten Ultraschallwandler 3; 4 gesendeten Ultraschall-Meßsignals in dem jeweils anderen Ultraschallwandler 4; 3 empfangen wird.
In den Figuren Fig. 5 und Fig. 6 ist anhand von zwei Diagrammen die Amplitude der sich in der Rohrwand 8 und - wenn vorhanden - dem Medium 10 ausbreitenden Ultraschall-Meßsignale gegen die Zeit dargestellt. Bezug genommen wird jetzt auf die in Fig. 4 gezeigte Ein-Traversen-Anordnung 1 der Ultraschallwandler 3, 4. Während Fig. 5 sich auf den 'Fehlerfall' bezieht, daß das Rohr 7 leer ist, zeigt Fig. 6 den 'Normalfall', wenn das Rohr 7 vom Medium 10 durchströmt wird. Auch bei dieser Anordnung der Ultraschallwandler 3, 4 muß zumindest die Information über den 'Fehlerfall', bevorzugt aber auch über den 'Normalfall' in der Regel-/Auswerteeinheit 9 in irgendeiner Form abgespeichert sein.
Bei leerem Rohr 7 kann sich ein Ultraschall-Meßsignal nur über die Rohrwand 8 ausbreiten. Daher zeigt sich ein vom ersten Ultraschallwandler 3; 4 ausgesendetes Ultraschall-Meßsignal im zweiten Ultraschallwandler 4; 3 als verrauschtes Signal - wie in Fig. 5 zu sehen ist. Die Zeit t3, die vergeht, bis das gesendete Ultraschall-Meßsignal empfangen wird, ist wiederum durch den Abstand der Ultraschallsensoren 3, 4 und durch die Schallgeschwindigkeit des Materials des Rohres 7 vorbestimmt.
Bei gefülltem Rohr 7 wird ein gesendetes Meßsignal nach einer Zeitspanne t4 im jeweils anderen Ultraschallwandler 4; 3 empfangen. Auch hier läßt sich durch Vergleich z.B. der IST-Meßsignale mit den SOLL-Meßsignalen eindeutig darauf schließen, ob das Rohr 7 mit Medium 10 gefüllt ist oder ob das Rohr 7 leer ist. Wie bereits erwähnt, wird zwecks Vergleich bevorzugt eine Korrelation durchgeführt. Unter- oder überschreitet der Korrelationskoeffizient zwischen den SOLL-Daten und den IST-Daten einen vorgegebenen Wert, so wird die auf den konkreten Fehler hindeutende Meldung ausgegeben.
Die Figuren Fig. 7 und Fig. 8 zeigen gleichfalls graphische Darstellungen der Laufzeit von Ultraschall-Meßsignale bei der in Fig. 1 dargestellten Zwei- Traversen-Anordnung 2. Der erste Peak entspricht dem Anteil der Meßsignale, die sich über das Rohr 7 ausbreiten, während der zweite Peak den Anteil der Ultraschall-Meßsignale repräsentiert, die sich über das Medium 10 ausbreiten. Fig. 7 zeigt Ultraschall-Meßsignale, wie sie beim ungestörten, normalen Meßbetrieb auftreten. Fig. 8 bezieht sich auf den Fall, daß das Koppelmedium 11 , 12 vom Rohr 7 weitgehend entfernt ist, so daß die
Schallübertragung zwischen den Ultraschallwandlern 3, 4 und dem Rohr 7 nur noch schwach ist . Auch hier ist also der Schallweg unterbrochen. Man erkennt in Fig. 8, daß die Amplituden der beiden Ultraschall-Meßsignale gegenüber dem normalen Meßbetrieb proportional kleiner werden. Diese kennzeichnende Eigenschaft kann nun sogar für die Fallentscheidung benutzt werden, ob die Dämpfung der Meßsignale durch die mangelnde Ankopplung der Ultraschallwandler 3, 4 oder durch die starke Dämpfung der Rohr 7 / Medium 10-Anordnung hervorgerufen wird. Im Extremfall, wenn die Kopplung gänzlich unterbrochen ist, zeigt sich überhaupt kein Meßsignal mehr. Weder das sich übers Rohr 7 ausbreitende Meßsignal (erster Peak in Fig. 7 ) noch das sich über das Medium 10 ausbreitende Meßsignal (zweiter Peak in Fig. 7) ist meßbar.
Fig. 9 zeigt übrigens denselben Signalverlauf, wie er auch in Fig. 8 zu sehen ist. Allerdings ist die Verstärkung in Fig. 9 um ca. einen Faktor 4 größer gewählt. Hierdurch treten die eigentlichen Meßsignale besser aus dem Rauschen hervor.
Bei der zuvor beschriebenen Ausgestaltung, die die Erkennung einer unzureichenden Ankopplung der Ultraschallwandler 3, 4 an das Rohr 7 erlaubt, bietet sich zwecks Auswertung der Ultraschall-Meßsignale die folgende Vorgehensweise an: Die SOLL-Daten werden nach der Installation des Clamp-On Durchflußmeßgeräts während des Normalbetriebes aufgenommen. Anschließend werden die IST-Daten laufend mit den SOLL- Daten verglichen. Ergibt sich anhand eines Vergleichs der SOLL-Daten mit den IST-Daten, daß die Amplitude der Meßsignale, die sich über das Medium 10 ausbreiten, im Laufe der Zeit stärker abnimmt als die Amplitude der
Meßsignale, die sich über das Rohr 7 ausbreiten, so ist dies ein eindeutiger Hinweis darauf, daß der Fehler seine Ursache in der Übertragung in der Rohr 7 / Medium 10-Anordnung hat. Nehmen hingegen die Amplituden von beiden Meßsignalen ab, so ist dies ein klarer Hinweis darauf, daß die Kopplung zwischen einem Ultraschallwandler 3; 4 und dem Rohr 7 schlechter geworden ist. Generell läßt sich sagen, daß zur Erkennung eines Fehlers in der Rohr 7 / Medium 10-Ankopplung bzw. in der Kopplung zwischen Ultraschallwandler 3, 4 und Rohr 7 eine Veränderung der Amplitudenverhältnisse zwischen den Meßsignalen bestens geeignet ist. Bezugszeichenliste
Ein-Traversen-Anordnung Zwei-Traversen-Anordnung Ultraschallwandler Ultraschallwandler Piezoelektrisches Element Piezoelektrisches Element Behältnis / Rohr Wandung / Rohrwand Regel-/Auswerteeinheit Medium Vorlaufkörper / Koppelkeil Vorlaufkörper / Koppelkeil Beschichtung / Liner

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumenstroms eines durch ein Behältnis fließenden Mediums, wobei von einem in einer ersten Position an dem Behältnis angebrachten Ultraschallwandler Meßsignale aussendet werden und wobei von einem in einer zweiten Position an dem Behältnis angebrachten Ultraschallwandler die Meßsignale empfangen werden, und wobei anhand der Meßsignale bzw. anhand der aus den Meßsignalen ermittelten Meßdaten Information über den Volumenstrom des in dem Behältnis befindlichen Mediums bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aktuell gemessene IST- Meßsignale bzw. die entsprechenden IST- Meßdaten mit korrespondierenden abgespeicherten SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten verglichen werden, und daß eine Meldung ausgegeben wird, wenn eine Abweichung zwischen den SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten und den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten auftritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß aus den IST-Meßsignalen bzw. IST-Meßdaten und den SOLL- Meßsignalen bzw. den SOLL-Meßdaten jeweils eine Signatur abgeleitet wird, wobei durch die Signatur das jeweilige Meßsignal hinreichend genau beschrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Soll-Meßsignale bei nicht gefülltem Behältnis (7) und/oder bei gefülltem Behältnis (7) ermittelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die IST-Meßsignale bzw. die SOLL-Meßsignale und/oder die entsprechenden Signaturen digitalisiert und abgespeichert werden, daß die IST-Meßsignale/IST-Meßdaten oder die anhand der IST- Meßsignale/IST-Meßdaten ermittelte Signatur mit den entsprechenden SOLL- Meßsignalen/SOLL-Meßdaten oder der entsprechenden Signatur der SOLL- Meßsignale/Meßdaten verglichen werden/wird, und daß eine Meldung ausgegeben wird, wenn eine Abweichung zwischen den IST- und SOLL-Meßsignalen/Meßdaten bzw. den IST- und SOLL-Signaturen auftritt, die außerhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes liegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß anhand des Vergleichs der IST-Meßsignale/IST-Meßdaten bzw. anhand des Vergleichs der Signaturen der IST-Meßsignale/IST-Meßdaten mit den SOLL-Meßsignalen/SOLL-Meßdaten bzw. den entsprechenden Signaturen der SOLL-Meßsignale/SOLL-Meßdaten eine Aussage dahingehend getroffen wird, durch welche fehlerhafte System- und/oder Prozeßgröße die Abweichung verursacht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Abweichung erkannt wird, ob das Behältnis (7) nicht mit dem Medium (10) gefüllt ist, und/oder ob die Ankopplung der Ultraschallwandler (3, 4) an das Behältnis (7) fehlerhaft ist, und/oder ob die Dämpfung der Meßsignale durch das in dem Behältnis (7) befindliche Medium (10) einen vorgegebenen maximalen Wert übersteigt, und/oder ob eine Luftschicht zwischen dem Behältnis (7) und einem auf die Innenfläche des Behältnisses (7) aufgebrachten Liners (13) vorhanden ist, und/oder ob die Dämpfung der Meßsignale in der Wandung (8) des Behältnisses (7) ein maximal vorgegebenes Maß übersteigt.
7. Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung des Volumenstroms eines Mediums in einem Behältnis mit mindestens zwei Ultraschallwandlern, wobei ein erster Ultraschallwandler in einer ersten Position am Behältnis vorgesehen ist und wobei ein zweiter Ultraschallwandler in einer zweiten Position am Behältnis vorgesehen ist, und wobei eine Regel-/Auswerteeinheit vorgesehen ist, die anhand der von den Ultraschallwandlern gelieferten Meßsignale bzw. anhand der entsprechenden Meßdaten den Volumenstrom des in dem Behältnis befindlichen Mediums ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel-/Auswerteeinheit (9) die aktuell gemessenen IST- Meßsignale bzw. die entsprechenden IST- Meßdaten mit korrespondierenden abgespeicherten SOLL-Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten vergleicht und daß die Regel-/Auswerteeinheit (9) eine Abweichung zwischen den SOLL- Meßsignalen bzw. SOLL-Meßdaten und den IST-Meßsignalen bzw. IST- Meßdaten ausgibt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel-/Auswerteeinheit (9) Information dahingehend bereitstellt, durch welchen fehlerhafte System- und/oder Prozeßgröße die Abweichung verursacht wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Anordnung der Ultraschallwandler (3, 4) um eine Ein- Traversen-Anordnung (1 ) oder um eine Mehrfach-Traversen-Anordnung handelt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die beiden Ultraschallwandler (3, 4), die den größten Abstand voneinander aufweisen, abwechselnd im Sende- und im Empfangsbetrieb arbeiten.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallwandler (3, 4) im Clamp-On Verfahren an dem Behältnis (7) montiert sind.
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