WO2006122694A2

WO2006122694A2 - Verfahren zum überwachen einer fluid-durchflussmessung und sensorsystem für eine fluid-durchflussmessung

Info

Publication number: WO2006122694A2
Application number: PCT/EP2006/004395
Authority: WO
Inventors: Michael Nuber; Ralf MÜLLER; Rüdiger BALLAS
Original assignee: Technische Universität Darmstadt
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2006-11-23
Also published as: DE102005023115B4; WO2006122694A3; DE102005023115A1; US20080307894A1; EP1882162A2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Überwachen einer Durchflußmessung für Fluide soll eine von dem Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängige, erste Meßgröße, wie der Wirkdruck der Fluiddurchfluß-Strömung, und eine von dem Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängige, zur ersten Meßgröße unterschiedliche, zweite Meßgröße, wie die Wirbelablösefrequenz an einem in der Durchflußströmung angeordneten Störkörper, simultan erfaßt und/oder ermittelt werden; die erste und zweite Meßgröße auf der Basis eines gleichen physikalischen Grundmeßprinzips erfaßt und/oder ermittelt werden; und die erste und die zweite Meßgröße miteinander verglichen werden.

Description

Verfahren zum Überwachen einer Fluid-Durchflußmessung und Sensorsystem für eine Fluid-

Durchflußmessung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Fluid-Durchflußmessung und ein Sensorsystem für eine Fluid-Durchflußmessung, welches Sensorsystem mit einer Selbstüberwachungsfunktion versehen ist.

Marktuntersuchungen haben gezeigt, daß Anwender von Durchflußsensoren auf dem Gebiet der Prozeßmeßtechnik einen großen Bedarf an Sensoren mit Selbstüberwachungseigenschaften oder Selbstdiagnose haben, womit Störungen am Sensor, verursacht durch Ablagerungen, Gas- oder Flüssigkeitseinschlüsse oder Fremdkörper innerhalb der Meßstrecke, Alterungseffekte, interne Störungen des Sensors (Elektronikausfälle u.a.), Umwelteinflüsse etc., detektiert und unter Umständen beseitigt werden können.

Es ist bekannt, bei zu regelnden Prozessen, wie Kühlmittelkreisläufen und/oder Gasversorgungsleitungssystemen oder dergleichen, eine Prozeßgrößen, wie den Durchfluß, erfassende Sensorik einzusetzen, deren Funktionsweise dadurch überwacht oder diagnostiziert werden kann, daß mit Hilfe der Prozeßhistorie der Prozeßgrößenistzustand mit einer dazu vergleichbaren Prozeßsituation aus der Vergangenheit verglichen wird. Zeigt der Vergleich deutliche Abweichungen, ist von einem Fehlverhalten auszugehen. Diese bekannte Methode setzt eine genaue Kenntnis des zu sensierenden Prozesses sowie die zu erwartenden Sollergebnisse voraus, die nicht nur von den sensorspezifischen Eigenschaften, sondern vor allem auch von der Beeinflußbarkeit des Sensors durch die Prozeßumgebung abhängig sind. Eine derartige Sensorüberwachung auf der Basis von Vergleichswerten aus der Prozeßhistorie ist in dem Artikel „Selbstüberwachung, ihre Grenzen und übergreifende Überwachung am Beispiel von Füllstand-Sensorsystemen", Johannes Prock, „atp" (Automatisierungstechnische Praxis"), Heft 5/2003, beschrieben. Bei dieser bekannten Selbstüberwachung ist die Prozeßumgebungsabhängigkeit von Nachteil, weil bei Änderung der Prozeßcharakteristik, beispielsweise durch Einbau neuer andersartiger Feldgeräte, wie Ventile, folglich die ursprünglichen Vergleichswerte aus der Prozeßhistorie für die Überwachung untauglich werden. Probedurchläufe werden notwendig, um auf das geänderte Prozeßverhalten abgestimmt Sollvergleichswerte der Sensorüberwachung bereitzustellen. Ähnlich Probleme entstehen, wenn neue Sensorik in einem bewährten unveränderten Prozeß eingesetzt werden soll. Wegen der Individualität und Vielfältigkeit von Durchflußprozessen ist das Überwachungssystem des neuen Sensors an die Umstände des jeweiligen Prozesses anzupassen.

Weiterhin ist bekannt, eine Sensor-Selbstüberwachung auf der Ebene der elektronischen Komponenten des Sensors zu schaffen, bei der die Überwachung der elektronischen Verarbeitung von Meßsignalen im Vordergrund steht. Mittels der Elektroniküberwachung können aber Störungen oder Fehler, die beim unmittelbaren physischen Abgreifen der in Abhängigkeit mit der Prozeßgröße stehenden physikalischen Meßgröße entstehen können, also nicht elektronikbedingt sind, nicht erfaßt werden. Derartige Störungen werden meist präventiv dadurch beseitigt, daß die Sensorik durch aufwendige Wartungsarbeiten visuell kontrolliert wird. Dabei kann es die unberechenbare Störanfälligkeit der Sensorik sein, welche die Wartungshäufigkeit festlegt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Überwachen einer Fluid-Durchflußmessung und ein Sensorsystem für eine Fluid-Durchflußmessung mit einer Selbstüberwachungs- und/oder Diagnosefunktion bereitzustellen, mit dem die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden, insbesondere ein Selbstüberwachungsmechanismus für das Meßverfahren und für die Meßsensorik bereitzustellen, die prozeßunabhängig arbeitet und bei Erhöhung der Diagnosezuverlässigkeit den Wartungsaufwand verringert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 12 gelöst.

Danach ist ein Verfahren und ein Sensorsystem zum Überwachen einer Fluid- Durchflußmessung vorgeschlagen, bei dem eine von dem zu messenden Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängige erste Meßgröße, wie der Wirkdruck der Fluiddurchfluß-Strömung und eine von dem Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängige, zur ersten Meßgröße unterschiedliche, zweite Meßgröße, wie die Wirbelablösefrequenz an einem in der Durchflußströmung angeordneten Störkörper, erfaßt und/oder ermittelt werden, wobei die erste und zweite Meßgröße auf der Basis eines gleichen physikalischen Grundmeßprinzips simultan erfaßt und/oder ermittelt werden und die erste und die zweite Meßgröße miteinander verglichen werden.

Das erfindungsgemäße Sensorsystem zur Fluid-Durchflußmessung umfaßt eine Grundsenso- rik zum simultanen Erfassen und/oder Ermitteln einer von dem Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängigen, ersten Meßgröße, wie des Wirkdrucks der Fluiddurchflußströmung und einer von dem Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängigen, zur ersten Meßgröße unterschiedlichen, zweiten Meßgröße, wie der Wirbelablösefrequenz an einem Durchfluß- Störkörper, wobei die Grundsensorik für die Erfassung und/oder Ermittlung sowohl der ersten als auch der zweiten Meßgröße gemäß einem gleichen physikalischen Grundmeßprinzip arbeitet, und eine mit der Grundsensorik verbundene Einrichtung zum Vergleichen der ersten und zweiten Meßgröße der Grundsensorik.

Gemäß der Erfindung wird der Durchfluß mittels mindestens zweier unterschiedlicher Meßverfahren, bei denen mindestens zwei unterschiedliche Meßgrößen sensiert werden, auf der Basis des gleichen physikalischen Meßprinzips durchgeführt. Beispielsweise wird gemäß dem ersten Meßverfahren eine Wirkdruckmessung in der Durchflußströmung und gemäß dem zweiten Meßverfahren eine die Wirbel- oder Vortexablösefrequenz-Messung an einem in der Durchflußströmung angeordneten Störkörper vorgenommen. Beide Messungen werden mit ein und demselben physikalischen Meßprinzip, beispielsweise mit Hilfe eines piezoelektrischen Sensors, umgesetzt, wodurch ein diversitär redundantes Überwachungssystem für die Durchflußmessung bereitgestellt ist.

Es hat sich herausgestellt, daß die häufigsten Störungsphänomene, wie Ablagerungen, Gasoder Flüssigkeitseinschlüsse, Abrasionen etc., verschiedene Meßverfahren, wie Wirkdruckmessung oder Vortexablösefrequenz-Messung, unterschiedlich stark und charakteristisch beeinträchtigen. Dieses unterschiedliche Störverhalten wird genutzt, um den Fehlerursprung am Sensor lokalisieren zu können. Da erfindungsgemäß die unterschiedlichen Meßverfahren auf dem gleichen physikalischen Meßprinzip beruhen, kann die Unsicherheitsquelle der defekten Meßprinzipsdurchfuhrung ausgeschlossen oder auch angenommen werden. Eine auf das angewandte Meßprinzip zurückgehende Störung kann durch einen Vergleich von bekannten sensorikspezifischen Störungskenndaten und Istwerten beider Meßgrößenresultate identifiziert werden. Mit der Erfindung ist es möglich, den Wartungsbedarf erheblich zu reduzieren, weil auch Störungen am strukturellen Aufbau des Sensors selbst erfaßt werden können, ohne den Durchflußprozeß unterbrechen zu müssen.

Anhand der erfaßten Istwerte der ersten und zweiten Meßgröße sowie anhand der Vergleichswerte zwischen der ersten und zweiten Meßgröße können ein Fehlverhalten oder ein fehlerfreies Arbeiten der Sensorik zum Erfassen und/oder Ermitteln der ersten und der zweiten Meßgröße detektiert werden.

Um ein fehlerhaftes oder fehlerfreies Erfassen und/oder Ermitteln der ersten und/oder zweiten Meßgröße detektieren zu können, ist eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, bei der die erfaßten Istwerte der ersten und zweiten Meßgröße kontrolliert werden sowie auch deren Vergleichswerte.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Zusatzsensorik zum simultanen Erfassen und/oder Ermitteln der ersten Meßgröße und der zur ersten Meßgröße unterschiedlichen zweiten Meßgröße vorgesehen, wobei die Zusatzsensorik auf der Basis eines zum Grundmeßprinzip unterschiedlichen, physikalischen und für die erste und zweite Meßgröße gleichen Zusatzmeßprinzips arbeitet. Für den Fall, daß das Grundmeßprinzip auf dem piezoelektrischen Phänomen beruht, ist also gemäß der Weiterbildung das Zusatzmeßprinzip auf einem anderen physikalischen Phänomen, wie einem kapazitiven, induktiven oder resistiven Phänomen, begründet.

Vorzugsweise ist die Grundsensorik zum Erfassen der ersten und zweiten Meßgröße an einem in der Durchflußströmung anzuordnenden Störkörper zum Erzeugen von sensierbaren Wirbeln, wie Vortices, im Leebereich des Störkörpers positioniert. Die Grundsensorik ist dabei dazu ausgelegt, den Wirkdruck der Durchflußstörung als erste Meßgröße sowie eine Vortex- ablösefrequenz als zweite Meßgröße zu erfassen. Dies kann vorzugsweise durch einen piezoelektrischen Körper, der insbesondere die Form eines idealen Störkörpers aufweist, in der Durchflußströmung realisiert sein.

Gemäß der Weiterbildung ist die Zusatzsensorik ebenfalls an dem Störkörper positioniert. So wie die Grundsensorik erfaßt die Zusatzsensorik den Wirkdruck sowie die Vortexablösefre- quenz, allerdings mittels eines anderen Meßprinzips. Vorzugsweise ist die Grundsensorik durch einen piezoelektrischen Basissensor gebildet. Dieser kann durch einen Stapel aus piezoelektrischen Schichten gebildet sein, welcher Stapel insbesondere einen monomorphen, bimorphen oder multimorphen Aufbau aufweisen kann. Der Schichtaufbau ist mit seiner Grundfläche orthogonal zur Strömungsrichtung ausgerichtet.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrung ist der Störkörper zumindest teilweise aus piezoelektrischem Material, vorzugsweise vollständig aus piezoelektrischem Material, gebildet.

Die Zusatzsensorik kann durch einen kapazitiven, induktiven oder resistiven Sensor gebildet sein. Beispielsweise kann der Zusatzsensor ein Dehnmeßstreifen sein, der auf das den Störkörper bildende piezoelektrische Material aufgebracht sein kann.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Zusatzvergleichseinrichtung vorgesehen, die mit der Grundsensorik und der Zusatzsensorik verbunden ist. Die Zusatzvergleichseinrichtung ist dazu ausgelegt, die erste und zweite Meßgröße der jeweiligen Sensori- ken miteinander und insbesondere mit gespeicherten Sollmeß-Kenndaten der jeweiligen Sen- sorik zu vergleichen. Mit der Zusatzvergleichseinrichtung ist es möglich, einen detektierten Fehler demjenigen Sensorteil für die erste oder zweite Meßgröße zuzuordnen, der gestört ist. Beispielsweise könnten bei Abrasionserscheinungen Störungen eher bei der Erfassung der Wirbelablösefrequenz zu erwarten sein, weil durch die die Geometrie des Störkörpers ändernde Abrasion die Vortexbildung im Leebereich des Störkörpers stark beeinträchtigt wird. Hingegen könnte Abrasion die Wirkdruckmessung weit weniger stark verfälschen.

Um die notwendigen Vergleiche vorzunehmen, kann eine Auswerteeinheit vorgesehen sein, welche anhand der Ist- und Vergleichswerte Fehler und Störgrößen ermitteln kann. Die Auswerteeinheit kann durch herkömmliche Elektronikkomponenten gebildet sein.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Sensorsystem mit einem Stellglied, wie einem piezoelektrischen Aktor, versehen, der die Position der Grundsensorik und/oder der Zusatzsensorik ändern kann. Das Stellglied hat die Aufgabe, sollten beispielsweise durch Abrasion oder Ablagerung an der jeweiligen Sensorik Meßfehler induziert werden, durch Veränderung der Position der jeweiligen Sensorik Meßfehler auszugleichen. Sollte beispielsweise der piezoelektrische Sensor durch Strömungsverschleiß Abrasionen aufweisen, kann das Stellglied derart angesteuert, insbesondere durchströmt sein, daß der piezoelektrische Sensor um das Maß der Abrasion nachgefühlt wird.

Vorzugsweise sind das Stellglied und die Sensorik in einem einzigen Bauteil geeint, nämlich in einem piezoelektrischen Körper, der sowohl über Abgreifen von sich innerhalb des Körpers aufbauenden Ladungsverschiebungen Meßgrößen erfassen als auch sich durch Ansteuerung mit einer elektrischen Spannung auslenken kann. Dabei kann auch der Störkörper in weiterer Funktionsunion durch den piezoelektrischen Körper gebildet sein.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Einrichtung zum Rekalibrieren der Grundsen- sorik und/oder der Zusatzsensorik vorgesehen. Die Rekalibrierung kann beispielsweise durch Beaufschlagung bestimmter Stromstärken oder Ansteuerung mit einer bestimmten elektrischen Spannung zum Simulieren von Volumendurchflußraten realisiert werden, was von der Zusatzsensorik überwacht werden kann und umgekehrt.

Bei irreparablen Störungen und Fehlern bei der Erfassung einer bestimmten Meßgröße auf der Basis eines bestimmten Meßprinzips kann eine Abschaltung desjenigen Teils der dafür verantwortlichen Sensorik vorgenommen werden.

Weitere Vorteile, Eigenschaften und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung deutlich, in denen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine von einer Flüssigkeit durchflossene Leitung, in der ein Sensor gemäß der Erfindung angeordnet ist; Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Anordnung gemäß Figur 1 ;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines erfϊndungsgemäßen Sensorsystems in einer ersten Ausführung;

Fig. 4a eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensorsystem in einer zweiten Ausführung;

Fig. 4b eine vergrößerte Detailansicht eines in dem erfindungsgemäßen Sensorsystem gemäß Fig. 4a integrierten kapazitiven Zusatzsensors; Fig. 5 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensorsystem gemäß einer dritten Ausführung;

Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensorsystem gemäß einer vierten Ausführung; und

Fig. 7 ein Blockschaltbild zur Rekalibrierung eines erfindungsgemäßen Sensor Systems.

In den Figuren 1 und 2 ist eine Leitung mit der Bezugsziffer 1 versehen, in der eine Strömung 3 von links nach rechts durch Pfeile angedeutet ist.

In das Leitungsinnere ragend ist ein erfindungsgemäßes Sensorsystem mit einem Basissensor 5 aus piezoelektrischem Material angeordnet. Der Basissensor 5 ist in Form eines Störkörpers geformt, der dazu geeignet ist, Vortices oder Wirbel 7, die durch Ringelpfeile angedeutet sind, im Leebereich sich von dem Basissensor 5 ablösend auszubilden. Dabei ist die Störkörperform derart ausgewählt, daß bei Ablösung erfaßbare Kräfte an dem Sensor angreifen, die detektierbare elektrische Ströme in dem Basissensor 5 erzeugen.

Ein Beispiel für die Form eines meßbereichsoptimierten Störkörpers ist in dem Artikel „Parameterabhängigkeit der Durchfluß-Frequenz-Kennlinie von Vortex-Zählern im Bereich kleiner Reynoldszahlen" von Andreas Breier und Heinz Gatzmanga in „Technisches Messen 62", Heft 1/1995 auf Seite 16 angegeben.

Durch die Umströmung des als Störkörper ausgebildeten Basissensors 5 wird letzterer aufgrund des an der strömungszugewandten Seite des Basissensors 5 wirkenden Wirkdrucks in Strömungsrichtung ausgelenkt. Aufgrund des piezoelektrischen Meßprinzips werden proportional zum Wirkdruck Ladungsverschiebungen innerhalb des piezoelektrischen Materials erzeugt, welche durch eine nicht dargestellte Signalverarbeitung erfaßt werden können. Das erfaßte Wirkdrucksignal ist im wesentlichen frequenzfrei und ändert sich mit der Durchflußänderung annähernd linear.

Alternativ kann der Wirkdruck über einen sogenannten Kompensationsbetrieb erfaßt werden, bei dem nicht die elektrischen Ladungsänderungen im piezoelektischen Material erfaßt wer- den, sondern das piezoelektrische Material derart mit Spannung beaufschlagt wird, daß der Basissensor 5 sich stets in der definierten Lage befindet, die mittels einer integrierten Weg- sensorik (19) überwacht wird. Um den Basissensor 5 stets in der festgelegten Position trotz unterschiedlicher Durchflüsse zu halten, sind mehr oder weniger starke Spannungen nötig, die wiederum einen Rückschluß auf die Geschwindigkeit bzw. den Wirkdruck der Flüssigkeitsströmung zulassen.

Erfindungsgemäß ist ein weiteres von der Wirkdruckmessung unterschiedliches Meßverfahren in dem piezoelektrischen Sensor 5 impliziert, das die Frequenz der sich von dem Basissensor 5 ablösenden Wirbel 7 aufgrund entsprechender Schwingungsauslenkung des Basissensors 5 piezoelektrisch erfaßt. Das Wirbelablösefrequenzsignal stellt ein Zittersignal bestimmter Amplitude und Frequenz dar, welches einfach von dem im wesentlichen konstanten Wirkdrucksignal ausfilterbar ist und ebenfalls eine Proportionalität zu dem zu messenden Durchfluß darstellt.

Das erfindungsgemäße Sensorsystem bietet also zwei unterschiedliche Meßverfahren, nämlich die Wirkdruckmessung und die Wirbel- oder Vortexdurchflußmessung mit Hilfe ein und desselben physikalischen Meßprinzips, nämlich dem piezoelektrischen.

In Figur 2 ist eine besondere Ausführung des erfindungsgemäßen Sensorsystems dargestellt. Das Sensorsystem hat, verglichen mit dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten System, einen piezoelektrischen Basissensor 15, der aus einem Stapel piezoelektrischer Schichten aufgebaut ist. Dabei ist eine monomorphe, bimorphe oder multimorphe Struktur vorgesehen.

Zudem hat das Sensorsystem gemäß Fig. 3 außer dem piezoelektrischen Sensor 15 einen Zusatzsensor 19 in Form eines Dehnmeßstreifens, der an der stromaufwärtigen Seite des piezoelektrischen, den Störkörper bildenden Basissensors 15 angeordnet ist. Auch der Dehnmeßstreifen erfaßt den im wesentlichen konstanten Wirkdruck sowie die Vortexablösefrequenz.

In den Figuren 4a und 4b ist eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems dargestellt, das sich von dem Sensorsystem nach Fig. 3 dahingehend unterscheidet, daß für den Zusatzsensor 19 ein kapazitives Meßprinzip verwendet wird, das durch einen in Fig. 4b angedeuteten Kondensator mit den Elektroden 21 und 23 realisiert ist, die zahnartig inei- nandergreifen. Durch die Kapazitätsänderung aufgrund einer Auslenkung des Basissensors 15 kann der Wirkdruck sowie die Vortex- Ablösefrequenz ermittelt werden.

Das in Fig. 5 dargestellte Sensorsystem unterscheidet sich von dem Sensorsystem gemäß den Figuren 3, 4a und 4b darin, daß für den Zusatzsensor 19 ein Plattenkondensator eingesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Sensorsystem nach Fig. 6 unterscheidet sich von denen nach Fig. 3, 4a, 4b und 5 dadurch, daß für den Zusatzsensor 19 ein induktives Meßprinzip herangezogen wird, das beispielsweise durch eine an der stromaufwärtigen Seite des piezoelektrischen Sensors 15 angebrachten, inneren Flachspule 29 realisiert ist, zu der in einem Abstand eine externe Flachspule 31 angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen den Spulen proportional zu dem zu erfassenden Wirkdruck der Durchflußströmung sowie der Vortexablösefrequenz ist.

Mit Hilfe des Zusatzsensors 19 werden jeweils Meßsignale für den Wirkdruck sowie für die Vortexablösefrequenz ermittelt, wodurch eine doppelte diversitäre Redundanz für die Durchflußmessung geschaffen ist. Mit dem Vergleich der piezoelektrischen Meßgrößen können Fehler detektiert werden, die meßverfahrenspezifisch sind, also können Störungen ermittelt werden, für welche die Meßverfahren, Wirkdruckmessung und Vortex- ablösefrequenzmessung, unterschiedlich anfällig sind. Durch die Verwendung des zusätzlichen Meßprinzips, das ebenfalls Wirkdruck und Vortexablösefrequenz ermittelt, kann ohne weiteres detektiert werden, ob ein meßprinzipspezifischer Fehler aufgetreten ist.

Mit der Erfindung ist es also möglich, eine Selbstdiagnose für Sensoren bereitzustellen.

Des weiteren kann das erfindungsgemäße Sensorsystem eine Rekalibrierung der einzelnen Sensorteile selbst durchführen, ohne dazu ausgebaut werden zu müssen oder den Durchflußprozeß anhalten zu müssen.

Ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Rekalibrierungsverfahren ist in Fig. 7 angedeutet. Eine Elektronik 41 ist dazu ausgelegt, den piezoelektrischen Sensor 5, 15 mit einer definierten elektrischen Spannung U zum Simulieren des Wirkdrucks und einer bestimmten Spannungsfrequenz f zum Simulieren der Vortexablösung zu beaufschlagen. Die damit induzierte Auslenkung Δx wird von dem Zusatzsensor 19 erfaßt. Der Zusatzsensor 19 gibt die gemessene Kalibrierungsgröße, beispielsweise Widerstandsänderung ΔR, Kapazitätsänderung ΔC, Induktivitätsänderung ΔL, an die Elektronik 41 weiter, die in einer Anzeige 43 angezeigt werden kann. Über die Anzeige 43 kann eine Bedienperson auch die angelegte Spannung U und die Frequenz f kontrollieren.

Sollten Änderungen wegen der von einer nicht dargestellten Auswerteeinheit errechneten Kalibrierungsergebnisse notwendig sein, wird der piezoelektrische Basissensor 5, 15 mit einer Spannung beaufschlagt, um ihn in die vordefinierte, kalibrierte Ruhelage zu verbringen, die mittels des Zusatzsensors 15 überwacht wird.

Sollten sich Fehler herausstellen, die irreparabel sind und einer der vier Messungen, nämlich Wirkdruckmessung durch den piezoelektrischen Sensor 5, 15, Vortexablösefrequenzmessung durch den piezoelektrischen Sensor 5, 15, Wirkdruckmessung durch Zusatzsensor 19, Vortexablösefrequenzmessung durch Zusatzsensor 19, zugeordnet werden können, so kann eine nicht dargestellte Auswerteeinheit das Abschalten desjenigen Sensorteils bewirken, dem der irreparable Fehler zugeordnet ist, und einen Austausch des Sensorteils bei der nächsten Hauptwartung anzeigen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Bezugszeichenliste

1 Leitung

3 Strömung

5, 15 Basissensor

7 Wirbel

19 Zusatzsensor, Plattenkondensator

21, 23 Elektroden

29 innere Flachspule

31 externe Flachspule

41 Elektronik

43 Anzeige

ΔR Widerstandsänderung

ΔC Kapazitätsänderung

ΔL Induktivitätsänderung

Δx Auslenkung

f Frequenz

U Spannung

Claims

Verfahren zum Überwachen einer Fluid-Durchflußmessung und Sensorsystem für eine Fluid-Durchfiußmessung

1. Verfahren zum Überwachen einer Durchflußmessung für Fluide, bei dem:

- eine von dem Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängige, erste Meßgröße, wie der Wirkdruck der Fluiddurchfiuß-Strömung, und eine von dem Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängige, zur ersten Meßgröße unterschiedliche, zweite Meßgröße, wie die Wirbelablösefrequenz an einem in der Durchflußströmung angeordneten Störkörper, simultan erfaßt und/oder ermittelt werden;

- die erste und zweite Meßgröße auf der Basis eines gleichen physikalischen Grundmeßprinzips erfaßt und/oder ermittelt werden;

- die erste und die zweite Meßgröße miteinander verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem anhand der erfaßten Istwerte der ersten und zweiten Meßgröße sowie deren Vergleichswerte ein fehlerhaftes oder fehlerfreies Erfassen und/oder Ermitteln der ersten und/oder zweiten Meßgröße detektiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste und zweite Meßgröße piezoelektrisch erfaßt und/oder ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die erste und zweite Meßgröße außer mit dem Grundmeßprinzip noch mittels eines weiteren, von dem Grundmeßprinzip unterschiedlichen Zusatzmeßprinzips simultan erfaßt und/oder ermittelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die erste und zweite Meßgröße gemäß dem Zusatzmeßprinzip kapazitiv, induktiv, resistiv erfaßt und/oder ermittelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die erste und zweite Meßgröße des Zusatzmeßprinzips jeweils mit der ersten und zweiten Meßgröße des Grundmeßprinzips verglichen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die ersten und zweiten Meßgrößen der jeweiligen Meßprinzipien mit Sollmeßkenndaten verglichen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem anhand des Vergleichs der Meßgrößen der jeweiligen Meßprinzipien und insbesondere von Sollmeßkenndaten ein fehlerhaftes oder fehlerfreies Erfassen und/oder Ermitteln der ersten und/oder zweiten Meßgröße de- tektiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem anhand des Vergleichs der Meßgrößen der jeweiligen Meßprinzipien ein detektierter Fehler der Erfassung und/oder Ermittlung der ersten oder zweiten Meßgröße zugeordnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem eine mit einer Störung identifizierte Einrichtung zum Erfassen und/oder Ermitteln der ersten und/oder zweiten Meßgröße anhand der Vergleichsergebnisse rekalibriert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei beim Detektieren eines irreparablen Fehlers die fehlerhafte Meßgrößenerfassung und/oder -ermittlung außer Betrieb gesetzt wird.

12. Sensorsystem für eine Fluiddurchflußmessung umfassend: eine Grundsensorik zum simultanen Erfassen und/oder Ermitteln einer von dem Fluid- durchfluß zumindest indirekt abhängigen, ersten Meßgröße, wie des Wirkdrucks der Fluiddurchfluß-Strömung, und einer von dem Fluiddurchfluß zumindest indirekt abhängigen, zur ersten Meßgröße unterschiedlichen, zweiten Meßgröße, wie der Wirbelablösefrequenz an einem Durchfluß-Störkörper, wobei die Grundsensorik für die Erfassung und/oder Ermittlung sowohl der ersten als auch der zweiten Meßgröße gemäß einem gleichen physikalischen Grundmeßprinzip arbeitet; und eine mit der Grundsensorik verbundene Einrichtung zum Vergleichen der ersten und zweiten Meßgröße des Grundsensorik.

13. Sensorsystem nach Anspruch 12, bei dem die Grundsensorik an einem in der Durchflußströmung anzuordnenden Störkörper zum Erzeugen von sensierbaren Wirbeln, wie Vortices, im Leebereich des Störkörpers positioniert ist und den Wirkdruck der Durchflußströmung sowie eine Wirbelablösefrequenz am Störkörper erfaßt.

14. Sensorsystem nach Anspruch 12 oder 13, mit einer Zusatzsensorik zum simultanen Erfassen und/oder Ermitteln der ersten Meßgröße, wie des Wirkdrucks einer Strömung, und der zur ersten Meßgröße unterschiedlichen, zweiten Meßgröße, wie der Wirbelablösefrequenz an einem Durchfiuß-Störkörper, wobei die Zusatzsensorik auf der Basis eines zum Grundmeßprinzip unterschiedlichen physikalischen, für die erste und zweite Meßgröße gleichen Zusatzmeßprinzips arbeitet.

15. Sensorsystem nach Anspruch 14, bei dem die Zusatzsensorik an dem Störkörper positioniert ist.

16. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die Grundsensorik durch einen piezoelektrischen Basissensor (5, 15) gebildet ist.

17. Sensorsystem nach Anspruch 16, bei dem der piezoelektrische Basissensor (5, 15) aus einem Stapel aus piezoelektrischen Schichten besteht, der insbesondere einen monomorphen, bimorphen oder multimorphen Aufbau aufweist.

18. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem piezoelektrisches Material zumindest einen Teil, vorzugsweise die Ganzheit, eines Störkörpers zum Erzeugen von sensierbaren Wirbeln, wie Vortices (oder Wirbel), im Leebereich des Störkörpers bildet.

19. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem die Zusatzsensorik durch einen kapazitiven, induktiven oder resistiven Sensor gebildet ist.

20. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem der Zusatzsensor (19) ein Dehnmeßstreifen ist.

21. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem eine mit der Grundsensorik und der Zusatzsensorik verbundene Zusatzvergleichseinrichtung vorgesehen ist, welche die Meßgrößen der jeweiligen Sensoriken miteinander und insbesondere mit gespeicherten Sollmeßkenndaten der Grundsensorik und der Zusatzsensorik vergleicht.

22. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 21, bei dem eine Auswerteeinheit zum Errechnen von Fehler- oder Störgrößen, wie Strömungsabrasion am Sensor, Ablagerungen am Sensor, etc., mit der Vergleichseinrichtung und/oder der Zusatzvergleichseinrichtung verbunden ist.

23. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 22, mit einem Stellglied, wie einem piezoelektrischen Aktor, zum Ändern der Position der Grundsensorik und/oder der Zusatzsensorik.

24. Sensorsystem nach Anspruch 23, bei dem das Stellglied und die Grundsensorik und vorzugsweise ein Störkörper zum Erzeugen von sensierbaren Wirbeln, wie Vortices, im Leebereich des Störkörpers gemäß einer Funktionsunion in einem einzigen Bauteil realisiert sind, das insbesondere piezoelektrisches Material aufweist.

25. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem die Auswerteeinheit eine Einrichtung zum Rekalibrieren der Grundsensorik und/oder der Zusatzsensorik aufweist, welche Rekalibrierungseinrichrung insbesondere mit dem Stellglied verbunden ist.

26. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 12 bis 25, mit einer Abschaltung zumindest eines Teils der jeweiligen Sensoriken, der die erste und/oder zweite Meßgröße erfaßt und/oder ermittelt, wobei die Abschaltung insbesondere durch die Auswerteeinheit aktivierbar ist, sobald die Auswerteeinheit eine irreparable Fehler- oder Störgröße identifiziert und dem Teil der jeweiligen Sensoriken zugeordnet hat.