WO2008083720A1 - Druckmessumformer sowie verfahren zum betreiben eines druckmessumformers - Google Patents

Druckmessumformer sowie verfahren zum betreiben eines druckmessumformers Download PDF

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WO2008083720A1
WO2008083720A1 PCT/EP2007/000266 EP2007000266W WO2008083720A1 WO 2008083720 A1 WO2008083720 A1 WO 2008083720A1 EP 2007000266 W EP2007000266 W EP 2007000266W WO 2008083720 A1 WO2008083720 A1 WO 2008083720A1
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WO
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signal
electromagnetic signal
pressure
differential pressure
pressure line
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PCT/EP2007/000266
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English (en)
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Christoph Paulitsch
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/007—Malfunction diagnosis, i.e. diagnosing a sensor defect

Definitions

  • the invention relates to a pressure transducer, which is provided with at least one differential pressure line for supplying a process pressure of a process medium, according to the preamble of claim 1, and a method for operating the pressure transducer according to the preamble of claim.
  • Such a pressure transmitter is already known for example from US-A-5, 680, 109.
  • Pressure transmitters can be equipped with an active pressure line for supplying a process pressure of a process medium or for measuring a differential pressure with two such differential pressure lines for measuring an absolute pressure.
  • Differential pressure transducers are often used to measure pressure differences at a point of discontinuity, for example a so-called orifice, in a line through which a process medium, for example a liquid or a gas flows. From the differential pressure occurring during a flow of the medium, it is possible to deduce the flow velocity and thus the flow through the line.
  • the differential pressure transducer contains as transducer element a pressure sensor, which is supplied via two differential pressure lines, which are also referred to as impulse lines, the process pressure prevailing before or after the point of discontinuity.
  • the known method has the disadvantage that it requires a training of the threshold value in each application and thus a complex adjustment.
  • a further disadvantage is that the diagnostic statement is unreliable under varying operating conditions, since the intensity of the noise signal depends strongly on the respective operating conditions.
  • the invention has for its object to provide a pressure transducer with a diagnostic device and a method for operating such a pressure transducer, which provide a more reliable diagnosis statement and require a lower adjustment effort.
  • Claim 9 describes a method for operating such a pressure transmitter, and further developments of the invention are described in the dependent claims.
  • the invention has the advantage that the diagnostic statement is largely independent of the respective operating conditions of the pressure transducer.
  • the changes in the permeability of the electromagnetic pressure transmission lines are evaluated by coupling in an electromagnetic signal at one point, passing it through the medium in the differential pressure line and, for example, the a receiver incoming intensity of the electromagnetic signal is evaluated.
  • the consideration of the permeability of the differential pressure lines for electromagnetic radiation is largely independent of the prevailing operating conditions. Since learning of a reference value as well as a possible readjustment are no longer necessary, the diagnosis makes comparatively little demands on an operator and is easy to apply in practice.
  • the permeability of the differential pressure line for electromagnetic radiation As physical size, the permeability of the differential pressure line for electromagnetic radiation, z. B. light, evaluated.
  • This has the advantage that the physical variable used for the diagnosis is largely independent of the actual physical measured variable pressure and thus the diagnosis does not influence the actual measurement.
  • the incoming electromagnetic radiation at the receiver practically does not change with the operating conditions, that is with changes in pressure, temperature and flow. It is only influenced by a change in the permeability to electromagnetic radiation, which is due, for example, to fouling.
  • the electromagnetic radiation is modified characteristically depending on the degree of fouling during passage through the differential pressure line.
  • the intensity of the transmitted radiation decreases, for example, due to altered reflection.
  • This modification can be determined from a comparison of transmitter and received signal or solely from the received signal.
  • the received signal can be visualized directly to an operator on a display in order to obtain a diagnosis statement.
  • a characteristic value of a characteristic quantity of the received signal is determined, compared with a predetermined reference value, and an indication signal for the state of the differential pressure line is output, for example, when comparing the intensity of the incoming radiation falls below or is exceeded in a comparison of the attenuation of the radiation as a characteristic value.
  • the new diagnosis it is also possible to select the reference value for the indication of a blockage in such a way that the diagnosis only responds to pressure when the disturbance is just acceptable and the actual measurement signal is already slightly reduced, and a signal indicating an incipient Clogging of the differential pressure line outputs.
  • the diagnostic device can be configured to determine the intensity of the received electromagnetic signal in a predetermined frequency range as characteristic value.
  • This has the advantage that the frequency range used can be tuned to the specific properties of the respective medium in the differential pressure line and to the properties of the differential pressure line itself, for example its reflection properties for the electromagnetic radiation.
  • the intensity is the energy of the received electromagnetic signal per time and per area.
  • a light source in particular an LED (Light Emitting Diode)
  • LED Light Emitting Diode
  • the use of an LED as a radiation source has the advantage that it is particularly durable and effective in terms of light output and also emits light as electromagnetic radiation in a precisely predeterminable frequency range.
  • a further advantageous embodiment of the means for coupling in an electromagnetic signal is seen in that a window permeable to the electromagnetic signal is inserted in the wall of the differential pressure line and the light source is arranged outside the differential pressure line.
  • the means for receiving the electromagnetic signal may be advantageously integrated into a housing of the transmitter. These are thus protected by the housing and external cables for connecting a receiver with an evaluation device located in the housing can be omitted. As a result, the production cost of the pressure transmitter is further reduced.
  • a photodiode or an electronic camera can be used as a means for receiving the electromagnetic signal.
  • Photodiodes have the advantage that they are reliable, durable and available at low prices on the market.
  • an image can be displayed on a suitable display device, which enables a visual check and thus an individual evaluation of the state of the active pressure line by an operator.
  • a lower attenuation of the electromagnetic signal due to deposits that are at settle the wall of the differential pressure line achieved when the radiation of the electromagnetic radiation substantially parallel to the longitudinal axis of the differential pressure line.
  • This can be achieved by suitable arrangement of the means for coupling the electromagnetic signal.
  • This also allows radiation through the active pressure line over a larger partial area and thus improves the sensitivity to clogging of the differential pressure line.
  • the placement of transmitter and receiver should be done at the points of the differential pressure line to which this has a low tendency to form deposits.
  • bent or kinked active pressure lines can be irradiated over a larger portion of their total length to diagnose clogging with an electromagnetic signal, if reflectors in the differential pressure line for deflecting the electromagnetic signal are provided at appropriate locations.
  • the invention can be applied both in pressure transmitters with only one differential pressure line and in differential pressure transmitters with at least two differential pressure lines.
  • FIG. 2 shows an example of a bent differential pressure line
  • FIG. 3 shows a pressure-pressure line provided with kinks
  • Figure 4 is a differential pressure line with reflectors and Figure 5 shows a differential pressure line with radial radiation.
  • a flow meter according to FIG. 1 consists of a process connection 1, which is inserted into a line 2, which is traversed by a liquid or gaseous medium.
  • a diaphragm as a point of discontinuity at which a differential pressure arises when the medium flows, which pressure is dependent on the flow velocity and media-specific properties, for example the viscosity.
  • process pressures with effective lines 3 and 4 are fed from both sides of the diaphragm to a differential pressure sensor 5, which is arranged in a housing 6.
  • the differential pressure sensor As a function of the differential pressure, the differential pressure sensor generates a measuring signal 7, in dependence of which an evaluation device 8 of the differential pressure transducer calculates a measured value for the flow rate of the medium through the line 2 and via a field bus 9 for further processing to a higher-level control station, which is for the sake of clarity not shown in the figure, outputs.
  • the fieldbus 9 is also used to parameterize the flowmeter and alarm and status messages can be exchanged.
  • the differential pressure transmitter can be equipped with an operating and display unit, not shown in the figure, for example, to output locally the measured value for the calculated flow rate or the intensity of electromagnetic radiation received during a diagnosis or operator inputs, for example for parameterization or start a diagnostic procedure to be carried out on site. Of course, this can happen due to the communication via the fieldbus 9 alternatively or additionally to a remote location.
  • the active pressure lines 3 and 4 associated with means 14 and 15, respectively are advantageously arranged in the housing 6 of the pressure transmitter in order to avoid the expense of additional, external wiring.
  • the evaluation device 8 which already serves to calculate the measured value, evaluates the two received signals 16 and 17 by determining the intensity of the received electromagnetic signals 12 and 13 as characteristic values, comparing them with a predetermined reference value 18 and a display signal for displaying a Blockage of the differential pressure line 3 or differential pressure line 4 outputs when the respectively assigned value of the intensity falls below the reference value.
  • a predetermined reference value 18 a predetermined reference value for displaying a Blockage of the differential pressure line 3 or differential pressure line 4 outputs when the respectively assigned value of the intensity falls below the reference value.
  • the diagnostic device thus comprises the means 10 and 11 for coupling the electromagnetic signals 12 and 13, the means 14 and 15 for receiving the electromagnetic signals
  • the evaluation device 8 which further processes the received signals 16 and 17 for the derivation of a diagnostic statement.
  • a memory for depositing the predetermined reference value 18 is arranged.
  • the diagnostic device is integrated in the pressure transmitter.
  • differential pressure lines must be provided only with appropriate windows to couple the electromagnetic signal and to be able to receive again.
  • a sufficiently strong light signal can be received in a photodiode as means 14 for receiving the electromagnetic signal 12
  • a sufficiently open differential pressure line 3 is detected in the evaluation device 8 and a corresponding display signal is output.
  • the subregion in which the electromagnetic signal 12 passes through the differential pressure line 3 is rectilinear. As a result, it can reach the receiving means 14 already without reflections on the wall of the differential pressure line 3.
  • an LED as a means for coupling an electromagnetic signal to the inner wall of a differential pressure line and thus to dispense with a transparent window.
  • the exemplary embodiment of a differential pressure line 20 according to FIG. 2 clarifies that it is not absolutely necessary to irradiate an electromagnetic signal parallel to the axis of the differential pressure line.
  • a light source 21 which is attached laterally to the differential pressure line 20
  • light rays are radially coupled in and scattered on the opposite wall of the differential pressure line 20.
  • a sufficiently open differential pressure line 20 can be deduced.
  • the differential pressure line 20 in turn serves to supply a process pressure from a process connection 1 'to a housing 6' of a pressure transducer.
  • an active pressure line 30 is provided with two kinks, on which a light source 31 or a receiver 32 are arranged for essentially axially parallel irradiation of an electromagnetic signal or for receiving the signal.
  • the transmitter / receiver arrangement on a differential pressure line 40 according to Figure 4 corresponds to that of Figure 3.
  • the differential pressure line 40 is provided with two other kinks in which to improve the intensity of the received signal reflectors 41 and 42 for deflecting a electromagnetic signal 43 are mounted.
  • a sufficient received signal with an open differential pressure line 40 can be obtained even with a large number of kinks.
  • FIG. 5 shows a differential pressure line 50 with a particularly simple design.
  • means 51 are provided for coupling an electromagnetic signal 52, which radiate this in the radial direction in the differential pressure line 50.
  • On the opposite wall of the differential pressure line 50 are means 53 for receiving the electromagnetic signal 52.
  • This particularly simple arrangement is mainly used when deposits form uniformly on the entire inner wall of the differential pressure line 50. In this case, it is sufficient to irradiate a very small portion of the differential pressure line 50 to determine a progressive deposition thickness.
  • the means for coupling an electromagnetic signal and the means for receiving the electromagnetic signal can be optionally mounted inside or outside the active pressure line. When mounting outside, of course, provision for the permeability of the radiation through the wall of the differential pressure line, for example by a viewing window to provide. The mounting methods can be combined as desired.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer sowie ein Verfahren zum Betreiben des Druckmessumformers, der mit einer Einrichtung zur Diagnose des Zustands von Wirkdruckleitungen (3, 4) des Druckmessumformers ausgestattet ist. Die Diagnoseeinrichtung weist Mittel (10, 11) zur Einkopplung eines elektromagnetischen Signals (12, 13) in die Wirkdruckleitung (3, 4) und Mittel (14, 15) zum Empfangen des elektromagnetischen Signals und zur Erzeugung eines Empfangssignals (16, 17) auf. Die Mittel sind derart zueinander angeordnet, dass das elektromagnetische Signal (12, 13) zumindest einen Teilbereich der Wirkdruckleitung (3, 4) durchläuft. Die Diagnoseeinrichtung bestimmt einen Kennwert einer charakteristischen Größe des Empfangssignals, vergleicht diesen mit einem vorbestimmten Referenzwert (18) und gibt ein Anzeigesignal aus, wenn der Referenzwert (18) über- oder unterschritten wird. Damit wird eine zuverlässige Diagnoseaussage über den Verstopfungszustand der Wirkdruckleitungen ermöglicht, die weitgehend unabhängig von den Betriebsbedingungen des Druckmessumformers ist.

Description

Beschreibung
Druckmessumformer sowie Verfahren zum Betreiben eines Druck- messumformers
Die Erfindung betrifft einen Druckmessumformer, der mit zumindest einer Wirkdruckleitung zur Zuführung eines Prozessdrucks eines Prozessmediums versehen ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Betreiben des Druckmessumformers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Ein derartiger Druckmessumformer ist bereits beispielsweise aus der US-A-5, 680, 109 bekannt.
Druckmessumformer können zur Messung eines Absolutdrucks mit einer Wirkdruckleitung zur Zuführung eines Prozessdrucks eines Prozessmediums oder zur Messung eines Differenzdrucks mit zwei derartigen Wirkdruckleitungen ausgestattet sein. Diffe- renzdruckmessumformer werden häufig zur Messung von Druckdif- ferenzen an einer Unstetigkeitsstelle, zum Beispiel einer so genannten Messblende, in einer von einem Prozessmedium, zum Beispiel einer Flüssigkeit oder einem Gas, durchströmten Leitung eingesetzt. Von dem sich bei einer Strömung des Mediums einstellenden Differenzdruck kann auf die Strömungsgeschwin- digkeit und damit auf den Durchfluss durch die Leitung geschlossen werden. Der Differenzdruckmessumformer enthält als Wandlerelement einen Drucksensor, dem über zwei Wirkdruckleitungen, die auch als Impulsleitungen bezeichnet werden, der vor bzw. nach der Unstetigkeitsstelle herrschende Prozess- druck zugeführt wird. Eine derartige Kopplung des Drucksensors an die das Medium führende Leitung kann allerdings mit der Zeit nachlassen, zum Beispiel wenn eine oder beide Impulsleitungen verstopfen. Dies wird häufig auch als Clogging oder Fouling bezeichnet. Es kann dazu führen, dass der Diffe- renzdruckmessumformer den Differenzdruck an der Messblende nicht mehr korrekt erfasst und dass ein fehlerhafter Wert für den Durchfluss ausgegeben wird. Aus der bereits eingangs genannten US-A-5, 680, 109 ist bereits ein Verfahren zur Diagnose einer Verstopfung einer Impulsleitung bei einem Differenzdruckmessumformer bekannt, bei welchem neben dem Differenzdruckmessumformer ein zusätzlicher Absolutdrucksensor verwendet, mit diesem ein Rauschsignal bestimmt, die Varianz des Rauschsignals berechnet und mit einem Schwellwert verglichen wird. Wenn die Varianz des Rauschsignals den Schwellwert unterschreitet, wird ein Verstopfen der Impulsleitung diagnostiziert.
Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass es ein Anlernen des Schwellwerts in jedem Anwendungsfall und somit eine aufwendige Justage erfordert. Nachteilig ist weiterhin, dass die Diagnoseaussage bei veränderlichen Betriebsbedingungen unzu- verlässig ist, da die Intensität des Rauschsignals stark von den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmessumformer mit einer Diagnoseeinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Druckmessumformers zu schaffen, die eine zuverlässigere Diagnoseaussage liefern und einen geringeren Justageaufwand erfordern.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue Druckmessumformer der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In Anspruch 9 ist ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Druckmessumformers und in den abhängigen Ansprüchen sind Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Diagnoseaussage weitgehend unabhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen des Druckmessumformers ist. Anstatt die Änderung des höherfre- quenten Schwingungsanteils zur Beurteilung einer Verstopfung der Wirkdruckleitungen zu betrachten, werden die Änderungen der Durchlässigkeit der Wirkdruckleitungen für eine elektromagnetische Strahlung ausgewertet, indem ein elektromagnetisches Signal an einer Stelle eingekoppelt, durch das Medium in der Wirkdruckleitung geleitet und beispielsweise die an einen Empfänger ankommende Intensität des elektromagnetischen Signals bewertet wird. Im Unterschied zur Bewertung von mechanischen Schwingungen ist die Betrachtung der Durchlässigkeit der Wirkdruckleitungen für elektromagnetische Strahlung von den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen weitgehend unabhängig. Da somit ein Anlernen eines Referenzwerts sowie eine eventuelle Nachjustage nicht mehr notwendig sind, stellt die Diagnose vergleichsweise geringer Anforderungen an einen Bediener und ist in der Praxis einfach anwendbar.
Als physikalische Größe wird die Durchlässigkeit der Wirkdruckleitung für elektromagnetische Strahlung, z. B. Licht, ausgewertet. Das hat den Vorteil, dass die zur Diagnose verwendete physikalische Größe weitgehend unabhängig von der ei- gentlichen physikalischen Messgröße Druck ist und die Diagnose die eigentliche Messung somit nicht beeinflusst. Im Unterschied zu einer zusätzlichen Anregung des Mediums zu mechanischen Schwingungen gibt es bei einer Anregung mit elektromagnetischer Strahlung keine Kopplung mit Störschwingungen bei der Durchführung der Diagnose. Die beim Empfänger ankommende elektromagnetische Strahlung ändert sich praktisch nicht mit den Betriebsbedingungen, das heißt mit Veränderungen des Drucks, der Temperatur und des Durchflusses. Sie ist lediglich von einer Veränderung der Durchlässigkeit für die elekt- romagnetische Strahlung beeinflusst, die zum Beispiel durch Fouling begründet ist. Die elektromagnetische Strahlung wird abhängig vom Foulinggrad beim Durchgang durch die Wirkdruckleitung charakteristisch modifiziert. Zum Beispiel nimmt bei Zufrieren von Wasser die Intensität der durchgelassenen Strahlung beispielsweise durch veränderte Reflexion ab. Diese Modifikation kann aus einem Vergleich von Sender und Empfangssignal oder allein aus dem Empfangssignal ermittelt werden. Dabei kann zur Gewinnung einer Diagnoseaussage das empfangene Signal einem Bediener auf einer Anzeige direkt visua- lisiert werden. Zur automatischen Diagnose wird ein Kennwert einer charakteristischen Größe des Empfangssignals bestimmt, mit einem vorbestimmten Referenzwert verglichen und ein Anzeigesignal für den Zustand der Wirkdruckleitung ausgegeben, wenn der Referenzwert beispielsweise bei einem Vergleich mit der Intensität der ankommenden Strahlung unterschritten oder bei einem Vergleich der Dämpfung der Strahlung als Kennwert überschritten wird.
In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, dass das neue Diagnoseverfahren auf der Basis einer Bewertung der Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung bereits deutliche Veränderungen anzeigt, lange bevor beispielsweise das aus der eingangs genannten US-A-5, 680, 109 bekannte Verfahren zur De- tektierung einer Verstopfung von Wirkdruckleitungen anspricht. Das hat den Vorteil, dass das neue Verfahren bereits eine Verschlechterung des Zustands der Wirkdruckleitung erkennt, lange bevor die eigentliche Messgröße Druck ungünstig beeinflusst wird. Damit ist eine vorausschauende Wartung mög- lieh und es können frühzeitig Fehlerursachen beseitigt werden. Dabei ist es andererseits bei der neuen Diagnose ebenfalls möglich, den Referenzwert für die Anzeige einer Verstopfung so zu wählen, dass die Diagnose erst bei einer gerade noch akzeptablen Störung und bereits geringer Beeinflus- sung des eigentlichen Messsignals Druck anspricht und ein Signal zur Anzeige einer beginnenden Verstopfung der Wirkdruckleitung ausgibt.
In einer Weiterbildung kann die Diagnoseeinrichtung dazu aus- gebildet sein, als Kennwert die Intensität des empfangenen elektromagnetischen Signals in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu bestimmen. Das hat den Vorteil, dass der genutzte Frequenzbereich auf die spezifischen Eigenschaften des jeweiligen Mediums in der Wirkdruckleitung und auf die Eigenschaf- ten der Wirkdruckleitung selbst, beispielsweise ihre Reflek- tionseigenschaften für die elektromagnetische Strahlung, abgestimmt werden kann. Als Intensität wird dabei die Energie des empfangenen elektromagnetischen Signals pro Zeit und pro Fläche bezeichnet.
In vorteilhafter Weise kann eine Lichtquelle, insbesondere eine LED (Light Emitting Diode) , zur Erzeugung des elektromagnetischen Signals vorgesehen werden. Dadurch kann ein definiertes elektromagnetisches Signal mit definiertem Fre- quenzbereich und gleichbleibender Intensität für die Diagnose verwendet werden. Die Verwendung einer LED als Strahlungsquelle hat dabei den Vorteil, dass diese besonders langlebig und bezüglich der Lichtausbeute effektiv ist und zudem Licht als elektromagnetische Strahlung in einem genau vorbestimmbaren Frequenzbereich aussendet. Durch die Verwendung einer Lichtquelle, insbesondere einer LED, kann daher die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage weiter verbessert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Mittel zur Ein- kopplung eines elektromagnetischen Signals wird darin gesehen, dass ein für das elektromagnetische Signal durchlässiges Fenster in der Wand der Wirkdruckleitung eingesetzt und die Lichtquelle außerhalb der Wirkdruckleitung angeordnet wird. Dadurch wird in vorteilhafter Weise der Montageaufwand reduziert, da Vorgaben, beispielsweise bezüglich der Druckfestigkeit der Wirkdruckleitung, ohne Weiteres einzuhalten sind. Zudem ist ein Wechsel der Lichtquelle leicht möglich.
Die Mittel zum Empfangen des elektromagnetischen Signals können in vorteilhafter Weise in ein Gehäuse des Messumformers integriert werden. Diese sind somit durch das Gehäuse geschützt und externe Kabel zur Verbindung eines Empfängers mit einer in dem Gehäuse befindlichen Auswerteeinrichtung können entfallen. Dadurch wird der Herstellungsaufwand des Druckmessumformers weiter reduziert.
Als Mittel zum Empfangen des elektromagnetischen Signals können eine Photodiode oder eine elektronische Kamera eingesetzt werden. Photodioden haben den Vorteil, dass sie zuverlässig, langlebig und zu günstigen Preisen am Markt verfügbar sind. Bei Verwendung einer Kamera ist ergänzend zur automatischen Diagnose mit Referenzwertvergleich ein Bild auf einer geeigneten Anzeigeeinrichtung darstellbar, das eine visuelle Kon- trolle und somit eine individuelle Bewertung des Zustands der Wirkdruckleitung durch einen Bediener ermöglicht.
In vorteilhafter Weise wird eine geringere Abschwächung des elektromagnetischen Signals durch Ablagerungen, die sich an der Wandung der Wirkdruckleitung absetzen, erreicht, wenn die Strahlen der elektromagnetischen Strahlung im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Wirkdruckleitung verlaufen. Dies kann durch geeignete Anordnung der Mittel zur Einkopplung des elektromagnetischen Signals erreicht werden. Dadurch wird auch eine Durchstrahlung der Wirkdruckleitung über einen größeren Teilbereich ermöglicht und somit die Empfindlichkeit auf ein Verstopfen der Wirkdruckleitung verbessert. Die Platzierung von Sender und Empfänger sollte an den Stellen der Wirkdruckleitung erfolgen, an welchen diese eine lediglich geringe Neigung zur Bildung von Ablagerungen besitzt.
Selbst gebogene oder mit Knickstellen versehene Wirkdruckleitungen können über einen größeren Teilbereich ihrer Gesamt- länge zur Diagnose einer Verstopfung mit einem elektromagnetischen Signal durchstrahlt werden, wenn an geeigneten Stellen Reflektoren in der Wirkdruckleitung zur Umlenkung des elektromagnetischen Signals vorgesehen sind.
In vorteilhafter Weise kann die Erfindung sowohl bei Druckmessumformern mit lediglich einer Wirkdruckleitung als auch bei Differenzdruckmessumformern mit zumindest zwei Wirkdruckleitungen angesetzt werden.
Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein Durchflussmessgerät mit einem Differenzdruckmessumformer,
Figur 2 ein Beispiel einer gebogenen Wirkdruckleitung,
Figur 3 eine mit Knickstellen versehene Wirkdruckleitung,
Figur 4 eine Wirkdruckleitung mit Reflektoren und Figur 5 eine Wirkdruckleitung mit radialer Durchstrahlung.
Ein Durchflussmessgerät besteht gemäß Figur 1 aus einem Pro- zessanschluss 1, der in eine Leitung 2 eingesetzt ist, welche von einem flüssigen oder gasförmigen Medium durchflössen wird. In dem Prozessanschluss 1 befindet sich eine Blende als Unstetigkeitsstelle, an welcher bei strömendem Medium ein Differenzdruck entsteht, der von der Strömungsgeschwindigkeit und medienspezifischen Eigenschaften, beispielsweise der Vis- kosität, abhängig ist. Zur Messung des Differenzdrucks werden von beiden Seiten der Blende Prozessdrücke mit Wirkleitungen 3 und 4 einem Differenzdrucksensor 5 zugeführt, der in einem Gehäuse 6 angeordnet ist. Der Differenzdrucksensor erzeugt in Abhängigkeit des Differenzdrucks ein Messsignal 7, in dessen Abhängigkeit eine Auswerteeinrichtung 8 des Differenzdruck- messumformers einen Messwert für die Durchflussgeschwindigkeit des Mediums durch die Leitung 2 berechnet und über einen Feldbus 9 zur weiteren Verarbeitung an eine übergeordnete Leitstation, welche der Übersichtlichkeit wegen in der Figur nicht dargestellt ist, ausgibt. Über den Feldbus 9 erfolgt zudem die Parametrierung des Durchflussmessgeräts und es können Alarm- und Zustandsmeldungen ausgetauscht werden. Zusätzlich kann der Differenzdruckmessumformer mit einer in der Figur nicht dargestellten Bedien- und Anzeigeeinheit ausgestat- tet sein, um beispielsweise vor Ort den Messwert für die berechnete Durchflussgeschwindigkeit oder die bei einer Diagnose empfangene Intensität elektromagnetischer Strahlung auszugeben oder Bedieneingaben, zum Beispiel zur Parametrierung oder zum Start eines Diagnosevorgangs, vor Ort vorzunehmen. Selbstverständlich kann dies aufgrund der Kommunikation über den Feldbus 9 alternativ oder ergänzend dazu an einem entfernten Ort geschehen.
Zur Diagnose einer Verstopfung der Wirkdruckleitungen 3 und 4 sind diese jeweils mit Mitteln 10 bzw. 11 zur Einkopplung ei- nes elektromagnetischen Signals 12 bzw. 13 in die Wirkdruckleitung 3 bzw. 4 sowie mit Mitteln 14 bzw. 15 zum Empfangen des jeweiligen elektromagnetischen Signals 12 bzw. 13 und zur Erzeugung eines Empfangssignals 16 bzw. 17 versehen. Die den Wirkdruckleitungen 3 und 4 zugeordneten Mittel 14 bzw. 15 sind vorteilhaft im Gehäuse 6 des Druckmessumformers angeordnet, um den Aufwand einer zusätzlichen, externen Verkabelung zu vermeiden. Die Auswerteeinrichtung 8, die bereits zur Berechnung des Messwerts dient, bewertet die beiden Empfangs- Signale 16 und 17, indem sie die Intensität der empfangenen elektromagnetischen Signale 12 bzw. 13 als Kennwerte bestimmt, mit einem vorbestimmten Referenzwert 18 vergleicht und ein Anzeigesignal zur Anzeige einer Verstopfung der Wirkdruckleitung 3 oder Wirkdruckleitung 4 ausgibt, wenn der je- weils zugeordnete Wert der Intensität den Referenzwert unterschreitet. Bei einer Unterschreitung ist nämlich davon auszugehen, dass das jeweilige elektromagnetische Signal 12 oder 13 bereits durch Ablagerungen in der Wirkdruckleitung 3 oder 4 so stark gedämpft wird, dass im Sinne einer vorausschauen- den Wartung eine baldige Beseitigung des fehlerhaften Zu- stands erforderlich ist.
Die Diagnoseeinrichtung umfasst somit die Mittel 10 und 11 zur Einkopplung der elektromagnetischen Signale 12 und 13, die Mittel 14 und 15 zum Empfangen der elektromagnetischen
Signale und zur Erzeugung der Empfangssignale 16 und 17 sowie die Auswerteeinrichtung 8, welche die Empfangssignale 16 und 17 zur Ableitung einer Diagnoseaussage weiterverarbeitet. In der Auswerteeinrichtung 8 ist ein Speicher zur Hinterlegung des vorbestimmten Referenzwerts 18 angeordnet. Damit ist die Diagnoseeinrichtung in den Druckmessumformer integriert.
Alternativ dazu ist selbstverständlich eine von dem Druckmessumformer getrennte Ausführung der Diagnoseeinrichtung denkbar, bei welcher die Wirkdruckleitungen lediglich mit geeigneten Fenstern versehen sein müssen, um das elektromagnetische Signal einkoppeln und wieder empfangen zu können.
Da die beiden Wirkdruckleitungen 3 und 4 identisch aufgebaut sind, wird im Folgenden das Verfahren zur Erkennung einer Verstopfung lediglich anhand der Wirkdruckleitung 3 weiter erläutert. Für die Wirkdruckleitung 4 gilt dann Entsprechendes. In einer besonders einfachen Ausgestaltung sind die Mittel 10 zur Einkopplung des elektromagnetischen Signals 12 als ein Glasfenster ausgeführt, durch welches das elektromagnetische Signal 12 mit Hilfe einer mobilen Lichtquelle, beispielsweise einer Taschenlampe, die in der Figur der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt ist, in die Wirkdruck- leitung 3 eingekoppelt werden kann. Solange beispielsweise in einer Photodiode als Mittel 14 zum Empfangen des elektromagnetischen Signals 12 ein ausreichend starkes Lichtsignal empfangbar ist, wird in der Auswerteeinrichtung 8 eine ausreichend offene Wirkdruckleitung 3 festgestellt und ein entspre- chendes Anzeigesignal ausgegeben. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist der Teilbereich, in welchem das elektromagnetische Signal 12 die Wirkdruckleitung 3 durchläuft, geradlinig ausgeführt. Dadurch kann dieses bereits ohne Reflektionen an der Wand der Wirkdruckleitung 3 die Empfangsmittel 14 er- reichen.
Alternativ zur beschriebenen Einkopplung mit einer mobilen Lichtquelle ist es selbstverständlich auch möglich, über dem Glasfenster 10 eine feste Lichtquelle zu installieren, welche beispielsweise durch die Auswerteeinrichtung 8 des Druckmessumformers zur Durchführung einer Diagnose angesteuert wird. Besonders energiesparend ist dabei die Verwendung einer LED.
Alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist es mög- lieh, eine LED als Mittel zum Einkoppeln eines elektromagnetischen Signals an der Innenwand einer Wirkdruckleitung zu befestigen und so auf ein transparentes Fenster zu verzichten.
Das Ausführungsbeispiel einer Wirkdruckleitung 20 gemäß Figur 2 verdeutlicht, dass es nicht zwingend erforderlich ist, ein elektromagnetisches Signal parallel zur Achse der Wirkdruckleitung einzustrahlen. Durch eine Lichtquelle 21, die seitlich an der Wirkdruckleitung 20 angebracht ist, werden Licht- strahlen radial eingekoppelt und an der gegenüber liegenden Wand der Wirkdruckleitung 20 gestreut. Solange dabei mit einem Empfänger 22 noch ein schwaches Lichtsignal empfangbar ist, kann auf eine ausreichend offene Wirkdruckleitung 20 geschlossen werden. Prinzipiell genügt es dazu, den Empfänger 20 ebenfalls seitlich an der Wirkdruckleitung 20 anzubringen. Die Wirkdruckleitung 20 dient wiederum zur Zuführung eines Prozessdrucks von einem Prozessanschluss 1' zu einem Gehäuse 6' eines Druckmessumformers.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist eine Wirkdruckleitung 30 mit zwei Knickstellen versehen, an welchen eine Lichtquelle 31 bzw. ein Empfänger 32 zur im Wesentlichen achsenparallelen Einstrahlung eines elektromagneti- sehen Signals bzw. zum Empfang des Signals angeordnet sind.
Mit dieser Anordnung wird eine hohe Lichtintensität beim Empfänger 32 erreicht, selbst wenn Reflektionen an der Innenwand der Wirkdruckleitung 30 bereits durch Ablagerungen abgeschwächt werden.
Die Sender/Empfänger-Anordnung an einer Wirkdruckleitung 40 gemäß Figur 4 entspricht derjenigen gemäß Figur 3. Im Unterschied dazu ist die Wirkdruckleitung 40 mit zwei weiteren Knickstellen versehen, in denen zur Verbesserung der Intensi- tat des Empfangssignals Reflektoren 41 bzw. 42 zur Umlenkung eines elektromagnetischen Signals 43 angebracht sind. Dadurch kann auch bei einer Vielzahl von Knickstellen ein ausreichendes Empfangssignal bei offener Wirkdruckleitung 40 erhalten werden .
Figur 5 zeigt eine Wirkdruckl-eitung 50 mit besonders einfachem Aufbau. Dabei sind Mittel 51 zur Einkopplung eines elektromagnetischen Signals 52 vorgesehen, welche dieses in radialer Richtung in die Wirkdruckleitung 50 einstrahlen. An der gegenüber liegenden Wand der Wirkdruckleitung 50 befinden sich Mittel 53 zum Empfang des elektromagnetischen Signals 52. Diese besonders einfache Anordnung ist vorwiegend dann einsetzbar, wenn sich Ablagerungen gleichmäßig an der gesamten Innenwand der Wirkdruckleitung 50 bilden. In diesem Fall genügt es nämlich, einen sehr kleinen Teilbereich der Wirkdruckleitung 50 zu durchstrahlen, um eine fortschreitende Ablagerungsdicke festzustellen. In allen gezeigten Ausführungsbeispielen können prinzipiell die Mittel zur Einkopplung eines elektromagnetischen Signals sowie die Mittel zum Empfangen des elektromagnetischen Signals wahlweise innerhalb oder außerhalb der Wirkdruckleitung angebracht werden. Bei Anbringung außerhalb sind selbstverständlich Vorkehrungen für die Durchlässigkeit der Strahlung durch die Wand der Wirkdruckleitung, zum Beispiel durch ein Sichtfenster, vorzusehen. Die Anbringungsarten sind dabei beliebig kombinierbar.

Claims

Patentansprüche
1. Druckmessumformer, der mit zumindest einer Wirkdrucklei- tung (3, 4) zur Zuführung eines Prozessdrucks eines Prozessmediums versehen ist, mit einem Drucksensor (5) zur Erzeugung eines Messsignals (7) in Abhängigkeit des zu messenden Prozessdrucks, mit einer Auswerteeinrichtung (8) zur Bestimmung und Ausgabe eines Messwerts in Abhängigkeit des Messsignals (7) und mit einer Einrichtung zur Diagnose des Zustands der Wirkdruckleitungen (3, 4), dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (10, 11) zur Einkopplung eines elektromagnetischen Signals (12, 13) in die Wirkdruckleitung (3, 4) und Mittel (14, 15) zum Empfangen des elektromagnetischen Signals (12, 13) und zur Erzeugung eines Empfangssignals (16, 17) vorgesehen sind, die derart zueinander angeordnet sind, dass das elektromagnetische Signal (12, 13) zumindest einen Teilbereich der Wirkdruckleitung (3, 4) durchläuft, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Kennwert einer charakteristischen Größe des Empfangssignals zu bestimmen, mit einem vorbestimmten Referenzwert (18) zu vergleichen und ein Anzeigesignal auszugeben, wenn der Referenzwert (18) über- oder unterschritten wird.
2. Druckmessumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung dazu ausgebildet ist, als Kennwert die Intensität des empfangenen elektromagnetischen Signals (12, 13) in einem vorbestimmten Freguenzbereich zu bestimmen.
3. Druckmessumformer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (21), insbesondere eine LED, zur Erzeugung des elektromagnetischen Signals vorgesehen ist.
4. Druckmessumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10, 11) zur Einkopplung eines elektromagnetischen Signals ein für das elektromagnetische Signal durchlässiges Fenster in der Wand der Wirkdruckleitung aufweisen und dass die Lichtquelle (21) außerhalb der Wirkdruckleitung angeordnet ist.
5. Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14, 15) zum Empfangen des elektromagnetischen Signals (12, 13) in ein Gehäuse (6) des Messumformers integriert sind.
6. Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14, 15) zum Empfangen des elektromagnetischen Signals (12, 13) eine Photodiode oder eine elektronische Kamera aufweisen.
7. Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Signal
(12, 13) im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Wirkdruckleitung (3, 4) einkoppelbar ist.
8. Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Reflektor (41, 42) in der Wirkdruckleitung (40) zur Umlenkung des elektromagnetischen Signals (43) vorhanden ist.
9. Verfahren zum Betreiben eines Druckmessumformers, der mit zumindest einer Wirkdruckleitung (3, 4) zur Zuführung eines
Prozessdrucks eines Prozessmediums, mit einem Drucksensor (5) zur Erzeugung eines Messsignals (7) in Abhängigkeit des zu messenden Prozessdrucks, mit einer Auswerteeinrichtung (8) zur Bestimmung und Ausgabe eines Messwerts in Abhängigkeit des Messsignals (7) und mit einer Einrichtung zur Diagnose des Zustands der Wirkdruckleitung (3, 4) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektromagnetisches Signal (12, 13) in die Wirkdruckleitung (3, 4) durch Mittel (10, 11) eingekoppelt und durch weitere Mittel (14, 15) empfangen und ein Empfangssignal (16, 17) durch die weiteren Mittel (14,
15) erzeugt wird, wobei die Mittel (10, 11) und die weiteren Mittel (14, 15) derart zueinander angeordnet sind, dass das elektromagnetische Signal (12, 13) die Wirkdruckleitung (3, 4) zumindest in einem Teilbereich durchläuft, und weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinrichtung einen Kennwert einer charakteristischen Größe des Empfangssignals (16, 17) bestimmt, mit einem vorbestimmten Referenzwert (18) vergleicht und ein Anzeigesignal ausgibt, wenn der Referenz- wert über- oder unterschritten wird.
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