WO2024083409A1 - Vibronischer sensor - Google Patents

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WO2024083409A1
WO2024083409A1 PCT/EP2023/075016 EP2023075016W WO2024083409A1 WO 2024083409 A1 WO2024083409 A1 WO 2024083409A1 EP 2023075016 W EP2023075016 W EP 2023075016W WO 2024083409 A1 WO2024083409 A1 WO 2024083409A1
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WO
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verification
electronic device
vibrations
vibronic sensor
signal
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Application number
PCT/EP2023/075016
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English (en)
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Inventor
Franco Ferraro
Sascha D'angelico
Ralf Leisinger
Original Assignee
Endress+Hauser SE+Co. KG
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2966—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves
    • G01F23/2967—Acoustic waves making use of acoustical resonance or standing waves for discrete levels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/20—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of apparatus for measuring liquid level
    • G—PHYSICS
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/10—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material
    • G01N11/16—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by moving a body within the material by measuring damping effect upon oscillatory body
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/002—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis
    • G01N2009/006—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity using variation of the resonant frequency of an element vibrating in contact with the material submitted to analysis vibrating tube, tuning fork
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Definitions

  • the invention relates to a vibronic sensor comprising: a mechanically oscillatable unit in the form of a tuning fork or a single rod, and an electronic device for exciting the mechanically oscillatable unit to mechanical oscillations and for receiving mechanical oscillations from the mechanically oscillatable unit, wherein the electronic device in a measuring mode excites the mechanically oscillatable unit to mechanical oscillations, receives measurement oscillations from the mechanically oscillatable unit and determines measured values of at least one process variable from the measurement oscillations, and wherein the electronic device in a verification mode, without applying an excitation signal to the mechanically oscillatable unit, receives verification oscillations from the mechanically oscillatable unit and determines measured values of at least one verification variable from the verification oscillations.
  • the process variable is, for example, the fill level, the viscosity or the density of a medium, which is, for example, a liquid or a bulk material.
  • Vibronic sensors are used, for example, as limit level switches (see DE 10 2012 101 667 A1). Such vibronic sensors are sensitive to installation conditions and physical boundary conditions, so there is a certain risk that a vibronic sensor will not function fully or only inadequately. In DE 102012 101 667 A1, the vibration excitation is therefore controlled in such a way that external vibrations in the received signals are suppressed or do not interfere with the actual signals.
  • DE 10 2016 111 134 A1 discloses an adaptive filter for suppressing external vibrations. The excitation of the mechanically vibrating unit is interrupted in the meantime. The method according to US 5,743,134 A also uses these interruptions to detect errors in the system.
  • the object of the invention is therefore to propose a possibility for verifying the operation of a vibronic sensor.
  • the task is solved in that the electronic device issues a warning message in the event that the measured values of the verification quantity fulfill at least one predetermined warning criterion.
  • the vibronic sensor according to the invention has a mechanically oscillating unit, which is a tuning fork or a single rod. Furthermore, an electronic device is present which excites the mechanically oscillating unit to mechanical oscillations and receives mechanical oscillations from the mechanically oscillating unit. The electronic device evaluates the received oscillations.
  • the electronic device can work in two different modes: normal measurement mode or verification mode.
  • measurement mode a process variable of a medium is measured and/or monitored.
  • verification mode it is determined whether the sensor can provide reliable measured values, i.e. whether it is advisable to run the measurement mode.
  • the verification mode can be run, for example, after the sensor has been installed at the measurement location or regularly in order to be able to react to possible changes in the sensor's environment.
  • measuring mode the vibrations received by the electronic device - referred to here as measuring vibrations - or
  • Vibration properties such as frequency, amplitude or phase are evaluated in relation to the measured values of the process variable. For example, a signal amplitude or damping is used to determine whether a medium has reached, exceeded or fallen below a certain level. This is done in conjunction with the electronic device stimulating the mechanically oscillating unit to oscillate with an excitation signal.
  • the mechanically oscillating unit In verification mode, the mechanically oscillating unit is not subjected to an excitation signal. The electronic device therefore does not excite the mechanically oscillating unit to oscillate. Nevertheless, the electronic device receives the so-called
  • Verification vibrations originate from the measuring environment in which the sensor is installed. This includes not only structures or neighboring machines, but also the medium itself.
  • the mechanically The oscillating unit therefore serves as a type of microphone.
  • the electronic device evaluates the verification oscillations with regard to verification variables. If the measured values determined for the verification variable meet at least one specified warning criterion, the electronic device generates a warning signal.
  • the signal can, for example, be issued directly to a user or stored in a data storage device. In this way, a user can intervene early and prevent incorrect measurements.
  • disruptive vibrations can be caused by cavitation or vortex shedding on the vibrating unit.
  • Other causes can be a boiling medium or mechanical vibrations that are coupled into the vibrating unit from the measuring environment, for example from pumping stations, valves, vibrators, etc.
  • One embodiment consists in that the electronic device only receives the verification oscillations after a predeterminable period of time after a previous execution of the measurement mode during the verification mode.
  • the verification oscillations are only received when the oscillations of the oscillatable unit have died down as a result of the excitation during the measurement mode. This is to ensure that the verification oscillations are essentially only the result of disturbances.
  • the electronic device determines the measured values of the verification quantity from the verification oscillations - preferably after applying a Fourier transformation - depending on at least one frequency range.
  • the frequency range can be derived, for example, from properties of the measuring operation or the sensor.
  • Interference oscillations have different frequency spectra depending on the cause.
  • Mechanically oscillating units such as tuning forks have eigenstates with their own eigenoscillations. Depending on the frequency spectrum of the interference oscillations, these eigenoscillations are excited differently, so that conclusions about the cause of the interference oscillations can be drawn from a frequency spectrum of the excited eigenoscillations.
  • One embodiment consists in the frequency range being dependent on a frequency of the measuring oscillations.
  • the frequency range to be evaluated is selected so that it is the range in which the measuring oscillations lie. This makes it possible to determine whether possible interference can lead to immediate signal changes in the signals of interest. In an alternative or additional embodiment, this is a frequency range outside the frequency range relevant for the actual measurements. This makes it possible to identify the causes of the interference, for example, if it is characterized by special - and previously known - frequencies.
  • the verification variable comprises an amplitude of a signal within the frequency range
  • the warning criterion consists in a measured value of the verification variable being greater than a predefinable amplitude threshold value.
  • a warning criterion is present when an interference signal is greater than a critical value.
  • One embodiment includes that the verification value includes a signal-to-noise ratio of a signal within the frequency range, and that the warning criterion is that a measured value of the signal-to-noise ratio is greater than a predeterminable signal-to-noise threshold.
  • the determined measured value of the signal-to-noise ratio and the predefined signal-to-noise threshold are compared to one another.
  • threshold values for measured values of the verification quantity are defined before the sensor is put into operation for the first time.
  • Such threshold values can be, for example, values of amplitudes or phases of the interference oscillations, and in particular frequency-dependent values of such amplitudes or phases.
  • One embodiment consists in that the electronic device is designed in such a way that the verification mode - preferably in a recurring Cycle - to start automatically.
  • the electronic device regularly monitors whether everything is still OK, i.e. whether measurements can still be reliably carried out. To do this, the electronic device starts the verification mode on its own. This preferably happens regularly and at a specified time interval.
  • the verification mode is started by a user. This can be done, for example, after the sensor has been installed or if changes are made in the sensor's environment.
  • the electronic device determines the verification variable in such a way that the measured value of the verification variable includes an interference potential value.
  • the interference potential value describes a probability of a possible effect of a detected interference signal on the actual measurement.
  • several data resulting from the verification oscillations are evaluated. For example, in a first step it is determined in which frequency range the verification oscillations have interference signals that exceed the noise by a certain limit, i.e. that are sufficiently and noticeably large. This frequency range or these frequency ranges is or are compared with the normal working range of the measurement oscillations. The working range results, for example, from the frequencies that result from oscillations of the oscillating unit when uncovered and covered by the medium.
  • the working range may depend on changes in the density or viscosity of the medium or on temperature effects.
  • the working range is therefore related to properties of the sensor itself and/or to properties of normal measurement operation, in particular of the measuring medium.
  • the amplitude of the interference signals is determined and preferably compared with the amplitude of the measuring vibrations.
  • the findings from the two previous steps are combined. For example, if the determined frequency range of the interference signals and the working range are sufficiently far apart, a larger amplitude of the interference signals is acceptable. Conversely, if the frequency ranges overlap, the amplitude of the interference signals is decisive. Overall, the determined values are calculated to form a value on a scale (e.g.
  • the interference potential value would be small. Conversely, if the frequency ranges overlap and the amplitude of the interference signals is significantly larger than the noise, this would result in a large interference potential value.
  • the case that the interference potential value is greater than a predetermined limit value leads to this being considered as fulfillment of the warning criterion.
  • Fig. 1 shows a vibronic sensor incorrectly installed in a measuring tube
  • Fig. 2 shows a sensor correctly installed in a measuring tube.
  • FIGS Fig. 1 and Fig. 2 each show a vibronic sensor 1, which serves in a measuring tube 5, for example, as a limit level switch to monitor the presence of a medium in the measuring tube 5.
  • the sensor 1 is used in such a way that the mechanically oscillating unit 2 in the form of a tuning fork is flowed against from the side.
  • the mechanically oscillating unit 2 in the form of a tuning fork is flowed against from the side.
  • flow vortices detached from the tines of the tuning fork 2 can interact with the tuning fork 2 and generate disturbing vibrations.
  • An electronic device 3 is set up to operate the mechanically oscillatable unit 2, wherein the electronic device 3 derives measured values of at least one process variable from measured values of at least one oscillation variable of the oscillations of the mechanically oscillatable unit 2.
  • Oscillation variables can be, for example, amplitude, phase, frequency of an oscillation of the oscillatable unit 2.
  • a process variable can be, for example, a limit level or a fill level of a medium.
  • the mechanically oscillatable unit is excited to oscillate by the electronic device 3.
  • the electronic device 3 is arranged in a housing 4 of the vibronic sensor 1. However, disturbing vibrations are superimposed on measurement signals of vibration quantities, which are evaluated by the electronic device 3 to produce measured values.
  • a verification mode is started, for example, by a user of the vibronic sensor 1 before a first measurement operation.
  • the electronic device 3 is set up to determine measured values of at least one verification variable from externally excited interference vibrations of the mechanically vibratable unit 2 and to derive from these measured values whether a measurement operation of the sensor 1 is reasonably possible within target parameters. If a warning criterion is met, the electronic device 3 issues a warning message, for example to the aforementioned user.
  • proper operation can be enabled by correcting the installation of the vibronic sensor 1 by having the tines run parallel to the flow of the medium (indicated by the arrows) (see Fig. 2).
  • disturbing vibrations can be caused in a variety of ways.
  • bubbles can form in the medium due to boiling or a chemical reaction. If the bubbles pass by sensor 1, disturbing vibrations can be caused.
  • Other possible causes can be: turbulent flow, density fluctuations in the medium flowing past, cavitation, mechanical vibrations that are coupled to the vibrating unit from outside, such as pumping stations, valves, shakers, vibrations of a tank wall.
  • the electronic device 3 determines measured values of at least one verification variable from externally excited interference vibrations of the mechanically oscillating unit 2. From the measured values, it derives whether a measuring operation of the sensor is possible within the target parameters.
  • the electronic device 3 issues a warning message - for example to a user - if a warning criterion is met and therefore it is not reasonably possible to carry out the measuring operation within the target parameters.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen vibronischen Sensor (1) mit einer mechanisch schwingfähigen Einheit (2) in Form einer Schwinggabel oder eines Einstabs und einer Elektronikvorrichtung (3). Die Elektronikvorrichtung (3) regt in einem Messmodus die mechanisch schwingfähige Einheit (2) zu Schwingungen an, empfängt Messschwingungen und ermittelt daraus Messwerte zumindest einer Prozessgröße. In einem Verifikationsmodus empfängt die Elektronikvorrichtung (3), ohne die mechanisch schwingfähige Einheit (2) mit einem Anregesignal zu beaufschlagen, Verifikationsschwingungen und ermittelt daraus Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße. Die Erfindung besteht darin, dass die Elektronikvorrichtung (3) eine Warnmeldung in dem Fall ausgibt, dass die Messwerte der Verifikationsgröße mindestens ein vorgegebenes Warnkriterium erfüllen.

Description

Vibronischer Sensor
Die Erfindung betrifft einen vibronischen Sensor umfassend: eine mechanisch schwingfähige Einheit in Form einer Schwinggabel oder eines Einstabs, und eine Elektronikvorrichtung zum Anregen der mechanisch schwingfähigen Einheit zu mechanischen Schwingungen und zum Empfangen von mechanischen Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit, wobei die Elektronikvorrichtung in einem Messmodus die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt, von der mechanisch schwingfähigen Einheit Messschwingungen empfängt und aus den Messschwingungen Messwerte zumindest einer Prozessgröße ermittelt, und wobei die Elektronikvorrichtung in einem Verifikationsmodus, ohne die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Anregesignal zu beaufschlagen, von der mechanisch schwingfähigen Einheit Verifikationsschwingungen empfängt und aus den Verifikationsschwingungen Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße ermittelt. Die Prozessgröße ist beispielsweise der Füllstand, die Viskosität oder die Dichte eines Mediums, bei dem es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit oder um ein Schüttgut handelt.
Vibronische Sensoren werden beispielsweise als Grenzstandschalter eingesetzt (vgl. die DE 10 2012 101 667 A1 ). Solche vibronischen Sensoren sind empfindlich gegenüber Einbaubedingungen und physikalische Randbedingungen, sodass ein gewisses Risiko besteht, dass ein vibronischer Sensor nicht vollständig oder nur unzureichend funktionsfähig ist. In der DE 102012 101 667 A1 wird die Schwingungsanregung daher so gesteuert, dass Fremdvibrationen in den empfangenen Signalen unterdrückt werden oder die eigentlichen Signale nicht stören. Ein adaptives Filter zum Unterdrücken von Fremdvibrationen offenbart die DE 10 2016 111 134 A1 . Dabei wird zwischenzeitig die Anregung der mechanisch schwingfähigen Einheit unterbrochen. Diese Unterbrechungen verwendet auch das Verfahren gemäß der US 5,743,134 A, um Fehler im System zu erkennen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zur Verifikation eines Betriebs eines vibronischen Sensors vorzuschlagen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Elektronikvorrichtung eine Warnmeldung in dem Fall ausgibt, dass die Messwerte der Verifikationsgröße mindestens ein vorgegebenes Warnkriterium erfüllen.
Der erfindungsgemäße vibronische Sensor verfügt über eine mechanisch schwingfähige Einheit, bei der es sich um eine Schwinggabel oder einen Einstab handelt. Weiterhin ist eine Elektronikvorrichtung vorhanden, die die mechanisch schwingfähige Einheit zu mechanischen Schwingungen anregt und mechanische Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit empfängt. Die empfangenen Schwingungen wertet die Elektronikvorrichtung aus.
Die Elektronikvorrichtung kann in zwei unterschiedlichen Modi arbeiten: normaler Messmodus oder Verifikationsmodus. Im Messmodus wird eine Prozessgröße eines Mediums gemessen und/oder überwacht. Im Verifikationsmodus wird ermittelt, ob der Sensor zuverlässige Messwerte liefern kann, ob es also ratsam ist, den Messmodus auszuführen. Der Verifikationsmodus kann dabei beispielsweise nach einer Installation des Sensors am Messort ausgeführt werden oder regelmäßig, um auf mögliche Änderungen im Umfeld des Sensors reagieren zu können.
Im Messmodus werden die von der Elektronikvorrichtung empfangenen Schwingungen - hier als Messschwingungen bezeichnet - bzw.
Schwingeigenschaften wie Frequenz, Amplitude oder Phase im Hinblick auf die Messwerte der Prozessgröße ausgewertet. Es wird also beispielsweise aus einer Signalamplitude oder der Dämpfung ermittelt, ob ein Medium einen gewissen Füllstand erreicht, überschritten oder unterschritten hat. Dies geschieht in Verbindung damit, dass die Elektronikvorrichtung die mechanisch schwingfähige Einheit mit einem Anregesignal zu Schwingungen anregt.
Im Verifikationsmodus wird die mechanisch schwingfähige Einheit nicht mit einem Anregesignal beaufschlagt. Die Elektronikvorrichtung regt die mechanisch schwingfähige Einheit somit gerade nicht zu Schwingungen an. Gleichwohl empfängt die Elektronikvorrichtung von der mechanisch schwingfähigen Einheit die sog.
Verifikationsschwingungen. Die Schwingungen stammen von der Messumgebung, in welchem der Sensor eingebaut ist. Dazu gehören nicht nur Aufbauten oder z. B. benachbarte Maschinen, sondern auch das Medium selbst. Die mechanisch schwingfähige Einheit dient also als eine Art von Mikrophon. Die Verifikationsschwingungen wertet die Elektronikvorrichtung im Hinblick auf Verifikationsgrößen aus. Erfüllen die für die Verifikationsgröße ermittelten Messwerte mindestens ein vorgegebenes Warnkriterium, so erzeugt die Elektronikvorrichtung ein Warnsignal. Das Signal kann dabei beispielsweise direkt für einen Benutzer ausgegeben oder in einem Datenspeichert hinterlegt werden. Auf diese Weise kann ein Anwender frühzeitig eingreifen und Fehlmessungen verhindern.
Störschwingungen können beispielsweise bei bewegten Medien durch Kavitation oder Wirbelablösung an der schwingfähigen Einheit verursacht werden. Andere Ursachen können ein siedendes Medium oder mechanische Vibrationen sein, welche aus der Messumgebung in die schwingfähige Einheit eingekoppelt werden, wie z. B. durch Pumpwerke, Ventile, Rüttler usw.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Elektronikvorrichtung während des Verifikationsmodus die Verifikationsschwingungen erst nach einer vorgebbaren Zeitdauer nach einem vorangehenden Ausführen des Messmodus empfängt. In dieser Ausgestaltung werden erst dann die Verifikationsschwingungen empfangen, wenn die Schwingungen der schwingfähigen Einheit infolge der Anregung während des Messmodus verklungen sind. Damit soll sichergestellt werden, dass die Verifikationsschwingungen im Wesentlichen nur das Ergebnis von Störungen sind.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektronikvorrichtung aus den Verifikationsschwingungen - vorzugweise nach Anwendung einer Fouriertransformation - die Messwerte der Verifikationsgröße in Abhängigkeit von mindestens einem Frequenzbereich ermittelt. Der Frequenzbereich kann beispielsweise aus Eigenschaften des Messbetriebs oder des Sensors abgeleitet sein. Störschwingungen weisen je nach Ursache unterschiedliche Frequenzspektren auf. Mechanisch schwingfähige Einheiten wie beispielsweise Schwinggabeln weisen Eigenzustände mit jeweils zugehörigen Eigenschwingungen auf. Abhängig vom Frequenzspektrum der Störschwingungen werden diese Eigenschwingungen unterschiedlich angeregt, so dass aus einem Frequenzspektrum der angeregten Eigenschwingungen Rückschlüsse auf die Ursache der Störschwingungen gezogen werden können. Eine Ausgestaltung besteht darin, dass der Frequenzbereich abhängig von einer Frequenz der Messschwingungen ist. In einer Ausgestaltung wird der auszuwertende Frequenzbereich so ausgewählt, dass es sich um den Bereich handelt, in welchem die Messschwingungen liegen. Damit kann also festgestellt werden, ob es durch mögliche Störungen unmittelbar zu Signalveränderungen der interessierenden Signale kommen kann. In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung handelt es sich um einen Frequenzbereich, außerhalb es für die eigentlichen Messungen relevanten Frequenzbereichs. Damit lassen sich beispielsweise die Ursachen der Störungen erkennen, wenn diese sich durch besondere - und vorbekannte - Frequenzen auszeichnen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Verifikationsgröße eine Amplitude von einem Signal innerhalb des Frequenzbereichs umfasst, und dass das Warnkriterium darin besteht, dass ein Messwert der Verifikationsgröße größer als ein vorgebbarer Amplituden-Schwellwert ist. In dieser Ausgestaltung liegt dann ein Warnkriterium vor, wenn ein Störsignal größer als eine kritische Größe ist.
Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die Verifikationsgröße ein Signal-zu-Rauschen- Verhältnis von einem Signal innerhalb des Frequenzbereichs umfasst, und dass das Warnkriterium darin besteht, dass ein Messwert des Signal-zu-Rauschen- Verhältnisses größer als ein vorgebbarer Signal-zu-Rauschen-Schwellwert ist. In dieser Ausgestaltung wird ermittelt, ob sich Störsignale zu sehr aus dem Rauschband herausheben und dadurch ggf. zu stark im eigentlichen Messsignalspektrum erscheinen können. Dafür werden beispielsweise der ermittelte Messwert des Signal-zu-Rauschen-Verhältnisses und der vorgegebene Signal-zu- Rauschen-Schwellwert zueinander ins Verhältnis gesetzt.
In einer Ausgestaltung werden vor einer erstmaligen Inbetriebnahme des Sensors Schwellwerte für Messwerte der Verifikationsgröße festgelegt. Solche Schwellwerte können beispielsweise Werte von Amplituden oder Phasen der Störschwingungen, und insbesondere frequenzabhängige Werte von solchen Amplituden oder Phasen sein.
Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Elektronikvorrichtung derartig ausgestaltet ist, den Verifikationsmodus - vorzugsweise in einem wiederkehrenden Zyklus - selbsttätig zu starten. In dieser Ausgestaltung überwacht die Elektronikvorrichtung regelmäßig, ob alles weiterhin in Ordnung ist, ob also die Messungen weiterhin zuverlässig möglich sind. Dafür startet die Elektronikvorrichtung von sich aus den Verifikationsmodus. Dies geschieht vorzugweise regelmäßig und in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand/Intervall.
Alternativ oder ergänzend wird der Verifikationsmodus von einem Benutzer gestartet. Dies kann z. B. nach dem Einbau des Sensors erfolgen oder wenn Änderungen im Umfeld des Sensors vorgenommen werden.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Elektronikvorrichtung die Verifikationsgröße derartig ermittelt, dass der Messwert der Verifikationsgröße einen Störpotentialwert umfasst. Der Störpotentialwert beschreibt eine Wahrscheinlichkeit einer möglichen Auswirkung eines erkannten Störsignals auf die eigentliche Messung. Dabei werden mehrere Daten, die sich aus den Verifikationsschwingungen ergeben, ausgewertet. So wird beispielsweise in einem ersten Schritt ermittelt, in welchem Frequenzbereich die Verifikationsschwingungen Störsignale aufweisen, die um einen gewissen Grenzwert das Rauschen überragen, die also ausreichend und erkennbar groß sind. Dieser Frequenzbereich oder diese Frequenzbereiche wird bzw. werden mit dem normalen Arbeitsbereich der Messschwingungen verglichen. Der Arbeitsbereich ergibt sich z. B. aus den Frequenzen, wie sie bei Schwingungen der schwingfähigen Einheit im unbedeckten und vom Medium bedeckten Zustand ergeben. Der Arbeitsbereich hängt ggf. von Änderungen der Dichte oder der Viskosität des Mediums oder von Temperatureffekten ab. Der Arbeitsbereich ist somit bezogen auf Eigenschaften des Sensors selbst und/oder auf Eigenschaften des normalen Messbetriebs, insbesondere des Messmediums. In einem zweiten Schritt wird die Amplitude der Störsignale ermittelt und vorzugsweise mit den Amplituden der Messschwingungen verglichen. In einem dritten Schritt werden die Erkenntnisse der beiden vorangehenden Schritte kombiniert. Sind also beispielweise der ermittelte Frequenzbereich der Störsignale und der Arbeitsbereich ausreichend voneinander entfernt, so ist eine größere Amplitude der Störsignale akzeptabel. Überschneiden sich umgekehrt die Frequenzbereiche, so ist die Amplitude der Störsignale entscheidend. Insgesamt werden die ermittelten Werte beispielsweise zu einem Wert einer Skala (z. B. von 0 bis 100) verrechnet, um einem Anwender eine Abschätzung für das Störpotential zu vermitteln. Sind also beispielsweise die Frequenzbereiche disjunkt und hat das Störsignal nur eine kleine Amplitude, so wäre ein kleiner Störpotentialwert gegeben. Überschneiden sich umgekehrt die Frequenzbereiche und ist die Amplitude der Störsignale signifikant größer als das Rauschen, so würde dies einen großen Störpotentialwert ergeben.
In einer Ausgestaltung führt der Fall, dass der Störpotentialwert größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, dazu, dass dies als Erfüllen des Warnkriteriums gewertet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben: Fig. 1 zeigt einen falsch in ein Messrohr eingebauten vibronischen Sensor und Fig. 2 zeigt einen korrekt in ein Messrohr eingebauten Sensor.
Abbildungen Fig. 1 und Fig. 2 zeigen jeweils einen vibronischen Sensor 1 , welcher in einem Messrohr 5 beispielsweise als Grenzstandsschalter dient, um das Vorliegen eines Mediums im Messrohr 5 zu überwachen.
In dem Beispiel der Fig. 1 ist der Sensor 1 so eingesetzt, dass die mechanisch schwingfähige Einheit 2 in Form einer Schwinggabel seitlich angeströmt wird. Auf diese Weise können beispielsweise von den Zinken der Schwinggabel 2 abgelöste Strömungswirbel mit der Schwinggabel 2 wechselwirken und Störschwingungen erzeugen.
Eine Elektronikvorrichtung 3 ist zum Betreiben der mechanisch schwingfähigen Einheit 2 eingerichtet, wobei die Elektronikvorrichtung 3 aus Messwerten von mindestens einer Schwingungsgröße der Schwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 2 Messwerte zumindest einer Prozessgröße ableitet. Schwingungsgrößen können beispielsweise Amplitude, Phase, Frequenz einer Schwingung der schwingfähigen Einheit 2 sein. Eine Prozessgröße kann beispielweise ein Grenzstand oder ein Füllstand eines Mediums sein. Im Messmodus wird die mechanisch schwingfähige Einheit durch die Elektronikvorrichtung 3 zum Schwingen angeregt. Die Elektronikvorrichtung 3 ist dabei in einem Gehäuse 4 des vibronischen Sensors 1 angeordnet. Störschwingungen überlagern sich jedoch mit Messsignalen von Schwingungsgrößen, welche von der Elektronikvorrichtung 3 zur Messwerteerstellung ausgewertet werden.
Erfindungsgemäß wird ein Verifikationsmodus beispielsweise durch einen Anwender des vibronischen Sensors 1 vor einem ersten Messbetrieb gestartet. Für den Verifikationsmodus ist die Elektronikvorrichtung 3 dazu eingerichtet, aus extern angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 2 Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße zu bestimmen und aus diesen Messwerten abzuleiten, ob ein Messbetrieb des Sensors 1 innerhalb von Sollparametern sinnvoll möglich ist. Sofern ein Warnkriterium gegeben ist, gibt die Elektronikvorrichtung 3 eine Warnmeldung beispielsweise an den vorgenannten Anwender aus.
Im hier gezeigten Beispiel kann durch eine Korrektur des Einbaus des vibronischen Sensors 1 ein sachgemäßer Betrieb ermöglicht werden, indem die Zinken parallel zur Strömung des Mediums (angedeutet durch die Pfeile) verlaufen (vgl. Fig. 2).
Störschwingungen können generell auf vielfältige Art und Weise angeregt werden. So ist z. B. Blasenbildung im Medium durch Sieden oder durch eine chemische Reaktion möglich. Streichen die Blasen vom Sensor 1 vorbei, so können Störschwingungen angeregt werden. Weitere mögliche Ursachen können sein: turbulente Strömung, Dichteschwankungen im vorbeiströmenden Medium, Kavitation, mechanische Vibrationen, welche von Extern in die schwingfähige Einheit gekoppelt werden, wie z. B. durch Pumpwerke, Ventile, Rüttler, Vibrationen einer Tankwand.
Bei der Erfindung werden im Verifikationsmodus zwei Schritte ausgeführt:
In einem ersten Verfahrensschritt ermittelt im Verifikationsmodus die Elektronikvorrichtung 3 aus extern angeregten Störschwingungen der mechanisch schwingfähigen Einheit 2 Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße. Aus den Messwerten leitet sie ab, ob ein Messbetrieb des Sensors innerhalb von Sollparametern möglich ist. In einem zweiten Verfahrensschritt gibt die Elektronikvorrichtung 3 eine Warnmeldung - beispielsweise an einen Anwender - aus, sofern ein Warnkriterium erfüllt und daher ein Durchführen des Messbetriebs innerhalb von Sollparametern nicht sinnvoll möglich ist.

Claims

Patentansprüche
1 . Vibronischer Sensor (1 ) umfassend: eine mechanisch schwingfähige Einheit (2) in Form einer Schwinggabel oder eines Einstabs, und eine Elektronikvorrichtung (3) zum Anregen der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) zu mechanischen Schwingungen und zum Empfangen von mechanischen Schwingungen von der mechanisch schwingfähigen Einheit (2), wobei die Elektronikvorrichtung (3) in einem Messmodus die mechanisch schwingfähige Einheit (2) zu mechanischen Schwingungen anregt, von der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) Messschwingungen empfängt und aus den Messschwingungen Messwerte zumindest einer Prozessgröße ermittelt, und wobei die Elektronikvorrichtung (3) in einem Verifikationsmodus, ohne die mechanisch schwingfähige Einheit (2) mit einem Anregesignal zu beaufschlagen, von der mechanisch schwingfähigen Einheit (2) Verifikationsschwingungen empfängt und aus den Verifikationsschwingungen Messwerte zumindest einer Verifikationsgröße ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikvorrichtung (3) eine Warnmeldung in dem Fall ausgibt, dass die Messwerte der Verifikationsgröße mindestens ein vorgegebenes Warnkriterium erfüllen.
2. Vibronischer Sensor (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die Elektronikvorrichtung (3) während des Verifikationsmodus die Verifikationsschwingungen erst nach einer vorgebbaren Zeitdauer nach einem vorangehenden Ausführen des Messmodus empfängt.
3. Vibronischer Sensor (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikvorrichtung (3) aus den Verifikationsschwingungen - vorzugweise nach Anwendung einer Fouriertransformation - die Messwerte der Verifikationsgröße in Abhängigkeit von mindestens einem Frequenzbereich ermittelt.
4. Vibronischer Sensor (1 ) nach Anspruch 3, wobei der Frequenzbereich abhängig von einer Frequenz der Messschwingungen ist.
5. Vibronischer Sensor (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Verifikationsgröße eine Amplitude von einem Signal innerhalb des Frequenzbereichs umfasst, und wobei das Warnkriterium darin besteht, dass ein Messwert der Verifikationsgröße größer als ein vorgebbarer Amplituden-Schwellwert ist.
6. Vibronischer Sensor (1 ) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Verifikationsgröße ein Signal-zu-Rauschen-Verhältnis von einem Signal innerhalb des Frequenzbereichs umfasst, und wobei das Warnkriterium darin besteht, dass ein Messwert des Signal-zu-Rauschen- Verhältnisses größer als ein vorgebbarer Signal-zu-Rauschen-Schwellwert ist.
7. Vibronischer Sensor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Elektronikvorrichtung (3) derartig ausgestaltet ist, den Verifikationsmodus - vorzugsweise in einem wiederkehrenden Zyklus - selbsttätig zu starten.
8. Vibronischer Sensor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Elektronikvorrichtung (3) die Verifikationsgröße derartig ermittelt, dass der Messwert der Verifikationsgröße einen Störpotentialwert umfasst.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5743134A (en) 1994-01-26 1998-04-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Method and arrangement for determining and/or monitoring a predetermined level of material in a container
DE102009045204A1 (de) * 2009-09-30 2011-04-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer physikalischen Prozessgröße
DE102012101667A1 (de) 2012-02-29 2013-08-29 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vibronisches Messgerät
US20150047428A1 (en) * 2012-03-26 2015-02-19 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Apparatus for Monitoring a Predetermined Fill Level
DE102016111134A1 (de) 2016-06-17 2017-12-21 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Vibronischer Sensor
DE102016124740A1 (de) * 2016-12-19 2018-06-21 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Sensor mit Störsignal Kompensation
US20190063985A1 (en) * 2017-08-30 2019-02-28 Vega Grieshaber Kg Method for operating a limit sensor

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5743134A (en) 1994-01-26 1998-04-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Method and arrangement for determining and/or monitoring a predetermined level of material in a container
DE102009045204A1 (de) * 2009-09-30 2011-04-28 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer physikalischen Prozessgröße
DE102012101667A1 (de) 2012-02-29 2013-08-29 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Vibronisches Messgerät
US20150047428A1 (en) * 2012-03-26 2015-02-19 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Apparatus for Monitoring a Predetermined Fill Level
DE102016111134A1 (de) 2016-06-17 2017-12-21 Endress+Hauser Gmbh+Co. Kg Vibronischer Sensor
DE102016124740A1 (de) * 2016-12-19 2018-06-21 Endress+Hauser SE+Co. KG Vibronischer Sensor mit Störsignal Kompensation
US20190063985A1 (en) * 2017-08-30 2019-02-28 Vega Grieshaber Kg Method for operating a limit sensor

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