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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Fluid-Durchflußmessung
und ein Sensorsystem für
eine Fluid-Durchflußmessung,
welches Sensorsystem mit einer Selbstüberwachungsfunktion versehen
ist.
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Marktuntersuchungen
haben gezeigt, daß Anwender
von Durchflußsensoren
auf dem Gebiet der Prozeßmeßtechnik
einen großen
Bedarf an Sensoren mit Selbstüberwachungseigenschaf ten
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. ä.),
Umwelteinflüsse etc.,
detektiert und unter Umständen
beseitigt werden können.
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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.
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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.
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DE 199 63 638 A1 offenbart
ein Verfahren zur Funktionsüberwachung
einer Zylinderabschaltung bei mehrzylindrigen Verbrennungsmotoren.
Dabei werden Meßwerte
eines Hitzdrahtluftmassenmessers und des Saugrohrdrucks, der Drehzahl
und der Zylinderzahl herangezogen. Aus
US 6,484,590 B1 ist ein
Verfahren zur Durchflußmessung
mittels eines Durchflußmessers
sowie eines Druck- und Temperatursensors bekannt. Dabei wird ein
die Strömungsrate
des Fluids repräsentierender
Ausgabewert berechnet, indem Wirbel in dem Fluid erzeugt werden.
Anschließend
wird ein erster Satz Fluidparameter der Fluidströmung zugeordnet, um eine erste Beziehung
zu erhalten. Anschließend
wird der Bezug der Fluidströmung
zu einem zweiten Fluidparametersatz hergestellt, um eine zweite
Beziehung zu erhalten. Bei dem bekannten Verfahren werden die ersten und
zweiten Fluidparametersätze überwacht.
Anschließend
wird ein erster Strömungswert
aus dem ersten Fluidparametersatz und der ersten Beziehung berechnet.
Anschließend
wird die zweite Beziehung auf der Basis des ersten Strömungswerts
eingestellt. Schließlich
wird der Ausgabewert aus dem zweiten Satz Fluidparameter sowie der
zweiten eingestellten Beziehung berechnet.
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WO 2005/001586 A2 offenbart
die Verwendung einer Anordnung einer Vielzahl von Drucksensoren
an unterschiedlichen Positionen in einer Durchflußleitung.
Aus
WO 03/102511
A2 ist ein Durchflußmesser
zur Charakterisierung einer 2-Phasenströmung bekannt, wobei der Durchflußmesser
in einem bestimmten Abstand von einem Störkörper zur Bestimmung der Wirbelablösefrequenz
angeordnet ist.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 oder Patentanspruch
12 gelöst.
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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 – entweder
piezoelektrischen, kapazitiven, induktiven oder resistiven – Grundmeßprinzips
simultan erfaßt
und/oder ermittelt werden und die aus den beiden Meßgrößen ermittelten
Fluiddurchflußwerte
miteinander verglichen werden.
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Das
erfindungsgemäße Sensorsystem
zur Fluid-Durchflußmessung
umfaßt
eine Grundsensorik 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 unter schiedlichen,
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 – entweder
piezoelektrischen, kapazitiven, induktiven oder resistiven – Grundmeßprinzip
arbeitet und eine mit der Grundsensorik verbundene Einrichtung zum
Vergleichen der aus den beiden Meßgrößen der Grundsensorik ermittelten
Fluiddurchflußwerte
vorgesehen ist.
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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 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.
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Es
hat sich herausgestellt, daß die
häufigsten
Störungsphänomene,
wie Ablagerungen, Gas- oder
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 Meßprinzipsdurchführung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Vortexablösefrequenz
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.
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Gemäß der Weiterbildung
ist die Zusatzsensorik ebenfalls an dem Störkörper positioniert. So wie die
Grundsensorik erfaßt
die Zusatzsensorik den Wirkdruck sowie die Vortexablösefrequenz,
allerdings mittels eines anderen Meßprinzips.
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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.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung
ist der Störkörper zumindest
teilweise aus piezoelektrischem Material, vorzugsweise vollständig aus
piezoelektrischem Material, gebildet.
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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.
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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
Sensoriken miteinander und insbesondere mit gespeicherten Sollmeß-Kenndaten
der jeweiligen Sensorik 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.
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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.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Sensorsystem mit einem
Stellglied, wie einem piezoelektrischen Aktor, versehen, der die
Position der Grundsensorik und/oder der Zusatz sensorik 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 nachgeführt wird.
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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.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Einrichtung zum Rekalibrieren
der Grundsensorik 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.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung hat das Sensorsystem eine Abschaltung
zumindest eines Teils der jeweiligen Sensoriken, der die erste und zweite
Messgröße erfasst,
wobei die Abschaltung durch die Auswerteeinheit aktivierbar ist,
sobald die Auswerteeinheit eine irreparable Fehler- oder Störgröße identifiziert
und einem Teil der für
den Fehler oder der Störgröße verantwortlichen
Sensorik zugeordnet hat.
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Bei
irreparablen Störungen
und Fehlern bei der Erfassung einer bestimmten Meßgröße auf der Basis
eines bestimmten Meßprinzips
kann eine Abschaltung des entsprechenden Teils der dafür verantwortlichen
Sensorik vorgenommen werden.
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Weitere
Vorteile, Eigenschaften und Merkmale der Erfindung werden durch
die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung deutlich,
in denen zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine von einer Flüssigkeit durchflossene Leitung,
in der ein Sensor gemäß der Erfindung
angeordnet ist;
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2 eine
schematische Seitenansicht der Anordnung gemäß 1;
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3 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensorsystems in einer
ersten Ausführung;
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4a eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensorsystem in einer zweiten
Ausführung;
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4b eine
vergrößerte Detailansicht
eines in dem erfindungsgemäßen Sensorsystem
gemäß 4a integrierten
kapazitiven Zusatzsensors;
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5 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensorsystem gemäß einer dritten
Ausführung;
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6 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensorsystem gemäß einer vierten
Ausführung;
und
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7 ein
Blockschaltbild zur Rekalibrierung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems.
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In
den 1 und 2 ist eine Leitung mit der Bezugsziffer 1 versehen,
in der eine Strömung 3 von
links nach rechts durch Pfeile angedeutet ist.
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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.
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Ein
Beispiel für
die Form eines meßbereichsoptimierten
Störkörpers ist
in dem Artikel „Parameterabhängigkeit
der Durchfluß-Frequenz-Kennlinie
von Vortex-Zählern
im Bereich klei ner Reynoldszahlen” von Andreas Breier und Heinz
Gatzmanga in „Technisches
Messen 62”,
Heft 1/1995 auf Seite 16 angegeben.
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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.
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Alternativ
kann der Wirkdruck über
einen sogenannten Kompensationsbetrieb erfaßt werden, bei dem nicht die
elektrischen Ladungsänderungen
im piezoelektischen Material erfaßt werden, sondern das piezoelektrische
Material derart mit Spannung beaufschlagt wird, daß der Basissensor 5 sich
stets in der definierten Lage befindet, die mittels einer integrierten
Wegsensorik (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.
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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.
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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.
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In 2 ist
eine besondere Ausführung
des erfindungsgemäßen Sensorsystems
dargestellt. Das Sensorsystem hat, verglichen mit dem in den 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.
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Zudem
hat das Sensorsystem gemäß 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.
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In
den 4a und 4b ist
eine weitere Ausführung
eines erfindungsgemäßen Sensorsystems
dargestellt, das sich von dem Sensorsystem nach 3 dahingehend
unterscheidet, daß für den Zusatzsensor 19 ein
kapazitives Meßprinzip
verwendet wird, das durch einen in 4b angedeuteten Kondensator
mit den Elektroden 21 und 23 realisiert ist, die
zahnartig ineinandergreifen. Durch die Kapazitätsänderung aufgrund einer Auslenkung
des Basissensors 15 kann der Wirkdruck sowie die Vortex-Ablösefrequenz
ermittelt werden.
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Das
in 5 dargestellte Sensorsystem unterscheidet sich
von dem Sensorsystem gemäß den 3, 4a und 4b darin,
daß für den Zusatzsensor 19 ein
Plattenkondensator eingesetzt wird.
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Das
erfindungsgemäße Sensorsystem
nach 6 unterscheidet sich von denen nach 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
exter ne Flachspule 31 angeordnet ist, wobei der Abstand
zwischen den Spulen proportional zu dem zu erfassenden Wirkdruck
der Durchflußströmung sowie
der Vortexablösefrequenz
ist.
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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 Vortexablösefrequenzmessung,
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.
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Mit
der Erfindung ist es also möglich,
eine Selbstdiagnose für
Sensoren bereitzustellen.
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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.
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Ein
beispielhaftes erfindungsgemäßes Rekalibrierungsverfahren
ist in 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.
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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.
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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.
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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.
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- 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