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DE102006030895A1 - Measuring system has sensor for detecting measured variable and emitting measured value dependent sensor signal and data processing unit which evaluates sensor signal, where data processing unit has data storage - Google Patents

Measuring system has sensor for detecting measured variable and emitting measured value dependent sensor signal and data processing unit which evaluates sensor signal, where data processing unit has data storage Download PDF

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DE102006030895A1
DE102006030895A1 DE200610030895 DE102006030895A DE102006030895A1 DE 102006030895 A1 DE102006030895 A1 DE 102006030895A1 DE 200610030895 DE200610030895 DE 200610030895 DE 102006030895 A DE102006030895 A DE 102006030895A DE 102006030895 A1 DE102006030895 A1 DE 102006030895A1
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DE
Germany
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sensor
data
values
processing unit
measuring arrangement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE200610030895
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German (de)
Inventor
Andreas Gommlich
Wolfgang Dr. Babel
Thomas Alber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG filed Critical Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
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Priority to EP07765427A priority patent/EP2041518A2/en
Priority to PCT/EP2007/055912 priority patent/WO2008003575A2/en
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Abstract

The system has a sensor (1) for detecting a measured variable and emitting a measured value-dependent sensor signal, a data processing unit (2) which evaluates the sensor signal and the data processing unit has a data storage (3), in which the variables of different types of operating data of the sensor are stored. The data processing unit determines variables for two different state variables of the measuring system where the variables of two different types of operating data enter in each of the two state variables. The data processing unit classifies a state of the measuring system on the basis of the values of two state variables. An IDEPENDENT claim is also included for a method for classifying the condition of a sensor.

Description

Die vorliegende Betrifft eine Messanordnung mit Zustandsüberwachung und ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Messanordnung.The Subject Subject to a measuring device with condition monitoring and a condition monitoring method a measuring arrangement.

Gegenwärtig werden für Messanordnungen, die mindestens einen Sensor und eine Vorrichtung zur Messwertverarbeitung, beispielsweise einen Messumformer umfassen, eine Vielzahl von Diagnosefunktionen bereitgestellt. So gehören heute die Diagnose von Mess- oder Zustandsgrößen mit der Überwachung mittels Warn- und Alarmgrenzwerten eines Minimal- und Maximalwertes zum Stand der Technik. Damit wird die Überwachung einzelner interessierender Sensoreigenschaften gewährleistet.Becoming present for measuring arrangements, the at least one sensor and a device for measuring value processing, For example, include a transmitter, a variety of diagnostic functions provided. So belong Today, the diagnosis of measurement or state variables with the monitoring by means of warning and alarm limits of a minimum and maximum value to the state of the art. This is the monitoring of individual interested Sensor features guaranteed.

Für die Diagnose einzelner, für die Funktion des Systems sehr wichtiger Attribute ist das Verfahren der Vorhersage aufgrund einfacher mathematischer Modelle bekannt, wie beispielsweise in der Patentschrift DE 102 09 318 B4 mit dem Titel „Verfahren zur Ermittlung der verschleißabhängigen Reststandzeit eines elektrochemischen Messsensors" bzw. der Patentschrift DE 101 41 408 B4 mit dem Titel „Verfahren zur Bestimmung der Kalibrier-Intervallzeit von elektrochemischen Messsensoren" offenbart ist. Dies ermöglicht die Vorhersage eines Zeitpunktes, zu dem ein Grenzwert erreicht bzw. überschritten sein wird.For the diagnosis of individual attributes which are very important for the function of the system, the method of prediction is known on the basis of simple mathematical models, as for example in the patent specification DE 102 09 318 B4 entitled "Method for Determining the Wear-Dependent Remaining Life of an Electrochemical Measuring Sensor" or the Patent Specification DE 101 41 408 B4 entitled "Method of Determining the Calibration Interval Time of Electrochemical Measurement Sensors." This allows the prediction of a time when a threshold will be reached or exceeded.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2004 012 420 A1 mit dem Titel „Überwachungsvorrichtung für die Belastung von Messsonden durch Einflüsse aus der Messumgebung" berücksichtigt darüber hinaus auch die aktuellen Eigenschaften der Messumgebung sowie die Historie der Prozesskonditionen. In Abhängigkeit eines Belastungsmodells ist somit eine Bewertung der bereits erfolgten Belastung des Messsystems möglich. Basierend auf dieser Bewertung lassen sich Aussagen über die verbleibende Standzeit des Systems ableiten.The publication DE 10 2004 012 420 A1 With the title "Monitoring device for the load of measuring probes due to influences from the measuring environment", the current properties of the measuring environment as well as the history of the process conditions are also taken into account.According to a load model, an evaluation of the already loaded load of the measuring system is possible Assessment can be derived statements about the remaining service life of the system.

Wenngleich die genannten Vorgehensweisen bereits ein gewisses Maß an Diagnosefähigkeit ermöglichen, ist eine verbesserte Kenntnis über den qualitativen Zustand einer Messanordnung im Messbetrieb wünschenswert.Although the mentioned procedures already allow a certain degree of diagnostic capability, is an improved knowledge about the qualitative state of a measuring arrangement in the measuring mode desirable.

In Feid, M.; Pandit, M.: „Systematischer Entwurf eines signalbasierten Fehlerdiagnosesystems", at – Automatisierungstechnik 54 (2006) 1 , Oldenbourg bzw. in Hengen, H.; Feid, M.; Pandit, M.: „Überwacht lernende Klassifikationsverfahren im Überblick", at – Automatisierungstechnik 52 (2004) 3 , Oldenbourg werden umfangreiche statistische Ansätze für die Diagnose von Sensorsystemen diskutiert. Die Besonderheit dieser Methoden ist, dass eine umfangreiche Methodik zur Merkmalssuche und anschließend zur Merkmalsauswahl notwendig ist.In Feid, M .; Pandit, M .: "Systematic design of a signal-based fault diagnosis system", at - Automatisierungstechnik 54 (2006) 1 . Oldenbourg or in Hengen, H .; Feid, M .; Pandit, M .: "Monitors Learning Classification Processes at a Glance", at - Automatisierungstechnik 52 (2004) 3 , Oldenbourg, extensive statistical approaches for the diagnosis of sensor systems are discussed. The peculiarity of these methods is that a comprehensive methodology for the feature search and then for the feature selection is necessary.

In Schäfer, R.; Jungmann, M.; Werthschützky,R.: „Selbstdiagnose in der Durchflussmessung durch Kombination von Wirkdruck- und Vortex-Messung", tm – Technisches Messen 67 (2000) 9 , Oldenbourg, wird gezeigt, wie über die Redundanz der Messwerterfassung und die Verfügbarkeit einer Messwerthistorie eine Plausibilitätsprüfung des Messwertes erfolgen kann.In Schäfer, R .; Jungmann, M .; Werthschützky, R .: "Self-Diagnosis in Flow Measurement by Combination of Differential Pressure and Vortex Measurement", tm - Technisches Messen 67 (2000) 9 , Oldenbourg, it is shown how the plausibility check of the measured value can be carried out via the redundancy of the measured value acquisition and the availability of a measured value history.

Basierend auf den hohen Anforderungen an die Qualität, die Verfügbarkeit und die Sicherheit einer Messeinrichtung und deren Messwert(e) ist eine umfassende Diagnose der Messeinrichtung notwendig. Neben dem Messwert sollen einem übergeordneten System oder einem Betreuer der Messeinrichtung Informationen zur Verfügung gestellt werden, die eine Diagnose des Sensors und des Messumformers im Einzelnen und/oder der gesamten Messanordnung hinsichtlich der genannten Anforderungen ermöglicht.Based on the high demands on the quality, the availability and the security a measuring device and its measured value (s) is a comprehensive Diagnosis of the measuring device necessary. In addition to the measured value should a parent System or a supervisor of the metering facility information to disposal which are a diagnosis of the sensor and the transmitter in detail and / or the entire measuring arrangement in terms of specified requirements.

Zur Erfüllung dieser Anforderung wird erfindungsgemäß die Messanordnung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 8 angegeben.to fulfillment This requirement is inventively the measuring arrangement according to claim 1 and the method according to claim 8 indicated.

Die Diagnose soll eine Bewertung des aktuellen Zustandes der Messanordnung und vorzugsweise eine Prognose des zukünftigen Zustandes beinhalten.The Diagnosis should be an evaluation of the current state of the measuring arrangement and preferably include a prognosis of the future condition.

Die Bewertung des aktuellen Zustandes bezieht sich im Wesentlichen auf Verfügbarkeit, Sicherheit und Qualität, woraus sich unter anderem auch Aussagen zur Plausibilität des Messwertes und der Glaubwürdigkeit ableiten lassen.The Assessment of the current condition essentially refers to Availability, Safety and quality, Among other things, statements about the plausibility of the measured value and credibility to derive.

Bei der Prognose eines zukünftigen Zustandes sind die Zeitpunkte, zu denen eine Wartungsmaßnahme (Kalibrierung, Reinigung, Austausch von Verschleißteilen, Erneuerung von Verbrauchsstoffen oder Austausch von Teil-/Gesamtsystems) mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit notwendig sein wird von Interesse.at the prognosis of a future one State are the times at which a maintenance measure (calibration, Cleaning, replacement of wearing parts, replacement of consumables or Exchange of partial / total system) with a certain probability it will be necessary.

Die erfindungsgemäße Messanordnung umfasst mindestens einen Sensor zum Erfassen einer Messgröße, und Ausgeben eines messgrößenabhängigen Sensorsignals,
eine Datenverarbeitungseinheit welche das Sensorsignal auswertet, wobei
die Datenverarbeitungseinheit einen Datenspeicher umfasst, in welchem unterschiedliche Typen von Betriebsdaten des Sensors gespeichert werden,
die Datenverarbeitungseinheit Werte für mindestens zwei unterschiedliche Zustandsgrößen der Messanordnung bestimmt wobei in jede dieser mindestens zwei Zustandsgrößen jeweils Werte von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Betriebsdaten eingehen, wobei
die Datenverarbeitungseinheit ferner anhand der Werte der mindestens zwei Zustandsgrößen einen Zustand der Messanordnung klassifiziert, und das Ergebnis der Klassifizierung ausgibt.The measuring arrangement according to the invention comprises at least one sensor for detecting a measured variable, and outputting a measured variable-dependent sensor signal,
a data processing unit which evaluates the sensor signal, wherein
the data processing unit comprises a data memory in which different types of operating data of the sensor are stored,
the data processing unit determines values for at least two different state variables of the measuring arrangement, wherein values of at least two different types of operating data each enter into each of these at least two state variables, wherein
the data processing unit further based on the Values of the at least two state variables classify a state of the measurement device and output the result of the classification.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in der Messanordnung implementiert sein, grundsätzlich aber auch außerhalb der Messanordnung in einer separaten Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden.The inventive method can be implemented in the measuring arrangement, but basically also outside the measuring arrangement are carried out in a separate data processing system.

Die Betriebsdaten gehen vorzugsweise mit einer vorgegebenen Gewichtung in die Zustandsgrößen.The Operating data preferably go with a predetermined weighting into the state variables.

In einer derzeit bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die Zustandsgrößen Hauptkomponenten sein, die mittels einer Hauptkomponentenanalyse ermittelt wurden. Die Betriebsdaten gehen in einer mittels der Hauptkomponentenanalyse ermittelten Gewichtung in die Hauptkomponenten ein.In a presently preferred embodiment of the invention, the State variables main components which were determined by means of a principal component analysis. The operating data go in one by means of the main component analysis determined weighting into the main components.

Zur Durchführung der Hauptkomponentenanalyse können für ein Ensemble von Messanordnungen und deren unmittelbare Prozessumgebung, Betriebsdaten erfasst werden, die zu einem bestimmten und für Diagnosezwecke interessierenden Zustand einer bestimmten Klasse gehören.to execution of the principal component analysis for a Ensemble of measuring arrangements and their immediate process environment, Operating data is collected for a specific and for diagnostic purposes belong to the state of interest of a particular class.

Solche Klassen können beispielsweise wartungsbedürftig (allg.), kalibrierungsbedürftig, verschmutzt, driftender Messwert, weggedrifteter Messwert, defekt, etc. sein.Such Classes can for example, requiring maintenance (gen.), in need of calibration, dirty, drifting reading, drifted reading, broken, etc. be.

Betriebsdaten bzw. Merkmale der betrachteten Messanordnungen sind beispielsweise

  • – direkt messbare Größen wie zum Beispiel Innenwiderstand, Ruhestrom elektrische Leistung, und Temperatur
  • – physikalisch ableitbare Größen wie zum Beispiel pH-Wert, Rauschen
  • – aus der Historie mathematisch ableitbare Größen wie zum Beispiel Mittelwerte, Variation, zeitliche Trends Ableitungen und
  • – weitere statistische und modellbasierte Größen.
Operating data or characteristics of the measurement arrangements under consideration are, for example
  • - directly measurable quantities such as internal resistance, closed circuit electric power, and temperature
  • - Physically derivable quantities such as pH, noise
  • - Mathematically derivable quantities from history such as mean values, variation, temporal trends, derivatives and
  • - other statistical and model-based quantities.

Weitere Betriebsdaten sind Kalibrierdaten wie Nullpunkt und Spanne, Belastungsdaten eines Sensors, beispielsweise Druck, Vibrationen, Schmutzfracht im Messmedium, usw.Further Operating data are calibration data such as zero point and span, load data a sensor, such as pressure, vibration, pollution in the measuring medium, etc.

Sämtliche Daten können von der Messanordnung oder mittels Hilfssensoren ermittelt werden und der Messanordnung in geeigneter Weise bereitgestellt werden.All Data can be determined by the measuring arrangement or by means of auxiliary sensors and the measuring arrangement can be provided in a suitable manner.

Betriebsdaten für optische Sensoren sind beispielsweise:

  • Verschmutzungsgrad eines Prozessfensters
  • Alter einer LED/einer Photodiode oder Leuchtstärke (eines Referenzsignals)
  • Kalibrationskennwerte
  • dynamische Kenngrößen (Zeitkonstante).
Operating data for optical sensors are, for example:
  • Pollution degree of a process window
  • Age of an LED / photodiode or luminosity (of a reference signal)
  • Kalibrationskennwerte
  • dynamic parameters (time constant).

Betriebsdaten für für amperometrische Sensoren sind beispielsweise:

  • Membranwiderstand
  • Stromintegral (Elektrolytalterung)
  • dynamische Kenngrößen
  • Potentialdifferenz Anode-Ref. → Schichtaufbau bei Sauerstoffsensor
Operating data for amperometric sensors include:
  • membrane resistance
  • Current integral (electrolyte aging)
  • dynamic characteristics
  • Potential difference anode ref. → Layer structure with oxygen sensor

Auch bei diesen Sensoren können Belastungsdaten (Temperatur, pH-Wert, Druck, CIP-Zyklen...) eine Rolle spielen.Also with these sensors can Load data (temperature, pH, pressure, CIP cycles ...) a Role-play.

Resultat der Datenerfassung ist eine umfangreiche Datentabelle in der zeilenweise die Messanordnungen (Sensoren und Messunformer) und spaltenweise die Betriebsdaten bzw. Merkmale für die verschiedenen Messanordnungen zu finden sind. Diese Darstellung kann geometrisch als ein vieldimensionaler Raum angesehen werden, in dem jede Messanordnung als ein Punkt charakterisiert ist. Sowohl die geometrische Darstellung als auch die tabellarische Darstellung beinhaltet die vollständige Information.result The data acquisition is an extensive data table in line by line the measuring arrangements (sensors and measuring transformers) and columns the operating data or characteristics for the various measuring arrangements can be found. This representation may be geometrically as a multidimensional Room in which each measuring arrangement is characterized as a point is. Both the geometric representation and the tabular Presentation contains the complete information.

Zur Auswertung dieser Daten wird eine Hauptkomponentenanalyse der Daten durchgeführt, aus der beispielsweise zwei bis vier Hauptkomponenten resultieren. Eine Allgemeine Darstellung der Hauptkomponentenanalyse ist beispielsweise in Backhaus, K.; Erichson, B.; Plinke, W.; Weiber, R.: „Multivariate Analysemethoden Eine anwendungsorientierte Einführung", 2006, Springer , gegeben. Als mathematisches Verfahren zur Auswertung ist beispielsweise das so genannte NIPALS-Verfahren geeignet.For the evaluation of this data, a principal component analysis of the data is carried out, from which, for example, two to four main components result. A general representation of the principal component analysis is, for example, in Backhaus, K .; Erichson, B .; Plinke, W .; Weiber, R .: "Multivariate Analysis Methods An Application-Oriented Introduction", 2006, Springer , given. As a mathematical method for evaluation, for example, the so-called NIPALS method is suitable.

Mittels der Hauptkomponentenanalyse wird identifiziert, welche Betriebsdaten in die Definition eines Zustands einer Messanordnung in welchem Maße eingehen. Insoweit als die Anzahl der Hauptkomponenten geringer ist, als die Anzahl der Typen von Betriebsdaten bzw. Merkmalen wird durch die Hauptkomponentenanalyse die Zahl der Dimensionen zur Bewertung einer Messanordnung auf ein praktikables Maß reduziert.through the principal component analysis identifies which operating data into the definition of a state of a measuring arrangement to which extent. Insofar as the number of main components is less than that Number of types of operational data or characteristics is determined by the principal component analysis the number of dimensions needed to evaluate a measurement setup to a workable one Measure reduced.

Der Zustand einer Messanordnung ist im Ergebnis als Punkt auf einer Ebene bzw. in einem beispielsweise zwei bis vierdimensionalen Zustandsraum darstellbar. Die einzelnen Dimensionen (Hauptkomponenten) beinhalten Informationen mehrerer Merkmale bzw. Betriebsdaten und sind somit nicht mehr wie in der vollständigen Darstellung direkt physikalisch interpretierbar.Of the State of a measuring arrangement is the result as a point on one Plane or in an example two to four-dimensional state space represented. The individual dimensions (main components) include Information of several characteristics or operating data and are thus no longer as in the full one Representation directly interpretable physically.

Mit dieser reduzierten Darstellung wird der zur Beurteilung einer Messanordnung erhebliche Informationsgehalt der Summe der Betriebsdaten abgebildet. Betriebsdaten mit geringer oder keiner Variation werden nicht beachtet. Werden die Sensoren entsprechend ihres Zustandes codiert in diesem reduzierten „Diagnosezustandsraum" dargestellt, ist erkennbar, ob sich diese Zustandsklassen wieder abbilden. Ist dies der Fall kann mit einer aus der Hauptkomponentenanalyse abgeleiteten Transformationsvorschrift ein einfaches Diagnosefunktional als Klassifikator in einem Sensor oder einer Messanordnung implementiert werden.With this reduced representation of the to assess a measurement arrangement significant information content of the sum of the operating data mapped. Operating data with little or no variation is ignored. If the sensors are coded according to their state in this reduced "diagnostic state space", it can be recognized whether these state classes are reproduced If this is the case, a simple diagnostic function can be implemented as a classifier in a sensor or a measurement arrangement with a transformation instruction derived from the principal component analysis ,

Die Zustandsklassen sind über die Transformation und einfache Klassifikatoren (Polynom der Hauptkomponenten) zu diagnostizieren.The Condition classes are over the transformation and simple classifiers (polynomial of the main components) to diagnose.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorhersage von Zeitpunkten, ab dem der überwachte Sensor einen bestimmten Zustand verlassen bzw. ab dem er einen bestimmten Zustand einnehmen wird. Meist hängen die Sensorzustände von mehreren Betriebsdaten ab, die aufgrund inhärenter physikalischer und chemischer Zusammenhänge nur schwer beschreibbar sind. Durch die Transformation des betrachteten Sensors in den Raum der Hauptkomponenten werden alle inhärenten Zusammenhänge mit abgebildet und die Vorhersage wird, mit zum Teil einfachen mathematischen Modellen wie z.B. der linearen Regression möglich.In A development of the invention is the prediction of times, from the monitored sensor leave a certain state or from a certain state Will take state. Mostly hang the sensor states from several operating data due to inherent physical and chemical relationships are difficult to describe. Through the transformation of the considered Sensors in the space of the main components are all inherent correlations with shown and the prediction becomes, with partly simple mathematical models such as. linear regression possible.

Darüber hinaus ist auf diese Art ein so genanntes Diagnose-Teaching möglich. D.h., wenn ein sich im Betrieb befindlicher Sensor vom Bediener manuell aufgrund von Erfahrung oder Spezialwissen als nicht mehr korrekt funktionierend bewertet wird, können seine Merkmale vermessen werden und somit der Datenpool erweitert werden. So ist bei leistungsfähigen Messeinrichtungen das Quittieren von vagen Diagnosemeldungen und somit ein Lernen möglich. Sensorzustände, bei denen die einzelnen Merkmale die jeweiligen Grenzwerte nicht überschreiten; können somit aufgrund ihrer inneren Zusammenhänge oder Historie korrekt bewertet werden.Furthermore In this way a so-called diagnostic teaching is possible. that is, when an in-use sensor is manually by the operator due to experience or special knowledge as no longer correct functioning is evaluated its characteristics are measured and thus the data pool is extended become. So is at powerful Measuring devices the acknowledgment of vague diagnostic messages and thus a learning possible. Sensor states, where the individual characteristics do not exceed the respective limits; can thus valued correctly due to their internal relationships or history become.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.The Invention will now be described with reference to an illustrated in the drawings embodiment explained.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung einiger Elemente einer erfindungsgemäßen Messanordnung; 1 a schematic representation of some elements of a measuring arrangement according to the invention;

2 eine allgemeine Struktur einer Merkmals- bzw. Betriebsdatenmatrix zur Durchführung einer multivariaten Analyse, insbesondere einer Hauptkomponentenanalyse; 2 a general structure of a feature data matrix for performing a multivariate analysis, in particular a principal component analysis;

3 ein Beispiel einer Merkmalsmatrix für ein Ensemble von pH-Sensoren zur Durchführung einer Haupkomponentenanalyse; und 3 an example of a feature matrix for an ensemble of pH sensors to perform a principal component analysis; and

4 das Ergebnis der Hauptkomponentenanalyse für das Ensemble pH-Sensoren aus 3. 4 the result of the principal component analysis for the Ensemble pH sensors 3 ,

Wie in 1 dargestellt, umfasst eine erfindungsgemäße Messanordnung einen Sensor 1 und eine Datenverarbeitungseinheit 2 mit einem Datenspeicher 3, in welchem die Messgröße, und weitere Betriebsdaten gespeichert werden. Die Betriebsdaten können einerseits Sensordaten wie die Messgröße oder beispielsweise Sensortemperatur oder Sensorimpedanz sein, oder Zusatzinformationen wie beispielsweise Kalibrierdaten (Steigung oder Nullpunkt) oder extern ermittelte Prozessdaten, beispielsweise die Zahl von CIP-Zyklen. Aus den im Datenspeicher hinterlegten Betriebsdaten und Datenhistorien können mittels eines Softwaremoduls, welches als Operator 4 bezeichnet ist, abgeleitete Betriebsdaten generiert werden, die zur Bestimmung des Sensorzustands von Interesse sind. Diese abgeleiteten Daten können beispielsweise differenzierte oder integrierte Sensordaten sein oder Daten, die ein Spektrum oder das Rauschen des Sensors beschreiben. Die Betriebsdaten werden dann einem Klassifikator 5 zugeführt, der anhand der Betriebsdaten mit den jeweils erforderlichen, vorgegebenen Gewichtungen (Logdings) die Werte der Hauptkomponenten, ermittelt. Damit ist die Position des Sensors bzw. der Massanordnung im Zustandsraum festgelegt, und der Klassifikator kann anhand der Position im Zustandsraum die Klassifizierung des Zustands durchführen.As in 1 illustrated, a measuring arrangement according to the invention comprises a sensor 1 and a data processing unit 2 with a data store 3 , in which the measured variable, and further operating data are stored. On the one hand, the operating data may be sensor data such as the measured variable or sensor temperature or sensor impedance, for example, or additional information such as calibration data (slope or zero point) or externally determined process data, for example the number of CIP cycles. From the stored in the data store operating data and data histories can by means of a software module, which as an operator 4 is derived, derived operating data, which are for the determination of the sensor state of interest. This derived data may be, for example, differentiated or integrated sensor data or data describing a spectrum or the noise of the sensor. The operating data then become a classifier 5 supplied, the basis of the operating data with the respectively required, predetermined weights (Logdings) determines the values of the main components. Thus, the position of the sensor or the mass arrangement is determined in the state space, and the classifier can perform the classification of the state based on the position in the state space.

Welche Betriebsdaten zur Bewertung des Sensorzustands mit welcher Gewichtung beachtlich sind wird für einen Bestimmten Sensortyp mit einer multivariaten Analyse, insbesondere Hauptkomponentenanalyse anhand eines hinreichend großen Ensembles von Messanordnungen dieses Sensortyps ermittelt.Which Operating data for evaluating the sensor state with which weighting will be considerable for a specific sensor type with a multivariate analysis, in particular Principal component analysis based on a sufficiently large ensemble determined by measuring arrangements of this sensor type.

Dazu werden mehrere als „gut" befundene Sensoren und mehrere als „schlecht" befundene Sensoren in ihren Merkmalen vermessen, wie in 2 allgemein und in 3 für das Beispiel eines pH-Sensors dargestellt ist.For this purpose, several sensors found to be "good" and several sensors found to be "bad" are measured in terms of their characteristics, as in 2 general and in 3 for the example of a pH sensor is shown.

Ohne Grenzwerte für die einzelnen Merkmale festzulegen, wird eine Hauptkomponentenanalyse durchgeführt, wodurch die relevanten Informationen verdichtet werden, und Merkmale mit geringem Informationsgehalt unbeachtet bleiben.Without Limits for determine the individual characteristics, a principal component analysis is performed, whereby the relevant information is condensed and features with unnoticed.

Das Ergebnis der Hauptkomponentenanalyse ist in 4 dargestellt. Im linken Teilbild der 4 ist wird erkennbar, dass sich die zwei Gruppen von Sensoren, nämlich „gut" und „schlecht" im hier aufgespannten zweidimensionalen Diagnosezustandsraum über zwei Hauptkomponenten wieder als getrennte Positionen im Diagnosezustandsraum formieren. Eine Klassifizierung nach „gut" und „schlecht" wie sie durch die Ellipsen angedeutet ist, kann damit im Messbetrieb nach Bestimmung der Werte für die beiden Hauptkomponenten ohne weiteres erfolgen. Die Gewichtung, mit der die einzelnen Sensormerkmale bzw. Betriebsdaten in die Hauptkomponenten eingehen, ist im rechten Teilbild der 4 dargestellt.The result of the principal component analysis is in 4 shown. In the left part of the picture 4 It can be seen that the two groups of sensors, namely "good" and "bad", are in the two-dimensional diagnostic state spanned here Form room over two main components again as separate locations in the diagnostic condition room. A classification according to "good" and "bad", as indicated by the ellipses, can thus easily be carried out in measuring operation after determining the values for the two main components. The weighting with which the individual sensor characteristics or operating data enter into the main components is shown in the right-hand part of the drawing 4 shown.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird zur prädiktiven Diagnose die Veränderung der Position eines Sensors im Diagnosezustandsraum mittels einer Trendanalyse ausgewertet, und es wird eine Prognosen erstellt, wann die Position den Bereich der aktuellen Klasse verlassen wird, bzw. wie lange es noch bis zum Erreichen des Bereichs einer anderen Klasse dauert.In In a further development of the invention, the change is the predictive diagnosis the position of a sensor in the diagnostic condition room by means of a Trend analysis is evaluated, and a forecast is made when the Position will leave the area of the current class, respectively long until it reaches the area of another class lasts.

Das Ausführungsbeispiel wurde unter Bezugnahme auf die Hauptkomponentenanalyse mit zwei Hauptkomponenten beschrieben. Selbstverständlich kann der Diagnosezustandsraum auch mehr als zwei Hauptkomponenten umfassen, beispielsweise drei oder vier. Anstelle der Hauptkomponentenanalyse sind grundsätzlich auch andere Verfahren der multivariaten Analyse anwendbar.The embodiment with reference to the principal component analysis with two Main components described. Of course, the diagnostic condition room also comprise more than two main components, for example three or four. In principle, instead of the principal component analysis other methods of multivariate analysis applicable.

Claims (10)

Messanordnung, umfassend mindestens einen Sensor zum Erfassen einer Messgröße, und Ausgeben eines messgrößenabhängigen Sensorsignals, eine Datenverarbeitungseinheit welche das Sensorsignal auswertet, wobei die Datenverarbeitungseinheit einen Datenspeicher umfasst, in welchem Werte von unterschiedlichen Typen von Betriebsdaten des Sensors gespeichert werden, die Datenverarbeitungseinheit Werte für mindestens zwei unterschiedliche Zustandsgrößen der Messanordnung bestimmt wobei in jede dieser mindestens zwei Zustandsgrößen jeweils Werte von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Betriebsdaten eingehen, wobei die Datenverarbeitungseinheit ferner anhand der Werte der mindestens zwei Zustandsgrößen einen Zustand der Messanordnung klassifiziert, und das Ergebnis der Klassifizierung ausgibt.Measuring arrangement comprising at least one sensor for detecting a measurand, and outputting a measured variable-dependent sensor signal, a Data processing unit which evaluates the sensor signal, in which the data processing unit comprises a data memory in which Values of different types of operating data of the sensor are stored become, the computing unit values for at least two different state variables of Measuring arrangement determines in each of these at least two state variables respectively Values of at least two different types of operating data to enter, where the data processing unit further based the values of the at least two state variables a state of the measuring arrangement classifies and outputs the result of the classification. Messanordnung nach Anspruch 1, wobei die Betriebsdaten mit einer vorgegebenen Gewichtung in die Werte der Zustandsgrößen eingehen.Measuring arrangement according to claim 1, wherein the operating data with a given weighting into the values of the state variables. Messanordnung nach Anspruch 2, wobei die Zustandsgrößen Hauptkomponenten sind, die mittels einer Hauptkomponentenanalyse ermittelt wurden, und in die Werte der Betriebsdaten in einer mittels der Hauptkomponentenanalyse ermittelten Gewichtung in die Hauptkomponenten eingehen.Measuring arrangement according to claim 2, wherein the state variables are main components which were determined by means of a principal component analysis, and into the values of the operating data in one by means of the main component analysis determined weighting into the main components. Messanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Betriebsdaten, direkt gemessene Größen und/oder abgeleitete Größen umfassen.Measuring arrangement according to one of claims 1 to 3, wherein the operating data, directly measured quantities and / or derived variables include. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsdaten Sensordaten, Innenwiderstand, Ruhestrom elektrische Leistung, Temperatur, Kalibrierdaten wie Nullpunkt und Spanne pH-Wert, Rauschen, Mittelwerte, Variation, zeitliche Trends Ableitungen und/oder weitere statistische und modellbasierte Größen umfassen.Measuring arrangement according to one of the preceding claims, wherein the operating data sensor data, internal resistance, quiescent current electrical Power, temperature, calibration data such as zero point and span pH, noise, averages, Variation, temporal trends derivations and / or other statistical and model-based sizes. Messanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betriebsdaten Belastungsdaten eines Sensors, wie pH-Wert, Druck, Tempearatur Vibrationen, Schmutzfracht im Messmedium, und/oder die Zahl der Reinigungszyklen umfassen.Measuring arrangement according to one of the preceding claims, wherein the operating data load data of a sensor, such as pH, pressure, Tempearatur vibration, dirt load in the measuring medium, and / or the Include number of cleaning cycles. Messanordnung nach einem der Vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor ein potentiometrischer Sensor, insbesondere ein pH-Sensor, ein amperometrischer Sensor, insbesondere ein Gassensor, oder ein optischer Sensor ist.Measuring arrangement according to one of the preceding claims, wherein the sensor is a potentiometric sensor, in particular a pH sensor, an amperometric sensor, in particular a gas sensor, or a optical sensor is. Verfahren zum Klassifizieren des Zustands eines Sensors, umfassend die Schritte: Erfassen von Werten für unterschiedliche Betriebsdatentypen des des Sensors; Ermitteln der Werte für mindestens zwei unterschiedliche Zustandsgrößen der Messanordnung, wobei in jede dieser mindestens zwei Zustandsgrößen jeweils Werte von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Betriebsdaten eingehen; und Klassifizieren des Zustands anhand der Werte der mindestens zwei Zustandsgrößen.Method for classifying the state of a sensor, comprising the steps: Collect values for different ones Operating data types of the sensor; Determine the values for at least two different state variables of Measuring arrangement, wherein in each of these at least two state variables respectively values of at least two different types of operational data; and Classify the state based on the values of at least two state variables. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Betriebsdaten mit einer vorgegebenen Gewichtung in die Werte der Zustandsgrößen eingehen.The method of claim 8, wherein the operating data with a given weighting into the values of the state variables. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Zustandsgrößen Hauptkomponenten sind, die mittels einer Hauptkomponentenanalyse ermittelt wurden, und in die Werte der Betriebsdaten in einer mittels der Hauptkomponentenanalyse ermittelten Gewichtung in die Hauptkomponenten eingehen.Method according to claim 8 or 9, wherein the state variables are main components which were determined by means of a principal component analysis, and into the values of the operating data in one by means of the main component analysis determined weighting into the main components.
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