DE102009000749A1

DE102009000749A1 - Verfahren zum Betreiben eines Messwandlers vom Vibrationstyp

Info

Publication number: DE102009000749A1
Application number: DE102009000749A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Drahm; Alfred Rieder; Hao Zhu
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2009-02-10
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-11
Also published as: DE102009000749B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines ein von einem Medium durchströmten Massendurchflussrohr umfassenden Messwandlers vom Vibrationstyp, wobei ein Massendurchflusswert für das strömende Medium erfasst wird und für den erfassten Massendurchflusswert eine Verlässlichkeitsprüfung (2) durchgeführt wird. Für die Verlässlichkeitsprüfung (2) werden die zeitlichen Schwankungen des Massendurchflusswerts und/oder eine Resonanzfrequenz des durchströmten Massendurchflussrohrs erfasst, wobei die zeitlichen Schwankungen der erfassten Resonanzfrequenz ermittelt werden. Die Verlässlichkeitsprüfung (2) gibt an, dass der erfasste Massendurchflusswert nicht verlässlich ist, falls die zeitlichen Schwankungen des erfassten Massendurchflusswerts unterhalb eines vorbestimmten ersten Schwellwerts liegen bzw. falls die zeitlichen Schwankungen der erfassten Resonanzfrequenz oberhalb eines vorbestimmten zweiten Schwellwerts liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines von einem Medium durchströmten Messwandlers vom Vibrationstyp.
Ein Messwandler vom Vibrationstyp, insbesondere ein Coriolis-Massendurchflussmesser, wird bevorzugt eingesetzt, um einen Massendurchfluss unabhängig von den Eigenschaften des strömenden Mediums, wie Dichte, Viskosität und/oder Strömungsprofil zu ermitteln. Ein weiterer Vorteil von Coriolis-Massendurchflussmessern besteht darin, dass man den Massendurchfluss eines durch den Messwandler fließenden Mediums messen kann, ohne den eigentlichen Massendurchfluss durch einen in den Massendurchfluss eingetauchten Sensor zu beeinflussen. Eine Ausgestaltung eines Coriolis-Massendurchflussmessers umfasst ein Massendurchflussrohr, das als Rohrbogen ausgebildet ist und einen Zufluss und einen Abfluss aufweist. Der Rohrbogen ist an seinem dem Zufluss bzw. dem Abfluss entsprechenden Ende festgelegt und in einem dazwischenliegenden Bereich derart schwingbar gelagert, dass er senkrecht zu einer durch den Rohrbogen definierten Ebene schwingen kann. Wird der Rohrbogen mit seiner Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt, wirkt eine Corioliskraft auf das in dem Rohrbogen strömende Medium. Je nachdem wie groß der Massendurchfluss ist, ergibt sich aufgrund der Corioliskraft eine Phasenverschiebung der Schwingung der beiden Schenkel des Rohrbogens zueinander, die zur Berechnung des Massendurchflusses herangezogen wird.
Bei einer weiteren Ausgestaltung durchströmt das Medium gleichzeitig zwei Rohrbögen, deren Ebenen parallel zueinander angeordnet sind und die mit einer Phasenverschiebung von 180° mit ihrer jeweiligen Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt werden. Das Vorsehen von zwei Rohrbögen hat den Vorteil, dass das Massendurchflussrohr während der Erregerschwingung sei nen Massenschwerpunkt beibehält und dadurch eine Übertragung der Erregerschwingung an ein Rohrsystem unterdrückt wird, an dem der Coriolis-Massendurchflussmesser angeschlossen ist.
Eine Änderung des Massendurchflusses führt zwangsläufig zu einer Änderung der Resonanzfrequenz des Massendurchflussrohrs, woraufhin in der Regel die Erregerfrequenz des Massendurchflussrohrs an die veränderte Resonanzfrequenz angepasst wird.
In der US 2006 0058971 A1 werden Mittel für eine Verlässlichkeitsprüfung des erfassten Massendurchflusswerts vorgeschlagen, wobei unter anderem der momentane Massendurchflusswert und die zeitliche Schwankung des momentanen Massendurchflusswerts als Mittel für die Verlässlichkeitsprüfung herangezogen werden. Findet eine zu plötzliche Änderung des Massendurchflusswerts statt bzw. steigt die zeitliche Änderung des Massendurchflusswerts über einen vorbestimmten Schwellwert, wird statt des erfassten Massendurchflusswerts ein korrigierter Massendurchflusswert ermittelt, der anstelle des erfassten Massendurchflusswerts angezeigt wird. Der erfasste Massendurchflusswert wird auch dann durch einen korrigierten Massendurchflusswert ersetzt, wenn der erfasste Massendurchflusswert außerhalb eines vorbestimmten Intervalls liegt. Ein unterer Schwellwert für das Intervall liegt bei Null, und ein oberer Schwellwert ist abhängig von einem Maximalwert des Massendurchflusses vorbestimmt.
Ein Nachteil der in der US 2006 0058971 A1 beschriebenen Lösung liegt darin, dass sie nur eine unzureichende Verlässlichkeitsprüfung zulässt, da nur eine geringe Anzahl an Prozessparameter zur Überprüfung des Massendurchflusswerts herangezogen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verlässlichkeitsprüfung des Massendurchflusswerts zu verbessern, um dadurch den Massendurchflusswert zu präzisieren.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Betreiben des Messwandlers gelöst, der für die Verlässlichkeitsprüfung des erfassten Massendurchflusswerts die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz und/oder die zeitliche Schwankung des erfassten Massendurchflusswerts verwendet. Dabei gibt die Verlässlichkeitsprüfung an, dass der erfasste Massendurchflusswert nicht verlässlich ist, falls die zeitliche Schwankung des erfassten Massendurchflusswerts unterhalb eines vorbestimmten ersten Schwellenwerts liegt bzw. falls die zeitliche Schwankung der erfassten Resonanzfrequenz oberhalb eines vorbestimmten zweiten Schwellenwerts liegt.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass der Massendurchflusswert einen vorbestimmten ersten Schwellwert nicht überschreiten darf und/oder dass die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz einen vorbestimmten zweiten Schwellwert nicht überschreiten darf, damit der Massendurchflusswert einer Verlässlichkeitsprüfung standhält. Dies hat den Vorteil, dass der Massendurchflusswert dadurch verlässlicher wird, indem zwei neue Prozessparameter in die Verlässlichkeitsprüfung eingehen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Schwellwert und/oder der zweite Schwellwert während des Betriebs des Messwandlers verändert werden. Dadurch kann der Messwandler während des Messprozesses an dem jeweiligen Medium, die das Massendurchflussrohr des Messwandlers durchströmt, angepasst werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Schwellwert in Abhängigkeit der momentanen Resonanzfrequenz eingestellt wird. Dies ist vorteilhaft, da kleinere Resonanzfrequenzen kleinere Fluktuationen und größere Resonanzfrequenzen größere Fluktuationen aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass falls die zeitliche Schwankung des Massendurchflusswerts und die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls erfasst werden, die Verlässlichkeitsprüfung den erfassten Massendurchflusswert als nicht verlässlich einstuft. Sollte die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz mit einer relativ großen Zeitdifferenz zu der zeitlichen Schwankung des Massendurchflusswerts erfasst werden und/oder umgekehrt, könnte eine zwischenzeitliche Änderung einer der beiden Prozessparameter nicht ausgeschlossen werden, was einen verfälschten Massendurchflusswert zur Folge hätte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Massendurchflusswert, der kleiner als Null ist, von der Verlässlichkeitsprüfung als nicht verlässlich eingestuft wird. Ein Massendurchflusswert kleiner als Null, würde eine Umkehrung der Flussrichtung bedeuten, was prinzipiell zum Betreiben des Messwandlers und der eigentlichen Funktion des Massendurchflussrohrs, der in einem Rohrsystem integriert ist, nicht vorgesehen ist.
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass im Falle, dass der Massendurchflusswert oberhalb eines vorbestimmten dritten Schwellwerts liegt, die Verlässlichkeitsprüfung den erfassten Massendurchflusswert als nicht verlässlich einstuft. Auf diese Weise können Maximalwerte, die aufgrund von verfälschten Prozessparametern ermittelt wurden, als nicht verlässlich eingestuft werden. Der dritte Schwellwert wird zweckmäßigerweise als Funktion eines Maximalwerts des Massendurchflusses bestimmt und beträgt vorzugsweise ≥ 50% und ≤ 90%, besonders bevorzugt ≥ 60% und ≤ 75% eines Maximalwerts des Massendurchflusses. Generell lässt sich festhalten, dass der dritte Schwellwert applikationsspezifisch, also in Abhängigkeit von der jeweiligen Applikation festgelegt werden kann. Somit kann er auch außerhalb der zuvor spezifizierten Werte liegen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorzugsweise auch vorgesehen, dass die Prozessparameter nach einer vorbestimmten Reihenfolge für eine Verlässlichkeitsprüfung erfasst werden. Eine bevorzugte Reihenfolge der erfassten Prozessparameter bedeutet vorzugsweise, dass zuerst die zeitliche Schwankung des Massendurchflusswerts und anschließend die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz überprüft werden. Dies ist vorteilhaft, da die zeitliche Schwankung des Massendurchflusswerts viel häufiger den Anforderungen der Verlässlichkeitsprüfung nicht standhält als den Anforderungen an die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz. So wird im Falle einer zeitlichen Schwankung des Massendurchflusswerts eine Messwert-Korrektur früher und nach weniger Prozessschritten eingeleitet.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass im Falle eines unzuverlässigen Massendurchflusswerts der Massendurchflusswert solange nicht angezeigt wird, bis die Verlässlichkeitsprüfung einen Massendurchflusswert für zuverlässig erklärt und der zuverlässige Massendurchflusswert anstelle des direkt davor für unzuverlässig erklärten Massendurchflusswerts verwendet wird. Durch dieses Verfahren können verfälschende Schwankungen des Massendurchflusswerts im Nachhinein geglättet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verlässlichkeitsprüfung in vorbestimmten Zeitabständen, vorzugsweise alle 10 s, durchgeführt wird. Ferner ist bevorzugt, dass die Zeitabstände während des Betriebs einstellbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Verlässlichkeitsprüfung auch im Falle des Durchströmens des Mediums in dem Messwandler bzw. in dem Massendurchflussrohr an die zeitlichen Schwankungen des Massendurchflusswerts bzw. die zeitlichen Schwankungen der Resonanzfrequenz des jeweiligen Mediums angepasst werden kann.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: ein erstes Flussdiagramm zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Betreiben eines von einem Medium durchströmten Messwandlers vom Vibrationstyp, und
2: ein zweites Flussdiagramm zur Durchführung einer Messwert-Korrektur eines unzuverlässigen Massendurchflusswerts gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Betreiben eines von einem Medium durchströmten Messwandlers vom Vibrationstyp.
Ein Flussdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verlässlichkeitsprüfung ist in 1 dargestellt. Die Verlässlichkeitsprüfung 2 führt zu einer ersten Verarbeitung 3, die zunächst einen Massendurchflusswert und eine Resonanzfrequenz für das Massendurchflussrohr erfasst und den erfassten Massendurchflusswert und die erfasste Resonanzfrequenz an eine erste Verzweigung 4 weitergibt, die überprüft, ob der Massendurchflusswert und die Resonanzfrequenz in einem vorbestimmten Zeitintervall erfasst wurden. Ist dies nicht der Fall, dann wird eine zweite Verarbeitung 5 aufgerufen, die den Massendurchflusswert korrigiert.
Nach der Korrektur wird eine dritte Verarbeitung 6 aufgerufen, die eine zeitliche Verzögerung T in das Flussdiagramm einführt, wobei die zeitliche Verzögerung T vorbestimmt ist und vor sowie während des Messprozesses verändert werden kann. Nach der Einführung der zeitlichen Verzögerung T durch die dritte Verarbeitung 6 wird erneut ein weiterer Massendurchflusswert durch die erste Verarbeitung 3 erfasst und die Überprüfung des erfassten Massendurchflusswerts in der ersten Verzweigung 4 findet erneut statt.
Wurden dagegen der Massendurchflusswert und die Resonanzfrequenz innerhalb des vorbestimmten Zeitintervalls erfasst, dann wird eine zweite Ver zweigung 7 aufgerufen, die überprüft, ob der erfasste Massendurchflusswert negativ oder größer als ein dritter Schwellwert, der vorzugsweise 65% eines vorbestimmten Maximalwerts für den Massendurchflusswert beträgt, ist. Ist eines der beiden Anforderungen an den erfassten Massendurchflusswert erfüllt, führt dies zum Aufruf der zweiten Verarbeitung 5, die den Massendurchflusswert korrigiert und nach der Korrektur über die dritte Verarbeitung 6 wieder an die erste Verarbeitung 3 führt, um die Prozessparameter erneut zu erfassen.
Ist der erfasste Massendurchflusswert größer als Null und kleiner als der dritte Schwellwert, d. h. kleiner als 65% des vorbestimmten Maximalwerts für den Massendurchflusswert, führt dies zu einer dritten Verzweigung 8, indem überprüft wird, ob die zeitliche Schwankung des Massendurchflusswerts unterhalb eines vorbestimmten ersten Schwellwerts liegt, wobei die zeitliche Schwankung des Massendurchflusswerts auf folgende Weise ermittelt wird:
Der jüngst erfasste Massendurchflusswert wird von dem davor erfassten Massendurchflusswert subtrahiert und die Differenz wird durch die in der dritten Verarbeitung 6 eingestellte zeitliche Verzögerung geteilt. Ist der Betrag des auf diese Weise ermittelten Massendurchflusswerts größer als der vorbestimmte und vor bzw. während des Messprozesses frei einstellbare erste Schwellwert, dann bedeutet dies ein Erstarren des Messprozesses und führt zu der zweiten Verarbeitung 5, der den erfassten Massendurchflusswert korrigiert.
Ist der Betrag der zeitlichen Schwankung des Massendurchflusswerts kleiner als der erste Schwellenwert führt dies zu einer vierten Verzweigung 9, die die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz, die durch die erste Verarbeitung 3 erfasst wurde, überprüft. Sollte der Betrag der zeitlichen Schwankung des Massendurchflusswerts unterhalb einer vorbestimmten und vor bzw. während des Messprozess frei einstellbaren zweiten Schwellenwert liegen, führt dies zu einer vierten Verarbeitung 10, die eine Erregerfrequenz eines Massendurch flussrohrs des Messwandlers an die veränderte Resonanzfrequenz anpasst und anschließend die zeitliche Änderung der Resonanzfrequenz zu der zweiten Verarbeitung 5 führt, die daraufhin aufgrund der veränderten Resonanzfrequenz einen korrigierten Massendurchflusswert ermittelt.
Sollte die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz kleiner als der zweite Schwellwert sein, führt dies zu einer erneuten Erfassung des Massendurchflusswerts mittels der ersten Verarbeitung 3. Der zweite Schwellwert wird prozentual zu der momentanen Resonanzfrequenz vorbestimmt und beträgt vorzugsweise 5% der momentanen Resonanzfrequenz des Massendurchflussrohrs.
In 2 ist das zweite Flussdiagramm 11 einer Korrekturfunktion beschrieben, die einen unzuverlässigen Massendurchflusswert entsprechend der zweiten Verarbeitung 5 (siehe 1) korrigiert. Das Flussdiagramm 11 beginnt mit einem Anfangsterminator 12, der jedesmal aufgerufen wird, wenn über die zweite Verarbeitung 5 ein Massendurchflusswert für unzuverlässig erklärt wird.
Der Anfangsterminator 12 führt zu einer fünften Verarbeitung 13, die zunächst bestimmt zum wievielten Mal die Korrekturfunktion aufgerufen wurde. Anschließend wird in der fünften Verarbeitung 13 dem zuvor erfassten Massendurchflusswert eine Erfassungszeit t_i zugeordnet, wobei i ein Index für die Anzahl der aufgerufenen Korrekturfunktion ist (ṁ = ṁ(t_i)). Anschließend wird eine fünfte Verzweigung 14 aufgerufen, die bestimmt welche Zeit zwischen dem jetzigen und dem vergangenen Aufruf der Korrekturfunktion verstrichen ist.
Ist die verstrichene Zeit kleiner als die zeitliche Verzögerung (t_i – t_i–1 < T), ist das ein Indiz dafür, dass zwischen dem aktuellen und dem vergangenen Massendurchflusswert kein weiterer Massendurchflusswert erfasst wurde, da nur nach der zeitlichen Verzögerung T ein Massendurchflusswert erfasst wird. Dies führt zur Ausführung einer sechsten Verarbeitung 15, die den korrigierten Massendurchflusswert auf Null setzt (ṁ(t_i) = 0) und abschließend die Korrekturfunktion durch den Endterminator 17 beendet.
Ist dagegen die verstrichene Zeit zwischen zwei Aufrufen der Korrekturfunktion größer als die zeitliche Verzögerung (t_i – t_i–1 > T), dann ist das ein Indiz dafür, dass zwischen dem letzten Aufruf und dem aktuellen Aufruf der Korrekturfunktion mindestens ein zuverlässiger Massendurchflusswert erfasst wurde. Dieser für zuverlässig erklärte Massendurchflusswert wird anstelle der vergangenen durch die Korrekturfunktion für unzuverlässig erklärten Massendurchflusswerten verwendet und anschließend die Korrekturfunktion durch den Endterminator 17 beendet.

1: Flussdiagramm
2: Verlässlichkeitsprüfung
3: Erste Verarbeitung
4: Erste Verzweigung
5: Zweite Verarbeitung
6: Dritte Verarbeitung
7: Zweite Verzweigung
8: Dritte Verzweigung
9: Vierte Verzweigung
10: Vierte Verarbeitung
11: Flussdiagram der zweiten Verarbeitung 5 (Korrekturfunktion)
12: Anfangsterminator
13: Fünfte Verarbeitung
14: Fünfte Verzweigung
15: Sechste Verarbeitung
16: Siebte Verarbeitung
17: Endterminator der zweiten Verarbeitung 5 (Korrekturfunktion)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 20060058971 A1 [0005, 0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines ein von einem Medium durchströmten Massendurchflussrohr umfassenden Messwandlers vom Vibrationstyp, wobei ein Massendurchflusswert für das strömende Medium erfasst wird und für den erfassten Massendurchflusswert eine Verlässlichkeitsprüfung (2) durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verlässlichkeitsprüfung (2) die zeitlichen Schwankungen des Massendurchflusswerts erfasst werden und/oder eine Resonanzfrequenz des durchströmten Massendurchflussrohrs erfasst wird und die zeitlichen Schwankungen der erfassten Resonanzfrequenz ermittelt werden, wobei die Verlässlichkeitsprüfung (2) angibt, dass der erfasste Massendurchflusswert nicht verlässlich ist, falls die zeitlichen Schwankungen des erfassten Massendurchflusswerts unterhalb eines vorbestimmten ersten Schwellwerts liegen bzw. falls die zeitlichen Schwankungen der erfassten Resonanzfrequenz oberhalb eines vorbestimmten zweiten Schwellwerts liegen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert und der zweite Schwellwert während des Betriebes des Messwandlers eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellwert in Abhängigkeit der momentanen Resonanzfrequenz eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlässlichkeitsprüfung (2) angibt, dass der erfasste Massendurchflusswert nicht verlässlich ist, falls die zeitlichen Schwankungen der Resonanzfrequenz und die zeitliche Schwankung des Massendurchflusswerts nicht innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlässlichkeitsprüfung (2) angibt, dass der erfasste Massendurchflusswert nicht verlässlich ist, falls der erfasste Massendurchflusswert kleiner als Null ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlässlichkeitsprüfung (2) angibt, dass der erfasste Massendurchflusswert nicht verlässlich ist, falls der Massendurchflusswert oberhalb eines vorbestimmten dritten Schwellwerts, vorzugsweise ≥ 50% und ≤ 90%, besonders bevorzugt ≥ 60% und ≤ 75% eines Maximalwerts des Massendurchflusses, liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Schwellwert abhängig von einem Maximalwert des Massendurchflusses bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verlässlichkeitsprüfung (2) sequentiell die zeitliche Schwankung des Massendurchflusswerts und die zeitliche Schwankung der Resonanzfrequenz überprüft werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines nicht verlässlichen Massendurchflusswerts, ein darauffolgender und verlässlicher Massendurchflusswert anstelle des nicht verlässlichen Massendurchflusswerts verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlässlichkeitsprüfung (2) in vorbestimmten Zeitabständen durchgeführt wird, und dass die Zeitabstände einstellbar sind, und dass die Zeitabstände während des Betriebs einstellbar sind.