DE102023136267A1

DE102023136267A1 - Method, measuring arrangement and computer program product for controlling a valve

Info

Publication number: DE102023136267A1
Application number: DE102023136267.4A
Authority: DE
Inventors: Daniel Dienemann; Fabio Schraner; Sandro Schwab; Ragnar von Möllendorff
Original assignee: TrueDyne Sensors AG
Current assignee: TrueDyne Sensors AG
Priority date: 2023-12-21
Filing date: 2023-12-21
Publication date: 2025-06-26
Also published as: WO2025132021A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Ventils (1), welches in einer Leitung (6) zum Führen eines Gases, insbesondere eines Gasgemisches, angeordnet ist, umfassend die Verfahrensschritte:
- Ermitteln eines aktuellen Messwertes einer Gaseigenschaft des geführten Gases, insbesondere eines Dichtemesswertes, bevorzugt mittels eines Dichtesensors (2);
- Ermitteln eines aktuellen Durchflussmesswertes mittels eines Durchflusssensors (3);
- Ermitteln mindestens eines Regelparameters eines Reglers (4), insbesondere eines stetig linearen Reglers (4), in Abhängigkeit des aktuellen Messwertes, insbesondere des Dichtemesswertes, mittels einer Mess- und Betriebsschaltung (5);
- Erzeugen eines Betriebssignales zum Betreiben des Ventils (1) für einen eingestellten Soll-Durchflusswert unter Berücksichtigung des mindestens einen Regelparameters und des aktuellen Durchflussmesswertes mittels des Reglers (4); und
- Betreiben des Ventils (1) mittels des Betriebssignales.

The invention relates to a method for controlling a valve (1) which is arranged in a line (6) for conducting a gas, in particular a gas mixture, comprising the method steps:
- determining a current measured value of a gas property of the guided gas, in particular a density measured value, preferably by means of a density sensor (2);
- Determining a current flow measurement value by means of a flow sensor (3);
- determining at least one control parameter of a controller (4), in particular a continuously linear controller (4), as a function of the current measured value, in particular the density measured value, by means of a measuring and operating circuit (5);
- generating an operating signal for operating the valve (1) for a set target flow value, taking into account the at least one control parameter and the current flow measurement value by means of the controller (4); and
- Operating the valve (1) using the operating signal.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Ventils, welches in einer Leitung zum Führen eines Gases, insbesondere eines Gasgemisches, angeordnet ist, eine Messanordnung zum Regeln eines Durchflusses eines Gases, insbesondere eines Gasgemisches, in einer Leitung und ein Computerprogrammprodukt zum Regeln eines Ventils.The invention relates to a method for controlling a valve which is arranged in a line for carrying a gas, in particular a gas mixture, a measuring arrangement for controlling a flow of a gas, in particular a gas mixture, in a line and a computer program product for controlling a valve.

Bekannte Masseflussmesser, wie z.B. thermische Durchflussmessgeräte, und Massendurchflussregler müssen auf das zu überwachende Medium kalibriert werden, um korrekt messen zu können. Gasgemische können ebenfalls nur dann gemessen werden, wenn die Zusammenstellung des Gemisches bekannt ist, diese sich nicht ändert und der Masseflussmesser und Massendurchflussregler damit kalibriert wurden. Dies ist jedoch nicht immer gegeben. Weiterhin ist gerade auf Grund dieser Anforderungen eine Inbetriebnahme und Nutzung durch Laien gar nicht möglich.Common mass flow meters, such as thermal flow meters, and mass flow controllers must be calibrated to the medium being monitored in order to measure accurately. Gas mixtures can also only be measured if the composition of the mixture is known, if it does not change, and if the mass flow meter and mass flow controller have been calibrated accordingly. However, this is not always the case. Furthermore, precisely because of these requirements, commissioning and use by laypersons is not even possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde dem Problem Abhilfe zu schaffen.The invention is based on the object of remedying the problem.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1, die Messanordnung nach Anspruch 9 und das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14.The object is achieved by the method according to claim 1, the measuring arrangement according to claim 9 and the computer program product according to claim 14.

Das erfindungsgemäßes Verfahren zum Regeln eines Ventils, welches in einer Leitung zum Führen eines Gases, insbesondere eines Gasgemisches, angeordnet ist, umfasst die Verfahrensschritte:

- Ermitteln eines aktuellen Messwertes einer Gaseigenschaft des geführten Gases, insbesondere eines Dichtemesswertes, bevorzugt mittels eines Dichtesensors;
- Ermitteln eines aktuellen Durchflussmesswertes mittels eines Durchflusssensors;
- Ermitteln mindestens eines Regelparameters eines Reglers, insbesondere eines stetig linearen Reglers, in Abhängigkeit des aktuellen Messwertes, insbesondere des Dichtemesswertes, mittels einer Mess- und Betriebsschaltung;
- Erzeugen eines Betriebssignales zum Betreiben des Ventils für einen eingestellten Soll-Durchflusswert unter Berücksichtigung des mindestens einen Regelparameters und des aktuellen Durchflussmesswertes mittels des Reglers; und
- Betreiben des Ventils mittels des Betriebssignales.

The method according to the invention for controlling a valve which is arranged in a line for carrying a gas, in particular a gas mixture, comprises the method steps:

- Determining a current measured value of a gas property of the guided gas, in particular a density measured value, preferably by means of a density sensor;
- Determining a current flow measurement value using a flow sensor;
- Determining at least one control parameter of a controller, in particular a continuously linear controller, as a function of the current measured value, in particular the density measured value, by means of a measuring and operating circuit;
- generating an operating signal for operating the valve for a set target flow value, taking into account the at least one control parameter and the current flow measurement value by means of the controller; and
- Operating the valve using the operating signal.

Diese Lösung hat den Vorteil, dass ein genaues Regeln des Ventils auch bei Gasgemischen möglich ist und ebenfalls dann, wenn dem Nutzer die genauen Gaseigenschaften nicht bekannt ist. Außerdem ist reagiert das erfindungsgemäße Verfahren auch automatisch auf Änderungen der Gaseigenschaften, wie z.B. eine Änderung der Gaszusammensetzung oder eine Änderung der Dichte, ohne dass manuell nachparametrisiert werden muss.This solution has the advantage that precise control of the valve is possible even with gas mixtures and even when the user is not aware of the exact gas properties. Furthermore, the method according to the invention also reacts automatically to changes in gas properties, such as a change in gas composition or a change in density, without the need for manual reparameterization.

Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der mindestens eine Regelparameter einen ersten Regelparameter umfasst,
wobei es sich beim ersten Regelparameter um einen Nullpunkt-Offset Koff des Betriebssignales handelt.One embodiment provides that the at least one control parameter comprises a first control parameter,
where the first control parameter is a zero point offset Koff of the operating signal.

Das Ventil öffnet erst ab einem gewissen Ventilstrom bzw. Spulenstrom beziehungsweise schließt schon bei einem gewissen Ventilstrom bzw. Spulenstrom. Deshalb ist ein Nullpunkt-Offset vorgesehen, welcher den Nullpunkt der Stellgröße in Prozent um eine definierte Anzahl Prozentpunkte (relativ zum maximalen Spulenstrom) versetzt. Dies verbessert die Zeit, welche das Ventil braucht, bis es von etwa 0 sccm auf den gewünschten Durchfluss steigt, da der Regler nicht erst den Strom von 0 mA auf den eigentliche Nullpunkt des Ventils regeln muss.The valve only opens at a certain valve current or coil current, and closes at a certain valve current or coil current. Therefore, a zero point offset is provided, which shifts the zero point of the manipulated variable in percent by a defined number of percentage points (relative to the maximum coil current). This improves the time it takes for the valve to rise from approximately 0 sccm to the desired flow rate, since the controller does not first have to adjust the current from 0 mA to the actual zero point of the valve.

Aus Messungen mit verschiedenen Gasen kann festgestellt werden, dass die Parameter des Reglers und der Nullpunkt-Offset Koff gasabhängig sind. Nach manuellem Justieren der Parameter für die verschiedenen Gase kann festgestellt werden, dass die Parameter proportional zur Dichte der Gase sind. Somit kann ein Multiplikationsfaktor (die Steigung) und ein Nulldurchgang der Y-Achse berechnet werden, womit, basierend auf der Dichte des aktuellen Gases, der mindestens eine Regelparameter für den Offset berechnet werden kann. Dies hat zur Folge, dass ein beliebiges Gas oder binäres Gasgemisch innerhalb des Dichtebereichs der bereits ausgemessenen Gase geregelt werden kann, ohne jegliche Parameter manuell anpassen zu müssen.Measurements with various gases have shown that the controller parameters and the zero offset Koff are gas-dependent. After manually adjusting the parameters for the various gases, it can be determined that the parameters are proportional to the density of the gases. This allows a multiplication factor (the slope) and a zero crossing of the Y-axis to be calculated, which, based on the density of the current gas, allows at least one control parameter for the offset to be calculated. This means that any gas or binary gas mixture within the density range of the previously measured gases can be controlled without having to manually adjust any parameters.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Regelparameter aus einer bereitgestellten ersten linearen Funktion ermittelt wird.One embodiment provides that the first control parameter is determined from a provided first linear function.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Regler ein P-Glied und ein I-Glied umfasst,
wobei der mindestens eine Regelparameter einen zweiten und einen dritten Regelparameter umfasst,
wobei es sich bei den zweiten Regelparameter um eine Regelgröße Kp des P-Gliedes handelt,
wobei es sich bei den dritten Regelparameter um eine Regelgröße Ki des I-Gliedes handelt.One embodiment provides that the controller comprises a P-element and an I-element,
wherein the at least one control parameter comprises a second and a third control parameter,
where the second control parameter is a controlled variable Kp of the P-element,
where the third control parameter is a controlled variable Ki of the I-element.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den zweiten Regelparameter des P-Gliedes und den dritten Regelparameter des I-Gliedes zusätzlich oder alternativ zu dem ersten Regelparameter abhängig von der aktuell gemessenen Messgröße der Gaseigenschaft, insbesondere von der Dichte des Gases, zu wählen und nicht fest bei der Inbetriebnahme. Dadurch wird gerade ein Überregeln des Ventils bei sich ändernden Gasen oder bei falsch angegebenen Mischverhältnissen verhindert.It has proven advantageous to select the second control parameter of the P-element and the third control parameter of the I-element, in addition to or as an alternative to the first control parameter, depending on the currently measured gas property, in particular the gas density, rather than setting it fixed at commissioning. This prevents over-regulation of the valve due to changing gases or incorrectly specified mixing ratios.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Regelparameter aus einer bereitgestellten zweiten linearen Funktion ermittelt wird, und/oder
wobei der dritte Regelparameter aus einer bereitgestellten dritten linearen Funktion ermittelt wird.One embodiment provides that the second control parameter is determined from a provided second linear function, and/or
where the third control parameter is determined from a provided third linear function.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Regler weiterhin ein D-Glied umfasst,
wobei der mindestens eine Regelparameter einen vierten Regelparameter umfasst,
wobei es sich bei den vierten Regelparameter um eine Regelgröße Kd des D-Gliedes handelt.One embodiment provides that the controller further comprises a D-element,
wherein the at least one control parameter comprises a fourth control parameter,
where the fourth control parameter is a controlled variable Kd of the D-element.

Es hat sich herausgestellt, dass ein Regler ohne D-Glied gerade bei niedrigen Führungsgröße eher langsam einschwingt. Um die Einschwingzeit zu verbessern und ein schnelleres Einregeln des Sollwertes zu erreichen ist es vorteilhaft ein PID-Regler anstelle eines Pl-Reglers zu implementieren.It has been found that a controller without a D element tends to settle rather slowly, especially at low reference variables. To improve the settling time and achieve faster adjustment of the setpoint, it is advantageous to implement a PID controller instead of a PI controller.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der vierte Regelparameter aus einer bereitgestellten vierten linearen Funktion ermittelt wird.One embodiment provides that the fourth control parameter is determined from a provided fourth linear function.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die erste, zweite, dritte und/oder vierte lineare Funktion für einen festen Druck ermittelt ist.One embodiment provides that the first, second, third and/or fourth linear function is determined for a fixed pressure.

Eine erfindungsgemäße Messanordnung zum Regeln eines Durchflusses eines Gases, insbesondere eines Gasgemisches, in einer Leitung, umfasst:

- ein Ventil zum Regeln des Durchflusses;
- einen Sensor zum Ermitteln eines aktuellen Messwertes einer Gaseigenschaft, insbesondere ein Dichtesensor zum Ermitteln eines aktuellen Dichtemesswertes des Gases;
- einen Durchflusssensor zum Ermitteln eines aktuellen Durchflussmesswertes;
- eine Mess- und Betriebsschaltung zum Betreiben des Ventils mittels eines Betriebssignales,

wobei die Mess- und Betriebsschaltung einen Regler, insbesondere einen stetig linearen Regler, umfasst,
wobei der Regler dazu eingerichtet ist, das Betriebssignal für einen eingestellten Soll-Durchflusswert in Abhängigkeit des aktuellen Durchflussmesswertes und mindestens eines Regelparameters zu erzeugen,
wobei die Mess- und Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, den mindestens einen Regelparameter in Abhängigkeit des aktuellen Messwertes, insbesondere des aktuellen Dichtemesswertes zu bestimmen.A measuring arrangement according to the invention for regulating a flow of a gas, in particular a gas mixture, in a line comprises:

- a valve to regulate the flow;
- a sensor for determining a current measured value of a gas property, in particular a density sensor for determining a current measured density value of the gas;
- a flow sensor for determining a current flow measurement value;
- a measuring and operating circuit for operating the valve by means of an operating signal,

wherein the measuring and operating circuit comprises a controller, in particular a continuously linear controller,
wherein the controller is configured to generate the operating signal for a set target flow value as a function of the current flow measurement value and at least one control parameter,
wherein the measuring and operating circuit is configured to determine the at least one control parameter as a function of the current measured value, in particular the current density measured value.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der mindestens eine Regelparameter einen ersten Regelparameter umfasst,
wobei es sich bei den ersten Regelparameter um einen Nullpunkt-Offset Koff des Betriebssignales handelt,
wobei die Mess- und Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, den ersten Regelparameter in Abhängigkeit des aktuellen Messwertes, insbesondere des Dichtemesswertes zu bestimmen.One embodiment provides that the at least one control parameter comprises a first control parameter,
where the first control parameter is a zero point offset Koff of the operating signal,
wherein the measuring and operating circuit is configured to determine the first control parameter as a function of the current measured value, in particular the density measured value.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Regler ein P-Glied und ein I-Glied umfasst,
wobei der mindestens eine Regelparameter einen zweiten und einen dritten Regelparameter umfasst,
wobei es sich bei den zweiten Regelparameter um eine Regelgröße Kp des P-Gliedes handelt,
wobei es sich bei den dritten Regelparameter um eine Regelgröße Ki des I-Gliedes handelt,
wobei die Mess- und Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, den zweiten und dritten Regelparameter in Abhängigkeit des aktuellen Dichtemesswertes zu bestimmen.One embodiment provides that the controller comprises a P-element and an I-element,
wherein the at least one control parameter comprises a second and a third control parameter,
where the second control parameter is a controlled variable Kp of the P-element,
where the third control parameter is a controlled variable Ki of the I-element,
wherein the measuring and operating circuit is configured to determine the second and third control parameters as a function of the current density measurement value.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Regler weiterhin ein D-Glied umfasst,
wobei der mindestens eine Regelparameter einen vierten Regelparameter umfasst,
wobei es sich bei den vierten Regelparameter um eine Regelgröße Kd des D-Gliedes handelt,
wobei die Mess- und Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist, den vierten Regelparameter in Abhängigkeit des aktuellen Dichtemesswertes zu bestimmen.One embodiment provides that the controller further comprises a D-element,
wherein the at least one control parameter comprises a fourth control parameter,
where the fourth control parameter is a controlled variable Kd of the D-element,
wherein the measuring and operating circuit is configured to determine the fourth control parameter as a function of the current density measurement value.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der erste Regelparameter aus einer bereitgestellten ersten linearen Funktion ermittelt ist, und/oder
wobei der zweite Regelparameter aus einer bereitgestellten zweiten linearen Funktion ermittelt ist, und/oder
wobei der dritte Regelparameter aus einer bereitgestellten dritten linearen Funktion ermittelt ist, und/oder
wobei der vierte Regelparameter aus einer bereitgestellten vierten linearen Funktion ermittelt ist.One embodiment provides that the first control parameter is determined from a provided first linear function, and/or
wherein the second control parameter is determined from a provided second linear function, and/or
wherein the third control parameter is determined from a provided third linear function, and/or
wherein the fourth control parameter is determined from a provided fourth linear function.

Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt zum Regeln eines Ventils, eingerichtet folgende Verfahrensschritte auszuführen, wenn ausgeführt auf einen Computer:

- Empfangen eines aktuellen Messwertes einer Gaseigenschaft, insbesondere einen, bevorzugt mittels eines Dichtesensors ermittelten, aktuellen Dichtemesswertes;
- Empfangen eines, insbesondere mittels eines Durchflusssensors ermittelten, aktuellen Durchflussmesswertes;
- Ermitteln mindestens eines Regelparameters in Abhängigkeit des aktuellen Messwertes, insbesondere des aktuellen Dichtemesswertes;
- Erzeugen eines Betriebssignales zum Betreiben des Ventils für einen eingestellten Soll-Durchflusswert unter Berücksichtigung des mindestens einen Regelparameters und des aktuellen Durchflussmesswertes; und
- Bereitstellen des Betriebssignales.

A computer program product according to the invention for controlling a valve, configured to carry out the following method steps when executed on a computer:

- Receiving a current measured value of a gas property, in particular a, preferably current density measurement value determined by a density sensor;
- Receiving a current flow measurement value, in particular determined by means of a flow sensor;
- Determining at least one control parameter depending on the current measured value, in particular the current density measured value;
- generating an operating signal for operating the valve for a set target flow value, taking into account the at least one control parameter and the current flow measurement value; and
- Providing the operating signal.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der mindestens eine Regelparameter einen zweiten und einen dritten Regelparameter umfasst,
wobei es sich bei den zweiten Regelparameter um eine Regelgröße Kp handelt, welche einen proportionalen Anteil der Regelung umfasst,
wobei es sich bei den dritten Regelparameter um eine Regelgröße Ki handelt, welche einen Integralanteil der Regelung umfasst.One embodiment provides that the at least one control parameter comprises a second and a third control parameter,
where the second control parameter is a controlled variable Kp, which comprises a proportional part of the control,
where the third control parameter is a controlled variable Ki, which includes an integral part of the control.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der mindestens eine Regelparameter einen vierten Regelparameter umfasst,
wobei es sich bei den vierten Regelparameter um eine Regelgröße Kd handelt, welche einen Differenzialanteil der Regelung umfasst.One embodiment provides that the at least one control parameter comprises a fourth control parameter,
where the fourth control parameter is a controlled variable Kd, which includes a derivative component of the control.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

1: eine perspektivische Ansicht auf eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung;
2: ein Ablaufschema einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3: einen Graphen, der die Dichteabhängigkeit des Nullpunkt-Offsets (in %) des Spulenstromes abbildet; und
4: einen Graphen, der die Dichteabhängigkeit der Regelparameter des Spulenstromes abbildet.

The invention is explained in more detail with reference to the following figures. It shows:

1 : a perspective view of an embodiment of the measuring arrangement according to the invention;
2 : a flow chart of an embodiment of the method according to the invention;
3 : a graph showing the density dependence of the zero point offset (in %) of the coil current; and
4 : a graph showing the density dependence of the control parameters of the coil current.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht auf eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung. Die Messanordnung ist dazu eingerichtet einen Durchflusses eines Gases, insbesondere eines Gasgemisches, in einer Leitung 6 zu regeln. Bei der Leitung 6 kann es sich beispielsweise um einen Schlauch- oder ein Rohrleitung handeln. 1 shows a perspective view of an embodiment of the measuring arrangement according to the invention. The measuring arrangement is designed to regulate the flow of a gas, in particular a gas mixture, in a line 6. The line 6 can be, for example, a hose or a pipe.

Um den Durchfluss des Gases regeln zu können, umfasst die Messanordnung ein Ventil 1 zum Regeln des Durchflusses. Das Ventil 1 ist dazu eingerichtet den Durchfluss des Gases durch die Leitung 6 abzusperren oder auf eine Führungsgröße hin zu steuern. Das Ventil 1 kann ein Proportionalmagnetventil sein. Proportionalventile ermöglichen eine feinfühlige Regelung des Durchflusses im Vergleich zu Absperrventilen, die nur vollständig geöffnet oder geschlossen werden können. Die Öffnungsrate wird hierbei proportional zur Stromstärke gesteuert, wodurch eine höhere Stromstärke zu einer höheren Durchflussmenge führt. Diese Ventiltypen basieren auf elektromagnetischen Schaltventilen, bei denen eine Feder den Hubanker auf den Ventilsitz drückt und somit das Ventil im stromlosen Zustand (Normally closed) geschlossen hält. Eine Dichtung am Fuß des Ventils gewährleistet, dass kein Medium ausströmt. Durch den Stromfluss durch die Spule entsteht ein Magnetfeld, welches den Hubanker anhebt und das Ventil öffnet. Durch Veränderungen der schaltenden Magnetventile kann ein Gleichgewicht zwischen Feder- und Magnetkraft für jeden gewünschten Durchfluss erreicht werden. Bei dem Ventil 1 kann es sich konkret um ein Hubankerventil handeln. Der Durchfluss kann eine strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messgröße - wie z.B. die Strömungsgeschwindigkeit, den Volumenfluss oder den Massenstrom - umfassen. Das Ventil 1 ist an die Leitung 6 angeschlossen.In order to regulate the gas flow, the measuring arrangement comprises a valve 1 for regulating the flow. Valve 1 is designed to shut off the flow of gas through line 6 or to control it according to a reference variable. Valve 1 can be a proportional solenoid valve. Proportional valves enable sensitive flow control compared to shut-off valves, which can only be fully opened or closed. The opening rate is controlled proportionally to the current strength, whereby a higher current strength leads to a higher flow rate. These valve types are based on electromagnetic switching valves, in which a spring presses the armature onto the valve seat, thus keeping the valve closed in the de-energized state (normally closed). A seal at the base of the valve ensures that no medium escapes. The current flow through the coil creates a magnetic field that lifts the armature and opens the valve. By changing the switching solenoid valves, a balance between spring and magnetic force can be achieved for any desired flow rate. Specifically, valve 1 can be a plunger valve. The flow rate can be a flow velocity-dependent measured variable—such as flow velocity, volume flow, or mass flow. Valve 1 is connected to line 6.

Ein weitere Komponente, die zum Regeln des Durchflusses notwendig ist, ist ein Durchflusssensor 3 zum Ermitteln eines aktuellen Durchflussmesswertes. Mit Hilfe des aktuellen Durchflussmesswertes kann ein Abgleich zur Führungsgröße - in dem Fall der Soll-Durchflusswert - durchgeführt werden, um bei Abweichung das Ventil 1 so anzusteuern, dass ein künftiger Durchflussmesswert näher an dem Wert der Führungsgröße liegt. Der Durchflusssensor weist zwei Anschlüsse auf, über die er mit der Leitung 6 verbunden ist. Bei dem Durchflusssensor 3 kann es sich um ein thermisches Durchflussmessgerät handeln. Dieses funktioniert nach dem kalorimetrischen Prinzip und kann daher nicht nur die Strömungsgeschwindigkeit, sondern auch die Strömungsrichtung erfassen.Another component required to control the flow is a flow sensor 3 for determining a current flow measurement. Using the current flow measurement, a comparison can be made with the reference variable – in this case, the target flow value – in order to control valve 1 in the event of a deviation so that a future flow measurement is closer to the value of the reference variable. The flow sensor has two connections through which it is connected to line 6. The flow sensor 3 can be a thermal flow meter. This operates according to the calorimetric principle and can therefore not only measure the flow velocity but also the flow direction.

Erfindungsgemäß weist die Messanordnung eine weitere Komponente auf, die zum Regeln des Durchflusses notwendig ist. Es handelt sich dabei um einen Sensor zum Ermitteln eines aktuellen Messwertes einer Gaseigenschaft. Bei der Gaseigenschaft kann es sich um die thermische Leitfähigkeit, Viskosität, Druck, Temperatur oder Dichte des Gases handeln. Der Sensor ist insbesondere ein Dichtesensor 2 zum Ermitteln eines aktuellen Dichtemesswertes des Gases. Der Dichtesensor 2 kann ebenfalls wie der Durchflusssensor zwei Anschlüsse aufweisen und in der Leitung 6 integriert sein. Alternativ kann der Dichtesensor 2 auch in einer seitlichen Öffnung in der Mantelfläche der Leitung 6 angeordnet sein.According to the invention, the measuring arrangement has a further component that is necessary for regulating the flow. This is a sensor for determining a current measured value of a gas property. The gas property can be the thermal conductivity, viscosity, pressure, temperature, or density of the gas. The sensor is in particular a density sensor 2 for determining a current measured value of the gas density. Like the flow sensor, the density sensor 2 can also have two connections and be integrated into the line 6. Alternatively, the density sensor 2 can also be arranged in a lateral opening in the outer surface of the line 6.

Der Sensor zum Ermitteln des aktuellen Messwertes der Gaseigenschaft des Gases um einen Dichtesensor 2 kann mit dem Durchflusssensor 3 zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse 8 angeordnet sein. Ein Beispiel dafür lehrt die DE 202022107233 U1 , welche einen Dichtesensor in Kombination mit einem Durchflusssensor lehrt. Es wird auf die DE 202022107233 U1 vollumfänglich Bezug genommen. Bei dem dort offenbarten Durchflusssensor handelt es sich um ein thermisches Durchflussmessgerät. Thermische Durchflussmessgeräte werden gewöhnlich auf ein bestimmtes Gas justiert, da der ermittelte Messwert von der Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität des Gases beeinflusst wird. Somit wird für jedes Gas ein eigens kalibriertes thermisches Durchflussmessgerät benötigt oder es werden vom Hersteller für verschiedene Gase speziell Korrekturfaktoren im thermischen Durchflussmessgerät hinterlegt. Man muss folglich dem thermischen Durchflussmessgerät immer zuerst mitteilen welches Gas gerade gemessen wird. Wenn sich die Gaszusammensetzung jedoch während einer Messung verändert, sind die bestehenden thermischen Durchflussmessgeräte nicht in der Lage den Durchfluss richtig zu ermitteln. Der in der DE 202022107233 U1 gelehrte Dichtesensor umfasst einen Oszillator (z.B. eine Quarz-Stimmgabel oder einen Kragträgerschwinger) und ist als MEMS-Sensorelement ausgebildet. Der Dichtesensor muss jedoch nicht in der Leitung 6 integriert sein. Alternativ kann der Dichtesensor auch an einem Gastank angeschlossen sein, aus dem das Gas in die Leitung 6 geleitet wird.The sensor for determining the current measured value of the gas property of the gas around a density sensor 2 can be arranged together with the flow sensor 3 in a common housing 8. An example of this is taught by the DE 202022107233 U1 , which teaches a density sensor in combination with a flow sensor. The focus is on the DE 202022107233 U1 The flow sensor disclosed therein is a thermal flowmeter. Thermal flowmeters are usually calibrated to a specific gas, since the measured value is influenced by the thermal conductivity and heat capacity of the gas. Thus, a specially calibrated thermal flowmeter is required for each gas, or the manufacturer stores special correction factors in the thermal flowmeter for different gases. Consequently, the thermal flowmeter must always be informed first which gas is currently being measured. However, if the gas composition changes during a measurement, existing thermal flowmeters are not able to determine the flow correctly. The DE 202022107233 U1 The density sensor described includes an oscillator (e.g., a quartz tuning fork or a cantilever beam oscillator) and is designed as a MEMS sensor element. However, the density sensor does not have to be integrated into line 6. Alternatively, the density sensor can also be connected to a gas tank from which the gas is fed into line 6.

Zusätzlich ist eine Mess- und Betriebsschaltung 5 zum Betreiben des Ventils 1 mittels eines Betriebssignales (z.B. ein Strom- oder Spannungssignal oder ein Digitales Signal) mit einem Mikrokontroller vorgesehen. Die Mess- und Betriebsschaltung 5 kann beim, am oder im Durchflusssensor, Sensor, insbesondere Dichtesensor 2, Ventil 1 oder abgesetzt zu den Sensoren und zu dem Ventil angeordnet sein. Außerdem ist die Mess- und Betriebsschaltung 5 in Kommunikation mit dem Ventil 1, dem Durchflusssensor und dem Sensor, insbesondere dem Dichtesensor. Weiterhin weist die Mess- und Betriebsschaltung 5 einen Regler 4, insbesondere einen stetig linearen Regler, auf. Bei dem Regler 4 kann es sich beispielsweise um einen PI-Regler mit einem P-Glied und einem I-Glied oder einen PID-Regler mit einem P-Glied, I-Glied und D-Glied handeln. Der PID-Regler ist ein weit verbreiteter Regelalgorithmus, welcher proportionale, integrale und differenziale Regelungsmaßnahmen kombiniert, um eine schnelle, genaue und stabile Regelung einer Prozessvariabel zu ermöglichen. Der Proportionalteil passt den Regelausgang auf der Grundlage der aktuellen Abweichung zwischen der gewünschten Führungsgröße und dem gemessenen Volumenstrom an. Der Differentialanteil hebt beziehungsweise sengt den Regelwert spitzenmäßig, basierend auf der Änderung der Regelabweichung, um die Einschwingzeit zu verbessern, und der Integralteil akkumuliert die Abweichung im Laufe der Zeit, um die Abweichung zu verringern. Der Regler ist dabei dazu eingerichtet, das Betriebssignal für einen eingestellten Soll-Durchflusswert (=Führungsgröße) in Abhängigkeit des aktuellen Durchflussmesswertes und mindestens eines Regelparameters zu erzeugen. Dabei ist die Mess- und Betriebsschaltung 5 ebenfalls dazu eingerichtet, den mindestens einen Regelparameter in Abhängigkeit des aktuellen Messwertes, insbesondere des aktuellen Dichtemesswertes zu bestimmen.Additionally, a measuring and operating circuit 5 is provided for operating the valve 1 using an operating signal (e.g., a current or voltage signal or a digital signal) with a microcontroller. The measuring and operating circuit 5 can be arranged near, on, or in the flow sensor, sensor, in particular density sensor 2, valve 1, or remote from the sensors and the valve. Furthermore, the measuring and operating circuit 5 is in communication with the valve 1, the flow sensor, and the sensor, in particular the density sensor. Furthermore, the measuring and operating circuit 5 has a controller 4, in particular a continuously linear controller. The controller 4 can, for example, be a PI controller with a P-element and an I-element, or a PID controller with a P-element, I-element, and D-element. The PID controller is a widely used control algorithm that combines proportional, integral, and differential control measures to enable fast, accurate, and stable control of a process variable. The proportional component adjusts the control output based on the current deviation between the desired reference variable and the measured volume flow. The derivative component increases or decreases the control value at peaks based on the change in the control deviation in order to improve the settling time, and the integral component accumulates the deviation over time in order to reduce the deviation. The controller is configured to generate the operating signal for a set desired flow value (=reference variable) depending on the current flow measurement value and at least one control parameter. The measuring and operating circuit 5 is also configured to determine the at least one control parameter depending on the current measurement value, in particular the current density measurement value.

Der mindestens eine Regelparameter kann einen ersten Regelparameter umfassen, bei dem es sich um einen Nullpunkt-Offset Koff des Betriebssignales handelt. Der Nullpunkt-Offset Koff ist der minimale Wert des Betriebssignales der eingestellt werden muss, damit sich das Ventil 1 öffnet. So kann es beim Einsatz eines Hubankerventils sich bei dem Betriebssignal um einen Spulenstrom handeln und beim Nullpunkt-Offset Koff um den minimalen Spulenstrom, der aufgebracht werden muss, damit der Hubanker angehoben werden und das Gas somit durchgelassen werden kann. Der Nullpunkt-Offset Koff kann einen absoluten Strom oder einen relativen Strom (bspw. zum maximal möglichen Spulenstrom) beschreiben. Die Mess- und Betriebsschaltung 5 ist dazu eingerichtet, den ersten Regelparameter in Abhängigkeit des aktuellen Messwertes, insbesondere des Dichtemesswertes zu bestimmen. Der Nullpunkt-Offset Koff ist somit von der Dichte des Gases abhängig. Der Spulenstrom der benötigt wird, damit sich das Ventil 1 öffnet nimmt mit steigender Dichte des Gases ab. Dies kann damit erklärt werden, dass das dichtere Gas den Hubanker des Ventils 1 stärker verdrängt und somit stärker unterstützend wirkt als das weniger dichte Gas. Daher wird bei dichterem Gas ein geringerer minimaler Spulenstrom benötigt, um den Hubanker des Ventils zu verdrängen.The at least one control parameter can comprise a first control parameter, which is a zero point offset Koff of the operating signal. The zero point offset Koff is the minimum value of the operating signal that must be set for valve 1 to open. When using a lifting armature valve, the operating signal can be a coil current, and the zero point offset Koff can be the minimum coil current that must be applied to raise the lifting armature and thus allow the gas to pass through. The zero point offset Koff can describe an absolute current or a relative current (e.g., to the maximum possible coil current). The measuring and operating circuit 5 is configured to determine the first control parameter as a function of the current measured value, in particular the density measured value. The zero point offset Koff is therefore dependent on the density of the gas. The coil current required for valve 1 to open decreases with increasing gas density. This can be explained by the fact that the denser gas displaces the lifting armature of valve 1 more strongly and thus has a stronger supporting effect than the less dense gas. Therefore, with denser Gas requires a lower minimum coil current to displace the valve's plunger.

Der mindestens eine Regelparameter kann weiterhin oder alternativ einen zweiten und einen dritten Regelparameter umfassen. Wenn es sich bei dem Regler um mindestens einen Pl-Regler handelt, dann kann der zweite Regelparameter eine Regelgröße Kp des P-Gliedes sein und der dritte Regelparameter eine Regelgröße Ki des I-Gliedes. Beide Regelparameter weisen eine Abhängigkeit von der Dichte des Gases auf. Daher kann die Mess- und Betriebsschaltung 5 dazu eingerichtet sein, den zweiten und dritten Regelparameter in Abhängigkeit des aktuellen Dichtemesswertes zu bestimmen.The at least one control parameter may furthermore or alternatively comprise a second and a third control parameter. If the controller is at least a PI controller, the second control parameter may be a controlled variable Kp of the P element, and the third control parameter may be a controlled variable Ki of the I element. Both control parameters are dependent on the density of the gas. Therefore, the measuring and operating circuit 5 can be configured to determine the second and third control parameters depending on the current measured density value.

Der mindestens eine Regelparameter kann weiterhin einen vierten Regelparameter umfassen. In dem Zusammenhang kann es sich bei Regler 4 um einen PID-Regler mit einem D-Glied und bei dem vierten Regelparameter um eine Regelgröße Kd des D-Gliedes handeln. Der für eine optimale Regelung des Ventils eingestellte vierte Regelparameter ist ebenfalls von dem aktuellen Dichtemesswert des Gases abhängig. Daher ist die Mess- und Betriebsschaltung 5 dazu eingerichtet, den vierten Regelparameter in Abhängigkeit des aktuellen Dichtemesswertes zu bestimmen.The at least one control parameter can further comprise a fourth control parameter. In this context, controller 4 can be a PID controller with a D-element, and the fourth control parameter can be a controlled variable Kd of the D-element. The fourth control parameter set for optimal control of the valve also depends on the current measured density value of the gas. Therefore, the measuring and operating circuit 5 is configured to determine the fourth control parameter depending on the current measured density value.

Der mindestens eine Regelparameter, insbesondere die vier Regelparameter können jeweils immer in Zusammenhang mit einem Dichtemesswert in einer Look-Up Tabelle in der Mess- und Betriebsschaltung 5 hinterlegt sein. Der mindestens eine Regelparameter, insbesondere die vier Regelparameter könne jeweils aus einer bereitgestellten Polynomfunktion, insbesondere aus einer bereitgestellten Polynomfunktion dritten, zweiten oder ersten Grades ermittelt sein Alternativ kann der erste Regelparameter aus einer bereitgestellten ersten linearen Funktion ermittelt sein. Weiterhin kann der zweite Regelparameter aus einer bereitgestellten zweiten linearen Funktion ermittelt sein. Weiterhin kann der dritte Regelparameter aus einer bereitgestellten dritten linearen Funktion ermittelt sein. Weiterhin kann der vierte Regelparameter aus einer bereitgestellten vierten linearen Funktion ermittelt sein. Dabei unterscheiden sich die vier linearen Funktionen voneinander. Die einzelnen linearen Funktionen weisen jeweils eine Steigung auf und können jeweils einen Offset aufweisen. Die linearen Funktionen können jeweils als Gleichung in einem elektronischen Speicher in der Mess- und Betriebsschaltung 5 hinterlegt sein.The at least one control parameter, in particular the four control parameters, can each always be stored in connection with a measured density value in a look-up table in the measuring and operating circuit 5. The at least one control parameter, in particular the four control parameters, can each be determined from a provided polynomial function, in particular from a provided third, second, or first degree polynomial function. Alternatively, the first control parameter can be determined from a provided first linear function. Furthermore, the second control parameter can be determined from a provided second linear function. Furthermore, the third control parameter can be determined from a provided third linear function. Furthermore, the fourth control parameter can be determined from a provided fourth linear function. The four linear functions differ from one another. The individual linear functions each have a gradient and can each have an offset. The linear functions can each be stored as an equation in an electronic memory in the measuring and operating circuit 5.

2 zeigt ein Ablaufschema einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Regeln eines Ventils, welches in einer Leitung zum Führen eines Gases, insbesondere eines Gasgemisches, angeordnet ist. Die Ausgestaltung weist die folgenden fünf Verfahrensschritte auf, die mit der in der 1 dargestellten Messanordnung ausführbar ist. Die Reihenfolge der fünf Verfahrensschritte kann von der verwendeten Reihenfolge abweichen.

I. Ermitteln eines aktuellen Messwertes einer Gaseigenschaft des geführten Gases, insbesondere eines Dichtemesswertes oder eines von der Dichte abhängige Messgröße, bevorzugt mittels eines Dichtesensors. Bei der Gaseigenschaft kann es sich um die thermische Leitfähigkeit, Viskosität, Druck, Temperatur oder Dichte des Gases handeln. Der ermittelte aktuelle Messwert wird an eine Mess- und Betriebsschaltung bereitgestellt und dient als Grundlage für die Bestimmung mindestens eines Regelparameters. Unter Ermitteln ist das Messen mittels eines Sensors zu verstehen.
II. Ermitteln eines aktuellen Durchflussmesswertes mittels eines Durchflusssensors. Bei dem Durchflusssensor kann es sich beispielsweise um ein thermisches Durchflussmessgerät, ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät, ein Ultraschall-Durchflussmessgerät, ein Vortex-Durchflussmessgerät oder ein Coriolis-Durchflussmessgerät handeln. Alternativ kann ein mechanisch-volumetrischer Durchflussmesser eingesetzt werden zum Ermitteln des aktuellen Durchflussmesswertes.
III. Ermitteln mindestens eines Regelparameters eines Reglers, insbesondere eines stetig linearen Reglers, in Abhängigkeit des aktuellen Messwertes, insbesondere des Dichtemesswertes, mittels einer Mess- und Betriebsschaltung. Bei dem mindestens einen Regelparameter kann es sich um einen Nullpunkt-Offset Koff (=erste Regelparameter) des Betriebssignales handeln. Alternativ oder zusätzlich umfasst der mindestens eine Regelparameter einen zweiten und einen dritten Regelparameter, wobei es sich bei den zweiten Regelparameter um eine Regelgröße Kp des P-Gliedes und bei den dritten Regelparameter um eine Regelgröße Ki des I-Gliedes handelt. Das P-Glied multipliziert die Regelabweichung mit seiner Regelgröße Kp und gibt diesen Wert aus. Das I-Glied summiert bzw. integriert die Regelabweichung über die Zeit auf und multipliziert die Summe bzw. das Integral mit der Regelgröße Ki. Alternativ oder zusätzlich umfasst der mindestens eine Regelparameter einen vierten Regelparameter, wobei es sich bei den vierten Regelparameter um eine Regelgröße Kd des D-Gliedes handelt. Das D-Glied addiert den Ausgang des P-Gliedes mit einen D-Anteil, der sich aus der Änderung der Regelabweichung ergibt. Die Änderung der Regelabweichung (Differenz oder zeitliche Ableitung) wird mit der Regelgröße Kd multipliziert und der errechnete Wert auf den Ausgang des P-Gliedes hinzuaddiert. Alle vier Regelparameter werden aus einer bereitgestellten ersten linearen Funktion ermittelt, die zuvor in einem Justierverfahren ermittelt wurde.
IV. Erzeugen eines Betriebssignales zum Betreiben des Ventils für einen eingestellten Soll-Durchflusswert unter Berücksichtigung des mindestens einen Regelparameters und des aktuellen Durchflussmesswertes mittels des Reglers; und
V. Betreiben des Ventils mittels des Betriebssignales.

2 shows a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention for regulating a valve which is arranged in a line for conducting a gas, in particular a gas mixture. The embodiment comprises the following five method steps, which are 1 The order of the five procedural steps may differ from the order used.

I. Determining a current measured value of a gas property of the guided gas, in particular a density measured value or a density-dependent measured variable, preferably using a density sensor. The gas property can be the thermal conductivity, viscosity, pressure, temperature, or density of the gas. The determined current measured value is provided to a measuring and operating circuit and serves as the basis for determining at least one control parameter. Determining means measuring using a sensor.
II. Determining a current flow measurement using a flow sensor. The flow sensor can be, for example, a thermal flowmeter, a magnetic-inductive flowmeter, an ultrasonic flowmeter, a vortex flowmeter, or a Coriolis flowmeter. Alternatively, a mechanical-volumetric flowmeter can be used to determine the current flow measurement.
III. Determining at least one control parameter of a controller, in particular a continuously linear controller, as a function of the current measured value, in particular the density measured value, by means of a measuring and operating circuit. The at least one control parameter can be a zero point offset Koff (= first control parameter) of the operating signal. Alternatively or additionally, the at least one control parameter comprises a second and a third control parameter, wherein the second control parameter is a controlled variable Kp of the P-element and the third control parameter is a controlled variable Ki of the I-element. The P-element multiplies the control deviation by its controlled variable Kp and outputs this value. The I-element sums or integrates the control deviation over time and multiplies the sum or integral by the controlled variable Ki. Alternatively or additionally, the at least one control parameter comprises a fourth control parameter, wherein the fourth control parameter is a controlled variable Kd of the D-element. The D-element adds the output of the P-element to a D component resulting from the change in the control deviation. The change in the control deviation (difference or time derivative) is multiplied by the controlled variable Kd, and the calculated value is added to the output of the P-element. All four control parameters meters are determined from a provided first linear function, which was previously determined in an adjustment procedure.
IV. Generating an operating signal for operating the valve for a set target flow value, taking into account the at least one control parameter and the current flow measurement value by means of the controller; and
V. Operating the valve using the operating signal.

3 zeigt einen Graphen, der die Dichteabhängigkeit des Nullpunkt-Offsets des minimalen Spulenstromes (in % vom maximalen Spulenstrom) für einen Dichtemesswert zwischen 0,15 und 2 kg/m³ abbildet. 4 zeigt einen Graphen, der die Dichteabhängigkeit der Regelparameter des Spulenstromes für einen Dichtemesswert zwischen 0,15 und 2 kg/m³ abbildet. Die Messungen wurden alle bei gleichen Bedingungen durchgeführt. Für die Bestimmung der Regelparameter, wurde das Ventil mit 4 bar Druck nacheinander mit Helium (He), Luft, Stickstoff (N2), Argon (Ar) und Kohlenstoffdioxid (CO2) durchflutet. Für die Ermittlung des Nullpunkt-Offsets (siehe 3) wurde jeweils für die unterschiedlichen Gase der minimale Spulenstrom ermittelt, der notwendig ist, um das Ventil zu öffnen bzw. zu schließen. Es ist erkennbar, dass die Messdaten mit einer Geradenfunktion mit negativer Steigung beschreibbar sind. Für die Ermittlung der dichteabhängigen Regelgrößen wurde der Wert der Regelgröße Kp variiert, während die restlichen Regelgrößen auf null gestellt wurden. Durch iterative Tests wurden die Kp-Werte des Reglers für die unterschiedlichen Gase festgelegt. Mit diesen Werten hat der Regler eine gute Einschwingzeit, ohne oder mit einem nur sehr geringen Überschwingen. Um nun den verbleibenden Fehler zu verringern, wurden als nächstes die Werte der Regelgröße Ki und der Regelgröße Kd angepasst. Es hat sich herausgestellt, dass es einen linearen Zusammenhang zwischen den Regelgrößen und der Dichte gibt. Dieser Zusammenhang lässt sich durch eine Gerade beschreiben mit einer konstanten Steigung (Multiplikationsfaktor) und einem Offset (Y-Achsenverschiebung). Die Abhängigkeit der Regelgröße von der Dichte lässt sich dadurch erklären, dass das Gas schwerer ist, desto dichter es ist, wodurch das Ventil träge wird. Bei dem Nullpunkt-Offset Koff ist der Nullpunkt, sprich der Spulenstrom, welchen es braucht, um das Ventil geschlossen zu halten niedriger, wenn die Dichte des Gases höher ist. Dies könnte wiederum daran liegen, dass ein schwereres Gas das Ventil im geschlossenen Zustand fester aufdrückt als ein leichtes Gas. Mit dem ermittelten und hinterlegten Multiplikationsfaktor und Y-Achsenverschiebung der Geraden lassen sich die Regelgrößen automatisch an die aktuelle Gaseigenschaft anpassen. Die abgebildeten Messergebnisse wurden alle bei gleichem Druck ermittelt. Für die Ermittlung der idealen Regelgrößen kann auch der aktuelle Druck in der Leitung berücksichtigt werden. Dafür kann vorzugsweise ein weiterer Sensor, nämlich ein Drucksensor, in der Leitung eingebaut sein, welcher in Kommunikation mit der Mess- und Betriebsschaltung steht und dazu eingerichtet ist, einen aktuellen Messwert des Druck in der Leitung bereitzustellen. Die Mess- und Betriebsschaltung kann entsprechend dazu eingerichtet sein, die Regelgrößen in Abhängigkeit der Dichte und des Druckes zu ermitteln. 3 shows a graph illustrating the density dependence of the zero point offset of the minimum coil current (in % of the maximum coil current) for a density measurement value between 0.15 and 2 kg/m ³ . 4 shows a graph depicting the density dependence of the coil current control parameters for a density measurement value between 0.15 and 2 kg/m ³ . The measurements were all carried out under the same conditions. To determine the control parameters, the valve was successively flooded with helium (He), air, nitrogen (N2), argon (Ar), and carbon dioxide (CO2) at 4 bar pressure. To determine the zero point offset (see 3 ) the minimum coil current required to open or close the valve was determined for each of the different gases. It can be seen that the measured data can be described by a straight line with a negative slope. To determine the density-dependent controlled variables, the value of the controlled variable Kp was varied, while the remaining controlled variables were set to zero. The Kp values of the controller for the different gases were determined through iterative tests. With these values, the controller has a good settling time, with no or only very slight overshoot. To reduce the remaining error, the values of the controlled variables Ki and Kd were next adjusted. It was found that there is a linear relationship between the controlled variables and the density. This relationship can be described by a straight line with a constant slope (multiplication factor) and an offset (Y-axis shift). The dependence of the controlled variable on the density can be explained by the fact that the denser the gas, the heavier it is, which makes the valve sluggish. With the zero point offset Koff, the zero point, i.e. the coil current required to keep the valve closed, is lower when the gas density is higher. This could in turn be due to the fact that a heavier gas presses the valve open more firmly when closed than a lighter gas. Using the determined and stored multiplication factor and Y-axis shift of the straight line, the controlled variables can be automatically adapted to the current gas properties. The measurement results shown were all determined at the same pressure. To determine the ideal controlled variables, the current pressure in the line can also be taken into account. For this purpose, an additional sensor, namely a pressure sensor, can preferably be installed in the line. This sensor communicates with the measuring and operating circuit and is set up to provide a current measured value of the pressure in the line. The measuring and operating circuit can be set up accordingly to determine the controlled variables as a function of density and pressure.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202022107233 U1 [0034]

Claims

A method for controlling a valve (1) arranged in a line (6) for conducting a gas, in particular a gas mixture, comprising the following method steps: - determining a current measured value of a gas property of the conducted gas, in particular a density measured value, preferably by means of a density sensor (2); - determining a current flow measured value by means of a flow sensor (3); - determining at least one control parameter of a controller (4), in particular a continuously linear controller (4), as a function of the current measured value, in particular the density measured value, by means of a measuring and operating circuit (5); - generating an operating signal for operating the valve (1) for a set target flow value, taking into account the at least one control parameter and the current flow measured value, by means of the controller (4); and - operating the valve (1) by means of the operating signal.

Procedure according to Claim 1 , wherein the at least one control parameter comprises a first control parameter, wherein the first control parameter is a zero point offset Koff of the operating signal.

Procedure according to Claim 2 , wherein the first control parameter is determined from a provided first linear function.

Method according to one of the Claims 1 until 3 , wherein the controller comprises a P-element and an I-element, wherein the at least one control parameter comprises a second and a third control parameter, wherein the second control parameter is a controlled variable Kp of the P-element, wherein the third control parameter is a controlled variable Ki of the I-element.

Procedure according to Claim 4 , wherein the second control parameter is determined from a provided second linear function, and/or wherein the third control parameter is determined from a provided third linear function.

Procedure according to Claim 4 or 5 , wherein the controller further comprises a D-element, wherein the at least one control parameter comprises a fourth control parameter, wherein the fourth control parameter is a controlled variable Kd of the D-element.

Procedure according to Claim 6 , where the fourth control parameter is determined from a provided fourth linear function.

Method according to one of the Claims 2 until 7 , wherein the first, second, third and/or fourth linear function is determined for a fixed pressure.

A measuring arrangement for regulating the flow of a gas, in particular a gas mixture, in a line, comprising: - a valve (1) for regulating the flow; - a sensor for determining a current measured value of a gas property, in particular a density sensor (2) for determining a current measured density value of the gas; - a flow sensor (3) for determining a current measured flow value; - a measuring and operating circuit (5) for operating the valve (1) using an operating signal, wherein the measuring and operating circuit (5) comprises a controller (4), in particular a continuously linear controller, wherein the controller (4) is configured to generate the operating signal for a set target flow value as a function of the current measured flow value and at least one control parameter, wherein the measuring and operating circuit (5) is configured to determine the at least one control parameter as a function of the current measured value, in particular the current measured density value.

Measuring arrangement according to Claim 9 , wherein the at least one control parameter comprises a first control parameter, wherein the first control parameter is a zero point offset Koff of the operating signal, wherein the measuring and operating circuit (5) is designed to determine the first control parameter as a function of the current measured value, in particular the density measured value.

Measuring arrangement according to Claim 9 or 10 , wherein the controller (4) comprises a P-element and an I-element, wherein the at least one control parameter comprises a second and a third control parameter, wherein the second control parameter is a controlled variable Kp of the P-element, wherein the third control parameter is a controlled variable Ki of the I-element, wherein the measuring and operating circuit (5) is set up to determine the second and third control parameters as a function of the current density measurement value.

Measuring arrangement according to Claim 11 , wherein the controller further comprises a D-element, wherein the at least one control parameter comprises a fourth control parameter, wherein the fourth control parameter is a controlled variable Kd of the D-element, wherein the measuring and operating circuit (5) is designed to determine the fourth control parameter as a function of the current density measurement value.

Measuring arrangement according to at least one of the Claims 10 until 12 , wherein the first control parameter is determined from a provided first linear function, and/or wherein the second control parameter is determined from a provided second linear function, and/or wherein the third control parameter is determined from a provided third linear function, and/or wherein the fourth control parameter is determined from a provided fourth linear function.

A computer program product for controlling a valve (1), configured to perform the following method steps when executed on a computer: - receiving a current measured value of a gas property, in particular a current density measured value, preferably determined by means of a density sensor (2); - receiving a current flow measured value, in particular determined by means of a flow sensor (3); - determining at least one control parameter as a function of the current measured value, in particular the current density measured value; - generating an operating signal for operating the valve (1) for a set target flow value, taking into account the at least one control parameter and the current flow measured value; and - providing the operating signal.

Computer program product according to Claim 14 , wherein the at least one control parameter comprises a first control parameter, wherein the first control parameter is a zero point offset Koff of the operating signal.

Computer program product according to one of the Claims 14 until 15 , wherein the at least one control parameter comprises a second and a third control parameter, wherein the second control parameter is a controlled variable Kp which comprises a proportional part of the control, wherein the third control parameter is a controlled variable Ki which comprises an integral part of the control.

Computer program product according to Claim 16 , wherein the at least one control parameter comprises a fourth control parameter, wherein the fourth control parameter is a controlled variable Kd which comprises a derivative component of the control.

Computer program product according to at least one of the Claims 15 until 17 , wherein the first control parameter is determined from a provided first linear function, and/or wherein the second control parameter is determined from a provided second linear function, and/or wherein the third control parameter is determined from a provided third linear function, and/or wherein the fourth control parameter is determined from a provided fourth linear function.