DE102005055285A1

DE102005055285A1 - Druckmessumformer mit Diagnosefunktion

Info

Publication number: DE102005055285A1
Application number: DE200510055285
Authority: DE
Inventors: Sergej Dr. Lopatin; Michael Philipps
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2005-11-17
Filing date: 2005-11-17
Publication date: 2007-05-24

Abstract

Der erfindungsgemäße Druckmessumformer (1) umfasst eine Druckmesszelle (5) zur Ausgabe eines druckabhängigen Signals; eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung des druckabhängigen Signals; und einen Druckmittler mit einer flexiblen Trennmembran (3), welche einen mit einem Übertragungsmedium gefüllten hydraulischen Pfad (4) druckdicht verschließt, wobei sich der hydraulische Pfad von der Trennmembran (3) bis zu der Druckmesszelle (5) erstreckt, um den an der Trennmembran anstehenden Druck zu der Druckmesszelle zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessumformer (1) weiterhin einen hydraulischen Erreger (8) aufweist, welcher mit dem hydraulischen Pfad (4) kommuniziert und geeignet ist, dem hydraulischen Pfad Druckschwankungen aufzuprägen, und eine Erregerschaltung (11) zum Treiben des hydraulischen Erregers (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckmessumformer mit Diagnosefunktion.
Druckmessumformer weisen gewöhnlich eine druckempfindliche Druckmesszelle auf, die ein druckabhängiges Primärsignal ausgibt; und eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung des Primärsignals.
Bei Druckmessumformern der Prozessmesstechnik werden beispielsweise kapazitive oder piezoresistive Druckmesszellen zum Einsatz. Bei vielen Anwendungen ist der eigentliche Druckmessumformer mit der Druckmesszelle vom Prozess abgesetzt, um beispielsweise die Druckmesszelle und die elektronische Schaltung von der Temperatur eines heißen Prozessmediums oder vor aggressiven Medien zu schützen. Dafür umfasst der Druckmessumformer einen Druckmittler mit einer flexiblen Trennmembran, welche einen hydraulischen Pfad druckdicht verschließt, wobei sich der hydraulische Pfad von der Trennmembran bis zu der Druckmesszelle erstreckt, um den Druck von der Druckmesszelle zu dem hydraulischen Pfad zu übertragen. Druckmittler kommen häufig auch dann zum Einsatz, wenn aufgrund hygienischer Erfordernisse ein spaltfreier Anschluss des Druckmessumformers an den Prozess gegeben sein muss.
Diese Druckmittler weisen jedoch ein grundsätzliches Problem auf, denn die Trennmembran kann in harschen Prozessbedingungen schnell altern und verschleißen, beispielsweise durch Korrosion, Abrasion oder Versprödung. Gleichermaßen kann sich das Prozessmedium oder eine Komponente davon als Ansatz auf der Trennmembran festsetzen. Dies ist aus verschiedenen Gründen eine erhebliche Gefahrenquelle und führt zu Verfälschungen der Meßwerte.
Einerseits kann bei vollständiger Korrosion der Trennmembran die hydraulische Übertragungsflüssigkeit des Druckmittlers in das Prozessmedium gelangen und dieses kontaminieren. Andererseits, kann bei versagen der Trennmembran ein ggf. gefährliches Prozessmedium in den Druckmessumformer und darüber in die Umwelt gelangen. Schließlich werden durch Korrosion oder Ansatzbildung die mechanischen Eigenschaften der Trennmembran verändert, so dass die Genauigkeit der Druckmessung beeinträchtigt wird.

Es sind verschiedene Ansätze bekannt, die Trennmembran eines Druckmittlers zu überwachen, jedoch sind die beschriebenen Lösungen sämtlich entweder zu aufwändig oder sie zeigen erst das Versagen einer Trennmembran (siehe DE 101 31 855 A1 ) oder einer Opfermembran an, die eher ausfallen soll als die eigentliche Trennmembran (siehe DE 101 31 405 ). Ein rechtzeitiger Austausch des Sensors, bzw. ein Austausch ohne Ausfall zumindest einer Membran ist damit bisher nicht möglich.

Eryurek et al. offenbaren in der US 2002/0029130A1 ein Diagnosesystem für eine Durchflussmessanordnung mit einem Differenzdruckmessumformer, wobei Verstopfungen der Wirkdruckleitungen zum Differenzdruckmessumformer über eine Analyse der zeitlichen Entwicklung des Rauschens des Drucksensorsignals erfasst werden. Dies erfolgt über eine Frequenzanalyse des Rauschens. Mit der gleichen Vorgehensweise sollen auch abgeklemmte oder leckende Kapillarleitungen von Druckmittlern erfasst werden, soweit diese bei dem Differenzdruckmessumformer vorgesehen sind. Insoweit als die meisten Druckänderungen in industriellen Prozessen verhältnismäßig langsam verlaufen, also sehr niedrige Frequenzen aufweisen, ist eine akzeptable Übertragung eines Druckmesswertes auch dann noch möglich, wenn bereits Einflüsse auf die hochfrequenten Anteile des Rauschens nachweisbar sind. Dies ermöglicht die rechtzeitige Planung von Wartungsmaßnahmen an den Kapillarleitungen bzw. Wirkdruckleitungen.

Die veränderliche Größe der Wirkdruckleitungen, die durch die Analyse des Rauschens erschlossen werden soll, ist letztlich der frequenzabhängige Widerstand der Übertragungsleitungen, d.h. es ändert sich der frequenzabhängige Wert der einzigen charakteristischen Größe einer Leitung. Die Überwachung von Trennmembranen ist jedoch ungleich schwieriger, denn es gibt letztlich mehrere Größen zur Beschreibung einer Trennmembran. Der wesentliche Parameter zur Beschreibung einer Trennmembran ist zunächst die hydraulische Kapazität, d.h. die Volumenaufnahme bei einer gegebenen Druckänderung. Die Materialeigenschaft, die der hydraulischen Kapazität zugrunde liegt, ist das effektive Elastizitätsmodul des Membranmaterials, welches durch Korrosion der Trennmembran verändert werden kann. Soweit die Masse der Trennmembran durch Korrosion oder Ansatzbildung verändert wird, kann dies auch Auswirkungen auf die Trägheit der Trennmembran bzw. in der Sprache eines elektrischen Ersatzschaltbildes auf die resultierende hydraulische Induktivität haben. Innere Reibung in der Trennmembran hat die gleichen Auswirkungen wie eine Änderung des Strömungswiderstandes. Soweit sich die Gleichgewichtslage der Trennmembran alterungsabhängig ändert, tritt ein zusätzlicher konstanter Druckanteil auf. Gleichermaßen können alterungsabhängig Hysterese-Erscheinungen auftreten, die ebenfalls eine Nullpunktverschiebung im Drucksignal bewirken. Eine vorausschauende Zustandsüberwachung der Trennmembran durch eine Analyse des Rauschens erweist sich aufgrund der vielfältigen Abhängigkeiten des Frequenzverhaltens als sehr aufwändig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckmessumformer mit einer einfachen vorausschauenden Überwachung der Trennmembran ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Druckmessumformer gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1 und das Verfahren gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 25.

Der erfindungsgemäße Druckmessumformer umfasst
eine Druckmesszelle zur Ausgabe eines druckabhängigen Signals; eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung des druckabhängigen Signals; und einen Druckmittler mit einer flexiblen Trennmembran, welche einen mit einem Übertragungsmedium gefüllten hydraulischen Pfad druckdicht verschließt, wobei sich der hydraulische Pfad von der Trennmembran bis zu der Druckmesszelle erstreckt, um den an der Trennmembran anstehenden Druck zu der Druckmesszelle zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessumformer weiterhin einen hydraulischen Erreger aufweist, welcher mit dem hydraulischen Pfad kommuniziert und geeignet ist, dem hydraulischen Pfad Druckschwankungen aufzuprägen, sowie eine Erregerschaltung zum Treiben des hydraulischen Erregers.

Dem Druckmessumformer ist in einer Ausgestaltung der Erfindung weiterhin eine Auswertungseinheit zugeordnet zur Analyse der Abhängigkeit des druckabhängigen Signals von den aufgeprägten Druckschwankungen, wobei die Auswertungseinheit dazu vorgesehen ist, aus der ermittelten Abhängigkeit Rückschlüsse auf den Zustand der Trennmembran zu ziehen.

Die Auswertungseinheit kann beispielsweise in den Messumformer integriert sein, wobei sie an die Schaltung zur Verarbeitung des druckabhängigen Signals gekoppelt oder integral mit dieser ausgebildet sein kann. Die Auswertungseinheit kann insbesondere einen Mikroprozessor umfassen.

Insoweit als die Auswertung des Antwortverhaltens rechnerisch aufwändig sein kann, ist in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung eine externe Auswertungseinheit für die Analyse vorgesehen, die in einer dem Messumformer übergeordneten Einheit angeordnet ist, mit welcher der Messumformer kommuniziert. In diesem Falle weist der Messumformer lediglich einen Datenspeicher auf, in welchem das Sensorsignal in Antwort auf die aufgeprägten Druckschwankungen oder ein davon abhängiges vorverarbeitetes Signal aufgezeichnet. Das Aufgezeichnete Signal wird anschließend beispielsweise über einen Datenbus zur übergeordneten Einheit übertragen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Erreger zumindest eine Oberfläche aufweist, die zum Aufprägen der Druckschwankungen eine Relativbewegung bezüglich des hydraulischen Pfades durchführt. Die Oberfläche kann beispielsweise die Oberfläche einer Membran sein, die ein mit dem hydraulischen Pfad kommunizierendes Volumen begrenzt. Gleichermaßen kann der hydraulische Erreger einen Füllkörper umfassen, der im Volumen des hydraulischen Pfades angeordnet ist und in geeigneter Weise angeregt werden kann. Die Anregung kann beispielsweise elektrostatisch, magnetisch durch Auslenkung eines Körpers oder durch Magnetostriktion, sowie mit einem Piezoerreger erfolgen. Bei magnetostriktiver Anregung kommt beispielsweise als Füllkörper ein metallischer Körper in Betracht, welcher Nickel aufweist.

Die aufgeprägte Druckschwankung kann beispielsweise ein oszillierendes Signal mit konstanter oder variabler Frequenz oder ein Impulssignal sein. Bei einem oszillierenden Signal, kann von der Auswertungsschaltung beispielsweise das Resonanzverhalten analysiert werden, beispielsweise anhand der Amplitude des auf das Drucksignal aufmodulierten Schwankungssignals in Abhängigkeit von der Frequenz, oder anhand der Phasenbeziehung zwischen Erregersignal und dem Sensorsignal. Die Frequenz der aufgeprägten Druckschwankungen sollte höher sein, als das Frequenzspektrum der für die jeweilige Messstelle typischen Druckschwankungen. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Erregerschaltung ein Datenspeicher zugeordnet, in dem mindestens ein Erregungsprofil abgelegt ist. Optional können mehrere Erregungsprofile abgelegt sein, die ggf. auf die aktuellen Randbedingungen der Messstelle abgestimmt sind, wobei beispielsweise die zu erwartende Viskosität, Kompressibilität und Dichte des Prozessmediums berücksichtigt werden können. In einer Weiterbildung dieses Gesichtspunktes der Erfindung können Erregungsprofile von einer übergeordneten Einheit herunter geladen werden, wobei die Erregungsprofile an die Besonderheit der jeweiligen Messstelle angepasst sein können. Weiterhin kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Erregungsprofil an den konkreten Alterungszustand der Membran angepasst werden.

Die Aufprägung der Druckschwankung und die Analyse des infolgedessen schwankenden Drucksignals kann in vorgegebenen bzw. wählbaren Zeitintervallen oder gegebenenfalls Ereignis gesteuert erfolgen, beispielsweise bei einer Hygieneanwendung nach einem CIP-Prozess bzw. SIP-Prozess, vor der Beschickung der Prozessanlage mit neuem Prozessmedium.

Bei der Durchführung der Analyse sind ggf. weitere Randbedingungen zu Berücksichtigen, beispielsweise der anstehende Druck und Kenngrößen des an der Trennmembran anstehenden Mediums, wozu u.a. die Dichte, Kompressibilität, Zähigkeit und Temperatur gehören können. Weiterhin können die temperaturabhängige Zähigkeit, Dichte, und Kompressibilität der Übertragungsflüssigkeit im hydraulischen Pfad berücksichtigt werden. Zur Identifizierung dieser Parameter kann beispielsweise die Temperatur der Übertragungsflüssigkeit verwendet werden, die mit einem Temperatursensor erfasst werden kann, welcher in die Druckmesszelle integriert oder bei dieser angeordnet ist.

Zur Feststellung von Veränderungen an den charakteristischen Eigenschaften der Trennmembran ist es vorteilhaft, wenn die genannten Randbedingungen während des Aufprägens der Druckschwankungen weitgehend mit den Randbedingungen zum Zeitpunkt einer Referenzmessung übereinstimmen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswertungseinheit einen Datenspeicher auf, in welchem die Ergebnisse der Analyse des schwankenden Drucksignals als Antwort auf die Aufgeprägten Druckschwankungen für mindestens einen Satz von Randbedingungen hinterlegt sind. In einer Weiterbildung der Erfindung sind in dem Datenspeicher die Ergebnisse der Analyse des schwankenden Drucksignals als Antwort auf die Aufgeprägten Druckschwankungen für verschiedene Sätze von Randbedingungen hinterlegt. Gemäß einer noch weitergehenden Ausgestaltung dieses Gesichtspunktes der Erfindung sind in dem Datenspeicher die Abhängigkeiten der Antwort des schwankenden Drucksignals auf die Aufgeprägten Druckschwankungen als Funktion der Randbedingungen hinterlegt. Damit kann die erwartete Antwort eines Drucksignals bei einem Druckmessumformer mit intakter Trennmembran für alle Randbedingungen errechnet werden.

Je nachdem, wie umfangreich die hinterlegte Datenbasis ist, kann die Analyse des Antwortverhaltens sinnvoller Weise bei nur einem hinterlegten Satz von Randbedingungen, bei mehreren hinterlegten Sätzen von Randbedingungen, oder bei beliebigen Randbedingungen durchgeführt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Membranfehler detektiert und signalisiert, wenn das Antwortverhalten, von dem erwarteten Antwortverhalten bei den gegebenen Randbedingungen um einen bestimmten Toleranzwert abweicht. In einer Weiterbildung dieses Gesichtspunkts der Erfindung kann die Abweichung vom erwarteten Wert des Antwortverhaltens bei einer intakten Trennmembran über die Zeit aufgezeichnet werden. Anhand der zeitlichen Entwicklung der Abweichungen kann eine Trendanalyse durchgeführt werden, aus der ein Maß für die Reststandzeit der Trennmembran gewonnen werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Datenspeicher neben den Daten zum Antwortverhalten für eine intakte Trennmembran die Daten zum Antwortverhalten für defekte Trennmembranen bzw. für alternde Trennmembranen unter verschiedenen Alterungsprozessen hinterlegt. Diese Daten können selbstverständlich auch für verschiedene Sätze von Randbedingungen oder als Funktion von Randbedingungen hinterlegt sein.

Anhand eines Vergleichs des beobachteten Antwortverhaltens mit diesen Datensätzen, kann eine Analyse des Grads der Alterung und des konkreten Alterungsprozesses erfolgen.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Trennmembran einen Auslenkungssensor auf, beispielsweise einen Hallsensor, einen Widerstandssensor, einen piezoelektrischen Sensor oder einen kapazitiven Sensor, mit welchem die frequenzabhängige Auslenkung der Trennmembran direkt erfasst werden kann. Dementsprechend braucht bei dieser Weitebildung der Erfindung zur Analyse des frenquenzabhängigen Antwortverhaltens der Trennmembran nicht bzw. nicht nur auf die Schwankungen im Drucksignal abgestellt werden, sondern es kann entsprechend das Signal des Auslenkungssensors verwertet werden. Dem Druckmessumformer ist in dieser Weiterbildung eine Auswertungseinheit zugeordnet zur Analyse der Abhängigkeit des Signals des Auslenkungssensors von den aufgeprägten Druckschwankungen, wobei die Auswertungseinheit dazu vorgesehen ist, aus der ermittelten Abhängigkeit Rückschlüsse auf den Zustand der Trennmembran zu ziehen.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist der Druckmessumformer eine Schaltung zum Erfassen der Leistungsaufnahme des Erregers auf. Dem Druckmessumformer ist in dieser Weiterbildung eine Auswertungseinheit zugeordnet zur Analyse der Abhängigkeit der Leistungsaufnahme des Erregers von den aufgeprägten Druckschwankungen, wobei die Auswertungseinheit dazu vorgesehen ist, aus der ermittelten Abhängigkeit Rückschlüsse auf den Zustand der Trennmembran zu ziehen.

Selbstverständlich können die verschiedenen Auswertungsstrategien, die sich auf das Signal der Druckmesszelle, das Signal des Auslenkungssensors oder die Leistungsaufnahme des Erregers beziehen, miteinander kombiniert werden.

Der erfindungsgemäße Druckmessumformer kann ein Absolutdruckmessumformer, eine Differenzdruckmessumformer oder ein Relativdruckmessumformer sein.

Soweit zweckmäßig, kann den beiden Trennmembranen eines Differenzdruckmessumformers, jeweils ein separater Erreger zugeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen eines Druckmessumformers, der eine Druckmesszelle und eine Trennmembran aufweist, die mit einem zumessenden Druck beaufschlagbar ist, und einen hydraulischen Pfad, der einen an der Trennmembran anstehenden Druck zu der Druckmesszelle überträgt, weist die folgenden Merkmale auf:
Erregen von Druckschwankungen in dem hydraulischen Pfad mittels eines Erregers, der mit dem hydraulischen Pfad kommuniziert,
Analysieren des Antwortverhaltens des Druckmessumformers auf die angeregten Druckschwankungen, und
Auswerten des Analyseergebnisses im Hinblick auf den Zustand der Trennmembran.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert.
Es zeigt:
1: eine schematische Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Druckmessumformer;
2: Prinzipskizzen zum Schwingungsverhalten einer Trennmembran bei Ansatzbildung; und
3: Prinzipskizzen zum Schwingungsverhalten einer Trennmembran bei Korrosion und Erschlaffung.
Der in 1 gezeigte Druckmessumformer 1 zum Messen eines Drucks eines Prozessmediums umfasst einen im wesentlichen zylindrischen Sensorkörper 2, der eine medienseitige Stirnfläche aufweist, an welcher eine flexible elastische Trennmembran druckdicht entlang ihres Rands befestigt ist. Die Trennmembran 3 verschließt einen hydraulischen Pfad 4, der sich zwischen der Trennmembran 3 und einer Druckmesszelle 5 durch den Sensorkörper 2 erstreckt, wobei die Druckmesszelle 5 in einer Messzellenkammer angeordnet ist, die in dem Sensorkörper 2 ausgebildet ist. Die Druckmesszelle ist beispielsweise eine piezoresistive Si-Zelle.
Der hydraulische Pfad umfasst eine Trennmembrankammer 6, die unter der Trennmembran 3 in der Stirnfläche des Sensorkörpers ausgebildet ist, und eine Bohrung, die sich von einer Öffnung in der Membrankammer 6 durch den Sensorkörper 2 bis zu einer Öffnung in der Messzellenkammer erstreckt, über welcher die Druckmesszelle 5 druckdicht montiert ist, um über ein Übertragungsmedium, mit welcher der hydraulische Pfad befüllt ist, mit dem Druck des Prozessmediums beaufschlagt zu werden. In dem hydraulischen Pfad ist weiterhin eine zylindrische Füllkörperkammer 7 vorgesehen, die zwischen der Öffnung Trennmembrankammer 6 und dem der Öffnung zur Messzellenkammer in dem Sensorkörper 2 angeordnet ist. In der Füllkörperkammer ist beispielsweise ein magnetrostriktiver Füllkörper 8 angeordnet, welcher eine Ni-Legierung oder reines Nickel aufweisen kann. In dem Sensorkörper 2 ist eine Ausnehmung für eine Zylinderspule 9 vorgesehen, welche die Füllkörperkammer koaxial umgibt. Die Zylinderspule 9 wird über eine Leitung 10 gespeist, die über eine Durchführung von der Hauptelektronik 11 des Druckmessumformers zur Spule geführt wird. Die Hauptelektronik umfasst weiterhin die Erregerschaltung zum Steuern des Erregerstroms und einen Mikrocomputer 12, welcher die Erregerschaltung gemäß eines in einem Speicher des Mikrocomputers abgelegen Erregerprofils I(t) steuert.
Die Antwort der Druckmesszelle Sp(t) auf das Erregersignal wird ebenfalls in dem Speicher des Mikrocomputers 12 aufgezeichnet, und entweder von dem Mikrocomputer direkt analysiert oder zur Analyse über eine I/O-Schnittstelle zur Verarbeitung durch eine übergeordnete Einheit ausgegeben. Die Hauptelektronik ist in einem Umformergehäuse 14 angeordnet, welches an dem Sensorkörper befestigt ist.
Die Zuordnung der Erregerschaltung und deren Steuerung sowie zur Hauptelektronik ist nicht zwingend, gleichermaßen können diese Funktionen auch in einer in dem Sensorkörper angeordneten Sensorelektronik realisiert werden. Entsprechendes gilt für die Auswertung der Antwort Sp(t). Die Funktionen können auch zwischen der Sensorelektronik und der Hauptelektronik aufgeteilt werden.
Anhand der 2a, 2b, 3a und 3b wird nun kurz erläutert, wie sich verschiedene Alterungsprozesse auf das Frequenzverhalten der Trennmembran auswirken.
2a zeigt die Amplitude A(f, m) der erzwungenen Schwingungen einer Trennmembran in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz f, wobei sich die Kurven in Folge einer zunehmenden Massebeladung m aufgrund von Ansatzbildung unterscheiden.
In 2b sind aus den Kurven aus 2a die Ausdrücke für die relative Amplitudenänderung dA(f, m) dargestellt, wobei gilt: dA(f, m):= [A(f, m)-A(f, m=0)]/A(f, m=0)
Die Kurven dA(f, m) weisen beispielsweise um den Nulldurchgang einen Bereich näherungsweise konstanter Steigung auf, wobei die Steigung ein Maß für die Ansatzbildung ist.
3a und b zeigen entsprechend Kurven für Membranen, die beispielsweise aufgrund von Korrosion oder Abrasion etwas Masse verlieren und weicher werden, zudem ist ein gewisser Dämpfungseffekt in der alternden Membran angesetzt.
Die Amplituden A(f, K) sind in 3a dargestellt, wobei sich die Kurven durch den Alterungsgrad K unterscheiden, der in die Masse, die Steifigkeit und die Dämpfung der Membran eingeht.
3b ist ein Maß zeigt entsprechend die relative Amplitudenänderung dA(f, K) wobei gilt: dA(f, K):= [A(f, K)-A(f, K=0)]/A(f, K=0)
Bei diesem Alterungsprozess unter Korrosion zeigt die Trennmembran eine andere Entwicklung des Frequenzverhaltens, welches deutlich von dem Frequenzverhalten bei Ansatzbildung zu unterscheiden ist. In der praktischen Umsetzung wird bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht direkt die Amplitude der Trennmembran erfasst, sondern das frequenzabhängige Sensorsignal der Druckmesszelle in Antwort auf das geänderte Frequenzverhalten der Trennmembran.
Anstelle der Amplitude kann auch die Phasenbeziehung zwischen Sensorsignal und Erregerstrom ausgewertet werden.

Claims

Druckmessumformer (1) umfassend: eine Druckmesszelle (5) zur Ausgabe eines druckabhängigen Signals; eine elektronische Schaltung zur Verarbeitung des druckabhängigen Signals; und einen Druckmittler mit einer flexiblen Trennmembran (3), welche einen mit einem Übertragungsmedium gefüllten hydraulischen Pfad (4) druckdicht verschließt, wobei sich der hydraulische Pfad von der Trennmembran (3) bis zu der Druckmesszelle (5) erstreckt, um den an der Trennmembran anstehenden Druck zu der Druckmesszelle zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmessumformer (1) weiterhin einen hydraulischen Erreger (8) aufweist, welcher mit dem hydraulischen Pfad (4) kommuniziert und geeignet ist, dem hydraulischen Pfad Druckschwankungen aufzuprägen, und eine Erregerschaltung (11) zum Treiben des hydraulischen Erregers (8).
Druckmessumformer nach Anspruch 1, wobei dem Druckmessumformer weiterhin eine Auswertungseinheit zur Analyse der Abhängigkeit des druckabhängigen Signals von den aufgeprägten Druckschwankungen zugeordnet ist, aus der ermittelten Abhängigkeit Rückschlüsse auf den Zustand der Trennmembran zu ziehen.
Druckmessumformer nach Anspruch 2, wobei die Auswertungseinheit (12) in den Messumformer integriert ist.
Druckmessumformer nach Anspruch 2, wobei die zugeordnete Auswertungseinheit für die Analyse eine externe Auswertungseinheit ist, die in einer dem Messumformer übergeordneten Einheit angeordnet ist, mit welcher der Messumformer kommuniziert.
Druckmessumformer nach Anspruch 4, wobei der Messumformer einen Datenspeicher aufweist, in welchem das Sensorsignal in Antwort auf die aufgeprägten Druckschwankungen oder ein davon abhängiges vorverarbeitetes Signal aufgezeichnet wird.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Erreger zumindest eine Oberfläche aufweist, die zum Aufprägen der Druckschwankungen eine Relativbewegung bezüglich des hydraulischen Pfades durchführt.
Druckmessumformer nach Anspruch 6, wobei die Oberfläche eine Membranoberfläche umfasst.
Druckmessumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der hydraulische Erreger einen Füllkörper umfasst der im Volumen des hydraulischen Pfades angeordnet ist.
Druckmessumformer nach Anspruch 8, wobei die Anregung des Füllkörpers elektrostatisch, magnetisch durch Auslenkung eines Körpers oder durch Magnetostriktion, oder mittels einem Piezoerreger erfolgt.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aufgeprägte Druckschwankung ein oszillierendes Signal mit variabler Frequenz ist, wobei von der Auswertungsschaltung das Resonanzverhalten anhand der Amplitude des auf das Drucksignal aufmodulierten Schwankungssignals in Abhängigkeit von der Frequenz, oder anhand der Phasenbeziehung zwischen Erregersignal und dem Drucksignal analysiert wird.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Erregungsprofil zum Treiben der Erregerschaltung in einem Datenspeicher abgelegt ist
Druckmessumformer nach Anspruch 11, wobei mehrere Erregungsprofile abgelegt sind, die auf die aktuellen Randbedingungen der Messstelle abgestimmt sind, an welcher der Messumformer eingesetzt ist, wobei die zu erwartende Viskosität, Kompressibilität und Dichte des Prozessmediums berücksichtigt werden.
Druckmessumformer nach Anspruch 11 oder 12, wobei Erregungsprofile von einer übergeordneten Einheit herunter geladen werden können.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswertungseinheit einen Datenspeicher aufweist, in welchem die Ergebnisse der Analyse des schwankenden Drucksignals als Antwort auf die aufgeprägten Druckschwankungen für mindestens einen Satz von Randbedingungen als Referenz hinterlegt sind.
Druckmessumformer nach Anspruch 14, wobei in dem Datenspeicher die Ergebnisse der Analyse des schwankenden Drucksignals als Antwort auf die aufgeprägten Druckschwankungen für verschiedene Sätze von Randbedingungen als Referenz hinterlegt sind.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Datenspeicher der Auswertungseinheit die Abhängigkeiten der Antwort des schwankenden Drucksignals auf die Aufgeprägten Druckschwankungen als Funktion der Randbedingungen als Referenz hinterlegt ist.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Membranfehler detektiert und signalisiert wird, wenn das Antwortverhalten, von dem erwarteten Antwortverhalten bei den gegebenen Randbedingungen um einen bestimmten Toleranzwert abweicht.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abweichung vom erwarteten Wert des Amtwortverhaltens bei einer intakten Trennmembran über die Zeit aufgezeichnet werden, und anhand der zeitlichen Entwicklung der Abweichungen eine Trendanalyse durchgeführt wird, aus weicher ein Maß für die Reststandzeit der Trennmembran gewonnen wird.
Druckmessumformer nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei in dem Datenspeicher neben den Daten zum Antwortverhalten für eine intakte Trennmembran die Daten zum Antwortverhalten für defekte Trennmembranen bzw. für alternde Trennmembranen als Referenz hinterlegt sind.
Druckmessumformer nach Anspruch 19, wobei anhand eines Vergleichs des beobachteten Antwortverhaltens mit diesen Datensätzen eine Analyse des Grads der Alterung und eine Klassifizierung des konkreten Alterungsprozesses erfolgt.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennmembran einen Amplitudensensor aufweist, beispielsweise einen Widerstandssensor, einen piezoelektrischen Sensor oder einen kapazitiven Sensor, mit welchem die frequenzabhängige Auslenkung der Trennmembran direkt erfasst werden kann.
Druckmessumformer nach Anspruch 1, wobei der Druckmessumformer weiterhin einen Auslenkungssensor umfasst, welcher die Auslenkung der Trennmembran direkt misst, dem Druckmessumformer eine Auswertungseinheit zugeordnet ist zur Analyse der Abhängigkeit der Signale des Auslenkungssensors von den aufgeprägten Druckschwankungen, wobei ferner die Auswertungseinheit dazu vorgesehen ist, aus der ermittelten Abhängigkeit Rückschlüsse auf den Zustand der Trennmembran zu ziehen.
Druckmessumformer nach Anspruch 22, wobei der Auslenkungssensor einen Hallsensor, einen verformungsabhängigen Widerstand, einen piezoelektrischen Sensor oder einen kapazitiven Sensor aufweist.
Druckmessumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Schaltung zum Erfassen der Leistungsaufnahme des Erregers, wobei dem Druckmessumformer eine Auswertungseinheit zur Analyse der Abhängigkeit der Leistungsaufnahme des Erregers von den aufgeprägten Druckschwankungen zugeordnet ist, und die Auswertungseinheit dazu vorgesehen ist, aus der ermittelten Abhängigkeit Rückschlüsse auf den Zustand der Trennmembran zu ziehen.
Verfahren zum Überwachen eines Druckmessumformers insbesondere Gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckmessumformer eine Druckmesszelle und eine Trennmembran aufweist, die mit einem zumessenden Druck beaufschlagbar ist, und einen hydraulischen Pfad, der einen an der Trennmembran anstehenden Druck zu der Druckmesszelle überträgt, wobei das Verfahren die folgenden Merkmale aufweist: – Erregen von Druckschwankungen in dem hydraulischen Pfad mittels eines Erregers, der mit dem hydraulischen Pfad kommuniziert, – Analysieren des Antwortverhaltens des Druckmessumformers auf die angeregten Druckschwankungen, und – Auswerten des Analyseergebnisses im Hinblick auf den Zustand der Trennmembran.