DE102017130979A1

DE102017130979A1 - Messgerät zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums und ein Verfahren zum Betrieb eines Messgeräts zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums

Info

Publication number: DE102017130979A1
Application number: DE102017130979.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Boldt
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Ein Messgerät (1) zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums, wobei das Messgerät (1) eine Druckmesszelle (2), eine Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) und einen Gyroskop-Sensor (3) und/oder einen Beschleunigungssensor (4) aufweist, wobei der Gyroskop-Sensor (3) und/oder der Beschleunigungssensor (4) vorgesehen ist zum Erfassen Messdaten in Abhängigkeit von Vibrationen auf das Messgerät (1), wobei die Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) eingerichtet ist zur Ausgabe eines Messwertes des durch die Druckmesszelle (2) ermittelten Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums und zur Ausgabe eines Wert hinsichtlich der Messunsicherheit und/oder einer Warnmeldung hinsichtlich der Messunsicherheit, wobei zur Ermittlung des Wertes der Messunsicherheit und/oder zur Ausgabe der Warnmeldung die Messdaten des Gyroskop-Sensors (3) und/oder des Beschleunigungssensors (4) berücksichtigt werden;sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Messgerät (1) zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messgerät zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Messgerät zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruch 9.
Messgeräte der Prozessmesstechnik mit Druckmesszellen können auch als Drucksensoren bezeichnet werden und sind an sich bekannt. Die Ermittlung des Drucks durch einen Drucksensor unterliegt bestimmten Rahmenbedingungen. So können Vibrationen eine Fehlerquelle bei der Ermittlung des Absolutdrucks und/oder Relativdrucks, beispielsweise darstellen.
Bei stärkeren Vibrationen im Bereich der Resonanzfrequenz kann zudem eine Schädigung des Sensors erfolgen. Beispielsweise können bei starken Vibrationen Lufteinschlüsse im Übertragungsmedium erzeugt werden.
Ausgehend von den vorgenannten Vorbetrachtungen ist es nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Messgerät zu schaffen, welches auftretende Vibrationen erkennt und quantifiziert.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein Messgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Bereitstellen eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Ein erfindungsgemäßes Messgerät dient der Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums. Das Messgerät umfasst einen Druckmesszelle, eine Mess- und/oder Auswerteeinheit und einen Gyroskop-Sensor und/oder einen Beschleunigungssensor. Gyroskop-Sensoren und Beschleunigungssensor sind aus dem Bereich der Handytechnologie bekannt. Die erfindungsgemäß verwendeten Gyroskop-Sensoren und/oder Beschleunigungssensoren können vorteilhaft als MEMS-Sensor ausgebildet sein. Besonders bevorzugt sind beide Sensoren auf einem gemeinsamen Trägerkörper angeordnet und somit als ein Sensorbauteil ausgebildet.
Der Gyroskop-Sensor, insbesondere jedoch der Beschleunigungssensor, ist vorgesehen zum Erfassen Messdaten in Abhängigkeit von Vibrationen auf das Messgerät.
Die Mess- und/oder Auswerteeinheit ist eingerichtet ist zur Ausgabe eines Messwertes des durch den Drucksensor ermittelten Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums und zur Ausgabe eines Wert hinsichtlich der Messunsicherheit wobei zur Ermittlung des Wertes der Messunsicherheit die Messdaten des Gyroskop-Sensors und/oder des Beschleunigungssensors berücksichtigt werden. Hierfür kann die Mess- und/oder Auswerteeinheit einen Datenspeicher mit einem Rechenalgorithmus aufweisen, welcher mittels einer ebenfalls der Mess- und/oder Auswerteeinheit zugeordneten Recheneinheit, insbesondere einem Mikrocontroller, ausgeführt wird.
Alternativ oder zusätzlich zu einem konkreten Wert kann auch leidlich eine Warnmeldung ausgegeben, sofern der Wert der Messunsicherheit einen Sollwert überschreitet. Dieser kann analog auf dem Datenspeicher hinterlegt sein und durch den Mikrocontroller zur Auswertung herangezogen werden.
Das vorliegende Messgerät ermöglicht somit in einem ersten Schritt die Quantifizierung einer Messunsicherheit und/oder eine Warnung vor übermäßigen Vibrationen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Mess- und/oder Auswerteeinheit kann zudem ausgerüstet sein zur Initiierung eines Wartungsservices sofern der Wert der Messunsicherheit einen vorbestimmten Sollwert überschritten hat. Dies kann beispielsweise durch Zuordnung eines Funkmoduls erfolgen und durch Auslösen eines Steuerbefehls aufgrund eines auf dem Datenspeicher hinterlegten Computerprogrammproduktes mittels welchem ein Wartungsservice benachrichtigt wird.
Weiterhin können die Messdaten hinsichtlich der Messunsicherheit durch ein erweitertes Computerprogramm, welches auf dem Datenspeicher der Mess- und Auswerteeinheit hinterlegt ist, zur Kompensation des Messwertes des Absolut- und/oder Differenzdruckes durch den Wert der Messunsicherheit wird.
Die Mess- und/oder Auswerteeinheit kann zudem eingerichtet sein zur Kontrolle der Einbaulage des Messgerätes und/oder zur Kompensation des ermittelten Messwertes hinsichtlich des Absolut- und/oder Differenzdrucks des Mediums in Abhängigkeit von den vom Gyroskop-Sensor erfassten Messdaten insbesondere zur Kompensation eine Einbaulage.
Bevorzugt und in kompakter Bauweise sind der Gyroskop-Sensor und der Beschleunigungssensor Teil eines gemeinsamen Sensorbauteils. Bevorzugt ist das Sensorbauteil als MEMS-Bauteil ausgebildet, insbesondere mit einem gemeinsamen Trägerelement, sind.
Der Gyroskop-Sensor und/oder der Beschleunigungssensor können vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Drucksensor und der Mess- und/oder Auswerteeinheit angeordnet sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient dem Betrieb eines Messgerät zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums. Das Messgerät weist einen Drucksensor, eine Mess- und/oder Auswerteeinheit und einen Gyroskop-Sensor und/oder einen Beschleunigungssensor auf.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

a) Erfassen von Messdaten in Abhängigkeit von Vibrationen auf das Messgerät durch den Gyroskopen und/oder durch den Beschleunigungssensor;
b) Erfassen eines Messwertes, beispielsweise einer Messspannung, zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdruckes eines Mediums durch den Drucksensor;
c) Ermittlung eines Wertes hinsichtlich der Messunsicherheit des Messwertes, wobei zur Ermittlung des Wertes der Messunsicherheit die Messdaten des Gyroskop-Sensors und/oder des Beschleunigungssensors berücksichtigt werden.

Die Messdaten des Gyroskopen und/oder des Beschleunigungssensors und/oder daraus ermittelte Werte der Messunsicherheit können vorteilhaft mit einem Sollwert vergleichen werden, wobei bei einem dauerhaften Überschreiten des Sollwertes eine Fehlfunktion des Messgerätes und/oder eine Fehldimensionierung des Messgerätes bei Einsatz in einer Prozessanlage angezeigt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Einzelne Merkmale des Ausführungsbeispiels können auch für sich genommen in weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen realisiert werden.

1 schematische Darstellung eines Messgerätes zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums.
1 zeigt in stark-vereinfachter Darstellung ein Messgerät 1 zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdruckes eines Mediums.

Dieses Messgerät 1 ist im vorliegenden Beispiel an eine Rohrleitung 10 einer Prozessanlage angeschlossen.
Das Messgerät 1 umfasst eine ebenfalls nur schematisch-dargestellten Druckmesszelle 2. Die Messgeräte und Druckmesszellen für den vorliegenden Anwendungsfall können vielfältig ausgebildet sein. Exemplarisch für den konkreten Aufbau eines Messgerätes mit einer Durchmesszelle kann die DE 10 2013 114 497 A1 aufgeführt werden, auf welche im Rahmen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen wird.
Die Druckmesszelle 2 kann eine Membran, z.B. eine keramische Membran, umfassen und ist über eine Messleitung, die als Kapillare ausgebildet sein kann, mit einem Druckmittler, der an einem Prozessanschluss angeordnet ist, verbunden.
Der Druckmittler und die Kapillare sind mit einem inkompressiblen Übertragungsmedium, meist einem Öl, zur Übertragung eines auf den Druckmittler wirkenden Prozessdruckes zu der Druckmesszelle gefüllt.
Mittels des Prozessanschlusses kann der Druckmittler in einer Prozessumgebung angeordnet werden. Meist ist dies ein Tank oder eine Rohrleitung, wobei ein Druck innerhalb des Tanks beziehungsweise der Rohrleitung als Prozessdruck gemessen werden soll.
Zusätzlich zur Druckmesszelle weist das Messgerät 1 einen Beschleunigungssensor 4 auf. Dieser Beschleunigungssensor 4, auch Beschleunigungsmesser, kann vorteilhaft als ein Sensorelement mit einem Gyroskop-Sensor 3 kombiniert werden. Ein entsprechender Sensor wird beispielsweise als BMI160 von Bosch Sensortec kommerziell angeboten. Sowohl der Beschleunigungsmesser bzw. Beschleunigungssensor 4 als auch der Gyroskop-Sensor 3 kann als Drei-Achsen-Sensor ausgebildet sein.
Ein Gyroskop-Sensor nutzt bekannterweise die Erdgravitation für eine Positionsbestimmung.
Die Messgenauigkeit des Messgerät 1 mit der Druckmesszelle kann u.a. von der Einbaulage der Druckmesszelle in einer Prozessanlage Bezug zur Erdgravitation abhängig sein. Daher benötigt das Messgerät 1 eine Lagekorrektur je nach Einbaulage.
Ein Gyroskop-Sensor kann insbesondere auch die Einbaulage des Messgerätes 1 bestimmen, da es sich an der Erdgravitation orientiert. Dadurch kann eine Lagekorrektur des Messgerätes 1 durch den Gyroskop-Sensor 3 erfolgen, beispielsweise direkt nach der Installation des Messgerätes in einer Prozessanlage.
Ein Beschleunigungssensor bzw. Beschleunigungsmesser ermittelt Messwerte aufgrund von Vibrationen. So können Kristalle, analog zum Piezoeffekt, unter Belastung eine Spannung generieren, wobei die Belastung durch Vibrationen hervorgerufen wird.
Erfährt das Messgerät 1 zu große Vibrationen, kann dies zu unbemerkten Messungenauigkeiten führen oder zu einer unbemerkten Zerstörung des Geräts. Durch den Einsatz eines Beschleunigungssensor kann einerseits eine Messwert-Korrektur zur Kompensation erfolgen. Andererseits kann eine Überwachung der übermäßigen Vibrationsbelastung des Messgerätes 1 erfolgen, um frühzeitig vor einer Schädigung des Messgerätes 1 zu detektieren und davor zu warnen.
Das Messgerät weist zur Auswertung der Messdaten der einzelnen Sensoren eine Mess- und/oder Auswerteeinheit 5 auf. Diese kann über einen Datenspeicher und einen Mikrocontroller zur Speicherung und Ausführung von Computerprogrammprodukten mit entsprechenden Rechenalgorithmen aufweisen.
Typischerweise wird in heutiger Zeit ein kompakter Sensor realisiert und käuflich erwerbbar, welcher einen Beschleunigungssensor mit einem Gyroskop-Sensor kombiniert. Dadurch kann mit einem einzigen Sensorbauteil 7 in kompakter Bauweise sowohl die Einbaulage als auch Vibrationen, die auf das Messgerät 1 einwirken, bestimmt werden.
Das Sensorbauteil 7 ist vorteilhaft und gegen Umwelteinflüsse geschützt in einem Gehäuse 6 des Messgeräts 1 angeordnet.
Die automatische Korrektur der Messwerte erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Einbaulage und/oder der ermittelten Vibrationen.
Weiterhin kann bei Auftreten von Vibrationen die über den Spezifikation des Messgeräts hinausgehend automatisch eine Wartungsmeldungen ausgelöst werden, wie z.B. Warnung vor reduzierter Messgenauigkeit und / oder frühzeitigem Verschleiß.
Eine Kombination aus drei-Achsen Gyroskop-Sensor und Beschleunigungssensor ermöglicht somit die automatische Erkennung und Korrektur von lageabhängigen Artefakte des in einer Einbaulage an eine Prozessanlage angeschlossenen Messgerätes und/oder eine Ausgabe eines Warn- bzw. Bedienhinweises an den Anwender.
Darüber hinaus können Warnmeldungen bezüglich zu großer Vibration ausgelöst werden und damit dem Anwender Hinweise zu reduzierter Messungenauigkeit und/oder erhöhtem Verschleiß als Hinweis auf eine vorbeugende Wartung geben. Es ist auch möglich, dass die Mess- und/oder Auswerteeinheit eine solche Wartung automatisch auslöst. Hierfür weist die Mess- und/oder Auswerteeinheit vorzugsweise ein zusätzliches Kommunikationsbauteil auf, z.B. ein Funkmodul, welches mit einem Wartungsservice kommunizieren kann.
Bezugszeichenliste

1: Messgerät
2: Drucksensor
3: Gyroskop-Sensor
4: Beschleunigungssensor
5: Mess- und Auswerteeinheit
6: Gehäuse
7: Sensorbauteil
10: Rohrleitung

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

DE 102013114497 A1 [0022]

Claims

Messgerät (1) zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums, wobei das Messgerät (1) eine Druckmesszelle (2), eine Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) und einen Gyroskop-Sensor (3) und/oder einen Beschleunigungssensor (4) aufweist, wobei der Gyroskop-Sensor (3) und/oder der Beschleunigungssensor (4) vorgesehen ist zum Erfassen Messdaten in Abhängigkeit von Vibrationen auf das Messgerät (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) eingerichtet ist zur Ausgabe eines Messwertes des durch die Druckmesszelle (2) ermittelten Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums und zur Ausgabe eines Wert hinsichtlich der Messunsicherheit und/oder einer Warnmeldung hinsichtlich der Messunsicherheit, wobei zur Ermittlung des Wertes der Messunsicherheit und/oder zur Ausgabe der Warnmeldung die Messdaten des Gyroskop-Sensors (3) und/oder des Beschleunigungssensors (4) berücksichtigt werden.
Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) zudem ausgerüstet ist zur Initiierung eines Wartungsservices sofern der Wert der Messunsicherheit einen vorbestimmten Sollwert überschritten hat.
Messgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert des Absolut- und/oder Differenzdruckes durch den Wert der Messunsicherheit kompensiert wird.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesszelle (2) eine Membran umfasst und dass die Druckmesszelle (2) mittels einer Kapillare mit einem Druckmittler verbunden ist, wobei die Kapillare mit einem inkompressiblen Übertragungsmedium gefüllt ist zur Übertragung eines Mediumsdruckes von dem Druckmittler auf die Membran der Druckmesszelle (2).
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) eingerichtet ist zur Kontrolle der Einbaulage des Messgerätes (1).
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) eingerichtet ist zur Kompensation des ermittelten Messwertes hinsichtlich des Absolut- und/oder Differenzdrucks des Mediums in Abhängigkeit von den vom Gyroskop-Sensor (3) erfassten Messdaten .
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gyroskop-Sensor (3) mit dem Beschleunigungssensor (4) Teil eines gemeinsamen Sensorbauteils (7), insbesondere mit einem gemeinsamen Trägerelement, sind.
Messgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gyroskop-Sensor (3) und/oder der Beschleunigungssensor (4) in einem gemeinsamen Gehäuse (6) mit der Druckmesszelle (2) und der Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Messgerät (1) zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdrucks eines Mediums, wobei das Messgerät (1) eine Druckmesszelle (2), eine Mess- und/oder Auswerteeinheit (5) und einen Gyroskop-Sensor (3) und/oder einen Beschleunigungssensor (4) aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte: a) Erfassen von Messdaten in Abhängigkeit von Vibrationen auf das Messgerät (1) durch den Gyroskop-Sensor (3) und/oder durch den Beschleunigungssensor (4); b) Erfassen eines Messwertes zur Ermittlung eines Absolut- und/oder Differenzdruckes eines Mediums durch die Druckmesszelle (2) ; c) Ermittlung eines Wertes hinsichtlich der Messunsicherheit des Messwertes, wobei zur Ermittlung des Wertes der Messunsicherheit die Messdaten des Gyroskop-Sensors (3) und/oder des Beschleunigungssensors (4) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten des Gyroskop-Sensor (3) und/oder des Beschleunigungssensors (4) und/oder daraus ermittelte Werte der Messunsicherheit mit einem Sollwert vergleichen wird, wobei bei einem dauerhaften Überschreiten des Sollwertes eine Fehlfunktion des Messgerätes (1) und/oder eine Fehldimensionierung des Messgerätes (1) bei Einsatz in einer Prozessanlage angezeigt wird.