DE19814763A1

DE19814763A1 - Meßwerterfassungs- und -verarbeitungssystem

Info

Publication number: DE19814763A1
Application number: DE1998114763
Authority: DE
Inventors: Marc Buttmann
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-04-02
Publication date: 1999-10-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Meßwererfassung- und -verarbeitungssystem, insbesondere bei der Analysenmeßtechnik im Prozeßbereich, mit einem Meßwertaufnehmer (2) und einer Meßwertverarbeitungseinrichtung (4), um periodisch auftretende Störungen zu eliminieren, ist das System erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Frequenzerfassungseinrichtung (8) zum Erfassen der Frequenz einer dem Meßwert überlagerten Störung und durch eine der Meßwertverarbeitungseinrichtung (4) zugeordnete Integrationsvorrichtung (6) zum Integrieren eines Meßwertsignals über eine Integrationszeit von einer oder mehreren Perioden der durch die Frequenzerfassungseinrichtung (8) ermittelten Störfrequenz.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messwerterfassungs- und -verarbeitungssystem, insbesondere bei der Analysenmesstechnik im Prozessbereich, mit einem Messwertaufnehmer und einer Messwertverarbeitungseinrichtung

In der Analysenmesstechnik im Prozessbereich werden Messwertsignale eines Sensors, bspw. eines pH-, Leitfähigkeits-, Trübungs- oder Gassensors oder eines Sensors, welcher die Sauerstoffionenkonzentration in einem Festkörper misst, erfasst und verarbeitet. Dabei ist der Messwertverarbeitung üblicherweise eine Anzeige des verarbeiteten Messwerts nachgeordnet. Messsysteme dieser Art werden durch periodisch auftretende Störgrößen beeinflusst, wobei sich die Einflüsse der Versorgungsspannung der Messelektronik als besonders nachteilig erweisen. So koppelt ein elektromagnetisches Feld in der Nähe der Messumgebung in die Messwerterfassungs- und -verarbeitungselektronik des Systems ein und induziert eine Spannung, welche dem Messwert überlagert wird und diesen verfälscht. Derartige Erscheinungen sind in einem üblichen 50 Hz-Versorgungsnetz als 50 Hz-Brumm bekannt.

Bei Verwendung von Netztransformatoren wirken sich kapazitive Kopplungen zwischen galvanisch voneinander getrennten Sekundärwicklungen als nachteilig aus. Probleme existieren aber auch aufgrund eines unsymmetrischen Wicklungsaufbaus und des Auftretens von Streuinduktivitäten. Wenn zwei voneinander getrennte Sekundärwicklungen zur Spannungsversorgung der Messwerterfassungs- und -verarbeitungselektronik vorgesehen sind, so fließen aufgrund der vorstehend beschriebenen Effekte Ausgleichsströme, die miterfasst werden und die tatsächlichen Signale verfälschen.

Bei Netztransformatoren werden Halbleiterschaltungselemente wie Gleichrichterdioden verwandt, die beim "An- und Ausschalten" Abrissspannungen, sog. Störspitzen, verursachen, welche die ausgegebene Gleichspannung überlagern.

Den beschriebenen nachteiligen Auswirkungen wurde seither durch Vorsehen geeigneter Filtermittel begegnet. Für die hauptsächlich störenden niederfrequenten und auf das Versorgungsnetz zurückzuführenden Störungen muss ein Tiefpass-Filtermittel eingesetzt werden. Hierdurch wird aber die Sprungantwortszeit verlängert, und das System wird träge.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die negativen Auswirkungen der vorstehend beschriebenen Effekte auf die Messwerterfassung- und -ver arbeitung zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird bei einem Messwerterfassungs- und -ver arbeitungssystem der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch eine Frequenzerfassungseinrichtung zum Erfassen der Frequenz einer dem Messwert überlagerten Störung und durch eine der Messwertverarbeitungseinrichtung zugeordnete Integrationsvorrichtung zum Integrieren eines Messwertsignals über eine Integrationszeit von einer oder mehreren Perioden der durch die Frequenzerfassungseinrichtung ermittelten Störfrequenz.

Gegenstand der Erfindung ist desweiteren ein Verfahren zur Messwerterfassung und -verarbeitung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.

Die erfindungsgemäße Lösung macht sich die Periodizität der Störeinflüsse zunutze. Störeinflüsse, welche auf das Versorgungsnetz zurückzuführen sind, sind mit der Netzfrequenz bzw. Netzphase periodisch und synchron zu dieser. Durch die netzsynchrone Ansteuerung der Messwertverarbeitungseinrichtung durch Integration über eine oder mehrere Grundwellen der Störfrequenz lassen sich die hierdurch erzeugten Fehler "wegintegrieren", da sich die der positiven Halbwelle zuzuordnenden Störungen mit denen der negativen Halbwelle mathematisch zu Null addieren. Durch den Integrationsvorgang des störungsbehafteten Messwertsignals resultiert eine Messwert/Zeitfläche, die genau derjenigen des ungestörten Messwerts entspricht. Hieraus kann der fehlerfreie Messwert abgeleitet werden.

Es ist also wesentlich, dass die Integrationszeit oder -dauer, also die Länge des Integrationsintervalls exakt der Zeit- bzw. Periodendauer einer Netzschwingung oder eines vielfachen davon entspricht. Die genaue Störfrequenz wird daher durch eine geeignete Elektronik in Form der Frequenzerfassungseinrichtung Vorort, insbesondere direkt aus der Netzspeisung, abgeleitet.

In vorteilhafter Weise ist noch eine Vorrichtung zum Bestimmen der Integrationszeit entsprechend der von der Frequenzerfassungseinrichtung ermittelten Störfrequenz vorgesehen, welche in bestimmter oder wahlweise bestimmbarer Form die Integrationszeit ermittelt.

Die Frequenzerfassungseinrichtung ist vorzugsweise zum Erfassen einer niederfrequenten Netzfrequenz ausgebildet, da die sich ergebenden Störgrößen maßgeblich auf den Einfluss der Spannungsversorgung aus dem Netz herrühren können.

Desweiteren weist die Messwertverarbeitungseinrichtung eine Normierungsstufe auf, in der ein vom Messwertaufnehmer aufgenommenes Rohmesswertsignal normiert wird.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Messwerterfassungs- und -verarbeitungssystems. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messwerterfassungs- und -ver arbeitungssystems; und

Fig. 2 eine Darstellung eines Messwertsignals mit überlagerter niederfrequenter Störung und Andeutung der Integrationszeit.

Fig. 1 zeigt ein Messwerterfassungs- und -ver arbeitungssystem, welches in der Analysenmesstechik und Prozessmesstechnik bspw. in Verbindung mit einem pH-, Leit fähigkeits-, Trübungs- oder Gassensor eingesetzt werden kann. Das von einem nicht dargestellten Sensor aufgenommene Messwertsignal wird an einen Messwertaufnehmer 2 gelegt. Das von dem Messwertaufnehmer erfasste Messwertsignal (Rohmesswert) wird einer Messwertverarbeitungseinrichtung 4 zugeführt, bei der es sich bspw. um eine analoge Verstärkungseinrichtung und/oder eine intelligente, also einen Prozessor umfassende Verarbeitungseinrichtung handeln kann. Die Messwertverarbeitungseinrichtung 4 umfasst eine nicht dargestellte Normierungsstufe, in der aus dem unverarbeiteten Messwertsignal ein normiertes Messwertsignal gebildet wird. Ferner ist der Messwertverarbeitungseinrichtung 4 eine Integrationsvorrichtung 6 zugeordnet, in der das normierte Messwertsignal über eine bestimmte Integrationszeit integriert wird. Die Integrationszeit wird in Abhängigkeit der Frequenz einer das Messwertsignal überlagernden Störung gewählt. Zu deren Bestimmung ist eine Frequenzerfassungseinrichtung 8 vorgesehen, die zur Erfassung einer insbesondere niederfrequenten Störung, insbesondere einer durch die Versorgungsspannung des Systems hervorgerufenen Störung, ausgebildet ist. Es kann sich hierbei bspw. um eine Trafowicklung, eine Induktionsschleife oder eine niederfrequente Antennenstruktur handeln. Zusätzlich zu der Frequenzerfassungseinrichtung 8 ist eine Vorrichtung 10 zum Bestimmen einer geeigneten Integrationszeit in Abhängigkeit der von der Einrichtung 8 ermittelten Störfrequenz vorgesehen. Bei dieser Integrationszeit kann es sich um die Periodendauer einer Grundschwingung der Störung oder eines vielfachen davon handeln. Die so ermittelte Integrationszeit wird der Integrationsvorrichtung 6 eingegeben. Der Ausgang der Integrationsvorrichtung 6 stellt dann das verarbeitete Messwertsignal dar und kann an eine nicht dargestellte Anzeigevorrichtung ausgegeben werden.

Fig. 2 verdeutlicht die Vorgänge beim Betrieb des erfindungsgemäßen Systems. Dargestellt ist der zeitliche Verlauf eines mit einer niederfrequenten periodisch auftretenden Störung überlagerten Messwertsignals 12. Man erkennt eine Art Schwebung, wie sie bspw. durch den 50 Hz-Brumm also die induktive Kopplung der Netzspannung in die Messwertverarbeitungseinrichtung 4 eingespielt wird. Dem überlagert erkennt man sowohl in der positiven wie in der negativen Halbwelle eine Störspitze 14, wie sie bspw. beim Schalten eines Halbleiterelements, bspw. bei der Gleichrichtung von Wechselspannungen auftreten können. Wird in der Integrationsvorrichtung 6 (Fig. 1) über die Integrationszeit 16, also die Periodendauer der überlagerten Störgröße integriert, so wird der Einfluss der Störgröße mathematisch eliminiert und man erhält das ungestörte Messwertsignal 18, das dann zur Anzeige gebracht werden kann oder in beliebiger anderer Weise weiterverarbeitet werden kann.

Claims

1. Messwerterfassungs- und -verarbeitungssystem, insbesondere bei der Analysenmesstechnik im Prozessbereich, mit einem Messwertaufnehmer (2) und einer Messwertverarbeitungseinrichtung (4), gekennzeichnet durch eine Frequenzerfassungseinrichtung (8) zum Erfassen der Frequenz einer dem Messwert überlagerten Störung und durch eine der Messwertverarbeitungseinrichtung (4) zugeordnete Integrationsvorrichtung (6) zum Integrieren eines Messwertsignals über eine Integrationszeit von einer oder mehreren Perioden der durch die Frequenzerfassungseinrichtung (8) ermittelten Störfrequenz.

2. Messwerterfassungs- und -verarbeitungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (10) zum Bestimmen der Integrationszeit entsprechend der von der Frequenzerfassungseinrichtung (8) ermittelten Störfrequenz.

3. Messwerterfassungs- und -verarbeitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzerfassungseinrichtung (8) zum Erfassen einer niederfrequenten Netzfrequenz ausgebildet ist.

4. Messwerterfassungs- und -verarbeitungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwertverarbeitungseinrichtung (4) eine Normierungsstufe aufweist, in der ein vom Messwertaufnehmer aufgenommenes Messwertsignal formiert wird.

5. Messwerterfassungs- und -verarbeitungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang der Normierungsstufe an die Integrationsvorrichtung (6) gegeben ist.

6. Verfahren zur Messwerterfassung und -verarbeitung, die folgenden Verfahrensschritte umfassend:

- Erfassen eines Messwertsignals,
- Erfassen der Frequenz einer das Messwertsignal überlagernden Störung,
- Bestimmen einer Integrationszeit entsprechend der ermittelten Störfrequenz,
- Integrieren des Messwertsignals über die bestimmte Integrationszeit zum Eliminieren der Störung.