用于可靠地确定和/或监测过程变量的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种用于确定和/或监测粘度、密度、和/或预定填充水平的设备，所述设备具有激励/接收单元(1)，其激励机械振动单元(2)振动，其中，设置有连接至激励/接收单元(1)并且具有测量分支(31)和与之分开的检查分支(32)的控制/评估单元(3)。检查分支(32)被配置成将激励信号施加于激励/接收单元(1)，接收机械振动单元(2)的振动并且根据接收的振动确定机械振动单元(2)和/或激励/接收单元(1)的至少第一故障和不同的第二故障(F1、F2、...)，其中，检查分支(32)的激励信号具有连续变化的频率，所述频率由频率/时间函数描述并且经历机械振动单元(2)的多种模式(M1、M2、...)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于可靠地确定和/或监测过程变量的设备
本专利技术涉及一种用于安全确定和/或监测介质的至少一个过程变量的装置。例如，介质的过程变量是粘度、密度或者预定填充水平。例如，介质在容器、储槽或者管线中。例如，介质是液体或者固体、粉状或者颗粒状介质。
技术介绍
在过程和/或自动化技术中，现场装置用于确定和/或监测过程变量——具体地，物理或者化学过程变量。现场装置通常包括至少一个传感器单元，该至少一个传感器单元至少部分地并且至少暂时地与过程接触。在本申请的上下文中，现场装置在原理上是在过程附近使用的并且提供或者处理与过程相关的信息的所有测量装置。例如，现场装置是填充水平测量装置、流量计、压力和温度测量装置、pH-氧化还原电位计、电导率仪等，这些装置用于记录相应的过程变量，诸如填充水平、压力、温度、pH值和导电率。这些现场装置由E+H集团以各种配置制造和销售。在大量的这些现场装置中，与过程接触的传感器单元基于机械振动单元。在水平测量装置的情况下，例如，这种所谓的电子振动传感器具有音叉、单个杆或者作为机械振动单元的薄膜。在操作期间，通过激励/接收单元(通常呈机电换能器的形式)将该薄膜激励为机械振动，该激励/接收单元又可以是压电驱动器或者电磁驱动器。在具有至少一个振动单元的流量计的情况下，该振动单元还可以被设计为振动管，通过相应介质(诸如，在根据Coriolis原理工作的传感器中)横穿该振动单元。为了简单起见，对电子振动传感器的以下描述限于具有振动单元的填充水平测量装置，在适当的点处对在专利技术解决方案的其它可能的申请进行参考。基于电子振动传感器的对应的填充水平测量装置由申请人销售——例如，以LIQUIPHANT或者SOLIPHANT为名。基本测量原理在本质上是已知的。激励/接收单元经由电气激励信号激励机械振动单元机械振动。相反，激励/接收单元可以接收机械振动单元的机械振动并且将该机械振动转换成电气接收信号。因此，激励/接收单元是单独的激励/激发单元和单独的接收单元或者组合的激励/接收单元中的任一者。根据机械振动单元的接收到的振动(其自然频率、谐振频率、相对于激励、振幅、和/或变化的相位)，然后识别或者确定和/或监测至少一个过程变量。根据应用领域，对电子振动传感器或者其它传感器的功能安全提出了非常高的要求。通过使用各种级别或者所谓的“安全完整性级别”(SIL)对功能安全进行分类。用于提供功能安全传感器的一种方式是使用多个传感器，并且因此实现特定冗余。另一种可能性是监测和显示传感器的可能的故障。对于在应用期间处于安装状态的传感器而言，在此处有利的是可以监测和显示安装状态下的故障。特别有利的是，如果在操作期间发生对可能的故障的监测，并且因此确定和/或监测过程变量是同时的。在现有技术中，用于监测电子振动传感器的各种故障的各种方法已经是已知的。电子振动传感器的常见故障是对电子振动传感器的机械振动单元的沉积。在DE000010014724A1中，例如，通过评估机械振动单元的两种不同模式来监测沉积，其中，两种模式中的每一种都以不同的方式对沉积做出反应。相反，DE000010328296A1基于超过了机械振动单元的振动频率的极限值来监测沉积。为了能够区分沉积与变化的过程条件和/或过程变量，在考虑到最大和最小可能的过程条件的频率和/或要监测和/或确定的过程变量的测量得到和/或计算得到的依赖性的情况下确定极限值。在DE102009045204A1中，通过频率搜索过程并且基于振幅的衰减速率来监测沉积。频率搜索过程优选地位于谐振频率周围的窄频带内。此外，不是在机械振动单元本身上，而是在机械振动单元的激励/接收单元上可能存在频繁的故障。这种情况的示例是线缆破损。如果压电元件作为激励/接收单元存在，例如，另一种可能的故障是激发压电元件的去极化。DE102004027397A1公开了一种通过第二振动电路和反馈回路进行线缆破损监测的方法。DE102008032887A1指定了一种评估测试单元的阻抗、电容、和电感的装置和方法。根据本公开，可以看到的是，使用了用于监测线缆破损即激励/接收单元(此处，优选地，压电元件)的缺陷的测试单元。在用于监测故障的现有技术中已知的技术解决方案的缺点在于，技术解决方案始终针对特定故障而定制。具体地，尚不存在利用其可以同时监测和分类机械振动单元的故障以及激励机械振动单元的激励/接收单元的故障的已知的技术解决方案。如果期望能够显示功能可靠的电子振动传感器的大量不同的故障，则因此例如，将必须同时实现和组合上文提到的技术解决方案。由于标准化解决方案和设计限制的要求，这并不总是可行的，或者与大量努力相关联，并且因此成本较高。此外，提供具有许多不同部件的电子振动传感器同样适得其反，这些部件将相对于特定功能来监测功能安全性：利用各个附加部件，还存在该部件故障或者引入的不同部件之间的相互作用故障的附加可能性。因此，需要能够通过使用单个技术解决方案来发现和分配电子振动传感器的大量不同的故障。
技术实现思路
因此，本专利技术基于提供一种电子振动传感器的目的，该电子振动传感器可以容易地发现机械振动单元和/或机械振动单元的激励/接收单元上的尽可能多的不同故障。该目的通过用于确定和/或监测粘度、密度和/或预定填充水平的装置来实现，该装置具有激励/接收单元，该激励/接收单元激励机械振动单元振动，其中，设置有控制/评估单元，该控制/评估单元连接至激励/接收单元并且具有彼此分开的测量分支和检查分支。测量分支被配置成将激励信号施加于激励/接收单元，以接收机械振动单元的振动并且根据接收到的振动确定和/或监测粘度、密度和/或预定填充水平。检查分支被配置成将激励信号施加于所述激励/接收单元以接收机械振动单元的振动，并且确定机械振动单元和/或激励/接收单元的至少第一故障和不同的第二故障，其中，检查分支的激励信号具有连续变化的频率，该频率由频率/时间函数描述并且经历机械振动单元的多种模式。振动系统的完全频谱在理论上包含关于振动系统的状态的所有信息，其中，振动系统由机械振动单元和激励/接收单元组成。为了获得完全频谱，在原理上，必须用宽频带的多个频率逐步激励该系统，使得在以这些逐步激励的频率中的每一个的每个瞬态之后确定振动的振幅和/或相位。这样做，频带必须包括对可能的相关故障敏感的所有这些模式。频谱的这种记录非常复杂，并且因此，在测量期间或者交替地进行测量时几乎不可行。因此，可以通过使用频率/时间函数遍历振幅和/或频谱的范围来获得对可能的相关故障敏感的良好近似。频率/时间函数穿过机械振动单元的多种模式。对于本领域的技术人员而言，频率/时间函数的特定配置根据电子振动传感器的配置产生结果。频率的变化率应该被选择为使得能够尽可能迅速地实施通过检查分支实施的功能检查，并且同时可以清楚地识别存在可能的故障。迅速意味着遍历整个频率/时间函数的时间段应该与在过程变量中和/或在过程条件中发生变化期间的时间段(通常在应用期间)具有相似的大小，或者在最佳情况下，甚至小于该时间段。清楚意味着可以找到明确的合适判据将至少两个故障与过程变量和可变过程条件的影响区分开，使得超过或者低于相应判据是对存在相应故障的可靠指示。根据电子振动传感器和特定故障的配置，还可以使用判据来精确地确定存在至少两个故本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定和/或监测粘度、密度和/或预定填充水平的装置，所述装置具有：激励/接收单元(1)，所述激励/接收单元激励机械振动单元(2)振动，其中，设置有控制/评估单元(3)，所述控制/评估单元连接至所述激励/接收单元(1)并且具有彼此分开的测量分支(31)和检查分支(32)，其中，所述测量分支(31)被配置成把激励信号施加于所述激励/接收单元(1)，使得接收所述机械振动单元(2)的振动，并且根据所接收的振动确定和/或监测粘度、密度和/或预定填充水平，并且其中，所述检查分支(32)适于把激励信号施加于所述激励/接收单元(1)，使得接收所述机械振动单元(2)的振动，并且根据所接收的振动确定所述机械振动单元(2)和/或所述激励/接收单元(1)的彼此不同的至少第一故障和第二故障(F1、F2、...)，其中，所述检查分支(32)的激励信号具有连续变化的频率，所述频率由频率/时间函数描述并且经历所述机械振动单元(2)的多种模式(M1、M2、...)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.11 DE 102015121621.31.一种用于确定和/或监测粘度、密度和/或预定填充水平的装置，所述装置具有：激励/接收单元(1)，所述激励/接收单元激励机械振动单元(2)振动，其中，设置有控制/评估单元(3)，所述控制/评估单元连接至所述激励/接收单元(1)并且具有彼此分开的测量分支(31)和检查分支(32)，其中，所述测量分支(31)被配置成把激励信号施加于所述激励/接收单元(1)，使得接收所述机械振动单元(2)的振动，并且根据所接收的振动确定和/或监测粘度、密度和/或预定填充水平，并且其中，所述检查分支(32)适于把激励信号施加于所述激励/接收单元(1)，使得接收所述机械振动单元(2)的振动，并且根据所接收的振动确定所述机械振动单元(2)和/或所述激励/接收单元(1)的彼此不同的至少第一故障和第二故障(F1、F2、...)，其中，所述检查分支(32)的激励信号具有连续变化的频率，所述频率由频率/时间函数描述并且经历所述机械振动单元(2)的多种模式(M1、M2、...)。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述检查分支(32)具有微控制器(321)，其中，所述微控制器(321)被配置成控制所述激励信号的连续变化的频率。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述微控制器(32)适于从接收的振动中滤除具有所述激励信号的频率的振动。4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述微控制器(321)和所述控制/评估单元(3)被配置成-根据接收的属于给定频率的振动确定振幅的绝对值，以及-根据所述振幅的所述绝对值和给定的频率/时间函数来创建包络函数，其中，所述控制/评估单元(3)基于所述包络函数和/或接收的振动的相位以及预定频率/时间函数来确定所述机械振动单元(2)和/或所述激励/接收单元(1)的所述至少两个不同的故障(F1、F2、...)。5.根据前述权利要求中的至少一项所述的装置，其中，所述检查分支(32)具有可变频率滤波器(322)，其中，所述可变频率滤波器(322)被配置成从接收的振动中滤除给定频率的振动，并且其中，所述微控制器(321)被配置成对所述可变频率滤波器(322)指定所述激励信号的频率作为要滤波的频率。6.根据权利要求5所述的装置，其中，峰值整流器(323)连接在所述检查分支(32)的所述频率滤波器(322)的下游，并且其中，所述控制/评估单元(3)被配置成基于由所述峰值整流器(323)确定的值和所述预定频率/时间函...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨沙·德安热利科，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE