专利名称：用于现场设备的沉积物警报的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于监控和/或确定介质的过程量的现场设备，其中过程量优选地是介质的料位、粘度或密度。现场设备包括可振荡单元；驱动/接收单元，其激励可振荡单元振荡或者接收可振荡单元的振荡；和调节/分析单元，其调节可振荡单元的振荡或者分析可振荡单元的振荡。介质例如是容器中的液体。
申请人以商标“Liquiphant”生产并销售用于测量和/或监控容器中介质的料位的现场设备。这种测量设备通常包括可振荡单元、驱动/接收单元和调节/分析单元。驱动/接收单元激励可振荡单元振荡，可振荡单元往往是可振荡叉。振荡频率(f)例如依赖于可振荡单元是在空气中振荡还是被介质覆盖。于是，从频率可以推导出覆盖程度。这还可以从振幅得出；然而，通常分析频率。在驱动/接收单元中，存在例如压电元件；它将电信号转换为机械振荡，然后将该机械振荡通过合适的膜传递到可振荡单元。反过来，以相同的方式将机械振荡转换为电信号。放大并回馈可振荡单元的信号的反馈电子装置以及用于分析并进一步处理振荡的电子装置在调节/分析单元中相结合。这种料位测量仪表通常用作限位开关。在这种情况中，可振荡单元安装在确定的位置，例如在容器内，由此得到介质的料位。测量可以或者低于这个填充高度(空转保护或最小保护或最小检测)或者超过这个填充高度(超量保护、最大保护或检测)。在空转保护的情况中，可振荡单元首先在介质中振荡，然后在空气中或者在界面检测(例如，油/水)的情况中在密度较小的第二介质中振荡。在可振荡单元浸入介质或者具有较高密度的介质的情况中的振荡频率小于在空气中或者在具有较低密度的介质中振荡的情况。结果，从振荡频率变得越来越大或者上升超过一定阈值的事实，可以得出结论可振荡单元自由振荡，因而不再被覆盖，或者可振荡单元在具有较低密度的介质中振荡。这意味着具有较高密度的介质(对于从介质到空气的情况中也适用)已经降到低于料位。基于这个信息，例如可以关闭排出或者可以触发警报。类似的考虑对于最大保护的应用也适用。
关于沉积物的形成具有问题。某些介质，例如泡沫液体覆盖可振荡单元并沉淀在它上面。这种沉积物增加了可振荡单元的质量。与其相关联的是振荡频率(f)减少，即，由于附加的质量，可振荡单元以较低的频率(f)振荡。如果将可振荡单元被沉积物覆盖的这种现场设备用于空转保护，那么具有危险，即，即使叉实际在自由振荡，但是由于沉积物而使振荡频率(f)明显低于作为自由叉的量度的频率，也将发出“覆盖”报告。于是，不再能够无条件地保证安全；于是，识别沉积物的存在是非常重要的。在现场设备用于超量保护的情况中，识别沉积物同样有意义，因为当可振荡单元实际上自由振荡时，沉积物也导致“覆盖”报告。于是，沉积物妨碍了现场设备的可靠性。
因此，本发明的目的是监控和/或测量介质的过程量，其中沉积物导致相应的警报。
本发明的这个目的由此得以实现，即，当可振荡单元的振荡的振荡频率(f)落在可调极限值(G；GMinimum；GMaximum)之下时调节/分析单元产生沉积物警报，其中极限值(G；GMinimum；GMaximum)可以至少从振荡频率(f)对于过程条件和/或待监控和/或待确定的过程量的依赖性而确定和/或计算，所述依赖性是通过测量和/或计算而得到的。沉积物降低振荡频率(f)。于是，检查频率(f)是否低于极限值(G；GMinimum；GMaximum)。在这种情况中，发出警报或错误信号。极限值(G)通常可以对应于应用以及过程条件而自由调节。GMinimum和GMaximum是现场设备用于料位检测所使用的两个特定的极限值(这将在下面的实施例中进一步解释)。振荡频率(f)不仅仅依赖于沉积物，而是还依赖于过程条件，例如温度、压力、密度、粘度等，还依赖于过程量，例如料位。另外，振荡频率(f)还依赖于可振荡单元的具体实施方式
。频率(f)对于过程条件和过程量的这些依赖性例如在补偿中得到测量。对于过程量和过程条件的依赖性各自与现场设备的实施方式相关，并且特别地，还与可振荡单元的实施方式相关。这个补偿可以例如在用户手册中或者在现场设备自身中给出。以这种方式，已知频率对于待监控和/或待确定的过程量之外的影响如何反应，并且可以通过测量或计算而设置合适的极限值(G)。在这种情况中，过程条件和过程量之间的区别自然依赖于正在测量什么，因而依赖于应用，过程条件可以成为过程量，反之亦然。过程量和过程条件二者涉及影响振荡频率的物理和/或化学量。如果过程量是料位，那么过程条件是例如密度、粘度、温度和压力。然而，如果密度是过程量，那么料位是过程条件。由于频率也依赖于温度，所以它也可以是过程量。如果在用作最大开关的现场设备的情况中要识别沉积物，那么极限值(GMaximum)必须被设置为从可振荡单元自由振荡时得到的频率开始。在用作最小开关的情况中，相应地，要参考的频率是当可振荡单元被覆盖时得到的频率。于是，这涉及过程量。如果现场设备例如用于粘度监控，那么料位现在是过程条件，需要一定程度的覆盖，这一定程度的覆盖导致振荡频率降低。
在极限值(G)的确定或固定中，很重要的是保证极限值(G)不小到使得无法进行现场设备的切换，例如在将现场设备用作最小开关时释放可振荡单元。为此，必须考虑可振荡单元的动力学。在这种情况中，“动力学”意味着例如通过释放可振荡单元例如可振荡叉所引起的频率改变。对于沉积物的质量没有可振荡单元的质量大时，可振荡单元的动力学或频率切换通常独立于沉积物。如果例如极限值G是800Hz，而在空气中的振荡频率是1000Hz并且可振荡单元的动力学为250Hz，那么现场设备可以报告从覆盖状态过渡到自由状态。然而，如果极限值G被设置为700Hz，那么现场设备将不会在所有情况中报告自由，即，参考动力学，这个极限值G太小，或者说，极限值(G)和频率(高于该频率才报告自由)之间的差太大。于是为了与动力学一致，在可振荡单元保持相同的情况下提升极限值(G)可能引起限制应用范围，从而限制可用性，例如参考更小的密度、温度或压力范围。具有优点的是，对于沉积物更为安全。基于这些考虑，应用已经集中于易于形成沉积物的介质。另外，应当建立一定的容差，使得较小的偏差和波动不会导致过快地发出警报。
在一个实施例中，过程量是料位，并且极限值(G)是可以依赖于现场设备是用作最小开关(GMinimum)还是最大开关(GMaximum)而确定和/或计算的。极限值(G)依赖于可振荡单元是否被介质覆盖或者它是否自由振荡，即，极限值(G)因而也依赖于现场设备的应用。在作为最小开关的应用情况中，被介质覆盖使得频率明显减小。结果，这个极限值(GMinimum)也比在作为最大开关的现场设备应用情况中需要的极限值(GMaximum)大。在作为最大开关的应用情况中，另外还必须保证由于可振荡单元被介质覆盖而低于极限值(GMaximum)。在未覆盖和被覆盖之间的不连续过渡的情况中，这种由于可振荡单元的动力学而引起的频率跳变明显大于由于沉积物而引起的。然而，如果逐渐发生过渡，那么无法直接区别被覆盖和沉积物。为了区分沉积物和部分覆盖，考虑时间常数，使得仅仅在持久低于极限值(GMaximum)之后才触发警报。然而，在设置这种时间常数时，还必须知道过程条件。在最大开关的情况中，必须区分以下两种情况低于极限值(GMaximum)而不低于相应的较低值，“较低值”可以例如是在最小开关的应用中的极限值(GMinimum)，这对应于可振荡单元被覆盖的状态并且导致沉积物警报；和低于这两个频率值或低于较低值，这是由于料位上升而引起的，这种情况导致“被覆盖”报告。如果例如可振荡单元是可振荡叉并且例如来自介质的固体材料在叉的叉齿之间阻塞，那么将无法区分沉积物和介质，也就是说，在低于最大料位时，现场设备仍然发出被覆盖报告。然而，这种阻塞通常还可以仅仅通过例如手动干涉而清除，即，对于这种极端情况，现场设备发出的报告的真实性评价仍然是必需的。根据本发明，这样克服这个问题在叉阻塞的情况中，将接收的振幅最小化，使得现场设备的激励电子装置跳转为固有谐振，其通常低于用于沉积物警报的极限值(G)。根据需要，为了增加功能安全性而降低实用性。
在一个实施例中，可以从最小振荡频率(f)确定和/或计算极限值(G；GMinimum；GMaximum)，其中最小振荡频率依赖于关于现场设备的相应最大允许过程条件和/或依赖于关于现场设备和/或关于应用的的最大允许待监控和/或待确定过程量。对于现场设备，应用范围通常关于某些过程量是有限的。以这种方式，防止了整个现场设备或现场设备的单独部件的破坏。然而，即使在破坏之前，也不能总是保证没有停工期。因此通常存在一定限制。例如温度受到限制，从而电子装置不会由于热而损坏或者例如粘附物不再变成液体。与应用的限制相关联的通常还有振荡频率(f)的最大改变。例如，在最大允许压力处的频率(f)比在最小允许压力处的频率小。因此，要从最大压力处的频率确定极限值(G；GMinimum；GMaximum)。当然，较大的压力将进一步降低频率，但是现场设备不能用于较高压力。由于结合最大允许过程条件，所以最小振荡频率(f)可以被确定并从而确定相应的极限值(G)。至于其它参数，还有待测过程变量，例如可振荡单元被覆盖。于是，与应用相应地，还可以考虑过程变量。
在一个实施例中，考虑最大允许沉积物，或考虑与最大允许沉积物相关联的频率改变，可以确定和/或计算极限值(G；GMinimum；GMaximum)。一定的非常小的沉积物可以是允许的，因为传感器具有足够质量，从而少量沉积物对于测量结果的干扰可以忽略。另外，完全禁止沉积物是不实际的，因为这对于真实条件几乎是不可能的。为此，将要求介质永远不产生任何沉积物，并且在这种情况中，沉积物警报将不是必需的。例如根据介质类型以及应用类型而相应地设置最大允许沉积物。
在一个实施例中，过程条件涉及介质的温度和/或压力和/或密度和/或粘度和/或料位。对于温度和压力，在各种情况中具有最大允许范围，超过该范围时现场设备被破坏或不能可靠运转。介质的密度和粘度是类似地影响振荡频率(f)的变量。在许多应用中，过程变量是料位。然而，也可以是例如待监控的密度，那么料位必须是精确地已知的(例如，完全覆盖)。
在一种具有优点的实施例中，提供控制单元，其在可振荡单元的振荡的振荡频率(f)低于可调极限值(G；GMinimum；GMaximum)时独立于调节/分析单元产生沉积物警报。这种独立控制单元具有冗余地监视现场设备的功能性的优点。这例如与对于电气的、电子或可编程的电子系统的功能安全的增长的需求的应用相关联。在这种情况中，控制单元可以与调节/分析单元空间分离；然而，它也可以是调节/分析单元的部件。
在一个实施例中，当可振荡单元的振荡的振荡频率(f)超过可调的“较高值”(O)时，调节/分析单元产生“自由”报告，其中可以从测量和/或计算得到的振荡频率(f)对于待确定和/或待监控的过程条件和/或过程变量的依赖性而确定和/或计算较高值(O)。于是，可振荡单元首先被覆盖。如果介质落到低于预定料位，那么单元自由振荡，或者如上面讨论的，在密度较小的介质中振荡，并且同时具有较高的振荡频率(f)。依赖于可振荡单元的类型以及安装的类型，频率(f)可以逐渐改变。然而，往往仅仅当可振荡单元完全自由地振荡时，才发出信号。于是，只是过渡到更高的频率仍然不是判断准则。因此，对于较高值(O)感兴趣，超过它等同于完全自由的可振荡单元。对于极限值(G；GMinimum；GMaximum)的情况中，测量或计算振荡频率(f)对于过程条件和/或过程变量的依赖性。从实用的观点，在这种情况中，可以使用用于确定极限值(G；GMinimum；GMaximum)的值，因为涉及相同的可振荡单元并因而涉及相同的依赖性。在最大保护(GMaximum)的应用情况中，较高值(O)和极限值之间的频率范围来自没有被覆盖或者在密度较小的介质中的可振荡单元的振荡，并且是通过振荡与过程条件的依赖性而确定的。这个用于报告自由振荡叉的较高值(O)还与例如密度和粘度这样的过程变量的确定和/或监控相关联。
在一个实施例中，可以从最大振荡频率(f)确定和/或计算较高值(O)，其中最大振荡频率依赖于关于现场设备的相应最大允许过程条件以及依赖于可振荡单元在未被覆盖状态中振荡的事实。如果在极限值(G；GMinimum)的情况中可振荡单元被覆盖也是重要的，那么这里它必须与较高值(O)的确定一致地自由振荡。因此，要例如从最小压力处的频率确定较高值(O)，因为在这种情况中，是在该最小压力处得到最大频率。
在一个实施例中，考虑最大允许沉积物或与最大允许沉积物相关的频率改变，可以确定和/或计算较高值(O)。而且，这里应该允许沉积物的最小量。另外，应当关于较高值(O)内置一定的容差，使得例如单个气泡不产生“自由”报告。
在极限值(G；GMinimum)的情况以及较高值(O)的情况中，应当注意这两个值之间的差比可振荡单元的动力学要大，从而例如在被覆盖的可振荡单元的情况中，仅仅轻微地高于极限值(G)的振荡也能显示为自由。在用作最大开关的情况中，极限值GMaximum不受到这个影响，因为这个极限值GMaximum涉及未被覆盖的可振荡单元，并且因为极限值GMaximum和较高值O之间的差是通过过程变量的不同效果而给出的。一种实施方式的可能是，极限值(G)和较高值(O)各自例如基于介质的密度或粘度而特殊地设置。于是，在通用限制(例如，关于介质的允许密度或特殊调整)和过程中可能的过程条件(例如发生的温度)之间作出选择。
现在根据附图详细解释本发明，附图中
图1是设备的框图；和图2是个别频率的示意表示，并没有按照比例。
图1显示了现场设备1，其包括可振荡单元10(这里是可振荡叉)、驱动/接收单元11和调节/分析单元12。这种现场设备1例如放置在其中有待监控介质的容器底板附近。如果介质低于这个料位，那么可振荡单元10在空气中振荡，并因而具有较高的振荡频率f(最小保护)。这由调节/分析单元12处理为信号。然而，由于沉积物，即使自由的可振荡叉也以低于由调节/分析单元12识别为自由振荡的阈值振荡，振荡频率f已经大为降低。因而，没有触发警报，并且例如泵会过热，这对于可燃介质的情况是危险的。为了解决这个问题，在所示的例子中提供控制单元13，其检查振荡频率f是否低于极限值G。这个附加的监控可以例如独立于调节/分析单元12而触发警报。这例如对于提高了对功能安全的需求的应用是重要的。然而，控制单元13也可以是调节/分析单元12的一部分。
在图2中，示意性且不按比例地显示了单独的频率或极限值。频率f从下向上增加。下面的是对于作为最小开关的应用或用于空转保护的极限值GMinimum。当例如可振荡叉变为阻塞并且现场设备的电子装置跳转至其固有谐振时，也低于这个极限值GMinimum。在GMinimum之上是极限值GMaximum，其用于最为最大开关的应用或者过溢保护的情况中。这个极限值GMaximum大于极限值GMinimum，因为振荡频率由于浸入介质而强烈降低，这相反地意味着用作最大开关的现场设备上的沉积物将必须非常大，以低于这个下极限值GMinimum。概括地说，极限值G依赖于什么过程条件占领先地位以及要测量的是什么。再向上的是较高值O，超过它导致报告机械可振荡单元自由振荡或者在密度较小的介质中振荡。在较高值O之上，还可以提供了另一个值，超过它导致腐蚀警报。在GMinimum和GMaximum之间的区域中的频率只有当在机械可振荡单元上有沉积物或者当过程条件落在现场设备的设计规范之外时才发生，因为极限值GMinimum和GMaximum已经包含了频率对于过程条件的依赖性。
附图标记1现场设备10可振荡单元11驱动/接收单元12调节/分析单元13控制单元
权利要求
1.用于监控和/或确定介质的过程量的现场设备(1)，其中过程量优选地是介质的料位、粘度或密度，该现场设备包括可振荡单元(10)，驱动/接收单元(11)，其激励可振荡单元(10)振荡或接收可振荡单元(10)的振荡，和调节/分析单元(12)，其调节可振荡单元(10)的振荡或分析可振荡单元(10)的振荡，其特征在于当可振荡单元(10)的振荡的振荡频率(f)低于可调极限值(G；GMinimum；GMaximum)时，调节/分析单元(12)产生沉积物警报，其中极限值(G；GMinimum；GMaximum)可以至少从测量和/或计算得到的振荡频率(f)对于过程条件和/或待监控和/或待确定的过程量的依赖性而确定和/或计算。
2.根据权利要求1所示的现场设备(1)，其中，过程量是料位，并且极限值(G)可以依赖于现场设备(1)用作最小开关(Minimum)还是最大开关(GMaximum)而确定和/或计算。
3.根据权利要求1或2所述的现场设备(1)，其中可以从最小振荡频率(f)确定和/或计算极限值，该最小振荡频率依赖于关于现场设备(1)的相应最大允许过程条件和/或依赖于关于现场设备(1)和/或关于应用的最大允许待监控和/或待确定过程量。
4.根据权利要求1或2或3所述的现场设备(1)，其中考虑最大允许沉积物，或考虑与最大允许沉积物相关联的频率改变，可以确定和/或计算极限值(G；GMinimum；GMaximum)。
5.根据权利要求1或2或3所述的现场设备(1)，其中过程条件涉及介质的温度和/或压力和/或密度和/或粘度和/或料位。
6.根据权利要求1～5之一所述的现场设备(1)，其中提供控制单元(13)，其在可振荡单元的振荡的振荡频率(f)低于可调极限值(G；GMinimum；GMaximum)时独立于调节/分析单元(12)产生沉积物警报。
7.根据权利要求1或2所述的现场设备(1)，其中当可振荡单元的振荡的振荡频率(f)超过可调的较高值(O)时，调节/分析单元(12)产生自由报告，其中可以从测量和/或计算得到的振荡频率(f)对于待确定和/或待监控的过程条件和/或过程变量的依赖性而确定和/或计算较高值(O)。
8.根据权利要求7所述的现场设备(1)，其中可以从最大振荡频率(f)确定和/或计算较高值(O)，其中最大振荡频率依赖于关于现场设备(1)的相应最大允许过程条件并且依赖于可振荡单元(10)未被覆盖地振荡的事实。
9.根据权利要求7或8所述的现场设备(1)，其中考虑最大允许沉积物或与最大允许沉积物相关的频率改变，可以确定和/或计算较高值(O)。
全文摘要
本发明涉及一种用于监控和/或确定介质的过程量的现场设备(1)，其中过程量优选地是介质的料位、粘度或密度。现场设备包括可振荡单元(10)；驱 动/接收单元(11)，其激励可振荡单元(10)振荡或者接收可振荡单元(10)的振荡；和调节/分析单元(12)，其调节可振荡单元(10)的振荡或者分析可振荡单元(10)的振荡。根据本发明，当可振荡单元(10)的振荡的振荡频率(f)落在可调极限值(G；G
文档编号G01N9/00GK1813172SQ200480017734
公开日2006年8月2日 申请日期2004年6月22日 优先权日2003年6月23日
发明者亚历山大·米勒, 克里斯托夫·龙普夫 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔两合公司