用于监视测量传感器的状态的方法与流程

本发明涉及一种监视用于检测介质的密度和/或质量流速的测量传感器的状态的方法，所述测量传感器被安装在测量点处并包括至少一个振荡器，该至少一个振荡器被激励以振荡并具有至少一个测量管以输送介质，其中，表征状态的状态参数取决于在测量管中输送的介质的或振荡器的至少一个其他参数。例如，在wo03/029760a1、de102011086395a1和wo2013072164a1中描述了一种一般方法。

背景技术：

用于状态监视的合适参数尤其可以是围绕振荡器的弯曲振荡模式的共振曲线的宽度或等效变量，诸如振荡器在弯曲振荡模式的共振频率下的振荡与偏差某一因子的频率下的振荡之间的振荡振幅比。

为了能够合理地将参数用于监视目的，参数首先应该敏感，以便及时检测相关的状态改变，其次应足够具体以便能够排除错误警报。

技术实现要素：

在这种意义上，本发明的目标在于开发一般方法。

根据本发明，该目标通过根据独立权利要求1所述的方法实现。

根据本发明的方法用于监视用于检测介质的密度和/或质量流速的测量传感器的状态，所述测量传感器被安装在测量点处并包括至少一个振荡器，该至少一个振荡器被激励以振荡并具有至少一个测量管以输送介质，其中，表征状态的状态参数取决于在测量管中输送的介质的或振荡器的另外的至少一个物理参数；其中，该方法包括下列步骤：

确定包含至少一个物理参数的值和相关联的状态参数的值的元组；

在每种情况下将元组指配给至少一个物理参数的值范围；以及

当不存在针对至少一个物理参数的该值范围的状态参数的有效参考值时，使用元组的状态参数的值形成针对该值范围的状态参数的参考值；或者

当存在针对该值范围的状态参数的参考值时，将元组的状态参数的值与参考值进行比较；并基于比较结果生成发现。

这样的发现例如可以是如果比较结果与参考值有显著偏差，则确定错误状态。在本发明的发展中，这种错误状态可以被信号通知，可选地以取决于偏差程度的逐步升级水平通知。

在大多数情况下，状态参数取决于在测量管中输送的介质的至少三个物理参数，特别是介质的温度、密度和压力，其中，根据本发明的一种发展，所确定的元组分别包括至少两个物理参数的当前值和相关联的状态参数的当前值；其中，元组被指配给至少两个物理参数，特别是密度和温度的值范围矩阵中的字段；其中，当尚不存在针对该字段的状态参数的有效参考值时，形成针对值范围矩阵的该字段的状态参数的参考值；其中，当存在针对该字段的状态参数的参考值时，发生元组的状态参数的值与参考值的比较。

如果状态参数取决于在测量管中引导的介质的至少三个物理参数，特别是介质的温度、密度和压力，则根据本发明的发展，所确定的元组分别包括至少三个物理参数的当前值和相关联的状态参数的当前值；其中，元组被指配给至少三个物理参数的至少三维值范围矩阵中的字段。

在本发明的发展中，针对值范围矩阵的字段或值范围的状态参数的有效参考值在每种情况下都对应于该字段或该值范围的状态参数的第一检测值。

在本发明的发展中，通过对针对值范围矩阵的字段或值范围的状态参数的n个第一值进行平均，形成在每种情况下针对该字段或该值范围的状态参数的有效参考值。在本发明的该发展的一个实施例中，除了参考值之外，在每种情况下还检测状态参数的前n个值的离散度的量度，例如其标准偏差，其中，将状态参数的当前值与参考值的偏差与离散度，特别是标准偏差进行比较，以便基于比较结果生成发现。

根据本发明的发展，温度的值范围分别覆盖不小于5k，特别是不小于10k。

根据本发明的发展，介质的密度的值范围分别覆盖不小于50kg/m³k，特别是不小于100kg/m³k。

根据本发明的发展，介质压力的值范围分别覆盖不小于0.5mpa，特别是不小于1mpa。

根据本发明的发展，状态参数被配置成对测量管中的吸积，磨损和/或腐蚀反应。

根据本发明的发展，至少一个状态参数取决于至少一个振荡器的质量。

根据本发明的发展，至少一个状态参数取决于至少一个振荡器的至少一个模态弯曲刚度。

根据本发明的发展，在状态参数的确定中包括振荡器的振荡振幅与用于以至少一个监视频率激励振荡器的振荡的激励器信号的比率。

根据本发明的发展，由恒定因子给出监视频率与振荡器的当前共振频率，特别是与弯曲振荡模式的共振频率之间的比率。

根据本发明的发展，状态参数取决于振荡器的弯曲振荡模式的线宽，特别是振荡器的弯曲振荡使用模式的线宽，或函数其中，是激励信号和振荡器的振荡幅度之间的相位差。

针对值范围或针对值范围矩阵的字段，状态参数的参考值的形成以至少一个指配的元组为前提。状态参数和物理参数的元组优选地通过测量连续地或周期性地确定。然而，可能发生在启动测量点后的较长时间段内，某些值范围或值范围矩阵的字段最初没有出现。为此，在直接测量的基础上无法获得任何参考值。然而，如果在这种情况下存在针对相邻值范围或针对值范围矩阵的相邻字段的参考值，则可以根据本发明的发展，通过内插或外推来确定丢失的参考值。在最简单的情况下，内插或外推可以线性地发生。参考值与物理参数或多个物理参数的非线性拟合同样可以根据本发明的该发展的实施例以基于模型的方式执行。只要参考值在测量点上具有作为物理参数的函数的有效模型，根据本发明的发展，例如通过与参考值的基于模型的期望值进行比较，检查作为在新值范围内的物理参数或值范围矩阵的字段的函数检测的新观察参考值的似然性。

除了确定参考值之外，还必须建立关于在比较结果中确定哪些偏差的标准，以执行该方法的发现。因而，特别是从参考值的偏差确定误差状态并且可选地用信号通知。在这方面有多种方法。

只要测量点操作者可以非常具体地定义测量点的要求，则有利的是，他们可以定义和调整极限值以确定显著的偏差。此外，例如，参考值的标准偏差的倍数，例如两倍或三倍，或参考值的百分比，例如8％、4％、2％或1％，可以分别用作极限值。如果参考值是通过内插或外推确定的，则有利的是，将与外推参考值的偏差的极限值的尺寸确定为大于内插参考值的偏差的极限值。

本发明考虑到以下事实：一方面，所讨论的测量传感器被用在各种各样的测量点上，在这些测量点处，状态参数或物理参数的可比较值仅在有限的范围内出现，另一方面，具体测量点的状态相对较稳定。以这种方式，可以确定测量点具体的参考值，这使得可能将显著性归因于甚至是小偏差。根据贝叶斯公式，下列关系适用于当事件b已经发生时事件a的概率p(a|b)：

p(a|b)＝p(b|a)*p(a)/p(b)。

表达式p(b|a)描述了当事件a已经发生时事件b的概率，其中，p(a)和p(b)分别表示在观察中完全独立的事件a和b分别发生的全局概率。例如，如果事件a是错误状态的实际发生，而事件b是附加参数的显著改变，则参考变量的上述形成实现了一方面可以确定检测事件a的灵敏度p(b|a)的增大，另一方面可以确定选择性提高，因为在具体的测量点确定参考值和可选的极限值，由此针对测量点的全局概率p(b)降低。这两个方面都导致概率p(a|b)的值增大。也就是说，由于b的发生，错误状态a的指示的可信度增大。通过根据边界状态，诸如温度、压力或介质密度，确定测量点具体的参考变量，可以甚至进一步提高灵敏度和选择性。

附图说明

现在基于附图中所示的示例性实施例解释本发明。附图示出：

图1是用于执行根据本发明的方法的测量点的示例性实施例；

图2a是用于说明状态参数的示例性实施例的振荡器的共振曲线；

图2b是根据在振荡器的两个不同质量水平下的激励频率的图2a的状态参数的偏差值；

图2c是根据在三个不同参考质量水平下的质量水平的图2a的状态参数的偏差值；

图3是根据密度和温度的状态参数的值范围矩阵的示例性图示；以及

图4是根据本发明的方法的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

在图1中示出的用于执行根据本发明的方法的测量点1的示例被布置在介质在其中流动的管道10中。测量点1包括科里奥利质量流量计20，其被配置成除了质量流速之外还检测介质的密度。这样的科里奥利质量流量计20例如由申请人以名称promassf，promassq或promassx制造。科里奥利质量流量计20包括至少一个振荡器22，该至少一个振荡器包括被平行地放置在壳体24中并且可以被激励以弯曲振荡的两个弯曲的测量管。介质的质量流速、密度和粘度可以以本身已知的方式从测量管的振动行为确定。

流量计20在附图中被示出为具有水平流动方向和向下的测量管弯头。当然，测量管弯头也可以向上以提高排水性。同样地，流量计也可以被布置成具有垂直的流动方向。测量点1还包括两个压力换能器32和34，其中，科里奥利质量流量计22被布置在压力换能器之间。科里奥利质量流量计中的介质压力基本上结果是两个压力换能器的测得值的平均值。只要科里奥利质量流量计与管道相比具有受限制的流动横截面，它就在两个压力换能器32、34之间形成节流阀，以便可以从其测得压力值之间的差异确定介质的粘度，因为流速还可以经由质量流速和介质的密度来得知。压力换能器的压力传感器可以是绝对压力传感器或相对压力传感器。在这方面，本发明没有具体要求，因为对于测量点而言允许的压力范围被划分为相对粗糙的压力级，并且压力测量基本上用于确定测量点当前位于哪个压力范围内。代替两个压力换能器，也可以使用单个压力换能器，例如入口侧压力换能器32，其中，例如在所公开的专利申请de102010000759a1中公开的，在这种情况下可以基于测得的压力值和其他介质参数确定测量管中主要存在的压力。一个压力换能器或两个压力换能器的测得压力值被传输到科里奥利质量流量计和/或上级单元240。

此外，科里奥利质量流量计20包括至少一个温度传感器，在此未示出，以检测测得的温度值，测得的温度值是介质的温度或振荡器的测量管的温度的特征。

科里奥利质量流量计20还包括测量和操作电路26，该测量和操作电路至少被配置成操作流量计20，以确定质量流量的测得值以及可选地密度的测得值，并将确定的测得值输出到上级单元240。此外，测量和操作电路26，或者可选地与上级单元240组合，被配置成执行根据本发明的方法。也就是说，首先收集针对值范围矩阵的不同字段或值范围的至少一个状态参数的参考值，并然后将状态参数的发生值与参考值进行比较。下面参考图2a至图2c描述状态参数的示例。

图2a示出了根据激励器电路频率和共振电路频率的商δω/ωres的振荡器的共振曲线，其中，x/x0:＝x(ω/ω0)/x(0)表示电路频率相关振幅和静态极限情况下的振幅之间的比率。为了说明目的，这里示出的是值为10、8和6的极低质量水平q的共振曲线。科里奥利质量流量计的振荡器实际上具有1000至10,000的质量水平，其伴随着明显更窄和更高的共振最大值。共振电路频率ωres处的振幅与振荡器的质量水平q成正比，其中，质量水平对共振之上的振幅的影响快速地损失重要性，并且在应用1.1<ω/ωres<1.3的图2a的δ圆圈区域中已经在很大程度上可忽略不计。因而，共振情况下的振幅ω/ωres＝1与例如ω/ωres＝1.15下的振幅的比率与质量水平成正比，并且与通过其激励振荡器的周期性激励器力的振幅无关。

因而，在例如1.1<ω/ωres<1.3的范围内的定义电路频率比率下，用于监视振荡器状态的合适的状态参数z为z＝x(ω/ωres)/x(1)。为了评估状态，例如可以形成偏差函数d(z)

d(z)：＝(z-zref)/zref＝z/zref-1

图2b示出了函数曲线d(z(ω))，其通过上述定义给出：

其中，x(ω/ωres,q)是电路频率ω和质量水平q下的观察振幅。qref表示确定状态参数z的参考值中的质量水平。质量水平q的值对应于图2a中的那些值，其中，图2a中具有最高共振峰的曲线对应于参考状态。因而，实线的qref＝10和q＝6以及虚线的q＝8应用于图2b中的两条曲线。在1.1<ω/ωres<1.3之间仍然可以看到d的弱频率相关性，然而对于大的q可以忽略不计。只要z和d随着q的变化很大，则这些都是监视质量水平q的改变的合适函数。

图2c最后示出了上述函数d(z(q))的曲线，其中，在该图中，q是要监视其改变的自变量。这里，将电路频率比率设置为ω/ωres＝1.15。对于参考状态zref，这里设置了qref＝10,000，8,000以及6,000的质量水平。因而，当振荡器的质量水平改变时，对应偏差函数d(z)具有偏离零的值。如果在测量操作期间偏差函数d(z)的值超出范围，且其极限值由水平点划线指示，则将其评价为状态参数z的显著改变并相应地发出信号。

在将科里奥利质量流量计或密度测量传感器安装到测量点中并启动后，首先关于根据本发明的方法形成针对物理参数的不同值范围或不同物理参数的值范围矩阵的字段的状态参数z的参考值，其中，诸如密度、温度和压力的物理参数限定用于操作测量点的边界状态。根据一个或多个物理参数的分别给定的值，将状态参数z的当前确定的值指配给值范围或值范围矩阵中的字段。

在最简单的情况下，将状态参数的被指配给值范围或值范围矩阵的第一值检测为该值范围或该值范围矩阵的字段的参考值。可替选地，分别存储被指配给值范围或值范围矩阵中的字段的状态参数z的n个第一值来形成参考值，其中然后计算并存储具有相关联的标准偏差的平均值作为值范围或值范围矩阵的字段的参考值。

对于根据本发明的方法，有利的是值范围或值范围矩阵的字段不太小，因为值范围矩阵的字段的数量否则可能变得非常大。例如，分别覆盖10k的温度值范围似乎是合适的。对于密度，例如可以选择分别覆盖100kg/m³的值范围。例如，分别覆盖1mpa的值范围似乎适合于介质压力。参数的值范围的宽度可以与简单参数的宽度相同。然而，如果可以预见的是，例如对于高温和/或高压值，状态参数可以预期物理参数的某些值范围强烈变化，则可以相应地减小值范围的宽度。

参考图3，将解释用于确定两个物理参数，这里是温度t和压力p，的值范围矩阵的状态参数的参考值zi,j的进一步方面。例如，在测量点可能出现0到8mpa的相对压力。该压力范围被分为四个值范围。介质温度可以例如在20℃至140℃之间；该温度范围被分为五个值范围，其分别覆盖20℃。测量点用于批处理过程中，其中从大气压和室温开始，温度和压力首先沿着实线轨迹增大到例如130℃和7mpa。批处理过程之后沿着点划线轨迹进行，回到室温。在过程的每次运行中，现在都可以通过测量来确定轨迹所通过的值范围矩阵的字段的状态参数z的值。因此，启动后不久，状态参数的参考值zi,j可用于值范围矩阵的相应字段，并在图表中以斜体和粗体示出。因此，通过将元组的状态参数的当前值与对应的参考值进行比较，可以在批处理的每次运行中监视测量管的状态。然而，由于在所述的过程控制的情况下不出现值范围矩阵的相应字段，因此无法通过在测量点启动后立即进行测量来确定以常规字体示出的参考值zi,j。如果在之后的时间点上操作沿着虚线轨迹运行的修改的批处理过程，则只可能在有限程度上基于测得的参考值zi,j进行状态监视。对于这种情况，可以通过对测得的参考值zi,j进行内插或外推来计算缺失的参考值，并将其指配给值范围矩阵的字段。

除了确定参考值之外，还必须建立关于在比较结果中确定哪些偏差的标准，以执行该方法的发现。因而，特别是从参考值的偏差确定误差状态并且可选地用信号通知。这里存在多种方法，诸如参考值的标准偏差的倍数，例如两倍或三倍，参考值的百分比，例如8％，4％，2％或1％。

有利的是工厂操作者可以自己限定极限值。例如，可以基于状态参数的改变来指示清洁要求。在对测量管进行清洁的几个操作周期之后，经验基础足以设置极限值，以使不太早或太晚地用信号通知清洁要求。

图4概括地示出了根据本发明的方法100：

在第一步骤110中，确定状态参数和至少一个物理参数的元组，并且之后将其指配给物理参数的值范围或多个物理参数的值范围矩阵的字段(115)。

查询120检查对于物理参数的值范围或对于多个物理参数的值范围矩阵的字段是否已经存在参考值；如果是，则之后通过与参考值比较来进行诊断140，否则以上述方式形成参考值160。