DE102012112784A1 - Method for determining a state of process vessel integrated sensor of measuring device used in gas and liquid analysis, involves determining parameter values of diagnostic parameters of sensor so as to calculate state value of sensor - Google Patents

Method for determining a state of process vessel integrated sensor of measuring device used in gas and liquid analysis, involves determining parameter values of diagnostic parameters of sensor so as to calculate state value of sensor Download PDF

Info

Publication number
DE102012112784A1
DE102012112784A1 DE201210112784 DE102012112784A DE102012112784A1 DE 102012112784 A1 DE102012112784 A1 DE 102012112784A1 DE 201210112784 DE201210112784 DE 201210112784 DE 102012112784 A DE102012112784 A DE 102012112784A DE 102012112784 A1 DE102012112784 A1 DE 102012112784A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
parameter
measuring point
diagnostic
parameter values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE201210112784
Other languages
German (de)
Inventor
Thomas Steckenreiter
Detlev Wittmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG filed Critical Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Priority to DE201210112784 priority Critical patent/DE102012112784A1/en
Publication of DE102012112784A1 publication Critical patent/DE102012112784A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/4163Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus
    • G01N27/4165Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus for pH meters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown

Abstract

The method involves determining the parameter values ?[deg] f first and second diagnostic parameters of a pH sensor (5). The state value of sensor is calculated based on the determined parameter values, where the parameter values include associated weighting for diagnostic parameters. The determination of the parameter values ??and the calculation of state value of sensor are performed repeatedly during the lifetime of the sensor, where the predetermined weighting of one of diagnostic parameters changes during lifetime of sensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines an einer Messstelle in einen Prozessbehälter integrierten Sensors und eine Messeinrichtung.The invention relates to a method for determining a state of a sensor integrated in a process container at a measuring point and a measuring device.

In der Prozessmesstechnik und im Bereich der Gas- und Flüssigkeitsanalyse werden zur Erfassung und Überwachung physikalischer und/oder chemischer Messgrößen Messeinrichtungen eingesetzt. Sensoren sind Bestandteile derartiger Messeinrichtungen. In der Prozessmesstechnik und in der Gas- bzw. Flüssigkeitsanalytik bedeutende Messgrößen sind Temperatur, Druck, Durchfluss und Füllstand, sowie insbesondere analytische Parameter von Messmedien, z.B. deren pH-Wert, ihre Leitfähigkeit, Konzentrationen bestimmter Ionen oder Konzentrationen anderer chemischer Substanzen, wie beispielsweise Sauerstoff, Kohlendioxid, organische Stoffe oder Nährstoffe. Die genannten analytischen Parameter spielen in vielfältigen Anwendungen eine Rolle, beispielsweise im Labor oder in der Prozess- bzw. Analysemesstechnik im Bereich der Chemie, Pharmazie, Biotechnologie, Lebensmitteltechnologie oder im Bereich der Umweltmesstechnik.In process measurement technology and in the area of gas and liquid analysis, measuring devices are used to detect and monitor physical and / or chemical measured variables. Sensors are components of such measuring devices. In process measuring technology and in gas and liquid analysis, significant parameters are temperature, pressure, flow and level, and in particular analytical parameters of measuring media, e.g. their pH, their conductivity, concentrations of certain ions or concentrations of other chemical substances, such as oxygen, carbon dioxide, organic matter or nutrients. The analytical parameters mentioned play a role in a wide variety of applications, for example in the laboratory or in process or analytical measuring technology in the field of chemistry, pharmacy, biotechnology, food technology or in the field of environmental metrology.

Grundsätzlich wandelt ein Sensor die zu erfassende Messgröße in ein elektrisches Signal, das über eine durch eine Sensorkennlinie repräsentierte Übertragungsfunktion des Sensors mit der Messgröße korreliert ist. Das zunächst als elektrisches Signal, beispielsweise als Messspannung, anfallende Messsignal kann mittels einer Auswertungsschaltung weiterverarbeitet, zum Beispiel digitalisiert und in der physikalischen Einheit der zu ermittelnden Messgröße ausgegeben und zur Anzeige gebracht werden.In principle, a sensor converts the measured variable to be detected into an electrical signal which is correlated with the measured variable via a transfer function of the sensor represented by a sensor characteristic. The measurement signal initially obtained as an electrical signal, for example as a measurement voltage, can be further processed by means of an evaluation circuit, for example digitized and output in the physical unit of the measured variable to be determined and displayed.

Messeinrichtungen, die in der Prozessmesstechnik oder in der Analysemesstechnik zum Einsatz kommen, können ein Gehäuse umfassen, in dem der Sensor, die Auswertungsschaltung und eine Anzeigevorrichtung integriert sind. Für komplexere Auswertungen, insbesondere zur Speicherung und/oder Verarbeitung von Messwerten und/oder zur Steuerung oder Regelung von Prozessen unter Verwendung der von der Messeinrichtung erfassten Messwerte kann die Messeinrichtung Mittel zur Datenverarbeitung umfassen. Diese können beispielsweise in Form eines Messumformers, eines Computers oder einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ausgestaltet sein. In der Analysemesstechnik werden in vielen Anwendungen Sensoren eingesetzt, deren Lebensdauer erheblich kürzer ist als die der Auswertungsschaltung, der Anzeigevorrichtung oder der Mittel zur Datenverarbeitung. Dies gilt beispielsweise für pH-Sensoren, ionenselektive Elektroden sowie für optische oder amperometrische Sensoren zur Erfassung von Konzentrationen bestimmter Substanzen im Messmedium. Häufig sind in diesen Anwendungen die Sensoren als austauschbare Einheiten, z.B. in Form von Messsonden, ausgestaltet, die von der Anzeigevorrichtung, der gesamten oder zumindest einem Teil der Auswertungsschaltung oder den Mitteln zur weitergehenden Datenverarbeitung abgesetzt sind, und die über eine Kabelverbindung oder drahtlos mit diesen kommunizieren. Dabei kann zumindest ein Teil der Auswertungsschaltung in Form einer Vor-Ort-Elektronik Bestandteil des austauschbaren Sensors sein.Measuring devices which are used in process measuring technology or in analysis technology may comprise a housing in which the sensor, the evaluation circuit and a display device are integrated. For more complex evaluations, in particular for the storage and / or processing of measured values and / or for the control or regulation of processes using the measured values detected by the measuring device, the measuring device may comprise data processing means. These can be designed, for example, in the form of a transmitter, a computer or a programmable logic controller (PLC). In analytical measurement technology, many applications use sensors whose lifetime is considerably shorter than those of the evaluation circuit, the display device or the means for data processing. This applies, for example, to pH sensors, ion-selective electrodes as well as optical or amperometric sensors for detecting concentrations of specific substances in the measuring medium. Often, in these applications, the sensors are replaceable units, e.g. in the form of probes, which are remote from the display device, the whole or at least part of the evaluation circuit or the means for further processing, and which communicate via a cable connection or wirelessly with these. In this case, at least part of the evaluation circuit in the form of on-site electronics may be part of the replaceable sensor.

Reale Sensoren weichen aufgrund von Alterung durch den Einfluss äußerer, den Sensor belastender, Bedingungen wie auch aufgrund innerer Veränderungen mit der Zeit immer stärker vom Idealverhalten ab. Diese Abweichung vom Idealverhalten resultiert in einer Verschiebung der Messketten-Kennlinie. Es ist daher gängige Praxis, die Sensoren von Zeit zu Zeit zu warten und gegebenenfalls eine Kompensation der Abweichung durchzuführen. Ganz üblich ist dies bei elektrochemischen Sensoren wie pH-Elektroden, ionenselektiven Elektroden, amperometrischen Sauerstoffsensoren, insbesondere Gelöstsauerstoffsensoren, sowie anderen amperometrischen Sensoren und auch bei Leitfähigkeitssensoren. Eine solche Kompensation, bei der der Anzeigewert des Sensors an den wahren Wert der Messgröße angeglichen wird, wird als Justage bezeichnet. Da in der Prozessmesstechnik jedoch für diesen Vorgang in der Regel der nicht ganz zutreffende Begriff "Kalibrierung" verwendet wird, wird diese Bezeichnung auch hier und im Folgenden beibehalten.Real sensors deviate more and more from ideal behavior due to aging due to the influence of external conditions, which affect the sensor, as well as due to internal changes over time. This deviation from the ideal behavior results in a shift of the measuring chain characteristic. It is therefore common practice to maintain the sensors from time to time and, if necessary, to compensate for the deviation. This is quite common in electrochemical sensors such as pH electrodes, ion-selective electrodes, amperometric oxygen sensors, in particular dissolved oxygen sensors, as well as other amperometric sensors and also in conductivity sensors. Such compensation, in which the display value of the sensor is adjusted to the true value of the measured variable, is referred to as adjustment. However, since in process measurement technology the term "calibration" is usually used for this process, this designation is also retained here and in the following.

Das Ende der Lebensdauer des Sensors ist erreicht, wenn seine Alterung so weit fortgeschritten ist, dass trotz Kalibrierung eine Verlässlichkeit der von dem Sensor gelieferten Messwerte nicht mehr gewährleistet ist. In diesem Fall wird – je nach Art der Messeinrichtung – entweder die gesamte Messeinrichtung außer Betrieb genommen und durch eine neue ersetzt oder es wird der Sensor ausgetauscht.The end of the life of the sensor is reached when its aging has progressed so far that, despite calibration, the reliability of the measured values supplied by the sensor is no longer guaranteed. In this case - depending on the type of measuring device - either the entire measuring device taken out of service and replaced by a new one or the sensor is replaced.

Die Alterung eines Sensors, die zu einer Änderung der Übertragungsfunktion und damit der Sensorkennlinie führt, hängt auch von den Umgebungsbedingungen ab, denen der Sensor ausgesetzt ist. So ist es beispielsweise bekannt, dass hohe Temperaturen den Alterungsprozess beschleunigen. Auch Sensoren, die im Betrieb mit chemisch aggressiven Messmedien, beispielsweise starken Säuren oder Laugen, in Kontakt kommen oder die starken mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, z.B. Sensoren die im Betrieb von einem Medium mit hoher Schmutzfracht umströmt werden oder die hohen Drücken ausgesetzt sind, können überproportional schnell altern.The aging of a sensor, which leads to a change in the transfer function and thus the sensor characteristic, also depends on the environmental conditions to which the sensor is exposed. For example, it is known that high temperatures accelerate the aging process. Also sensors that come in contact with chemically aggressive measuring media, such as strong acids or alkalis, or are exposed to heavy mechanical loads, e.g. Sensors that are surrounded by a medium with high dirt load during operation or that are exposed to high pressures can age disproportionately fast.

In DE 101 41 408 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Kalibrier-Intervallzeit, d.h. des zeitlichen Abstands zwischen zwei Kalibrierungen, von elektrochemischen Sensoren beschrieben. Das am Beispiel eines pH-Sensors näher erläuterte Verfahren umfasst die laufende Erfassung mindestens eines für die Alterung des Sensors relevanten Messparameters während des Betriebs des Sensors. Als Beispiele für einen solchen relevanten Messparameter werden die Temperatur und der pH-Wert genannt. Eine vorgegebene Basis-Kalibrier-Intervallzeit, die unter der Voraussetzung festgelegt wird, dass die überwachten Messparameter in einem die Alterung des Sensors nur wenig beeinflussenden Basis-Wertebereich liegen, kann anhand der erfassten Messparameter laufend angepasst werden, wenn extreme Werte der Messparameter auftreten, die zu einer beschleunigten Alterung des Sensors führen.In DE 101 41 408 A1 A method for determining the calibration interval time, ie the time interval between two calibrations, of electrochemical sensors is described. The am Example of a pH sensor explained in more detail method comprises the continuous detection of at least one relevant to the aging of the sensor measurement parameter during operation of the sensor. Examples of such a relevant measurement parameter are temperature and pH. A predefined basic calibration interval time, which is determined on condition that the monitored measurement parameters lie within a basic value range which only slightly influences the aging of the sensor, can be continuously adjusted on the basis of the acquired measurement parameters if extreme values of the measurement parameters occur lead to accelerated aging of the sensor.

In EP 1 550 861 B1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines Sensors beschrieben, der in einem Behältnis integriert ist, und der ohne ausgebaut zu werden, von Zeit zu Zeit gereinigt wird, beispielsweise unter Anwendung bekannter CIP-(cleaning in place) oder SIP-(sterilization in place) Verfahren. Das Verfahren umfasst die Überwachung des Temperaturverlaufs, wobei anhand des Temperaturverlaufs der Sensorzustand, insbesondere eine Restlebensdauer des Sensors, ermittelt wird. Beispielsweise kann anhand des Tempereraturverlaufs festgestellt werden, wenn der Sensor einem CIP- oder SIP-Verfahren ausgesetzt ist. Die mit dem festgestellten Verfahren verbundene Belastung des Messaufnehmers wird registriert, die Summe aller Belastungen ermittelt und durch Vergleich mit einem Maximalwert der zulässigen Belastungen eine zulässige Restbelastung oder Restlebensdauer berechnet.In EP 1 550 861 B1 For example, a method is described for determining the condition of a sensor that is integrated in a container and that is cleaned from time to time without being removed, for example using known CIP (cleaning in place) or SIP (sterilization in place ) Procedure. The method comprises the monitoring of the temperature profile, wherein the sensor state, in particular a residual service life of the sensor, is determined on the basis of the temperature profile. For example, it can be determined from the Tempereraturverlaufs when the sensor is exposed to a CIP or SIP method. The load associated with the detected method of the sensor is registered, the sum of all loads determined and calculated by comparison with a maximum value of the permissible loads a permissible residual load or residual life.

Nachteilig an beiden Verfahren ist jedoch, dass der Zustand des Sensors allein basierend auf der Temperatur oder dem pH-Wert bzw. basierend auf den Prozessen, denen der Sensor ausgesetzt ist, d. h. also anhand der sich aus dem Temperatureinfluss, dem pH-Wert-Einfluss bzw. einem allgemeinen Einfluss eines bekannten Prozesses auf den Sensor ergebenden Belastung bestimmt wird. Diese Bestimmung des Sensorzustands anhand der von dem Sensor erfahrenen Belastungen, im Folgenden auch als "Belastungsdaten" bezeichnet, kann jedoch nur eine grobe Schätzung sein, die vernachlässigt, dass die Alterung verschiedener Exemplare desselben Sensortyps aufgrund einer fertigungstechnisch bedingten Streuung durch ein und dieselbe Belastung in unterschiedlichem Maße beeinflusst wird. Indem das aus EP 1 550 861 B1 beschriebene Verfahren solche Exemplarstreuungen unberücksichtigt lässt, können sich erhebliche Fehler bei der Zustandsbestimmung des Messaufnehmers ergeben.A disadvantage of both methods, however, is that the state of the sensor is based solely on the temperature or the pH or based on the processes to which the sensor is exposed, that is, on the basis of the influence of temperature, the pH influence or a general influence of a known process on the sensor resulting load is determined. However, this determination of the sensor state on the basis of the loads experienced by the sensor, hereinafter also referred to as "load data", can only be a rough estimate which neglects that the aging of different specimens of the same sensor type due to a production-related scattering by one and the same load in influenced to varying degrees. By doing that EP 1 550 861 B1 The method described can disregard such specimen scattering, can result in significant errors in the determination of the condition of the sensor.

Aus EP 2 226 630 B1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands-Indikators eines Wasseranalysegeräts bekannt, bei dem jeweils ein Parameterwert für mindestens zwei verschiedene technische Parameter des Wasser-Analysegerätes ermittelt wird. Diese Parameterwerte können beispielsweise die Feuchtigkeit innerhalb des Sensorgehäuses, ein Messwert eines Reagenzmengen-Sensors oder ein Motorstrom eines Antriebsmotors sein. Zur Ermittlung des Zustandsindikators wird zunächst ein Abweichungswert der Parameterwerte in Bezug auf zugeordnete Parameter-Referenzwerte ermittelt, dann ein Abweichungsrelevanz-Wert aus den Abweichungswerten berechnet, wobei unterschiedliche Parameter mit einer unterschiedlichen Relevanz versehen werden können, und aus den Abweichungsrelevanz-Werten der Zustandsindikator berechnet.Out EP 2 226 630 B1 a method for determining a state indicator of a water analyzer is known in each of which a parameter value for at least two different technical parameters of the water analyzer is determined. These parameter values can be, for example, the humidity inside the sensor housing, a measured value of a reagent-quantity sensor or a motor current of a drive motor. In order to determine the status indicator, a deviation value of the parameter values with respect to assigned parameter reference values is first determined, then a deviation relevance value calculated from the deviation values, whereby different parameters can be provided with a different relevance, and the condition indicator is calculated from the deviation relevance values.

Dieses Verfahren berücksichtigt im Wesentlichen Parameter, die unmittelbar mit dem tatsächlichen Zustand des Sensors verknüpft sind. Mit der Verwendung dieser Parameter zur Bestimmung des Sensorzustands wird daher die Exemplarstreuung berücksichtigt.This method essentially considers parameters that are directly related to the actual state of the sensor. With the use of these parameters to determine the sensor state, the specimen scattering is therefore taken into account.

Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, dass die überwachten Parameter in einem frühen und mittleren Stadium der Sensorlebenszeit in der Regel nur geringe Änderungen zeigen und somit eine Historie der im Laufe der Einsatzdauer des Sensors erfassten Werte dieser Parameter wenig Aufschluss über das tatsächliche Sensoralter gibt. Gegen Ende der Sensorlebensdauer können sich die Werte dieser Parameter dagegen sprunghaft ändern und kurzfristig das Erreichen des Lebensendes des Sensors ankündigen. Diese kurzfristigen Änderungen können daher unverhofft auftreten, wenn nicht zusätzliche Informationen über die Belastungshistorie des Sensors vorliegen.A disadvantage of this method, however, is that the monitored parameters in an early and middle stage of the sensor life usually show only minor changes and thus a history of the values of these parameters acquired during the period of use of the sensor gives little information about the actual sensor age. Towards the end of the sensor lifetime, the values of these parameters can change abruptly and shortly announce the end of life of the sensor. These short-term changes can therefore occur unexpectedly, if there is no additional information about the load history of the sensor.

Aus DE 10 2006 030895 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Bestimmung eines Zustands einer Messanordnung mit einem Sensor mindestens zwei unterschiedliche Zustandsgrößen der Messanordnung bestimmt werden, wobei in jede dieser mindestens zwei Zustandsgrößen jeweils Werte von mindestens zwei unterschiedlichen Typen von Betriebsdaten eingehen. Als Betriebsdaten sind direkt messbare Größen, wie zum Beispiel Innenwiderstand, Ruhestrom, elektrische Leistung und Temperatur, physikalisch ableitbare Größen, wie z.B. pH-Wert oder Rauschen, aus der Historie mathematisch ableitbare Größen, wie z.B. Mittelwerte, Variation, zeitliche Trends, Ableitungen sowie Kalibrierdaten, wie Nullpunkt und Steilheit der Sensorkennlinie, Belastungsdaten, wie Druck, Vibrationen oder Schmutzfracht im Medium, genannt. Diese Betriebsdaten gehen mit einer vorgegebenen Gewichtung in die Zustandsgrößen ein. Beispielsweise können die Zustandsgrößen Hauptkomponenten sein, die mittels einer Hauptkomponentenanalyse ermittelt wurden. Die Betriebsdaten gehen in einer mittels der Hauptkomponentenanalyse ermittelten Gewichtung in die Hauptkomponenten ein. Anhand der Werte der mindestens zwei Zustandsgrößen wird mittels eines Klassifikators der Zustand des Sensors bzw. der Messanordnung ermittelt.Out DE 10 2006 030895 A1 a method is known in which at least two different state variables of the measuring arrangement are determined for determining a state of a measuring arrangement with a sensor, wherein in each of these at least two state variables in each case enter values of at least two different types of operating data. As operating data are directly measurable quantities, such as internal resistance, quiescent current, electrical power and temperature, physically derivable variables, such as pH or noise, from the history mathematically derivable quantities, such as averages, variation, timing trends, derivatives and calibration data , such as zero point and slope of the sensor characteristic, load data, such as pressure, vibration or dirt load in the medium, called. These operating data enter the state variables with a predetermined weighting. For example, the state variables can be main components that were determined by means of a principal component analysis. The operating data enter the main components in a weighting determined by the principal component analysis. Based on the values of the at least two state variables, the classifier is used by means of a classifier Condition of the sensor or the measuring arrangement determined.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die mittels Hauptkomponentenanalyse ermittelten Gewichte nicht zu jedem Zeitpunkt über die gesamte Lebenszeit eines Sensors hinweg korrekte Ergebnisse liefern, da die den tatsächlichen Sensorzustand widerspiegelnden Betriebsdaten, wie bereits erwähnt, in einem frühen Stadium der Sensorlebenszeit nur eine geringe Aussagekraft bezüglich der Sensoralterung besitzen, während sie sich gegen Ende der Sensorlebensdauer stark und/oder sprunghaft ändern können, so dass ihnen in diesem Stadium im Vergleich zu den Belastungsdaten eine deutlich höhere Bedeutung zukommt.A disadvantage of this method is that the weights determined by means of principal component analysis do not provide correct results over the entire lifetime of a sensor, since the operating data reflecting the actual sensor state, as already mentioned, has only a low significance at an early stage of the sensor lifetime sensor aging, while at the end of the sensor life they can change sharply and / or abruptly, so that at this stage they are of much greater importance compared to the load data.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung des Zustands eines in einem Prozessbehälter integrierten Sensors anzugeben, das die Nachteile der bekannten Verfahren überwindet.It is therefore the object of the invention to specify a method for determining the state of a sensor integrated in a process container, which overcomes the disadvantages of the known methods.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Messeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 15.This object is achieved by a method according to claim 1 and a measuring device for carrying out the method according to claim 15.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines an einer Messstelle in einen Prozessbehälter integrierten Sensors, welcher mindestens einen physikalischen oder chemischen Prozessparameter innerhalb eines in dem Prozessbehälter durchgeführten Prozesses erfasst, umfasst die Schritte:

  • – Ermitteln von Parameterwerten mindestens eines ersten Diagnoseparameters und eines von dem ersten Diagnoseparameter verschiedenen zweiten Diagnoseparameters des Sensors;
  • – Berechnen eines Zustandswerts anhand der ermittelten Parameterwerte, wobei die Parameterwerte jeweils mit einer für den zugehörigen Diagnoseparameter vorgegebenen Gewichtung in die Berechnung des Zustandswerts eingehen,
wobei das Ermitteln der Parameterwerte und das Berechnen des Zustandswerts während der Lebensdauer des Sensors wiederholt durchgeführt werden, und wobei sich die vorgegebene Gewichtung mindestens eines der Diagnoseparameter während der Lebensdauer des Sensors ändert.The method according to the invention for determining a state of a sensor integrated into a process container at a measuring point and detecting at least one physical or chemical process parameter within a process carried out in the process container comprises the steps of:
  • Determining parameter values of at least one first diagnostic parameter and a second diagnostic parameter of the sensor different from the first diagnostic parameter;
  • Calculating a state value on the basis of the determined parameter values, wherein the parameter values each enter into the calculation of the state value with a weighting predetermined for the associated diagnostic parameter,
wherein determining the parameter values and calculating the state value are performed repeatedly during the lifetime of the sensor, and wherein the predetermined weighting of at least one of the diagnostic parameters changes during the life of the sensor.

Indem sich die vorgegebene Gewichtung, mit der der Wert mindestens eines der Diagnoseparameter in die Berechnung des Zustandswertes eingeht, im Laufe der Lebensdauer des Sensors ändert, ist es möglich, die sich während der Lebenszeit eines Sensors hinweg ändernde Aussagekraft des Diagnoseparameters bezüglich des aktuellen Sensorzustands zu berücksichtigen. Wie bereits erwähnt, zeigen in einem frühen Stadium der Sensorlebenszeit Diagnoseparameter, die eine Eigenschaft des Sensors und damit den tatsächlichen Zustand des Sensors repräsentieren, wie z.B. ein innerer Widerstand, ein Kalibrierparameter o. ä., keine wesentlichen Änderungen und sind daher in diesem Stadium nur von geringer Aussagekraft bezüglich der Sensoralterung. Gegen Ende der Sensorlebenszeit können sich diese Parameter innerhalb eines kurzen Zeitraums signifikant ändern und so das bevorstehende Ende der Einsatzfähigkeit des Sensors ankündigen. In diesem Stadium sind diese Parameter daher von großer Bedeutung für die Zustandsbestimmung. Im Gegensatz dazu sind Diagnoseparameter, die eine Belastung des Sensors widerspiegeln, z.B. eine Temperatur- und pH-Wert-Historie, die der Sensor im Laufe seines Betriebes erfährt, in einem frühen und mittleren Stadium der Sensorlebenszeit von verhältnismäßig großer Bedeutung, da mittels dieser Daten anhand statistischer Erfahrungswerte zumindest grob abgeschätzt werden kann, wie lange der Sensor noch sicher betrieben werden kann.Since the predetermined weighting, with which the value of at least one of the diagnostic parameters is included in the calculation of the state value, changes during the lifetime of the sensor, it is possible for the predictive value of the diagnostic parameter, which changes during the lifetime of a sensor, to change with respect to the current sensor state consider. As already mentioned, at an early stage of the sensor lifetime, diagnostic parameters that represent a property of the sensor and thus the actual state of the sensor, such as e.g. an internal resistance, a calibration parameter or the like., No significant changes and are therefore at this stage only of limited significance with respect to the sensor aging. Towards the end of sensor life, these parameters can change significantly over a short period of time, announcing the imminent end of the sensor's operational capability. At this stage, these parameters are therefore of great importance for determining the state. In contrast, diagnostic parameters that reflect a load on the sensor, e.g. a temperature and pH history, the sensor experiences in the course of its operation, in an early and middle stage of the sensor life of relatively great importance, as using these data based on statistical experience, at least roughly estimated how long the sensor still can be safely operated.

Der erste Diagnoseparameter kann eine Belastung repräsentieren, die der Sensor während seiner Lebensdauer, insbesondere durch den innerhalb des Prozessbehälters durchgeführten Prozess, erfährt. Beispielsweise kann es sich dabei um eine von dem Sensor oder einem Hilfs-Sensor erfasste Messgröße, insbesondere einen pH-Wert, eine Temperatur, eine Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums, einen Druck, oder einen aus einer oder mehreren der genannten Messgrößen abgeleiteten Wert, handeln.The first diagnostic parameter may represent a load experienced by the sensor during its lifetime, in particular by the process performed within the process container. By way of example, this may be a measured variable detected by the sensor or an auxiliary sensor, in particular a pH, a temperature, a flow velocity of a medium, a pressure, or a value derived from one or more of the aforementioned measured variables.

Ist der Sensor beispielsweise eine potentiometrische pH-Einstabmesskette mit einer Glaselektrode als Messhalbzelle und einer über eine elektrochemische Überführung mit dem Messmedium in Kontakt stehenden Bezugselektrode als Referenzhalbzelle sowie gegebenenfalls einem Temperaturfühler, kommt als erster Diagnoseparameter ein Belastungsintegral in Frage, in das der von dem Sensor erfasste pH-Wert-Verlauf und der von dem Sensor oder einem Hilfssensor erfasste Temperaturverlauf als Funktionen der Zeit eingehen. Das Belastungsintegral kann beispielsweise mittels einer Belastungsmatrix ermittelt werden, deren Spalten bestimmte pH-Wertebereiche und deren Zeilen bestimmte Temperaturbereiche angeben. Die Matrix-Elemente geben jeweils die Zeitspanne bzw. die Summe aller Zeitspannen an, während derer der Sensor in seinem bisherigen Betrieb einer Kombination des pH-Werts des jeweiligen Bereichs mit einer Temperatur des jeweiligen Bereichs ausgesetzt gewesen ist. Die einzelnen Matrixelemente können zur Ermittlung des Belastungsintegrals aufaddiert oder jeweils mit einem Gewichtungsfaktor multipliziert und aufaddiert werden. Das Belastungsintegral kann alternativ ermittelt werden, indem kontinuierlich erfasste Werte bzw. Wertekombinationen von pH-Wert und Temperatur miteinander zu einem Gesamtparameter verrechnet und der Verlauf des Gesamtparameters als Funktion der Zeit über die Zeit integriert werden.If the sensor is, for example, a potentiometric pH combination electrode with a glass electrode as measuring half cell and a reference electrode in contact with the measuring medium as a reference half cell and possibly a temperature sensor, the first diagnostic parameter to be considered is a load integral into which the sensor detected by the sensor pH value and the temperature profile detected by the sensor or an auxiliary sensor as a function of time. The load integral can be determined, for example, by means of a load matrix whose columns indicate specific pH ranges and whose lines specify specific temperature ranges. The matrix elements in each case indicate the time span or the sum of all time periods during which the sensor has been exposed in its previous operation to a combination of the pH of the respective area with a temperature of the respective area. The individual matrix elements can be added up to determine the load integral or in each case multiplied by a weighting factor and added up. The load integral can alternatively be determined by continuously calculating values or value combinations of pH and temperature with one another to form an overall parameter and integrating the course of the overall parameter as a function of time over time.

Der zweite Diagnoseparameter kann eine Eigenschaft des Sensors repräsentierende Größe oder eine aus einer solchen Größe abgeleiteter Wert sein. Beispielsweise kann der zweite Diagnoseparameter ein Widerstand eines Sensor-Bauteils, ein Rausch-Verhalten des Sensors, die spektrale Zusammensetzung des Sensorsignals, oder ein Verhalten des Sensorsignals bei einer definierten Anregung des Sensors sein.The second diagnostic parameter may be a property representing the property of the sensor or a value derived from such a quantity. For example, the second diagnostic parameter may be a resistance of a sensor component, a noise behavior of the sensor, the spectral composition of the sensor signal, or a behavior of the sensor signal at a defined excitation of the sensor.

Handelt es sich bei dem Sensor um eine potentiometrische pH-Einstabmesskette umfassend eine Glaselektrode als Messhalbzelle und eine über eine elektrochemische Überführung mit dem Messmedium in Kontakt stehende Bezugselektrode als Referenzhalbzelle, kann der zweite Diagnoseparameter ein Widerstand der pH-sensitiven Glasmembran der Glaselektrode, ein Widerstand der elektrochemischen Überführung oder eine den sich als Reaktion auf das Eintauchen der pH-Einstabmesskette in ein Medium mit bekanntem pH-Wert einstellenden Sensorsignalverlauf repräsentierende Größe sein.If the sensor is a potentiometric pH combination electrode comprising a glass electrode as measuring half cell and a reference electrode in contact with the measuring medium as reference half cell, the second diagnostic parameter can be a resistance of the pH-sensitive glass membrane of the glass electrode, a resistance of electrochemical transfer, or a variable representative of the sensor waveform as a response to immersion of the pH combination electrode in a pH-known medium.

Neben den Parameterwerten des ersten und des zweiten Diagnoseparameters oder anstelle der Parameterwerte des ersten oder des zweiten Diagnoseparameters kann eine messstellenspezifische Information in die Berechnung des Zustandswerts eingehen. Die messstellenspezifische Information kann z.B. eine Information über eine messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters des Sensors sein. Für die Messstelle kann von einem Benutzer ein messstellenspezifisches Ausfallrisiko des Sensors als messtellenspezifische Information festgelegt werden und in die Ermittlung des Sensorzustandes eingehen.In addition to the parameter values of the first and second diagnostic parameters or instead of the parameter values of the first or the second diagnostic parameter, measurement-site-specific information can be included in the calculation of the state value. The measurement point specific information may e.g. be an information about a measuring point specific expected life and / or about a measuring point specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter of the sensor. For the measuring point, a user can specify a measuring point-specific failure risk of the sensor as measurement-specific information and enter into the determination of the sensor state.

Die Information über die messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters des Sensors kann aus einer statistischen Auswertung von Lebensdauer-Daten typgleicher, zuvor an der Messstelle eingesetzter Sensoren erhalten werden. Beispielsweise ist ein Vergleich der Historie der von dem aktuellen Sensor erfassten Parameterwerten der Diagnoseparameter mit Parameterwerten derselben Diagnoseparameter, die von zuvor an der Messstelle eingesetzten Sensoren gleichen Typs erfasst wurden, möglich. Anhand dieses Vergleichs können messstellenspezifische Sensor-Alterungsmuster erkannt, erlernt und für die Bestimmung des Zustands zukünftig an dieser Messstelle eingesetzter Sensoren herangezogen werden.The information about the measuring point-specific expected service life and / or about a measuring point-specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter of the sensor can be obtained from a statistical evaluation of lifetime data of the same type, previously used at the measuring point sensors. By way of example, a comparison of the history of the parameter values of the diagnostic parameters acquired by the current sensor with parameter values of the same diagnostic parameters that were detected by sensors of the same type previously used at the measuring point is possible. On the basis of this comparison, measuring point-specific sensor aging patterns can be detected, learned and used for the determination of the state of future used sensors at this measuring point.

Die für den ersten Diagnoseparameter vorgegebene Gewichtung kann in einem frühen Stadium der Lebensdauer des Sensors im Verhältnis zur vorgegebenen Gewichtung des zweiten Diagnoseparameters größer sein als in einem späten Stadium der Lebensdauer des Sensors.The weighting given for the first diagnostic parameter may be greater at an early stage of the life of the sensor relative to the predetermined weighting of the second diagnostic parameter than at a late stage of the life of the sensor.

Die Information über die messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters des Sensors kann dazu herangezogen werden, zu ermitteln, ob der Sensor sich zu einem bestimmten Zeitpunkt, z.B. aktuell, in einem frühen oder späten Stadium seiner Lebensdauer befindet. So kann die Information über die messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters des Sensors zur Festlegung der bei einer aktuellen Bestimmung des Zustandswerts anzuwendenden Gewichtung der Parameterwerte des ersten oder zweiten Diagnoseparameters herangezogen werden.The information about the measuring point-specific expected service life and / or a measuring point-specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnosis parameter of the sensor can be used to determine whether the sensor is at a certain point in time, e.g. currently, at an early or late stage of its lifetime. Thus, the information about the measuring point-specific expected service life and / or a measuring point-specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter of the sensor can be used to determine the weighting of the parameter values of the first or second diagnosis parameter to be used in a current determination of the state value.

Alternativ oder zusätzlich kann die Gewichtung der Parameter gesteuert werden durch die gewichtete Betriebsdauer des Sensors, die Änderungen des zweiten Diagnoseparameters im Laufe der Betriebsdauer des Sensors und/oder durch den Vergleich des Sensorverhaltens mit dem Verhalten von zuvor an der Messstelle eingesetzten typgleichen Sensoren.Alternatively or additionally, the weighting of the parameters can be controlled by the weighted operating time of the sensor, the changes of the second diagnostic parameter during the operating time of the sensor and / or by the comparison of the sensor behavior with the behavior of the same type of sensors previously used at the measuring point.

Der berechnete Zustandswert kann den Sensorzustand angeben. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Zustandswert eine Restlebensdauer oder eine Zeitspanne bis zu einer nächsten Wartungsmaßnahme ist. In einer Verfahrensvariante kann der Zustandswert ein Zwischenergebnis darstellen, aus dem der Sensorzustand mittels eines Klassifikators ermittelt wird. Der Klassifikator klassifiziert den Sensor anhand des ermittelten Zustandswertes hinsichtlich seines Zustands. Mögliche Zustände sind beispielsweise "neuwertig", "vorgeschädigt", "wartungsbedürftig", "kurz vor dem Ausfall", "defekt". Bei dem Klassifikator kann es sich beispielsweise um einen Polynom-Klassifikator, um ein neuronales Netz oder um eine Fuzzy Logik handeln. Der Klassifikator kann anhand von Vorexperimenten trainiert werden.The calculated state value may indicate the sensor state. This is the case, for example, if the state value is a remaining lifetime or a time span until a next maintenance action. In a variant of the method, the state value may represent an intermediate result, from which the sensor state is determined by means of a classifier. The classifier classifies the sensor based on the determined state value with regard to its state. Possible states are, for example, "as new", "pre-damaged", "in need of maintenance", "shortly before failure", "defective". The classifier can be, for example, a polynomial classifier, a neural network or a fuzzy logic. The classifier can be trained by means of preliminary experiments.

Das voranstehend beschriebene Verfahren kann von der Messeinrichtung selbst, d.h. mittels eines Prozessors der Auswertungsschaltung des Sensors und/oder von einer mit dem Sensor trennbar verbundenen übergeordneten Einheit mittels eines von der Einheit ausführbaren Betriebsprogramms durchgeführt werden. Die übergeordnete Einheit kann beispielsweise ein Messumformer, eine speicherprogrammierbare Steuerung oder ein herkömmlicher Computer sein. In Frage kommt als übergeordnete Einheit auch ein tragbares, insbesondere drahtlos mit dem Sensor kommunizierendes, Gerät, z.B. ein Smartphone oder ein Tablet-PC.The above-described method can be carried out by the measuring device itself, ie by means of a processor of the evaluation circuit of the sensor and / or by a superordinated unit separably connected to the sensor by means of an operating program that can be executed by the unit. The higher-level unit may be, for example, a transmitter, a programmable logic controller or a conventional Be a computer. In question comes as a parent unit and a portable, in particular wirelessly communicating with the sensor device, such as a smartphone or a tablet PC.

Die übergeordnete Einheit kann dazu ausgestaltet sein, die Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters und/oder messstellenspezifische Informationen, insbesondere Informationen über die messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters oder daraus abgeleitete Werte, in einen Datenspeicher des Sensors abzulegen. Zur Auswertung dieser im Speicher des Sensors abgelegten Daten kann der Sensor mit einer weiteren, von der übergeordneten Einheit der Messeinrichtung verschiedenen, übergeordneten Einheit, z.B. mit einem herkömmlichen PC, einem Laptop, einem Tablet-PC oder einem Smartphone verbunden werden, die dazu ausgestaltet ist, ein Betriebsprogramm für den Sensor auszuführen. Die Verbindung kann mittels eines Adapters erfolgen, der einerseits mit dem Sensor, andererseits mit einer Standardschnittstelle der weiteren übergeordneten Einheit verbunden werden kann, um eine Kommunikation zwischen dem Sensor und der übergeordneten Einheit zu erlauben. Das Betriebsprogramm kann eine Datenbank oder eine mit einer externen Datenbank verbindbare Schnittstelle umfassen, in der Daten und Datenhistorien einer Vielzahl von Sensoren abspeicherbar sind. In die Datenbank können die im Speicher des angeschlossenen Sensors vorliegenden Daten, beispielsweise die Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters und/oder messstellenspezifische Informationen, insbesondere Informationen über die messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters oder daraus abgeleitete Werte eingelesen werden. Darüber hinaus kann das Bedienprogramm dazu ausgestaltet sein, anhand der eingelesenen und gegebenenfalls zusätzlich anhand bereits vorhandener Werte in der Datenbank den aktuellen Zustand des Sensors nach dem beschriebenen Verfahren zu ermitteln.The higher-level unit can be configured to display the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter and / or measuring point-specific information, in particular information about the measuring point-specific expected service life and / or about a measuring point-specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter or derived values to store in a data memory of the sensor. In order to evaluate this data stored in the memory of the sensor, the sensor can be connected to a further, higher-level unit, for example, different from the higher-level unit of the measuring device. be connected to a conventional PC, a laptop, a tablet PC or a smartphone, which is configured to run an operating program for the sensor. The connection can be made by means of an adapter, which can be connected on the one hand to the sensor, on the other hand to a standard interface of the further superordinate unit in order to allow communication between the sensor and the superordinate unit. The operating program may include a database or an interface connectable to an external database in which data and data histories of a plurality of sensors are storable. The data present in the memory of the connected sensor, for example the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter and / or measuring point-specific information, in particular information about the measuring point-specific expected life and / or about a measuring point-specific expected history of the parameter values of the first and or the second diagnostic parameter or values derived therefrom. In addition, the operating program may be configured to determine the current state of the sensor according to the described method on the basis of the read in and, if appropriate, additionally based on already existing values in the database.

Die eingangs beschriebene Aufgabe wird auch gelöst durch eine Messeinrichtung, umfassend einen an einer Messstelle in einen Prozessbehälter integrierten Sensor mit einer Auswertungsschaltung, welche dazu ausgestaltet ist, ein, insbesondere digitales, Sensor-Messsignal zu erzeugen, und eine mit dem Sensor verbundene übergeordnete Einheit, welche dazu ausgestaltet ist, das Sensor-Messsignal zu empfangen, und gegebenenfalls weiterzuverarbeiten, wobei in der Auswertungsschaltung und/oder in der übergeordnete Einheit ein der Durchführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens dienendes Betriebsprogramm vorgesehen ist.The object described at the outset is also achieved by a measuring device, comprising a sensor integrated in a process container at a measuring point with an evaluation circuit which is designed to generate a, in particular digital, sensor measuring signal, and a higher-order unit connected to the sensor, which is configured to receive the sensor measurement signal, and optionally to process it further, wherein an operating program serving to carry out the above-described method is provided in the evaluation circuit and / or in the higher-level unit.

Der Sensor kann mit der übergeordneten Einheit trennbar verbunden sein, wobei die Auswertungsschaltung des Sensors einen Speicher umfasst, der dazu ausgestaltet ist, die Messstelle betreffende Informationen, insbesondere eine Kennung der Messstelle und/oder Historiendaten von zuvor an der Messstelle eingesetzten Sensoren von der übergeordneten Einheit zu empfangen und zu speichern. Auf diese Weise kann der Sensor, wie zuvor beschrieben, zum Transport messstellenspezifischer Daten zu einer anderen übergeordneten Einheit verwendet werden.The sensor can be separably connected to the superordinated unit, wherein the evaluation circuit of the sensor comprises a memory which is configured for information relating to the measuring point, in particular an identification of the measuring point and / or history data of sensors previously used at the measuring point from the superordinated unit to receive and store. In this way, the sensor, as described above, can be used for transporting measuring point-specific data to another higher-level unit.

Im Folgenden wird die Erfindung näher anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS. Show it:

1 eine Messeinrichtung mit einem an einer Messstelle in einen Prozessbehälter integrierten Sensor und eine Wartungseinrichtung zur Wartung des Sensors; 1 a measuring device with a sensor integrated in a process container at a measuring point and a maintenance device for servicing the sensor;

2 eine schematische Darstellung einzelner Komponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 a schematic representation of individual components for carrying out the method according to the invention.

In 1 ist schematisch eine Messeinrichtung 1 dargestellt, die einen an einer Messstelle 2 in einen Prozessbehälter 3 mittels einer Armatur 4 integrierten pH-Sensor 5, sowie einen mit dem Sensor 5 lösbar verbundenen Messumformer 6 umfasst. Der pH-Sensor 5 wird im Messbetrieb mit einem in dem Prozessbehälter 3 strömenden flüssigen Prozessmedium 7 beaufschlagt und erfasst als Messgröße den pH-Wert des Prozessmediums 7. Im vorliegenden Beispiel weist der pH-Sensor 5 einen (nicht eingezeichneten) Temperaturfühler auf, der die Temperatur des Prozessmediums 7 erfasst.In 1 is a schematic measuring device 1 shown, the one at a measuring point 2 in a process container 3 by means of a fitting 4 integrated pH sensor 5 , as well as one with the sensor 5 releasably connected transducers 6 includes. The pH sensor 5 is in measuring mode with a in the process container 3 flowing liquid process medium 7 acts as a measured variable and detects the pH value of the process medium 7 , In the present example, the pH sensor 5 a (not shown) temperature sensor, the temperature of the process medium 7 detected.

Der pH-Sensor 7 ist im vorliegenden Beispiel als potentiometrische Einstabmesskette ausgestaltet. Diese weist eine Glaselektrode mit einer pH-sensitiven Glasmembran als Messhalbzelle und eine über ein Diaphragma mit dem Prozessmedium 7 in Kontakt stehende Silber/Silberchlorid-Bezugselektrode als Referenzhalbzelle auf. Der pH-Sensor umfasst darüber hinaus eine in einem als Sensorsteckkopf 8 ausgestalteten Gehäuse untergebrachte (nicht näher dargestellte) Auswertungsschaltung auf, die dazu dient, eine sich zwischen Mess- und Referenzhalbzelle einstellende Potentialdifferenz sowie ein Messsignal des Temperaturfühlers zu erfassen, gegebenenfalls zu verstärken, in digitale Messsignale zu wandeln und über eine Schnittstelle an ein Sensorkopfgegenstück 9 auszugeben, das über eine Kabelverbindung mit dem Messumformer 6 verbunden ist. Die Auswertungsschaltung kann insbesondere einen Mikrocontroller und einen Datenspeicher umfassen, so dass die Auswertungsschaltung dazu ausgestaltet ist, ein oder mehrere Betriebsprogramme, z.B. ein der Bestimmung des Sensorzustands dienendes Betriebsprogramm, auszuführen.The pH sensor 7 is designed in the present example as potentiometric Einstabmesskette. This has a glass electrode with a pH-sensitive glass membrane as a measuring half-cell and a via a diaphragm with the process medium 7 in contact silver / silver chloride reference electrode as a reference half cell on. The pH sensor also includes one in a sensor plug head 8th designed housing housed (not shown) evaluation circuit which serves to detect a between measuring and reference half cell adjusting potential difference and a measurement signal of the temperature sensor, if necessary to amplify, to convert into digital measurement signals and an interface to a sensor head counterpart 9 output via a cable connection to the transmitter 6 connected is. The evaluation circuit can in particular a microcontroller and a data memory, so that the evaluation circuit is configured to one or more operating programs, such as a determination of the sensor state serving operating program to execute.

Der Messumformer 6 ist dazu ausgestaltet, die über die aus Sensorkopf 8 und Sensorkopfgegenstück 9 gebildete Steckverbinderkupplung empfangenen Messsignale gegebenenfalls weiterzuverarbeiten und über das Display 10 zur Anzeige zu bringen sowie Parameter und gegebenenfalls Befehle an die Auswertungsschaltung des Sensors 5 zu übertragen. Über die Steckverbinderkupplung wird der Sensor 5 vom Messumformer 6 mit Energie versorgt. Der Messumformer 6 verfügt neben dem Display 10 auch über Eingabemittel 11, wie Tasten oder Dreh-Drückschalter, mittels derer eine Bedienperson Parameter oder Befehle eingeben oder zwischen verschiedenen Ansichten der Messumfomer-Anzeige wechseln kann.The transmitter 6 is designed to be over the sensor head 8th and sensor head counterpart 9 If necessary, the connector coupling that has been formed can be used to further process received measuring signals and via the display 10 to display as well as parameters and possibly commands to the evaluation circuit of the sensor 5 transferred to. About the connector coupling is the sensor 5 from the transmitter 6 energized. The transmitter 6 has next to the display 10 also via input means 11 such as buttons or rotary push buttons, by means of which an operator can enter parameters or commands or switch between different views of the transmitter display.

Der Messumformer 6 ist dazu ausgestaltet, eine Betriebssoftware auszuführen, die zur weiteren Verarbeitung der Messsignale ausgestaltet ist. Die Betriebssoftware kann zusätzlich zur Durchführung einer Kalibrierung bzw. Justierung des angeschlossenen pH-Sensors 5 ausgestaltet sein.The transmitter 6 is designed to execute an operating software that is designed for further processing of the measurement signals. The operating software may additionally perform calibration or adjustment of the connected pH sensor 5 be designed.

In dem Datenspeicher der im Sensorkopf 8 angeordneten Auswertungsschaltung können Sensorkenndaten, z.B. eine Seriennummer oder eine sonstige Sensorkennung, Kalibrierdaten und/oder sonstige für die Zustandsbestimmung relevante Daten und/oder messstellenspezifische Informationen abgelegt sein. Unter messstellenspezifischen Informationen sind zum Beispiel Kenndaten zu verstehen, die die Messstelle 2, an der der pH-Sensor 5 eingesetzt ist, kennzeichnen. Außerdem können messstellenspezifische Informationen typische Historien von an der bestimmten Messstelle 2 eingesetzten Sensoren beinhalten. Solche Historien können beispielsweise typische Verläufe von pH-Wert und Temperatur als Funktion der Zeit an der Messstelle 2, typische Entwicklungen der Kalibrierparameter zuvor an der Messstelle 2 eingesetzter pH-Sensoren vom gleichen Typ wie der pH-Sensor 2 oder typische Lebensdauern von an der Messstelle 2 eingesetzten pH-Sensoren vom gleichen Typ wie der pH-Sensor 2 enthalten. Diese Daten können in einem Datenspeicher des Messumformers 6 abgelegt sein und während des gesamten Betriebs der Messeinrichtung 1 an der Messstelle 2 über eine Vielzahl von Sensor-Generationen hinweg gespeichert und durch statistische Auswertungen oder Lernverfahren verfeinert werden. Ein von dem Messumformer 6 ausführbares Betriebsprogramm kann dazu ausgestaltet sein, von dem Messumformer 6 ermittelte Parameterwerte, die der Sensordiagnose dienen, insbesondere auch messstellenspezifische Daten, in dem Speicher der Auswertungsschaltung, mithin also im pH-Sensor 5, abzulegen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Vielzahl oder sogar alle für die Bestimmung des Sensor-Zustands relevanten Diagnoseparameter und gegebenenfalls messstellenspezifischen Informationen im Speicher des pH-Sensors 5 zu sammeln, so dass dieser die entsprechenden Daten "mitnimmt", wenn er an eine andere Messstelle oder zur Kalibrierung an eine Kalibriereinheit angeschlossen wird.In the data memory in the sensor head 8th arranged evaluation circuit sensor characteristics, such as a serial number or other sensor identifier, calibration data and / or other relevant for the determination of state data and / or measuring point specific information can be stored. By way of example, measuring point-specific information is to be understood as meaning characteristic data that the measuring point 2 at which the pH sensor 5 is inserted, mark. In addition, measuring point-specific information can give typical histories of at the particular measuring point 2 used sensors include. Such histories may include, for example, typical traces of pH and temperature as a function of time at the measurement site 2 , typical developments of the calibration parameters before at the measuring point 2 used pH sensors of the same type as the pH sensor 2 or typical lifetimes of at the metering point 2 used pH sensors of the same type as the pH sensor 2 contain. This data can be stored in a data memory of the transmitter 6 be stored and during the entire operation of the measuring device 1 at the measuring point 2 stored over a variety of sensor generations and refined by statistical evaluations or learning methods. One from the transmitter 6 An executable operating program may be configured by the transmitter 6 determined parameter values that serve the sensor diagnosis, in particular also measuring point-specific data, in the memory of the evaluation circuit, thus in the pH sensor 5 to take off. In this way it is possible, a plurality or even all relevant for the determination of the sensor state diagnostic parameters and optionally measuring point specific information in the memory of the pH sensor 5 so that it "takes along" the corresponding data when it is connected to another measuring point or for calibration to a calibration unit.

Zur Durchführung von Kalibrierungen wird der pH-Sensor 5 durch Trennung der aus dem Sensorkopf 8 und dem Sensorkopfgegenstück 9 gebildeten Steckverbinderkupplung von dem Messumformer 6 getrennt. Die Kalibrierung kann an einem von der Messstelle 2 entfernten Ort, beispielsweise im Labor, durchgeführt werden. Dort wird der pH-Sensor 5 an eine als Kalibriereinheit dienende übergeordnete Einheit angeschlossen, die im vorliegenden Beispiel als herkömmlicher Laptop 12 ausgestaltet ist. Der pH-Sensor 5 wird mittels einer aus seinem Sensorkopf 8 und einem baugleich zu dem Sensorkopfgegenstück 9 der Messeinrichtung 1 ausgebildetes Sensorkopfgegenstück 9' an einen Adapter 13 angeschlossen. Der Adapter 13 dient zur Verbindung des pH-Sensors 5 mit einer Standardschnittstelle 14, z.B. einer USB-Schnittstelle, des Laptops 12 und ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Laptop 12 und der Auswertungsschaltung des pH-Sensors 5. Der Laptop 12 umfasst ein Betriebsprogramm, welches zur Durchführung von Kalibriermessungen in einem oder mehreren Kalibriermedien 15 und zur Kalibrierung bzw. Justierung des pH-Sensors 5 dient.The pH sensor is used to carry out calibrations 5 by disconnecting the sensor head 8th and the sensor head counterpart 9 formed connector coupling of the transmitter 6 separated. The calibration can be done at one of the measuring point 2 remote location, for example in the laboratory. There is the pH sensor 5 connected to a serving as a calibration unit superordinate unit, which in the present example as a conventional laptop 12 is designed. The pH sensor 5 is by means of one of his sensor head 8th and one identical to the sensor head counterpart 9 the measuring device 1 trained sensor head counterpart 9 ' to an adapter 13 connected. The adapter 13 serves to connect the pH sensor 5 with a standard interface 14 , eg a USB interface, of the laptop 12 and allows bidirectional communication between the laptop 12 and the evaluation circuit of the pH sensor 5 , The laptop 12 includes an operating program which is used to perform calibration measurements in one or more calibration media 15 and for calibration or adjustment of the pH sensor 5 serves.

Das Betriebsprogramm ist dazu ausgestaltet, aus dem in dem Sensorsteckkopf 8 enthaltenen Speicher der Auswertungsschaltung eine Kennung des pH-Sensors 5, z.B. eine Identifikationsnummer, auszulesen. In einem Speicher des Laptops 12 kann eine Datenbank hinterlegt sein, in der sämtliche, zu irgendeinem Zeitpunkt von dem Betriebsprogramm erfassten pH-Sensoren erfasst sind. Die Datenbank kann auch in einem mit dem Laptop 12 verbundenen Speicher hinterlegt sein, beispielsweise in einem über das Internet mit dem Laptop 12 verbundenen Rechner, z.B. in einem Speicher im Rahmen einer Cloud-Anwendung.The operating program is adapted to that in the sensor plug head 8th contained memory of the evaluation circuit an identifier of the pH sensor 5 , eg an identification number. In a store of the laptop 12 A database can be stored, in which all, at any time by the operating program recorded pH sensors are recorded. The database can also be in one with the laptop 12 connected storage, for example, in one over the Internet with the laptop 12 connected computer, eg in a memory in the context of a cloud application.

In die Datenbank können unter der Kennung des pH-Sensors 5 weitere aus dem Speicher der im Steckkopf 8 untergebrachten Auswertungsschaltung ausgelesene Daten abgelegt werden, beispielsweise

  • – Zählerstände eines oder mehrerer Belastungszähler des pH-Sensors 5, z.B. die Stände eines SIP-oder CIP-Zählers (SIP = sterilization in place; CIP = cleaning in place) oder eines Zählers, der die Zeitspannen erfasst, während derer die vom pH-Sensor 5 erfahrene Temperatur einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat, bzw. die Zeitspannen, während derer der vom pH-Sensor erfahrene pH-Wert oberhalb eines oberen Schwellenwert oder unterhalb eines unteren Schwellenwerts lag;
  • – Extremwerte der Temperatur oder des pH-Werts;
  • – Belastungswerte, die die Belastungshistorie des pH-Sensors 5 während seiner bisherigen Betriebsdauer an der Messstelle 2 repräsentieren, z.B. eine Belastungsmatrix oder ein Belastungsintegral;
  • – weitere belastungsrelevante Größen, wie z.B. einen mittels eines oder mehrerer Hilfssensoren an der Messstelle 2 ermittelten Druck oder eine Durchflussgeschwindigkeit eines schmutzbefrachteten Prozessmediums 7.
In the database can be under the identifier of the pH sensor 5 more from the memory of the plug-in head 8th stored evaluation circuit stored data are stored, for example
  • - Counter readings of one or more load counters of the pH sensor 5 For example, the levels of a SIP or CIP (Sterilization in Place) counter or a counter that records the time periods while that of the pH sensor 5 experienced temperature has exceeded a predetermined threshold, or the time periods during which the Sensor experienced pH was above an upper threshold or below a lower threshold;
  • - extremes of temperature or pH;
  • - Load values that the load history of the pH sensor 5 during its previous service life at the measuring point 2 represent, eg a load matrix or a load integral;
  • - Further load-related variables, such as one by means of one or more auxiliary sensors at the measuring point 2 determined pressure or a flow rate of a dirt-laden process medium 7 ,

In die Datenbank können unter der Kennung des pH-Sensors 5 weitere Daten abgelegt werden, die mittels des auf dem Laptop 12 ausgeführten Betriebsprogramms ermittelt werden, z.B.

  • – aktuelle Kalibrierparameter wie Nullpunkt Np, Steigung Δ, sowie die Änderung der Kalibrierparameter gegenüber der letzten Kalibrierung;
  • – der Widerstand der Glasmembran;
  • – der Diaphragmawiderstand;
  • – die Ansprechzeit des Sensorsignals auf eine definierte Anregung des pH-Sensors 5, z.B. die Zeit, die nach dem Eintauchen des pH-Sensors 5 in das Kalibriermedium 15 vergeht, bis das Sensorsignal einen definierten Endzustand (Stabilitätskriterium) erreicht hat;
  • – das Rauschverhalten des Sensorsignals;
  • – eine spektrale Zusammensetzung des Sensorsignals.
In the database can be under the identifier of the pH sensor 5 further data are stored by means of the on the laptop 12 executed operating program can be determined, eg
  • - current calibration parameters such as zero point Np, slope Δ, as well as the change of the calibration parameters compared to the last calibration;
  • - the resistance of the glass membrane;
  • - Diaphragm resistance;
  • - The response time of the sensor signal to a defined excitation of the pH sensor 5 , for example, the time after immersing the pH sensor 5 into the calibration medium 15 passes until the sensor signal has reached a defined final state (stability criterion);
  • The noise behavior of the sensor signal;
  • A spectral composition of the sensor signal.

In der Datenbank können darüber hinaus unter der Kennung des pH-Sensors 5 messstellenspezifische Informationen zu der Messstelle 2, an der der Sensor eingesetzt ist, hinterlegt sein. Diese Informationen können, wie voranstehend beschrieben, von der Betriebssoftware aus dem Datenspeicher des pH-Sensors 5 ausgelesen und in der Datenbank abgelegt werden.In the database, moreover, under the identifier of the pH sensor 5 Measuring point-specific information about the measuring point 2 , on which the sensor is inserted, be deposited. This information can, as described above, from the operating software from the data memory of the pH sensor 5 be read out and stored in the database.

Ein den aktuellen Zustand des pH-Sensors 5 repräsentierender Zustandswert kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer Diagnosefunktion anhand von Parameterwerten unterschiedlicher Diagnoseparameter ermittelt werden. In einem ersten Ausführungsbeispiel kann die Diagnosefunktion Bestandteil eines von dem Messumformer 6 ausführbaren Betriebsprogramms sein. In diesem Fall können einzelne, mehrere oder alle in die Bestimmung des Zustandswerts eingehenden Parameterwerte der berücksichtigten Diagnoseparameter von der Messeinrichtung 1 unmittelbar an der Messstelle 2 ermittelt und der Diagnosefunktion zur Verfügung gestellt werden. Es ist auch möglich, dass der Messumformer 6 auf die Datenbank zugreift, und zumindest einen Teil der benötigten Parameterwerte aus der Datenbank ausliest.A the current state of the pH sensor 5 representing state value can be determined by the method according to the invention by means of a diagnostic function based on parameter values of different diagnostic parameters. In a first embodiment, the diagnostic function may be part of one of the transmitter 6 be an executable operating program. In this case, individual, several or all parameter values of the diagnostic parameters taken into account in the determination of the state value can be output by the measuring device 1 directly at the measuring point 2 be determined and provided the diagnostic function. It is also possible that the transmitter 6 accesses the database and reads at least part of the required parameter values from the database.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Diagnosefunktion Bestandteil eines von dem Laptop 12 ausführbaren Betriebsprogramms sein. In diesem Fall können einzelne oder mehrere in die Bestimmung des Zustandswerts eingehende Parameterwerte der berücksichtigten Diagnoseparameter aus dem Speicher des pH-Sensors 5 ausgelesen werden, wenn der Sensor zur Kalibrierung an den Laptop 12 angeschlossen ist. Einige der benötigten Parameterwerte können alternativ oder zusätzlich aus der Datenbank ausgelesen werden. Weitere Parameterwerte können alternativ oder zusätzlich von dem durch den Laptop 12 ausgeführten Betriebsprogramm ermittelt werden.In a second embodiment, the diagnostic function may be part of one of the laptop 12 be an executable operating program. In this case, one or more parameter values of the diagnostic parameters taken into account in the determination of the state value can be read from the memory of the pH sensor 5 be read when the sensor is for calibration to the laptop 12 connected. Some of the required parameter values may alternatively or additionally be read from the database. Other parameter values may alternatively or additionally be that provided by the laptop 12 executed operating program.

Im Folgenden wird anhand der 2 ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung eines Zustands des pH-Sensors 5 näher beschrieben.The following is based on the 2 an example of an inventive method for determining a state of the pH sensor 5 described in more detail.

Der Zustand des pH-Sensors 5 kann ein den aktuellen Sensorzustand widerspiegelnder Parameterwert, insbesondere eine Klassifizierung, eine Restlebensdauer oder ein in der Zukunft liegender Zeitpunkt sein, zu dem eine Wartungsmaßnahme des Sensors durchgeführt werden muss.The condition of the pH sensor 5 may be a parameter value reflecting the current sensor state, in particular a classification, a remaining lifetime or a future point in time at which a maintenance measure of the sensor must be performed.

Zur Bestimmung eines den Zustand des pH-Sensors 5 repräsentierenden Zustandswerts werden zunächst Parameterwerte mindestens zweier verschiedenartiger Diagnoseparameter ermittelt. Mögliche Diagnoseparameter, die zur Zustandsbestimmung herangezogen werden können, lassen sich einteilen in solche Diagnoseparameter, die eine Belastung des pH-Sensors 5 widerspiegeln, und solche Diagnoseparameter, die den tatsächlichen Zustand des pH-Sensors 5 repräsentieren.To determine a condition of the pH sensor 5 At first, parameter values of at least two different types of diagnostic parameters are determined. Possible diagnostic parameters that can be used to determine the state can be divided into those diagnostic parameters that are a load on the pH sensor 5 and such diagnostic parameters that reflect the actual state of the pH sensor 5 represent.

Zu den ersten Parametern gehören Messgrößen, die Belastungen des Sensors im Betrieb durch den in dem Prozessbehälter 3 an der Messstelle 2 durchgeführten Prozess wiedergeben. Solche Belastungen können beispielsweise hohe Temperaturen sein, belastende Reinigungsprozesse wie CIP und SIP, aggressive Prozessmedien 7, insbesondere solche mit stark alkalischem oder stark saurem pH-Wert, Reinigungs- und/oder Sterilisationsprozesse bei hohen Temperaturen und/oder hohen Temperaturen in Kombination mit stark alkalischen oder stark sauren pH-Werten, hohe Drücke, hohe Strömungsgeschwindigkeiten des Prozessmediums 7, insbesondere wenn es eine Partikelfracht führt, die eine Abrasion an der pH-sensitiven Glasmembran des pH-Sensors bewirken kann. Die Belastung kann durch eine Historie einer oder mehrerer oder aller der hier genannten Messgrößen repräsentiert werden. Diese Historie kann im einfachsten Fall als Zähler ausgestaltet sein, z.B. als Betriebsstundenzähler, der die Zeitspannen erfasst, zu denen bestimmte Schwellenwerte der genannten Messgrößen oder Kombinationen von Messgrößen überschritten sind, oder als Sterilisations-, Autoklavierungs- oder CIP-Zähler.Among the first parameters are measured variables, the loads of the sensor during operation by the in the process vessel 3 at the measuring point 2 reproduce the process. Such loads can be, for example, high temperatures, stressful cleaning processes such as CIP and SIP, aggressive process media 7 , in particular those with strongly alkaline or strongly acidic pH, cleaning and / or sterilization processes at high temperatures and / or high temperatures in combination with strongly alkaline or strongly acidic pH values, high pressures, high flow velocities of the process medium 7 especially if it carries a particle load that can cause abrasion on the pH-sensitive glass membrane of the pH sensor. The load can be represented by a history of one or more or all of the measured variables mentioned here. This history can in the simplest case as a counter be designed, for example, as an operating hours counter, which detects the periods at which certain threshold values of said measured variables or combinations of measured variables are exceeded, or as a sterilization, autoclaving or CIP counter.

In einer etwas komplexeren Variante kann die Belastung, insbesondere durch Temperatur und pH-Wert mittels einer Belastungsmatrix oder eines Belastungsintegrals erfasst werden. Die Spalten der Belastungsmatrix geben bestimmte pH-Wertebereiche, ihre Zeilen bestimmte Temperaturbereiche an. Die Matrix-Elemente geben jeweils die Zeitspanne bzw. die Summe aller Zeitspannen an, während derer der Sensor in seinem bisherigen Betrieb der dem Matrix-Element entsprechenden Kombination eines pH-Wertebereichs und eines Temperaturbereichs ausgesetzt gewesen ist. Die einzelnen Matrixelemente können zur Ermittlung einer Gesamtbelastung aufaddiert oder mit vorgegebenen Gewichtungsfaktoren multipliziert und aufaddiert werden.In a somewhat more complex variant, the load, in particular by temperature and pH, can be detected by means of a load matrix or a load integral. The columns of the loading matrix indicate specific pH ranges, and their rows indicate specific temperature ranges. The matrix elements in each case indicate the time span or the sum of all time periods during which the sensor has been exposed in its previous operation to the combination of a pH range and a temperature range corresponding to the matrix element. The individual matrix elements can be added up to determine a total load or multiplied by predetermined weighting factors and added up.

Das Belastungsintegral kann ermittelt werden, indem kontinuierlich erfasste Werte bzw. Wertekombinationen von pH-Wert und Temperatur miteinander zu einem Gesamtparameter verrechnet, und der Verlauf des Gesamtparameters als Funktion der Zeit über die Zeit integriert wird.The load integral can be determined by continuously calculating values or combinations of values of pH and temperature with one another to form an overall parameter, and integrating the course of the overall parameter as a function of time over time.

Wie in 2 dargestellt, können pH-Wert und Temperatur, sowie daraus abgeleitete Größen, insbesondere die erwähnten Zähler, die Belastungsmatrix und/oder das Belastungsintegral anhand der von dem pH-Sensor 5 bereitgestellten Sensorsignale pH, T ermittelt und der Diagnosefunktion des Messumformers 6 oder des auf dem Laptop 12 ausführbaren Betriebsprogramms zur Verfügung gestellt werden. Die Berechnung der aus den Sensorsignalen pH, T abgeleiteten Größen kann dabei entweder in der Auswertungsschaltung des pH-Sensors 5 oder mittels des Messumformers 6 ausgeführt werden. Im letzteren Fall überträgt der Messumformer 6 lediglich die Ergebnisse, beispielsweise die aktuellen Werte des Belastungsintegrals oder der Belastungsmatrix bzw. die aktuellen Zählerstände in den Speicher der Auswertungsschaltung des pH-Sensors 5.As in 2 shown, pH and temperature, and derived therefrom, in particular the mentioned counter, the load matrix and / or the load integral on the basis of the pH sensor 5 provided sensor signals pH, T and the diagnostic function of the transmitter 6 or on the laptop 12 executable operating program. The calculation of the variables derived from the sensor signals pH, T can be carried out either in the evaluation circuit of the pH sensor 5 or by means of the transmitter 6 be executed. In the latter case, the transmitter transmits 6 only the results, for example the current values of the load integral or the load matrix or the current counter readings in the memory of the evaluation circuit of the pH sensor 5 ,

Sollen weitere, die Belastung des Sensors repräsentierende Größen, wie z.B. Druck p oder Massendurchfluss dm/dt oder ein Volumendurchfluss dV/dt berücksichtigt werden, können diese anhand von Hilfssensoren ermittelt und entweder direkt der vom Messumformer 6 ausgeführten Diagnosefunktion zur Verfügung gestellt werden oder, insbesondere für den Fall, dass der Zustandswert mittels des Laptops 12 berechnet wird, ebenfalls in dem Speicher des pH-Sensors 5 abgelegt und über diesen der Diagnosefunktion zur Verfügung gestellt werden.If further parameters representing the load of the sensor are taken into account, such as pressure p or mass flow dm / dt or a volume flow dV / dt, these can be determined using auxiliary sensors and either directly from the transmitter 6 executed diagnostic function, or, in particular in the event that the state value by means of the laptop 12 is calculated, also in the memory of the pH sensor 5 stored and made available via this the diagnostic function.

Für die die Sensorbelastung repräsentierenden Diagnoseparameter können obere Grenzwerte vorgegeben werden, z.B. in Form von Zählerhöchstwerten oder Höchstwerten des Belastungsintegrals bzw. der (gewichteten) Summe aller Matrixelemente der Belastungsmatrix. Das Erreichen des oder der Grenzwerte markiert das (rechnerische) Ende der Lebensdauer des Sensors. Aus dem Abstand des aktuellen Parameterwerts zu dem oder den Grenzwerten kann eine Prognose über die verbleibende Restlebensdauer des pH-Sensors 5 abgeleitet werden. Dies ist von Betriebsbeginn des pH-Sensors 5 an zuverlässig möglich. Eine genaue Aussage zum Ausfall-Zeitpunkt kann jedoch, wie eingangs erwähnt, anhand dieser Diagnoseparameter allein nicht getroffen werden.For the diagnostic parameters representing the sensor load, upper limit values can be specified, for example in the form of maximum counter values or maximum values of the load integral or of the (weighted) sum of all matrix elements of the load matrix. Reaching the limit (s) marks the end of the life of the sensor. From the distance of the current parameter value to the limit value (s), a prognosis can be made about the remaining life of the pH sensor 5 be derived. This is from the beginning of operation of the pH sensor 5 reliable possible. However, an exact statement at the time of failure can not be made on the basis of these diagnostic parameters alone, as mentioned above.

Zu den Diagnoseparametern, die den tatsächlichen Zustand des pH-Sensors repräsentieren, gehören Messgrößen, die eine Eigenschaft des Sensors repräsentieren oder daraus abgeleitete Parameter. Darunter fallen beispielsweise unmittelbar messbare Eigenschaften, wie der Membranglaswiderstand RM und der Diaphragmawiderstand RD des pH-Sensors 5, das Rauschverhalten des Sensorsignals, seine spektrale Zusammensetzung, die Kalibrierparameter Nullpunkt Np und Steigung Δ der Sensorkennlinie sowie die Änderung dieser Kalibrierparameter über die Betriebsdauer des pH-Sensors 5.Diagnostic parameters that represent the actual state of the pH sensor include metrics that represent a property of the sensor or derived parameters. These include, for example, directly measurable properties, such as the membrane glass resistance R M and the diaphragm resistance R D of the pH sensor 5 , the noise behavior of the sensor signal, its spectral composition, the calibration parameters zero point Np and slope Δ of the sensor characteristic and the change of these calibration parameters over the operating time of the pH sensor 5 ,

Auch das Einstellverhalten des Sensorsignals, das sich in Antwort auf eine, insbesondere sprunghafte, Änderung des pH-Werts ergibt, ist ein geeigneter, den tatsächlichen Sensorzustand repräsentierender Diagnoseparameter. Vorzugsweise kann das Einstellverhalten des Sensorsignals bei der Durchführung einer Kalibrierung erfasst und ausgewertet werden, da die Randbedingungen bei einer Kalibriermessung besser definiert sind als während des Messbetriebs an der Messstelle 2. Der pH-Sensor 5 wird hierzu bei einer Kalibriermessung in eine Kalibrierlösung 15 mit bekanntem pH-Wert eingetaucht und der Verlauf des Sensorsignals nach dem Eintauchen als Funktion der Zeit ausgewertet, beispielsweise indem erfasst wird, nach welcher Zeitspanne ein bestimmtes Stabilitätskriterium erreicht wird, oder indem eine Zeitkonstante τ der asymptotischen Annäherung des Sensorsignals an den End-Messwert oder einen definierten Zielwert bestimmt wird. Unter einem Stabilitätskriterium wird eine Vorgabe eines Fehlerintervalls verstanden, innerhalb dessen der Messwert über eine vorgegebene Zeitspanne konstant bleiben muss. Ist das Stabilitätskriterium erfüllt, wird das Sensorsignal als stabil betrachtet, d.h. dass im Rahmen der vorgegebenen Fehlertoleranz der End-Messwert oder der definierte Zielwert erreicht ist.Also, the adjustment behavior of the sensor signal, which results in response to a, in particular abrupt, change in the pH value, is a suitable diagnosis parameter representing the actual sensor state. Preferably, the adjustment behavior of the sensor signal when performing a calibration can be detected and evaluated, since the boundary conditions are better defined in a calibration measurement than during the measurement operation at the measuring point 2 , The pH sensor 5 This is done during a calibration measurement in a calibration solution 15 submerged with a known pH value and evaluated the course of the sensor signal after immersion as a function of time, for example, by detecting after which period a certain stability criterion is reached, or by a time constant τ of the asymptotic approximation of the sensor signal to the final measurement or a defined target value is determined. A stability criterion is understood to be a specification of an error interval within which the measured value must remain constant over a predetermined period of time. If the stability criterion is met, the sensor signal is considered to be stable, ie, within the given fault tolerance, the final measured value or the defined target value is reached.

Die Kalibriermessungen im Labor werden zum großen Teil von Hand durch Bedienpersonal durchgeführt. Dies kann dazu führen, dass die Randbedingungen bei den Kalibriermessungen in Abhängigkeit von der mit der Kalibrierung betrauten Bedienperson schwanken können. Um dies auszugleichen, ist es vorteilhaft, die Auswertung vom Erreichen des End-Messwerts oder eines definierten Zielwertes aus rückblickend durchzuführen, d.h. im Wesentlichen den Signalverlauf kurz vor und beim Erreichen des End-Messwerts oder des Zielwertes auszuwerten. Ein Rückwärtsrechnen auf den Zeitpunkt, zu dem das Messsignal sich auf den halben Wert des Zielwerts eingestellt hat, oder auf den Zeitpunkt des Wendepunktes des Signalverlaufs gibt sehr gute Hinweise auf den Zustand des Sensors, insbesondere im Vergleich mit Ergebnissen, die bei der zuletzt durchgeführten oder mehreren vorhergehenden Kalibriermessungen erhalten wurden.The laboratory calibration measurements are largely manual by operator carried out. This can cause the boundary conditions in the calibration measurements to vary depending on the operator entrusted with the calibration. To compensate for this, it is advantageous to carry out the evaluation of the achievement of the final measured value or of a defined target value in retrospect, ie to evaluate the signal curve shortly before and when the final measured value or the target value is reached. Backward calculation of the time at which the measurement signal has been set to half the value of the target value or the point in time of the inflection point of the signal gives very good indications of the condition of the sensor, in particular in comparison with results of the last performed or several previous calibration measurements were obtained.

Anstatt die Kalibrierung zur Auswertung des Einstellverhaltens des Sensorsignals zu nutzen, können auch signifikante pH-Wert-Änderungen während des im Prozessbehälter 3 durchgeführten Prozesses zu diesem Zweck dienen. Die Auswertung kann dabei in gleicher Weise erfolgen wie voranstehend geschildert.Instead of using the calibration to evaluate the setting behavior of the sensor signal, significant pH changes can also be made during the process vessel 3 process for this purpose. The evaluation can be carried out in the same way as described above.

Die Parameterwerte der den Sensorzustand repräsentierenden Parameterwerte können für den Fall, dass die Diagnosefunktion durch den Messumformer 6 ausgeführt wird, vom Messumformer 6 selbst ermittelt und in einem Speicher des Messumformers 6 abgelegt werden. Hat der Messumformer 6 Zugriff auf die Datenbank mit den Sensordaten, kann der Messumformer 6 die ermittelten Parameterwerte auch in der Datenbank ablegen und zur Durchführung der Diagnosefunktion auf diese zugreifen. Für den Fall, dass die Diagnosefunktion durch den Laptop 12 ausgeführt wird, können die den Sensorzustand repräsentierenden Parameterwerte im Rahmen einer Kalibrierung mittels des durch den Laptop 12 ausgeführten Betriebsprogramms ermittelt werden. Alternativ können die Parameterwerte auch vom Messumformer 6 ermittelt und in dem Speicher des pH-Sensors 5 abgelegt werden. Wird der pH-Sensor 5 zur Durchführung einer Kalibrierung an den Laptop 12 angeschlossen, kann das Betriebsprogramm zur Ausführung der Diagnosefunktion die benötigten Parameterwerte aus dem Speicher des pH-Sensors 5 auslesen.The parameter values of the parameter values representing the sensor state can, in the event that the diagnostic function is performed by the transmitter 6 is executed by the transmitter 6 itself detected and in a memory of the transmitter 6 be filed. Has the transmitter 6 Access to the database with the sensor data, the transmitter can 6 Store the determined parameter values in the database and access them for the execution of the diagnostic function. In the event that the diagnostic function through the laptop 12 is carried out, the parameter values representing the sensor state can be calibrated by means of the laptop 12 operating program. Alternatively, the parameter values may also be from the transmitter 6 determined and in the memory of the pH sensor 5 be filed. Will the pH sensor 5 to perform a calibration to the laptop 12 connected, the operating program for executing the diagnostic function, the required parameter values from the memory of the pH sensor 5 read.

Zusätzlich können der Diagnosefunktion zur Bestimmung des Zustandswerts messstellenspezifische Informationen zur Verfügung gestellt werden. Der Messumformer 6, der fest an der Messstelle 2 installiert ist, während die pH-Sensoren 5 regelmäßig ersetzt werden, kann die Historien vorher an dieser Messstelle 2 eingesetzter pH-Sensoren, beispielsweise ihre mittlere Lebensdauer oder die zeitlichen Verläufe ihrer den Sensorzustand repräsentierenden Parameter, z.B. der Kalibrierparameter oder der Membranwiderstände, in einem Datenspeicher sammeln und vorhalten. Diese Informationen kann der Messumformer 6, wie bereits erwähnt, in dem Datenspeicher der Auswertungsschaltung des pH-Sensors 5 ablegen. Wird die Diagnosefunktion von dem Laptop 12 oder einem mit diesem verbundenen Rechner ausgeführt, können die messstellenspezifischen Informationen mittels des pH-Sensors 5 zu dem Laptop 12 transportiert, und bei Anschluss des Sensorkopfes 8 an das Sensorkopfgegenstück 9' über den Adapter 13 in einen Speicher des Laptops 12 bzw. in die bereits erwähnte Datenbank eingelesen werden. Sie stehen dann der von dem Laptop 12 ausgeführten Diagnosefunktion zur Verfügung. Auf dem gleichen Wege können in diesem Fall der Diagnosefunktion im pH-Sensor 5 gespeicherte Parameterwerte, die die Sensorbelastung repräsentieren, zur Verfügung gestellt werden.In addition, the diagnostic function can be provided with measuring point-specific information for determining the state value. The transmitter 6 firmly at the measuring point 2 is installed while the pH sensors 5 can be replaced regularly, the histories can previously at this point 2 used pH sensors, for example, their average life or the temporal courses of their sensor state representing parameters, such as the calibration parameters or the membrane resistors, collect and maintain in a data storage. This information can be the transmitter 6 , as already mentioned, in the data memory of the evaluation circuit of the pH sensor 5 lay down. Will the diagnostic function of the laptop 12 or a computer connected to it, the measuring point-specific information by means of the pH sensor 5 to the laptop 12 transported, and when connecting the sensor head 8th to the sensor head counterpart 9 ' over the adapter 13 in a memory of the laptop 12 or read into the already mentioned database. You are then the one from the laptop 12 performed diagnostic function available. In the same way can in this case the diagnostic function in the pH sensor 5 stored parameter values representing the sensor load are provided.

Unabhängig davon, ob die Diagnosefunktion durch den Messumformer 6 oder durch den Laptop 12 ausgeführt wird, umfasst sie die Ermittlung eines Zustandswerts aus den ihr zur Verfügung gestellten Parameterwerten, wobei gegebenenfalls messstellenspezifische Informationen berücksichtigt werden. Vorzugsweise gehen sowohl Parameterwerte mindestens eines die Sensorbelastung widerspiegelnden Diagnoseparameters, z.B. ein Wert des oben erwähnten Belastungsintegrals oder eine aus der Belastungsmatrix gebildete Gesamtbelastung, als auch Parameterwerte mindestens eines den tatsächlichen Zustand des Sensors repräsentierenden Diagnoseparameters, z.B. ein Membranwiderstand, ein Diaphragmawiderstand, eine die Einstellzeit des Sensorsignals repräsentierende Größe, beispielsweise eine Zeitkonstante τ, oder der Zeitpunkt eines Wendepunkts des sich in Folge einer, insbesondere sprunghaften, Änderung des Messwerts ergebenden Sensorsignals, das Rauschverhalten oder eine spektrale Zusammensetzung des Sensorsignals, in die Bestimmung des Zustandswerts mittels der Diagnosefunktion ein.Regardless of whether the diagnostic function through the transmitter 6 or through the laptop 12 is carried out, it comprises the determination of a state value from the parameter values made available to it, wherein, if appropriate, measuring point-specific information is taken into account. Preferably both parameter values of at least one diagnostic parameter reflecting the sensor load, eg a value of the above-mentioned load integral or a total load formed from the load matrix, as well as parameter values of at least one diagnostic parameter representing the actual state of the sensor, eg a membrane resistance, a diaphragm resistance, a setting time of the Sensor signal representing size, such as a time constant τ, or the time of a point of inflection of as a result of, in particular abrupt, change in the measured value resulting sensor signal, the noise behavior or a spectral composition of the sensor signal in the determination of the state value by means of the diagnostic function.

Der Zustandswert gibt in irgendeiner Weise den Zustand des Sensors wieder. Er kann beispielsweise einen aktuellen Zustand oder einen mit dem aktuellen Zustand zusammenhängenden Prognosewert wiedergeben. Der Prognosewert kann beispielsweise eine prognostizierte Zeitspanne bis zur Durchführung einer Wartungsmaßnahme, z.B. einer Kalibrierung, oder eine Restlebensdauer bis zum Sensorausfall sein.The state value in some way reflects the state of the sensor. For example, it may reflect a current state or a forecast value associated with the current state. For example, the forecast value may be a predicted time to perform a maintenance action, e.g. a calibration, or a residual life to sensor failure.

Die Berechnung des Zustandswerts des pH-Sensors 5 wird in der Regel wiederholt über die Lebenszeit des pH-Sensors 5 durchgeführt. Es bietet sich an, bei jeder erneuten Kalibrierung des pH-Sensors 5 eine erneute Berechnung des Zustandswerts durchzuführen. Es ist aber auch möglich, häufiger und/oder völlig unabhängig von Kalibrierungen einen aktuellen Zustandswert zu ermitteln.The calculation of the state value of the pH sensor 5 is usually repeated over the lifetime of the pH sensor 5 carried out. It makes sense every time the pH sensor is recalibrated 5 carry out a new calculation of the state value. However, it is also possible to determine a current state value more frequently and / or completely independently of calibrations.

Die Diagnosefunktion berücksichtigt bei der Bestimmung des Zustandswerts die in den Zustandswert eingehenden Parameterwerte mit unterschiedlicher Gewichtung, da sie eine unterschiedliche Bedeutung für den Sensorzustand besitzen. Darüber hinaus wird berücksichtigt, dass sich die Aussagekraft der einzelnen Diagnoseparameter in Abhängigkeit vom Alter des pH-Sensors 5 verändert. So liefern die für die Belastung repräsentativen Diagnoseparameter, wie z.B. die Gesamtbelastung oder das Belastungsintegral, von Beginn an Prognosen zur Sensor-Lebensdauer, indem ein Höchstwert der Gesamtbelastung bzw. des Belastungsintegrals vorgegeben ist, und die Restlebensdauer des pH-Sensors 5 basierend auf dem Abstand zu diesem vorgegebenen Höchstwert ermittelt wird. Diejenigen Diagnoseparameter, die den tatsächlichen Zustand des pH-Sensors 5 repräsentieren, können dagegen über einen langen Zeitraum, häufig sogar bis zum Erreichen des vorgegebenen Höchstwerts der Sensorbelastung, keine oder nur unwesentliche Änderungen zeigen. Sie werden daher in einem früheren Stadium der Sensorlebenszeit, insbesondere bis zum Erreichen des vorgegebenen Höchstwerts der Sensorbelastung, mit einem geringeren Gewicht berücksichtigt als die die Belastung widerspiegelnden Diagnoseparameter. When determining the state value, the diagnostic function takes into account the parameter values that enter the state value with different weighting, since they have a different meaning for the sensor state. In addition, it is taken into account that the validity of the individual diagnostic parameters depends on the age of the pH sensor 5 changed. Thus, the diagnostic parameters representative of the load, such as the total load or the load integral, provide from the beginning predictions on the sensor life, by a maximum value of the total load or the load integral is given, and the remaining life of the pH sensor 5 based on the distance to this predetermined maximum value. Those diagnostic parameters that indicate the actual state of the pH sensor 5 By contrast, over a long period of time, often even until the predetermined maximum value of the sensor load is reached, they can show no or only insignificant changes. They are therefore considered at a lower level than the load-reflecting diagnostic parameters at an earlier stage of sensor life, in particular until the predetermined maximum value of the sensor load is reached.

Die Diagnoseparameter, die den tatsächlichen Sensorzustand repräsentieren, zeigen erfahrungsgemäß signifikante Änderungen, wenn der pH-Sensor 5 kurz vor einem Ausfall steht. Somit haben diese Parameter insbesondere bei Erreichen des rechnerischen Endes der Lebensdauer sowie bei sich einstellenden Veränderungen gegenüber früheren Messungen im Verhältnis zu den die Belastung repräsentierenden Diagnoseparametern ein höheres Gewicht.The diagnostic parameters representing the actual sensor state have been shown to produce significant changes when the pH sensor 5 is about to fail. Thus, these parameters have a greater weight especially when reaching the end of the computational end of the life and self-adjusting changes compared to previous measurements in relation to the diagnosis parameters representing the load.

Messtellenspezifische Informationen können während der gesamten Lebensdauer in die Berechnung des Zustandswerts einfließen. Da aus den messtellenspezifischen Informationen hervorgeht, unter welchen Bedingungen sich der pH-Sensor 5 dem Ausfall genähert hat, kann diese Information als apriori-Wissen für die Lebensdauerberechnung in den Zustandswert eingehen und die Gewichte, die den Diagnoseparametern zugewiesen werden, zeitabhängig und ereignisabhängig steuern.Measurement-specific information can be included in the calculation of the state value during the entire service life. Since the measurement-specific information shows the conditions under which the pH sensor 5 has approached the failure, this information can enter as a priori knowledge for the lifetime calculation in the state value and control the weights that are assigned to the diagnostic parameters, time-dependent and event-dependent.

Insgesamt wird die Gewichtung daher gesteuert durch die gewichtete Betriebsdauer, die Änderungen der Sensorparameter während des Betriebs und/oder den Vergleich des Elektrodenverhaltens mit dem anderer, zuvor an der Messstelle 2 eingesetzter, mit dem pH-Sensor 5 typgleichen, pH-Sensoren.Overall, the weighting is therefore controlled by the weighted operating time, the changes in the sensor parameters during operation and / or the comparison of the electrode behavior with the other, previously at the measuring point 2 used, with the pH sensor 5 same type, pH sensors.

Die Diagnosefunktion gibt den ermittelten Zustandswert an einen Klassifikator aus, der ebenfalls in der Betriebssoftware des Messumformers 6 und/oder in der Betriebssoftware des Laptops 12 realisiert sein kann. Der Klassifikator kann basierend auf dem Zustandswert den pH-sensor 5 klassifizieren. Als mögliche Klassen kommen beispielsweise "neuwertig", "vorgeschädigt", "defekt" oder "Ausfall in weniger als 5 Tagen zu erwarten" in Frage.The diagnostic function outputs the determined state value to a classifier, which is also included in the operating software of the transmitter 6 and / or in the operating software of the laptop 12 can be realized. The classifier can be based on the state value of the pH sensor 5 classify. Examples of possible classes are "as new", "pre-damaged", "defective" or "expected failure in less than 5 days".

Der Klassifikator kann beispielsweise ein Polynom-Klassifikator, ein neuronales Netz oder eine Fuzzy-Logik umfassen. Er kann anhand von Erfahrungswerten aus entsprechenden Vorversuchen mit typgleichen Sensoren trainiert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es möglich, dass der Klassifikator die Klasseneinteilung anhand von vorgegebenen Risikofunktionen vornimmt. Eine Bedienperson kann dann beispielsweise auswählen, ob mit einem Sensorausfall an der vorliegenden Messstelle 2 ein hohes, ein mittleres oder ein geringes Risiko verknüpft ist. Je nach ausgewähltem Risiko kann der Klassifikator eine höhere oder eine geringere Fehlertoleranz der Klassifikation vorsehen.The classifier may comprise, for example, a polynomial classifier, a neural network or a fuzzy logic. It can be trained on the basis of empirical values from corresponding preliminary tests with sensors of the same type. In an advantageous embodiment, it is possible that the classifier makes the class division on the basis of predetermined risk functions. An operator can then select, for example, whether with a sensor failure at the present measuring point 2 high, medium or low risk. Depending on the risk selected, the classifier may provide a higher or lower fault tolerance of the classification.

Neben den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind eine Vielzahl von Abwandlungen, insbesondere eine Vielzahl unterschiedlicher Auswahlen oder unterschiedlicher Verknüpfungen der voranstehend genannten Diagnoseparameter zur Ermittlung des Zustandswertes denkbar. Obwohl die Erfindung voranstehend anhand eines pH-Sensors beschrieben worden ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auf eine Vielzahl anderer Sensoren übertragen werden, beispielsweise auf sonstige potentiometrische oder amperometrische Sensoren, Sauerstoffsensoren, ionenselektive Elektroden, ISFET- und ChemFET-Sensoren, sowie auf Leitfähigkeitssensoren, Drucksensoren, Temperatursensoren, Durchflusssensoren und viele andere mehr.In addition to the exemplary embodiments described, a large number of modifications, in particular a multiplicity of different selections or different combinations of the aforementioned diagnostic parameters, are conceivable for determining the state value. Although the invention has been described above with reference to a pH sensor, the method according to the invention can of course be transferred to a multiplicity of other sensors, for example other potentiometric or amperometric sensors, oxygen sensors, ion-selective electrodes, ISFET and ChemFET sensors, as well as to conductivity sensors, Pressure sensors, temperature sensors, flow sensors and many more.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10141408 A1 [0008] DE 10141408 A1 [0008]
  • EP 1550861 B1 [0009, 0010] EP 1550861 B1 [0009, 0010]
  • EP 2226630 B1 [0011] EP 2226630 B1 [0011]
  • DE 102006030895 A1 [0014] DE 102006030895 A1 [0014]

Claims (16)

Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines an einer Messstelle in einen Prozessbehälter integrierten Sensors, wobei der Sensor mindestens einen physikalischen oder chemischen Prozessparameter innerhalb eines in dem Prozessbehälter durchgeführten Prozesses erfasst, umfassend: – Ermitteln von Parameterwerten mindestens eines ersten Diagnoseparameters und eines von dem ersten Diagnoseparameter verschiedenen zweiten Diagnoseparameters des Sensors; – Berechnen eines Zustandswerts anhand der ermittelten Parameterwerte, wobei die Parameterwerte jeweils mit einer für den zugehörigen Diagnoseparameter vorgegebenen Gewichtung in die Berechnung des Zustandswerts eingehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Parameterwerte und das Berechnen des Zustandswerts während der Lebensdauer des Sensors wiederholt durchgeführt werden, wobei sich die vorgegebene Gewichtung mindestens eines der Diagnoseparameter während der Lebensdauer des Sensors ändert.A method of determining a condition of a sensor integrated into a process vessel at a measurement site, the sensor detecting at least one physical or chemical process parameter within a process performed in the process vessel, comprising: determining parameter values of at least a first diagnostic parameter and one different from the first diagnostic parameter second diagnostic parameter of the sensor; Calculating a state value on the basis of the determined parameter values, wherein the parameter values each enter the calculation of the state value with a weighting predetermined for the associated diagnostic parameter, characterized in that the determination of the parameter values and the calculation of the state value are performed repeatedly during the lifetime of the sensor, wherein the predetermined weighting of at least one of the diagnostic parameters changes during the lifetime of the sensor. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Diagnoseparameter eine Belastung repräsentiert, die der Sensor während seiner Lebensdauer, insbesondere durch den innerhalb des Prozessbehälters durchgeführten Prozess, erfährt.The method of claim 1, wherein the first diagnostic parameter represents a load experienced by the sensor during its lifetime, in particular by the process performed within the process container. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Diagnoseparameter eine von dem Sensor oder einem Hilfs-Sensor erfasste Messgröße, insbesondere ein pH-Wert, eine Temperatur, eine Strömungsgeschwindigkeit eines Mediums, ein Druck, oder ein aus einer oder mehreren der genannten Messgrößen abgeleiteter Wert ist.The method of claim 2, wherein the first diagnostic parameter is a measured variable detected by the sensor or an auxiliary sensor, in particular a pH value, a temperature, a flow rate of a medium, a pressure, or a value derived from one or more of the aforementioned measured variables , Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Sensor eine potentiometrische pH-Einstabmesskette umfassend eine Glaselektrode als Messhalbzelle und eine über eine elektrochemische Überführung mit dem Messmedium in Kontakt stehende Bezugselektrode als Referenzhalbzelle sowie einen Temperaturfühler ist, und wobei der erste Diagnoseparameter ein Belastungsintegral ist, in das der von dem Sensor erfasste pH-Wert und die von dem Sensor erfasste Temperatur eingehen.The method of claim 3, wherein the sensor is a potentiometric pH combination electrode comprising a glass electrode as a measuring half-cell and a reference electrode in contact with the measuring medium as a reference half cell and a temperature sensor via an electrochemical transfer, and wherein the first diagnostic parameter is a load integral, in which detected by the sensor pH and the temperature detected by the sensor. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Diagnoseparameter eine Eigenschaft des Sensors repräsentierende Größe oder eine aus einer solchen Größe abgeleiteter Wert ist. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the second diagnostic parameter is a property representing the property of the sensor or a value derived from such a quantity. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der zweite Diagnoseparameter ein Widerstand eines Sensor-Bauteils, ein Rausch-Verhalten des Sensors, die spektrale Zusammensetzung des Sensorsignals, oder ein Verhalten des Sensorsignals bei einer definierten Anregung des Sensors repräsentierender Parameter ist.The method of claim 5, wherein the second diagnostic parameter is a resistance of a sensor component, a noise behavior of the sensor, the spectral composition of the sensor signal, or a behavior of the sensor signal at a defined excitation of the sensor representing parameters. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Sensor eine potentiometrische pH-Einstabmesskette umfassend eine Glaselektrode als Messhalbzelle und eine über eine elektrochemische Überführung mit dem Messmedium in Kontakt stehende Bezugselektrode als Referenzhalbzelle ist, und wobei der zweite Diagnoseparameter ein Widerstand der pH-sensitiven Glasmembran der Glaselektrode, ein Widerstand der elektrochemischen Überführung oder eine den sich als Reaktion auf eine, insbesondere sprunghafte, Änderung des pH-Werts einstellenden Sensorsignalverlauf repräsentierende Größe ist.The method of claim 6, wherein the sensor is a potentiometric pH combination electrode comprising a glass electrode as a measuring half-cell and a reference electrode in contact with the measurement medium via an electrochemical transfer as a reference half cell, and wherein the second diagnosis parameter is a resistance of the pH-sensitive glass membrane of the glass electrode. is a resistance of the electrochemical transfer or a representing in response to a, in particular abrupt, changing the pH value adjusting sensor signal waveform size. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die den sich als Reaktion auf eine, insbesondere sprunghafte Änderung des pH-Werts sich einstellenden Sensorsignalverlaufs repräsentierende Größe eine Zeitkonstante der asymptotischen Annäherung des Sensorsignalverlaufs an einen definierten Zielwert oder ein Zeitpunkt des Wendepunkts des Sensorsignalverlaufs bezogen auf einen Zeitpunkt des Erreichens eines definierten Zielwerts des Sensorsignals ist.The method of claim 7, wherein the representing in response to a, in particular abrupt change in the pH adjusting sensor waveform a time constant of the asymptotic approximation of the sensor waveform to a defined target value or a time of the inflection point of the sensor waveform with respect to a time of reaching a defined target value of the sensor signal. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei neben den Parameterwerten des ersten und des zweiten Diagnoseparameters oder anstelle des Parameterwerts des ersten oder des zweiten Diagnoseparameters eine messstellenspezifische Information, insbesondere eine Information über eine messstellenspezifische erwartete Lebensdauer, eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters des Sensors, oder ein messstellenspezifisch festgelegtes Ausfallrisiko des Sensors, in die Berechnung des Zustandswerts eingeht.Method according to one of claims 1 to 8, wherein in addition to the parameter values of the first and second diagnostic parameters or instead of the parameter value of the first or the second diagnostic parameter, a measuring point specific information, in particular an information on a measuring point specific expected life, a measuring point specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter of the sensor, or a measuring point-specific determined risk of failure of the sensor, is included in the calculation of the state value. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die messstellenspezifische Information, insbesondere die Information über die messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters des Sensors, aus einer statistischen Auswertung von Lebensdauer-Daten typgleicher, zuvor an der Messstelle eingesetzter Sensoren erhalten wird.The method according to claim 9, wherein the measuring point-specific information, in particular the information about the measuring point-specific expected service life and / or about a measuring point-specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter of the sensor, from a statistical evaluation of lifetime data typgleicher previously obtained at the measuring point used sensors. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die für den ersten Diagnoseparameter vorgegebene Gewichtung in einem frühen Stadium der Lebensdauer des Sensors im Verhältnis zur vorgegebenen Gewichtung des zweiten Diagnoseparameters größer ist als in einem späten Stadium der Lebensdauer des Sensors.Method according to one of claims 1 to 10, wherein the predetermined for the first diagnostic parameter weighting in an early stage of the life of the sensor in relation to the predetermined weighting of the second diagnostic parameter is greater than at a late stage of the life of the sensor. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Information über die messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters des Sensors zur Festlegung der bei einer aktuellen Bestimmung des Zustandswerts anzuwendenden Gewichtung der Parameterwerte des ersten oder zweiten Diagnoseparameters herangezogen wird.Method according to one of claims 9 to 11, wherein the information about the measuring point specific expected life and / or over a measuring point-specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter of the sensor for determining the weighting of the parameter values of the first or second diagnosis parameter to be used in a current determination of the state value. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Gewichtung der Parameterwerte gesteuert wird durch die, insbesondere gewichtete, Betriebsdauer des Sensors, die Änderungen des zweiten Diagnoseparameters im Laufe der Betriebsdauer des Sensors und/oder durch einen Vergleich des Sensorverhaltens mit dem Verhalten von zuvor an der Messstelle eingesetzten typgleichen Sensoren.Method according to one of claims 1 to 12, wherein the weighting of the parameter values is controlled by the, in particular weighted, operating time of the sensor, the changes of the second diagnostic parameter during the operating period of the sensor and / or by a comparison of the sensor behavior with the behavior of previously used at the measuring point identical type sensors. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren von einer mit dem Sensor trennbar verbundenen übergeordneten Einheit durchgeführt wird, die dazu ausgestaltet ist, die Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters und/oder Informationen über die messstellenspezifische erwartete Lebensdauer und/oder über eine messstellenspezifische erwartete Historie der Parameterwerte des ersten und/oder des zweiten Diagnoseparameters oder daraus abgeleitete Werte in einen Datenspeicher des Sensors abzulegen.Method according to one of claims 1 to 13, wherein the method is performed by a superordinate unit which is detachably connected to the sensor and which is configured to display the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter and / or information about the measuring point-specific expected service life and / or or store it via a measuring point-specific expected history of the parameter values of the first and / or the second diagnostic parameter or values derived therefrom into a data memory of the sensor. Messeinrichtung umfassend einen einer Messstelle in einen Prozessbehälter integrierten Sensor mit einer Auswertungsschaltung, welche dazu ausgestaltet ist, ein, insbesondere digitales, Sensor-Messsignal zu erzeugen, und eine mit dem Sensor verbundene übergeordnete Einheit, welche dazu ausgestaltet ist, das Sensor-Messsignal zu empfangen, und gegebenenfalls weiterzuverarbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswertungsschaltung und/oder in der übergeordnete Einheit ein der Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dienendes Betriebsprogramm vorgesehen ist.Measuring device comprising a measuring point in a process container integrated sensor with an evaluation circuit, which is configured to generate a, in particular digital, sensor measurement signal, and connected to the sensor superordinate unit which is adapted to receive the sensor measurement signal , and optionally further process, characterized in that in the evaluation circuit and / or in the higher-level unit of an implementation of the method according to one of claims 1 to 14 serving operating program is provided. Messeinrichtung nach Anspruch 15, wobei der Sensor mit der übergeordneten Einheit trennbar verbunden ist, und wobei die Auswertungsschaltung des Sensors einen Speicher umfasst, der dazu ausgestaltet ist, die Messstelle betreffende Informationen, insbesondere eine Kennung der Messstelle und/oder Historiendaten von zuvor an der Messstelle eingesetzten Sensoren von der übergeordneten Einheit zu empfangen und zu speichern.Measuring device according to claim 15, wherein the sensor is separably connected to the superordinate unit, and wherein the evaluation circuit of the sensor comprises a memory which is configured for information relating to the measuring point, in particular an identification of the measuring point and / or history data from previously at the measuring point sensors to be received and stored by the higher-level unit.
DE201210112784 2012-12-20 2012-12-20 Method for determining a state of process vessel integrated sensor of measuring device used in gas and liquid analysis, involves determining parameter values of diagnostic parameters of sensor so as to calculate state value of sensor Ceased DE102012112784A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210112784 DE102012112784A1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Method for determining a state of process vessel integrated sensor of measuring device used in gas and liquid analysis, involves determining parameter values of diagnostic parameters of sensor so as to calculate state value of sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210112784 DE102012112784A1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Method for determining a state of process vessel integrated sensor of measuring device used in gas and liquid analysis, involves determining parameter values of diagnostic parameters of sensor so as to calculate state value of sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012112784A1 true DE102012112784A1 (en) 2014-06-26

Family

ID=50878463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210112784 Ceased DE102012112784A1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Method for determining a state of process vessel integrated sensor of measuring device used in gas and liquid analysis, involves determining parameter values of diagnostic parameters of sensor so as to calculate state value of sensor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012112784A1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016118544A1 (en) 2016-09-29 2018-03-29 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for monitoring the function of a sensor arrangement
CN108919775A (en) * 2018-06-11 2018-11-30 中国计量科学研究院 A kind of test device and method of control system
DE102017117637A1 (en) * 2017-08-03 2019-02-07 Turck Holding Gmbh Sensor device and method for generating a status signal
DE102017128566A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Endress+Hauser Flowtec Ag Sensor arrangement for placement on a process plant, and method for operating the sensor array and process plant
CN111079779A (en) * 2018-10-18 2020-04-28 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 Method for determining a process variable using a classifier for selecting a measurement method
DE102019107625A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-25 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for in-process adjustment of a potentiometric sensor of a measuring arrangement
DE102020101490A1 (en) 2020-01-22 2021-07-22 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Sensor system and method
CN113820380A (en) * 2020-06-18 2021-12-21 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 Monitoring system for electrochemical sensor and monitoring method for electrochemical sensor
WO2023152145A1 (en) * 2022-02-11 2023-08-17 Merck Patent Gmbh Sensor measurement compensation in bioprocessing systems

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6199018B1 (en) * 1998-03-04 2001-03-06 Emerson Electric Co. Distributed diagnostic system
DE10141408A1 (en) 2001-08-23 2003-03-13 Knick Elektronische Mesgeraete Determining calibration interval time of electrochemical measuring sensors, especially pH meter, involves continuously acquiring parameters during operation of sensor when measuring medium
DE10255288A1 (en) * 2002-11-26 2004-07-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for determining the state of a field measuring device for process automation and process measurement technology and field measuring device for carrying out the method
DE102004012420A1 (en) * 2004-03-13 2005-09-29 Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG Monitoring device for monitoring processes comprises measuring sensors, evaluation unit for determining measuring parameters, storage unit and load determining unit
EP1550861B1 (en) 2003-12-23 2007-04-18 Mettler-Toledo AG Method and device for determining of the status of a probe
DE112005002576T5 (en) * 2004-11-02 2007-09-27 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Error detection system and method based on a weighted principal component analysis
DE102006030895A1 (en) 2006-07-01 2008-01-03 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Measuring system has sensor for detecting measured variable and emitting measured value dependent sensor signal and data processing unit which evaluates sensor signal, where data processing unit has data storage
DE102008045841A1 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Method for operating a measuring point
EP2226630B1 (en) 2009-03-06 2011-12-14 Hach Lange GmbH Method for determining a status indicator of a water analysis device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6199018B1 (en) * 1998-03-04 2001-03-06 Emerson Electric Co. Distributed diagnostic system
DE10141408A1 (en) 2001-08-23 2003-03-13 Knick Elektronische Mesgeraete Determining calibration interval time of electrochemical measuring sensors, especially pH meter, involves continuously acquiring parameters during operation of sensor when measuring medium
DE10255288A1 (en) * 2002-11-26 2004-07-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Method for determining the state of a field measuring device for process automation and process measurement technology and field measuring device for carrying out the method
EP1550861B1 (en) 2003-12-23 2007-04-18 Mettler-Toledo AG Method and device for determining of the status of a probe
DE102004012420A1 (en) * 2004-03-13 2005-09-29 Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG Monitoring device for monitoring processes comprises measuring sensors, evaluation unit for determining measuring parameters, storage unit and load determining unit
DE112005002576T5 (en) * 2004-11-02 2007-09-27 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Error detection system and method based on a weighted principal component analysis
DE102006030895A1 (en) 2006-07-01 2008-01-03 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Measuring system has sensor for detecting measured variable and emitting measured value dependent sensor signal and data processing unit which evaluates sensor signal, where data processing unit has data storage
DE102008045841A1 (en) * 2008-09-05 2010-03-11 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Method for operating a measuring point
EP2226630B1 (en) 2009-03-06 2011-12-14 Hach Lange GmbH Method for determining a status indicator of a water analysis device

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016118544A1 (en) 2016-09-29 2018-03-29 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for monitoring the function of a sensor arrangement
DE102017117637A1 (en) * 2017-08-03 2019-02-07 Turck Holding Gmbh Sensor device and method for generating a status signal
US11543277B2 (en) 2017-12-01 2023-01-03 Endress+Hauser Flowtec Ag Sensor arrangement for arrangement on a process installation, and method for operating the sensor arrangement and process installation
DE102017128566A1 (en) * 2017-12-01 2019-06-06 Endress+Hauser Flowtec Ag Sensor arrangement for placement on a process plant, and method for operating the sensor array and process plant
CN108919775B (en) * 2018-06-11 2020-08-14 中国计量科学研究院 Testing device and method for control system
CN108919775A (en) * 2018-06-11 2018-11-30 中国计量科学研究院 A kind of test device and method of control system
CN111079779A (en) * 2018-10-18 2020-04-28 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 Method for determining a process variable using a classifier for selecting a measurement method
US11656115B2 (en) 2018-10-18 2023-05-23 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for determining a process variable with a classifier for selecting a measuring method
DE102019107625A1 (en) * 2018-12-20 2020-06-25 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Method for in-process adjustment of a potentiometric sensor of a measuring arrangement
DE102020101490A1 (en) 2020-01-22 2021-07-22 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Sensor system and method
CN113155178A (en) * 2020-01-22 2021-07-23 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 Sensor system and method
US11774348B2 (en) 2020-01-22 2023-10-03 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Sensor system and method
CN113155178B (en) * 2020-01-22 2023-10-31 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 Sensor system and method
CN113820380A (en) * 2020-06-18 2021-12-21 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 Monitoring system for electrochemical sensor and monitoring method for electrochemical sensor
WO2023152145A1 (en) * 2022-02-11 2023-08-17 Merck Patent Gmbh Sensor measurement compensation in bioprocessing systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012112784A1 (en) Method for determining a state of process vessel integrated sensor of measuring device used in gas and liquid analysis, involves determining parameter values of diagnostic parameters of sensor so as to calculate state value of sensor
EP1537384B1 (en) Method of monitoring sensor function
DE202012102521U1 (en) Arrangement for parallel calibration of at least two sensors
DE102012112782A1 (en) Method and device for determining a state of a sensor integrated in a process vessel
CH701958B1 (en) A method for operating a measuring point and measuring point.
WO2007074065A1 (en) Calibration in a laboratory reference method
DE102010041523A1 (en) Method for operating a measuring device with at least one probe, which has at least one ion-selective electrode
DE102009055093A1 (en) Field device for measuring and/or monitoring e.g. physical and/or measuring variable e.g. concentration of magnesium ion, has display unit selectively representing digital measurement data as alphanumeric character or machine-readable code
DE102017115663A1 (en) Method for operating a measuring point and measuring point
EP1550861B1 (en) Method and device for determining of the status of a probe
DE102013104203B4 (en) Method and device for determining the remaining operating time of a measuring sensor
DE102008045840B4 (en) Method for operating a process measuring point
EP2947426A1 (en) Method for operating a measuring point
DE102013114393A1 (en) Method for determining a maintenance recommendation for a sensor
EP3296387B1 (en) Method for monitoring bio processes
DE102018125908A1 (en) Method for determining a process variable with a classifier for selecting a measuring method
EP2350758B1 (en) Method for monitoring a potentiometric measuring probes
DE19914277B4 (en) Method and device for detecting the classes of system or process states
DE102004063469B4 (en) Method for monitoring the function of a potentiometric sensor
DE102015016742B4 (en) Method for checking the reactivity of an electrical and / or electronic sensor
DE102017109564A1 (en) Method for determining the state of sensors
DE102015107563A1 (en) Method for commissioning a sensor, computer program product, computer-readable data carrier and sensor
DE102016124796A1 (en) Sensor head module for continuous automated data acquisition
DE10253595A1 (en) Process for monitoring a reference half-cell comprises intermittently operating a measuring point in an operating mode and in a test mode, measuring the ion concentration in the operating mode, and testing the functionality
DE102018125907A1 (en) Process for determining a process variable with a classifier for selecting a model for determining the process variable

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ENDRESS+HAUSER CONDUCTA GMBH+CO. KG, DE

Free format text: FORMER OWNER: ENDRESS + HAUSER CONDUCTA GESELLSCHAFT FUER MESS- UND REGELTECHNIK MBH + CO. KG, 70839 GERLINGEN, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: ANDRES, ANGELIKA, DIPL.-PHYS., DE

R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: KRATT-STUBENRAUCH, KAI, DR., DE

R082 Change of representative

Representative=s name: KRATT-STUBENRAUCH, KAI, DR., DE

R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final