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 PDFInfo
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 90
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 43
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 32
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 27
- 230000006399 behavior Effects 0.000 claims description 17
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 8
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 238000010972 statistical evaluation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 claims description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 27
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 14
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 11
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 5
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 description 1
- 239000012482 calibration solution Substances 0.000 description 1
- UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide;molecular oxygen Chemical compound O=O.O=C=O UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004393 prognosis Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/4163—Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus
- G01N27/4165—Systems checking the operation of, or calibrating, the measuring apparatus for pH meters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING 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
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/08—Indicating 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
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
In
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
Aus
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
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
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,
- 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,
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:
In
Der pH-Sensor
Der Messumformer
Der Messumformer
In dem Datenspeicher der im Sensorkopf
Zur Durchführung von Kalibrierungen wird der pH-Sensor
Das Betriebsprogramm ist dazu ausgestaltet, aus dem in dem Sensorsteckkopf
In die Datenbank können unter der Kennung des pH-Sensors
- – 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 ander 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 Prozessmediums7 .
- - 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 thepH 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 themeasuring 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
- – 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 indas Kalibriermedium 15 vergeht, bis das Sensorsignal einen definierten Endzustand (Stabilitätskriterium) erreicht hat; - – das Rauschverhalten des Sensorsignals;
- – eine spektrale Zusammensetzung des Sensorsignals.
- - 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 thepH sensor 5 into thecalibration 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
Ein den aktuellen Zustand des pH-Sensors
In einem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Diagnosefunktion Bestandteil eines von dem Laptop
Im Folgenden wird anhand der
Der Zustand des pH-Sensors
Zur Bestimmung eines den Zustand des pH-Sensors
Zu den ersten Parametern gehören Messgrößen, die Belastungen des Sensors im Betrieb durch den in dem Prozessbehälter
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
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
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
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
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
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
Die Parameterwerte der den Sensorzustand repräsentierenden Parameterwerte können für den Fall, dass die Diagnosefunktion durch den Messumformer
Zusätzlich können der Diagnosefunktion zur Bestimmung des Zustandswerts messstellenspezifische Informationen zur Verfügung gestellt werden. Der Messumformer
Unabhängig davon, ob die Diagnosefunktion durch den Messumformer
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
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
Die Diagnoseparameter, die den tatsächlichen Sensorzustand repräsentieren, zeigen erfahrungsgemäß signifikante Änderungen, wenn der pH-Sensor
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
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
Die Diagnosefunktion gibt den ermittelten Zustandswert an einen Klassifikator aus, der ebenfalls in der Betriebssoftware des Messumformers
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
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)
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)
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)
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 |
-
2012
- 2012-12-20 DE DE201210112784 patent/DE102012112784A1/en not_active Ceased
Patent Citations (9)
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)
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 |