Самодиагностирование вибрационного уровнемера
В соответствии со способом согласно изобретению электромеханический преобразователь (3а-3d) узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний вибрационного уровнемера (46) обеспечивается электрическим гармоническим сигналом, частота которого находится за пределами зоны резонансной частоты узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний и, таким образом, не приспособлена возбуждать колебательную часть (1), такую как, например, колеблющийся стержневой щуп или камертон, так что электрический гармонический сигнал преобразуется в механические колебания без возбуждения колебательной части (1). Впоследствии преобразованные механические колебания будут записаны с использованием по меньшей мере одного электромеханического преобразователя (3е) узла электромеханических колебаний, который осуществляет обратное преобразование механических колебаний в электрический гармонический сигнал. Указанные записанные электрические гармонические сигналы затем будут проанализированы, чтобы извлечь из них любые передаточные характеристики электромеханического преобразователя (3), посредством сравнения по меньшей мере одной из характеристик сигнала преобразованного обратно электрического гармонического сигнала с характеристиками типичного сигнала, определенными прежде. В заключение, информация о состоянии будет отредактирована при условии анализа передаточных характеристик. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу определения и/или контроля уровня среды, хранимой в сосуде. В частности, настоящее изобретение относится к способу диагностирования функциональных возможностей узла электромеханических колебаний вибрационного уровнемера. Кроме того, изобретение направлено на вибрационный уровнемер, который приспособлен для выполнения самодиагностики.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обычно для определения уровня вещества, хранимого в сосуде, применяются вибрационные датчики, которые работают на основе колебательных частей, таких как, например, коаксиальные трубчатые вибраторы или камертоны. Для определения того, достигнут или нет предварительно заданный уровень переключения, эти системы анализируют затухание и/или частотный сдвиг резонансной частоты системы электромеханических колебаний, как только колеблющиеся части вибрационного уровнемера погружаются в наполнитель.
Например, из DE 3348119 C2 известен вибрационный уровнемер, который приспособлен для определения предварительно заданного уровня заполнения и который содержит колебательные части, например колеблющийся стержневой щуп или камертон, выступающие в сосуд и возбуждаемые посредством модуля электрического возбуждения. Поскольку стержневой щуп или камертон является частью цепи обратной связи, частота стержневого щупа или камертона зависит от уровня заполнения сосуда. Поэтому, благодаря усилению и при условии обратной связи электрически выявленного сигнала механических колебаний на вход возбуждения, возникает колебательная система, которая широко известна как генератор.
В отличие от упомянутого способа, который использует колебательную механическую часть как часть электромеханического генератора, из DE 10203461 известно, что следует определять предварительно заданный уровень заполнения с помощью внешней активизации колебательной системы на ее резонансной частоте посредством электрического генератора, измерения по меньшей мере одной характеристики отклика системы на упомянутую активизацию и анализа этих характеристик. Однако этот способ адаптирован только для обнаружения уровня заполнения, когда систему используют на ее резонансной частоте или, по меньшей мере, в полосе частот, которая очень близка к упомянутой резонансной частоте.
Однако, поскольку отказ в функционировании такого вибрационного уровнемера может вызвать серьезные повреждения, такие как, например, переполнение сосуда или работа насоса «на сухую», известно, что следует предусматривать в таком вибрационном уровнемере различные опции внутреннего тестирования для возможности обнаружения отказа при работе и выработке соответствующего сообщения об отказе.
Поэтому, например, из DE 19840796 D1 известно, что следует регулировать коэффициент усиления усилителя обратной связи для самотестирования, тем самым возможно обеспечить информацию (сообщение) о том, что предварительно заданный уровень заполнения сосуда достигнут, на основании тестирования.
Другой способ тестирования описан в DE 10023305 A1, в котором емкость или индуктивность между кабелями подачи, ведущими к пьезоэлектрическому элементу, определяются во время вибрационного возбуждения. Как только определенное значение емкости или индуктивности отличается от предварительно заданного значения, обеспечивается сообщение об отказе.
Наконец, DE 4402234 описывает, что следует временно разрывать соединение между усилителем и преобразователем возбуждения и анализировать отказы системы по фазовому сдвигу, обнаруженному из-за разрыва соединения.
Однако проиллюстрированные выше способы характеризуются недостатком, что результат самотестирования либо не является полностью независимым от уровня заполнения, существующего на момент самотестирования, либо не весь элемент возбуждения, требуемый для вибрационного возмущения, вовлекается в самотестирование. Поэтому достоверность упомянутой диагностики ограничена. Кроме того, проиллюстрированные выше способы, известные из уровня техники, приспособлены всего лишь обнаруживать и сигнализировать общий отказ уровнемера, тогда как отказы подсистем уровнемера остаются не обнаруженными. Более того, результаты этих последовательностей операций диагностирования получены только из одной физической характеристики уровнемера, которая обычно в это же время является измеренным количеством, из которого может быть получено предупреждение, что достигнут предварительно заданный уровень заполнения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Начиная с проиллюстрированных выше недостатков в связи с проиллюстрированными выше способами для диагностирования, целью настоящего изобретения является обеспечение способа для диагностирования, который позволяет достоверно тестировать вибрационный уровнемер касательно его функциональных возможностей, по меньшей мере, его электромеханического колебательного модуля. При возникновении серьезных отказов предпочтительно, чтобы уровнемер извещал об отказе и чтобы уровнемер в любом случае вырабатывал определенную диагностическую информацию, которая иллюстрировала состояние уровнемера. В частности, упомянутая диагностическая информация должна подсказывать, насколько далеко функциональные возможности уровнемера качественно отодвинули его от идеального состояния.
Поэтому согласно первому аспекту настоящего изобретения представлен способ для диагностирования функциональных возможностей узла электромеханических колебаний вибрационного уровнемера, который подает на первом этапе в, по меньшей мере, электромеханический преобразователь узла электромеханических колебаний вибрационного уровнемера электрический гармонический сигнал, частота которого находится за пределами зоны резонансной частоты узла электромеханических колебаний и, таким образом, не приспособлена для активизирования колебательной части, такой как, например, колеблющийся стержневой щуп или камертон узла электромеханических колебаний, так что электрический гармонической сигнал преобразуется в механические колебания, не вызывая резонанса колебательной части. На втором этапе способа преобразованные механические колебания будут записаны с использованием по меньшей мере одного электромеханического преобразователя узла электромеханических колебаний, который осуществляет обратное преобразование механических колебаний в электрический гармонической сигнал. На дополнительном этапе способа эти записанные электрические гармонические сигналы будут проанализированы, чтобы извлечь из них некоторые передаточные характеристики электромеханического преобразователя посредством сравнения по меньшей мере одной из характеристик преобразованного обратно электрического гармонического сигнала с типичными характеристиками сигнала, определенными заранее. Наконец, на заключительном этапе способа информация о состоянии будет отредактирована в зависимости от анализа передаточных характеристик.
Так как процесс самодиагностирования согласно изобретению работает по меньшей мере на одной частоте, которая находится за пределами зоны резонансной частоты узла электромеханических колебаний уровнемера, настоящее изобретение доказывает свое преимущество, поскольку за пределами зоны резонансной частоты узла электромеханических колебаний влияние колеблющегося щупа или камертона и их окружающей среды становится незначительным, из-за чего зависимость результата самодиагностики от уровня заполнения контролируемого сосуда может быть по существу исключена. Дополнительное преимущество в сравнении с известными способами заключается в том, что при конструировании электромеханического преобразователя обычным образом из по меньшей мере одного исполнительного элемента, например пьезоэлектрического элемента, который отделен от другого исполнительного элемента, например другого пьезоэлектрического элемента, оба электромеханических элемента, из которых может состоять электромеханический преобразователь, могут быть проверены одновременно.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения по меньшей мере один электромеханический преобразователь может быть скомплектован из набора, содержащего, например, несколько пьезоэлектрических элементов, механически соединенных друг с другом, для формирования электромеханического преобразователя. Здесь один из пьезоэлектрических элементов набора может быть механически связанным с возбуждающей мембраной, которая приспособлена возбуждать камертон. Преобразование электрического гармонического сигнала в механические колебания может быть выполнено по меньшей мере одним пьезоэлектрическим передатчиком-преобразователем упомянутого набора, служащим в качестве исполнительного механизма. Подобным образом, обратное преобразование механических колебаний в электрический гармонической сигнал может быть выполнено по меньшей мере одним пьезоэлектрическим приемником-преобразователем упомянутого набора, формирующим электромеханический преобразователь. Естественно, оба пьезоэлектрических преобразователя, передатчик-преобразователь, служащий исполнительным механизмом, и приемник-преобразователь, служащий детектором, могут быть одним единым целым компонентом, выполняющим обе функции. Для увеличения электромеханического эффекта от пьезоэлектрических элементов, соединенных в ряд, несколько пьезоэлектрических элементов, набранных и механически присоединенных друг к другу, могут быть зашунтированы и снабжены электрическим гармоническим сигналом.
Как станет очевидным специалистам в данной области техники, диагностический способ согласно изобретению адаптирован для подобного тестирования как передатчик-преобразователь, так и приемник-преобразователь, поскольку проанализированные передаточные характеристики, находящиеся за пределами зоны резонансной частоты узла электромеханических колебаний, прежде всего определяются способностью преобразователя возбуждения преобразовывать электрический сигнал в механическую деформацию и способностью принимающего преобразователя осуществлять обратное преобразование механической деформации в электрический сигнал. Следовательно, возможно с использованием диагностического способа согласно изобретению одновременно выявлять ошибочное поведение передатчика-преобразователя, приемника-преобразователя, недостаточную механическую связь в наборе, содержащем несколько пьезоэлектрических элементов, и дефекты в соединительных проводах передатчика и приемника-преобразователя.
В соответствии с другим дополнительным аспектом изобретения, на этапе анализа, по меньшей мере, амплитуда электрического гармонического сигнала сравнивается с типичным значением. Однако дополнительные характеристики, такие как, например, фазовый сдвиг электрического гармонического сигнала, могут быть проанализированы и сравнены с типичными значениями. Помимо этих значений, характеризующих электрический гармонический сигнал, является возможным дополнительно записывать по меньшей мере одну характеристику датчика, такую как, например, температура в корпусе электронных схем уровнемера, или другие характеристики, которые не являются необходимыми для функции переключения. Например, могут быть идентифицированы температура окружающей среды электромеханического преобразователя, емкости возбуждающего и/или детектирующего преобразователя, импедансы преобразователей, индуктивности преобразователей, давление внутри корпуса, время функционирования уровнемера или влажность внутри сосуда или другие характеристики, которые не являются необходимыми для функций переключения.
В соответствии с другим дополнительным аспектом изобретения по меньшей мере две записанные характеристики, например по меньшей мере две характеристики сигнала или по меньшей мере одна характеристика сигнала и одна или более характеристик датчика, могут быть объединены и обработаны для формирования одного общего диагностического значения, которое является показательным для качественного состояния вибрационного уровнемера. Посредством такого объединения становится возможным получать информацию о состоянии всего уровнемера, а не только узла электромеханических колебаний. Таким образом, реальные измеренные характеристики могут быть объединены друг с другом или могут объединять реальные измеренные характеристики со значениями, сохраненными в памяти, как будет проиллюстрировано ниже. Кроме того, два значения или множество значений могут быть объединены друг с другом, при этом объединение более чем двух значений может быть осуществлено непосредственно или в несколько этапов с формированием нескольких промежуточных результатов. Объединение идентифицированных характеристик может быть выполнено с использованием математических способов. Результатом в таком случае является новое значение характеристики. Вместо использования математических функций, естественно, возможно выполнять объединения идентифицированных характеристик посредством использования статистических методов, таблиц, нечетких алгоритмов или нейронных сетей.
Как проиллюстрировано выше, изобретение предлагает сохранять определенные идентифицированные характеристики для повторного вызова и использование указанных характеристик в более позднее время, тем самым достоверность самодиагностики может быть повышена. Например, могут быть сохранены типичные значения, которые могут быть сформированы во время выполнения процедуры калибровки и которые могут представлять первоначальные функциональные возможности уровнемера. С другой стороны, критические значения, которые были выявлены во время использования уровнемера, могут быть сохранены и повторно вызваны для обработки в более позднее время.
Поскольку существует определенная вероятность, что функциональные возможности уровнемера подвергаются воздействию, когда одна из идентифицированных характеристик и/или общее диагностическое значение переходит границы типичного значения, индивидуальные записанные характеристики и/или общее диагностическое значение, полученные посредством проиллюстрированной процедуры объединения, должны быть проверены относительно такого перехода границ, с тем чтобы могла быть создана и отредактирована информация о состоянии, представляющая действующее состояние уровнемера. Естественно, является выполнимым повторно вызывать индивидуальные характеристики или общее диагностическое значение через узел ввода-вывода вибрационного уровнемера.
В конечном счете должно быть понятно, что можно снабжать электромеханический преобразователь узла электромеханических колебаний не только электрическим гармоническим сигналом, имеющим только одну частоту, находящуюся за пределами частотного диапазона узла электромеханических колебаний, но и снабжать электромеханический преобразователь множеством электрических гармонических сигналов, имеющих разные частоты, соответственно, в котором все частоты находятся за пределами зоны резонансной частоты узла электромеханических колебаний, и обрабатывать полученные характеристики сигнала этих электрических гармонических сигналов разных частот для формирования одной общей характеристики сигнала, являющейся характерной для множества электрических гармонических сигналов. Это общее значение характеристики сигнала далее может быть обработано для получения еще более достоверной информации о состоянии уровнемера и, в частности, его электромеханического преобразователя.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для дополнительного пояснения и лучшего понимания несколько примерных вариантов осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1 - структурная схема первого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - структурная схема второго варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3 - блок-схема примерного алгоритма, иллюстрирующая режим работы вибрационного уровнемера в рабочем режиме; и
Фиг.4 - дополнительная блок-схема примерного алгоритма, иллюстрирующая режим работы вибрационного уровнемера в тестовом режиме.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 иллюстрирует блок-схему вибрационного уровнемера, каким он, например, раскрыт в DE 10203461. В нем показано, что посредством возбуждения колебательной системы на ее резонансной частоте и посредством измерения по меньшей мере одного значения характеристики системы может быть определен предварительно заданный уровень заполнения.
Колебательная сборка на Фиг.1 содержит камертон 1, присоединенный к мембране 2. Набор 3, содержащий множество пьезоэлектрических элементов 3a-3e, являющихся собранными и механически присоединенными один к другому, служит в качестве электромеханического преобразователя 3. Пьезоэлектрические элементы 3a-3e соответственно представляют центральное отверстие, через которое проходит болт 4 и удерживает пьезоэлектрические элементы 3a-3e напротив мембраны 2.
Вибрационный уровнемер 46 содержит электрический генератор 4, являющийся регулируемым по частоте, который вырабатывает электрический гармонической сигнал, который передается по питающим кабелям 5 в электромеханический преобразователь 3. Электромеханический преобразователь 3 содержит передатчик-преобразователь, включающий в себя зашунтированные пьезоэлектрические элементы 3a-3d, которые преобразуют электрический гармонический сигнал в механические колебания, посредством чего мембрана 2 приводится в действие. Мембрана 2, в свою очередь, возбуждает камертон 1. Помимо передатчиков-преобразователей 3a-3d, электромеханический преобразователь 3 содержит к тому же приемник-преобразователь 3e, который осуществляет обратное преобразование механических колебаний обратно в электрический гармонический сигнал, передаваемый по питающим кабелям 6 в принимающий усилитель 7. Усилитель 7 усиливает упомянутый полученный электрический гармонический сигнал, который затем передается на выпрямитель 8 и фазовый компаратор 9. Выпрямитель 8 вырабатывает сигнал, который пропорционален амплитуде усиленного электрического гармонического сигнала, который затем определяется блоком 10 управления. В отличие от этого, фазовый компаратор 9 вырабатывает сигнал, который пропорционален фазовому сдвигу между электрическим возбуждающим сигналом, выработанным генератором 4, и принятым электрическим гармоническим сигналом, принимаемым приемником-преобразователем 3e. Этот пропорциональный фазе сигнал будет также доставлен в блок 10 управления.
Блок 10 управления может, например, содержать микроконтроллер, имеющий соответствующие периферийные устройства, который приспособлен, чтобы управлять процессом контроля вибрационного уровнемера 46. Блок 10 управления приспособлен для регулирования частоты генератора 4 через кабель 11 управления и определять амплитуду возбуждающего сигнала посредством выпрямителя 12. Более того, как показано выше, блок 10 управления приспособлен, чтобы определять усиленную амплитуду принятого электрического сигнала и анализировать фазовый сдвиг между возбуждающим и принимаемым сигналом. Для этих целей блок 10 управления или микроконтроллер может включать в себя аналого-цифровой преобразователь.
Для определения предварительно заданного уровня заполнения продукта в сосуде блок 10 управления изменяет частоту генератора 4 в определенном диапазоне и анализирует поведение амплитуды и фазы в упомянутом частотном диапазоне. Таким образом, частотный диапазон выбран так, чтобы он непременно содержал в себе резонансную частоту узла колебаний, содержащего камертон 1, мембрану 2 и электромеханический преобразователь 3. Резонансная частота узла (1, 2, 3) колебаний должна быть частью упомянутого диапазона частоты, поскольку только поведение на резонансной частоте позволяет определить предварительно заданный уровень заполнения посредством сравнений резонансной частоты, амплитуды резонанса и/или фазовой характеристики с предварительно заданным пороговым значением.
Однако поведение колебательной системы на ее резонансной частоте не дает возможности определения надлежащих функциональных возможностей вибрационного уровнемера. Поэтому согласно настоящему изобретению передаточные характеристики электромеханического преобразователя 3 анализируются в частотном диапазоне, удаленном от резонансной частоты узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний. К тому же блок 10 управления выбирает через кабель 11 управления частоту генератора 4, которая не является близкой к резонансной частоте колебательной системы и поэтому не приспособлена для приведения в действие колебательной части 1 узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний, такой как, например, колеблющийся стержневой щуп или камертон 1. Например, резонансная частота может находиться в диапазоне между 900 и 1100 Гц, и частота диагностирования может быть в диапазоне между 1500 и 1800 Гц или кратной указанным значениям.
Передающий преобразователь 3a-3d преобразует этот диагностический сигнал в механические колебания, которые не способны возбуждать мембрану 2 или камертон 2 для осуществления колебаний. Однако приемник-преобразователь 3e осуществляет обратное преобразование упомянутой деформации обратно в электрический гармонической сигнал. В результате, блок 10 управления находится в положении, когда он способен анализировать передаточные характеристики всего электромеханического преобразователя 3 относительно амплитуды и фазового сдвига выбранной частоты. Когда происходит отказ, например, в пьезоэлектрических элементах 3a-3e, в механическом соединении между пьезоэлектрическими элементами 3a-3e или питающими проводами 5, 6, передаточные характеристики электромеханического преобразователя 3 будут отличаться от определенных прежде типичных значений передаточных характеристик в неповрежденном состоянии.
Действительно, измерение и анализ фазового сдвига приспособлены доставлять дополнительную информацию, посредством чего диагностический способ становится более достоверным. Однако также является возможным сделать достоверное заключение о функциональных возможностях электромеханического преобразователя 3 только на основе анализа амплитуды. Как упоминалось выше, способ диагностики согласно изобретению не требует приведения в действие только на одной частоте за пределами зоны резонансной частоты узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний. Точнее, способ согласно изобретению может быть приведен в действие на множестве частот как последовательно, так и одновременно, для получения более достоверного результата. Например, результаты анализа передаточной характеристики на каждой частоте могут быть использованы для усреднения, чтобы получить более точный результат. Конечно, частота диагностирования может применяться в определенном частотном диапазоне, который не содержит каких-либо резонансных частот.
Должно быть понятным, что диагностический способ проверки функциональных возможностей узла электромеханических колебаний согласно изобретению не ограничен проиллюстрированной компоновкой, имеющей приемный и передающий преобразователи, являющиеся отделенными друг от друга. Точнее, способ согласно изобретению может также быть применен в случае электромеханического преобразователя 3, содержащего по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент, который осуществляет передачу и прием одновременно.
Вибрационный уровнемер 46 содержит, кроме того, узел 14 ввода-вывода, приспособленный для редактирования определенной информации об уровне заполнения. Узел 14 ввода-вывода содержит, например, интерфейс, который приспособлен считывать определенный уровень заполнения через двухпроводную петлю 15 в виде сигнала подаваемого тока в диапазоне от 4 мА до 20 мА. В дополнение к считыванию сигнала от 4 мА до 20 мА через двухпроводную петлю 15, которая подпитывает вибрационный уровнемер 46 энергией, цифровой сигнал может быть наложен на двухпроводную петлю 15, с тем чтобы можно было обмениваться цифровыми данными с таким внешним помещением, как, например, диспетчерская. Следовательно, двухпроводная петля 15 допускает, помимо снабжения информацией об уровне заполнения, возможность считывать диагностическую информацию, а также возможность считывать регулировочные и калибровочные значения или вводить сигналы для ручного переключения самотестирующей диагностики согласно изобретению.
В целях сохранения некоторых параметров, таких как, например, типичное значение передаточной характеристики или типичные фазовые сдвиги, вибрационный уровнемер 46 содержит энергонезависимую память 16. Как будет проиллюстрировано ниже более подробно, память 16 приспособлена сохранять типичные или критические параметры уровнемера для более позднего использования.
Наконец, уровнемер 46 может содержать дополнительные компоненты, приспособленные выявлять дополнительные параметры, которые могут быть использованы в целях улучшения самодиагностики. В проиллюстрированном варианте осуществления уровнемер 46 содержит температурный датчик 13, который может содержать термочувствительный резистор, являющийся размещенным рядом с электромеханическим колебательным элементом 3. Кроме того, вибрационный уровнемер 46 может, например, содержать узел 17, который приспособлен определять время функционирования уровнемера 46. Упомянутый узел 17 определения может содержать, например, часы реального времени или таймер, который приспособлен суммировать все периоды времени работы, в которых уровнемер 46 использовался.
Со ссылкой на Фиг.2 будет проиллюстрирован второй вариант осуществления настоящего изобретения, в котором, в отличие от Фиг. 1, электромеханический колебательный элемент интегрирован в автоколебательный генератор. В этом варианте осуществления выходной сигнал электромеханического преобразователя 3 усиливается усилителем 21 и фильтр 22 основной гармоники устраняет резонансные частоты более высокой частоты. Этот выходной сигнал будет восстановлен до конечного усилителя 23, который запитывает электромеханические элементы 3a-3d упомянутым сигналом обратной связи. В случае достаточности коэффициента передачи обратной связи, таким образом будут возбуждаться колебания, частота и амплитуда которых зависят от характеристик узла электромеханических колебаний, содержащего камертон 1, мембрану 2 и преобразователь 3.
Когда уровень заполнения наполнителя достигает определенного уровня, так что камертон 1 погружается в упомянутое вещество, колебания упомянутой резонансной схемы и, в частности, амплитуда будут уменьшены, а резонансная частота, возможно, будет сдвинута. Оба эффекта, уменьшение амплитуды и сдвиг резонансной частоты, могут быть использованы для определения предварительно заданного уровня заполнения. Поэтому блок 10 управления либо выделяет из выходного сигнала фильтра 22 частоту выходного сигнала, либо определяет амплитуду выходного сигнала, который был выпрямлен выпрямителем 24. После сравнения определенных величин с предварительно заданными порогами переключения требуемый сигнал переключения может быть получен и может быть скорректирован через узел 14 ввода-вывода. Поэтому блок 10 управления может быть сконструирован аналоговым или цифровым, с использованием соответствующего микроконтроллера, как проиллюстрировано со ссылкой на первый вариант осуществления согласно Фиг.1.
Для обеспечения самотестирующей диагностики согласно изобретению блок 10 управления разрывает описанную петлю обратной связи посредством переключателя 25, с тем чтобы автоколебания прекратились. Впоследствии диагностический сигнал будет подан на конечный усилитель 23 через электрический генератор 26 и через переключатель 25. Согласно настоящему изобретению диагностический сигнал имеет частоту, которая находится за пределами зоны резонансной частоты колебательной схемы (например, от 900 до 1100 Гц). Упомянутый диагностический сигнал затем передается с конечного усилителя 23 через передающий преобразователь 3a-3d, через приемник-преобразователь 3e, через входной усилитель 21 и фильтр 22 в блок 10 управления. Следовательно, как проиллюстрировано со ссылкой на первый вариант осуществления по Фиг.1, посредством определения передаточной характеристики упомянутой колебательной схемы может быть осуществлена достоверная диагностика функциональных возможностей электромеханического преобразователя. В случае, когда передаточная характеристика должна быть определена на более чем одной частоте вне резонансной частоты, действующая частота генератора 26 должна быть приспособлена для изменения блоком 10 управления. В заключение, как проиллюстрировано со ссылкой на Фиг.1, уровнемер по Фиг.2 также может сравнивать дополнительные компоненты, такие как, например, температурный датчик 13 или компонент 17 для определения времени функционирования датчика, с тем чтобы дополнительные параметры могли бы быть определены, для того чтобы получать из них, при объединении с определенной передаточной характеристикой, общее диагностическое значение.
Со ссылкой на Фиг. 3 показана блок-схема алгоритма, которая иллюстрирует процедуру диагностического способа согласно изобретению. В этой блок-схеме алгоритма этап 30 указывает состояние уровнемера, в котором он осуществляет задачи, которые необходимы для определения предварительно заданного уровня заполнения. Таким образом, блок 10 управления определяет на первом этапе 31 по меньшей мере один параметр, такой как, например, резонансная частота колебательной системы и/или амплитуда резонанса, и/или фазовый сдвиг, из которых может быть извлечена информация об уровне заполнения. На последующем этапе 32 определенные параметры будут сравниваться с предварительно заданными пороговыми значениями, и информация об уровне заполнения будет откорректирована на основании упомянутого сравнения. На этапе 33 или этапе 34, соответственно, будет проверено, включается ли самодиагностика согласно изобретению вручную, или таймер указывает, что самодиагностика должна быть выполнена. Например, таймер может инициировать изобретенную самодиагностику согласно изобретению в определенные интервалы времени. В случае самотестирования последовательность операций переходит в тестовый режим 35, который проиллюстрирован более подробно на Фиг.4. Иначе, рабочий режим будет вновь инициирован, начиная с нового измерения действующих параметров.
В дальнейшем последовательность операций тестового режима 35 будет проиллюстрирована со ссылкой на Фиг.4. Тестовый режим 35 начинается с измерения 36 передаточной характеристики электромеханического преобразователя вне какого-либо резонанса. Таким образом, по меньшей мере одна из амплитудно-передаточных характеристик A(f1), по меньшей мере, частоты f1 будет определена и проанализирована. Впоследствии на этапе 37 будут определяться дополнительные параметры вибрационного уровнемера, такие как, например, текущая температура Tcur в окружающей среде колебательного элемента или текущее время Bcur функционирования.
На этапе 38 различные параметры будут объединены и обработаны для формирования новых диагностических значений. Эти объединения могут быть полезными, поскольку некоторые из определенных параметров могут взаимодействовать друг с другом так, что может быть получена более достоверная информация о состоянии, когда исследовано сочетание этих параметров. Кроме того, может быть полезным сравнивать текущие выявленные параметры с типичными значениями, идентифицированными ранее, для определения изменений, касающихся функциональных возможностей вибрационного уровнемера.
Следующие примеры, которые не ограничивают объем настоящего изобретения, предназначены для того, чтобы проиллюстрировать объединение параметров для формирования новых и более важных значений, касающихся функциональных возможностей вибрационного уровнемера.
Как будет известно специалистам в данной области техники, амплитудная передаточная характеристика узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний обычно является зависимой от температуры, при этом, в целях упрощения, допускают, что упомянутая зависимость будет рассматриваться как линейная. Поскольку текущая температура Tcur будет определена в момент определения амплитудной передаточной характеристики A(f1), нормализованная амплитудная передаточная характеристика может быть получена посредством простой математической операции, которая нормализует передаточную характеристику A(f1) по отношению к нормальной температуре Tn. Допуская, что температурная зависимость линейна, примерное уравнение для вычисления нормализованной амплитудной передаточной характеристики An можно представить следующим образом:
An=k*(Tcur-Tn) + A(fl),
где k - коэффициент пропорциональности, выражающий уровень температурной зависимости. Впоследствии нормализованная амплитудная передаточная характеристика An будет сравниваться с типичным значением Atyp передаточной характеристики, являющимся подаваемым в течение режима калибровки. Разность между упомянутым типичным значением Atyp и упомянутым текущим нормализованным значением An или ее абсолютное значение, соответственно представляют новое диагностическое значение Ad, которое характеризует функциональные возможности электромеханического преобразователя. Чем больше упомянутое диагностическое значение Ad отличается от нуля, тем передаточная характеристика больше удалилась от ее типичного значения Atyp.
Естественно, дополнительные комбинации и операции могут быть выполнены на последующем необязательном этапе для получения еще более достоверной и лучше интерпретируемой информации D о состоянии. Например, текущее время функционирования B, максимальная температура, случавшаяся когда-либо, и передаточная характеристика Ad могут быть объединены, будучи соответственно умноженными на соответствующие константы ki пропорциональности, как изложено далее:
D=k,*Bcur+k2*Tmax+k3*Ad,
где
Ad=|An-Atyp|,
и
D = общее диагностическое значение,
Bcur = текущее время наработки,
Tmax = максимальная температура,
ki = коэффициент пропорциональности, где i=1…n.
Посредством статистически полученных экспериментальных значений информация сообщения о состоянии может быть получена из упомянутого числового общего диагностического значения D при сравнении, в котором упомянутая информация сообщения о состоянии описывает совокупное состояние вибрационного уровнемера. Например, эти сообщения могли бы гласить следующее: «Уровнемер столь же хорош, как новый», «присутствует незначительное старение», «повышенное старение, замените при ближайшей возможности» или «пока работает, но должен быть срочно заменен».
Проиллюстрированные выше математические уравнения являются примерными, так что вместо них могут быть применены более сложные операции, такие как, например, нечеткие алгоритмы, статистические способы, таблицы или нейронные сети.
Более того, принято во внимание, что следует сохранять определенные значения и параметры в памяти, которые должны быть вызваны повторно без необходимости в осуществлении самодиагностики.
В дополнительном ходе изобретенной последовательности операций на этапе 39 может быть проверено, был ли тестовый режим инициирован в ходе последовательности операций калибровки или нет. Вообще, такая последовательность операций калибровки будет инициирована только один раз, во время производства уровнемера согласно изобретению. Однако последовательность 39 операций калибровки, естественно, также может быть инициирована вручную, чтобы настроить вибрационный уровнемер во время нормального использования. В случае, когда последовательность операций калибровки инициирована, выявленные значения и параметры могут быть сохранены как типичные значения в памяти (этап 40). Впоследствии в текущий момент определенные параметры будут сравниваться с сохраненными критическими значениями по дополнительному запросу 41. В случае, когда текущий параметр переходит границу предшествующего критического значения, предшествующее критическое значение будет замещено упомянутым текущим параметром. Например, может быть принято во внимание, что следует заменять сохраненное максимальное или минимальное значение температуры окружающей среды колебательного элемента текущим значением, когда упомянутое текущее значение переходит границу этих критических значений температуры. В том случае, когда диагностическое значение Ad находится, например, за пределами предварительно заданного порогового значения, электромеханический преобразователь определенно не в порядке, так что на этапе 44 будет издано сообщение об отказе. Принято во внимание, что следует сохранять такое событие отказа на этапе 45 вместе с датой и временем, когда предусмотрены часы реального времени. Впоследствии тестовый режим будет проведен снова. В случае, когда нарушение отсутствует, блок 10 управления будет возвращаться в рабочий режим, после того как тестовый режим был завершен.
В заключение, должно быть признано, что большинство аспектов диагностического способа согласно изобретению могут быть перенесены на другие уровнемеры, такие как, например, уровнемеры непрерывного измерения. В частности, измерение параметров, которые не являются необходимыми для функции контроля, но которые предоставляют полезную информацию для самодиагностики согласно изобретению, сохранение типичных и критических параметров, а также объединение и обработка параметров для выработки более достоверного диагностического значения очевидно применимы к другим уровнемерам, таким как, например, уровнемеры непрерывного измерения.
1. Способ для диагностирования функциональных возможностей узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний вибрационного уровнемера (46) содержит этапы, на которых:
обеспечивают по меньшей мере один электромеханический преобразователь (3) узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний электрическим гармоническим сигналом, частота которого находится за пределами зоны резонансной частоты узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний и, таким образом, не приспособлена вызывать резонанс колебательной части (1) узла (1, 2, 3) механических колебаний так, что электрический гармонический сигнал преобразуется в механические колебания,
записывают преобразованные механические колебания с использованием по меньшей мере одного электромеханического преобразователя (3) узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний, который осуществляет обратное преобразование механических колебаний в электрический гармонический сигнал,
анализируют передаточные характеристики электромеханического преобразователя (3) посредством сравнения по меньшей мере одной из характеристик сигнала, преобразованного обратно в электрический гармонический сигнал, с типичными характеристиками сигнала, определенными прежде,
редактируют информацию о состоянии при условии анализа передаточных характеристик.
2. Способ по п.1, в котором на этапе анализа по меньшей мере амплитуду электрического гармонического сигнала сравнивают с типичным значением.
3. Способ по п.2, в котором на этапе анализа фазовый сдвиг электрического гармонического сигнала дополнительно сравнивают с типичным значением.
4. Способ по п.1, в котором преобразование электрического гармонического сигнала в механические колебания осуществляют по меньшей мере одним пьезоэлектрическим передатчиком-преобразователем (3a-3d) электромеханического преобразователя (3).
5. Способ по п.4, в котором обратное преобразование механических колебаний в электрический гармонический сигнал осуществляют по меньшей мере одним пьезоэлектрическим приемником-преобразователем (3d) электромеханического преобразователя (3).
6. Способ по п.5, в котором пьезоэлектрические передатчики-преобразователи (3a-3d) и пьезоэлектрические приемники-преобразователи (3d) являются собранными и механически присоединенными друг к другу для формирования электромеханического преобразователя (3).
7. Способ по п.5, в котором, пьезоэлектрический передатчик-преобразователь (3a-3d) и пьезоэлектрический приемник-преобразователь (3е) являются одним общим компонентом.
8. Способ по п.1, в котором, множество зашунтированных электромеханических преобразователей (3) обеспечивают электрическим гармоническим сигналом.
9. Способ по п.1, в котором, анализ преобразованного обратно электрического гармонического сигнала осуществляют посредством блока (10) управления вибрационного уровнемера (46).
10. Способ по п.1, в котором, диагностирование осуществляют непрерывно во время работы вибрационного уровнемера (46).
11. Способ по п.1, в котором, диагностирование осуществляют после инициирования тестового интервала.
12. Способ по п.1, в котором, дополнительно записывают по меньшей мере одну характеристику датчика вибрационного уровнемера (46), которая не является необходимой для функции переключения.
13. Способ по п.12, в котором по меньшей мере одна характеристика датчика является характеристикой группы характеристик датчиков, состоящей из температуры, емкости, импеданса, индуктивности, давления, времени функционирования и влажности.
14. Способ по п.13, в котором по меньшей мере одну записанную характеристику сигнала и по меньшей мере одну характеристику датчика объединяют и обрабатывают для формирования одного общего диагностического значения, которое является иллюстрирующим качественное состояние вибрационного уровнемера (46).
15. Способ по п.14, в котором по меньшей мере одну записанную характеристику сигнала и по меньшей мере одну характеристику датчика обрабатывают, для получения одного общего диагностического значения посредством использования по меньшей мере одного средства обработки из группы средств обработки, состоящей из математических методов, статистических методов, таблиц, нечетких алгоритмов и нейронных сетей.
16. Способ по п.12, в котором сохраняют по меньшей мере один вид записанных характеристик.
17. Способ по п.12, в котором записанные характеристики и/или общее диагностическое значение анализируют относительно перехода границ типичных пороговых значений.
18. Способ по п.9, в котором анализ передаточных характеристик осуществляют посредством обеспечения электромеханического преобразователя (3) узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний множеством электрических гармонических сигналов, имеющих соответственно разные частоты, все из которых находятся за пределами зоны резонансной частоты узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний и, таким образом, не приспособлены возбуждать колебательную часть (1) узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний, и посредством обработки полученных характеристик сигнала указанных электрических гармонических сигналов, для формирования одной общей характеристики сигнала, являющейся представляющей множество электрических гармонических сигналов.
19. Способ по п.12, в котором по меньшей мере характеристики сигнала повторно преобразованных электрических гармонических сигналов и/или общее диагностическое значение считывают в цифровой форме через двухпроводную петлю.
20. Способ по п.12, в котором критический сигнал и/или характеристики датчика и типичные значения сохраняют в энергонезависимой памяти.
21. Вибрационный уровнемер, приспособленный для осуществления самодиагностирования, в котором вибрационный уровнемер (46) содержит:
узел (1, 2, 3) электромеханических колебаний, имеющий колебательную часть (1) и по меньшей мере один электромеханический передатчик-преобразователь или передатчик-приемник-преобразователь (3a-3d, 3е), который приспособлен, чтобы быть обеспеченным электрическим гармоническим сигналом, имеющим частоту, которая находится за пределами зоны резонансной частоты узла (1, 2, 3) электромеханических колебаний и, таким образом не приспособленную возбуждать колебательную часть (1) так, что электрический гармонический сигнал преобразуется в механические колебания посредством электромеханических передатчика- или передатчика-приемника-преобразователя,
приемник- или передатчик-приемник-преобразователь (3е, 3a-3d), который осуществляет обратное преобразование механических колебаний в электрический гармонический сигнал,
блок управления, который анализирует передаточные характеристики электромеханического передатчика-приемника-преобразователя (3a-3d, 3е) посредством сравнения по меньшей мере одной из характеристик преобразованного обратно электрического гармонического сигнала с типичными характеристиками, определенными прежде.
