Тревожный сигнал об отложениях у полевых приборов

Изобретение относится к полевому прибору (1) для контроля и/или определения параметра процесса среды, причем параметр процесса представляет собой преимущественно уровень, вязкость или плотность среды. Сущность: прибор содержит колебательный блок (10), приемоприводной блок (11), возбуждающий и принимающий колебания колебательного блока (10), и блок (12) регулирования и оценки, регулирующий и оценивающий колебания колебательного блока (10). Блок (12) регулирования и оценки вырабатывает сигнал тревоги, если частота (f) колебаний колебательного блока (10) ниже задаваемого предельного значения (G; G_Minimum; G_Maximum), причем предельное значение (G; G_Minimum; G_Maximum) определяется и/или вычисляется, по меньшей мере, по измеренным и/или вычисленным зависимостям частоты (f) колебаний от условий процесса и/или от контролируемого и/или определяемого параметра процесса. Технический результат: контроль и/или измерение параметра процесса среды, при котором не может поступить ошибочный сигнал тревоги об отложениях. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к полевому прибору для контроля и/или определения параметра процесса среды, причем параметр процесса представляет собой преимущественно уровень, вязкость или плотность среды, содержащему колебательный блок, приемоприводной блок, возбуждающий и принимающий колебания колебательного блока, и блок регулирования и оценки, регулирующий и оценивающий колебания колебательного блока. Средой является, например, жидкость в резервуаре.

Заявителем производятся и сбываются полевые приборы под названием "Liquiphant" для измерения и/или контроля уровня среды в резервуаре. Такой измерительный прибор состоит обычно из колебательного, приемоприводного блоков и блока регулирования и оценки. Приемоприводной блок возбуждает колебания колебательного блока - в большинстве случаев колебательную вилку - и принимает колебания. Частота f колебания зависит, например, от того, колеблется ли колебательный блок на воздухе или покрыт средой. Таким образом, например, на основе частоты f можно сделать вывод о степени покрытия. Это можно вывести также на основе амплитуды; однако обычно оценивают частоту. В приемоприводном блоке имеется, например, пьезоэлектрический элемент, преобразующий электрический сигнал в механическое колебание, передаваемое затем через соответствующую мембрану на колебательный блок. То же относится к преобразованию механического колебания в электрический сигнал. Электронный блок обратной связи, снова усиливающий и возвращающий сигнал колебательного блока, и электронный блок для оценки и дальнейшей обработки колебания объединены в один блок регулирования и оценки. Такие уровнемеры используются обычно в качестве выключателей предельного уровня. При этом колебательный блок размещают в определенном положении, например, внутри резервуара, в котором возникает уровень среды. Измерить можно либо понижение этого уровня (защита от холостого хода или минимальная защита или минимальное детектирование), либо повышение этого уровня (защита от переполнения, максимальная защита или детектирование). При защите от холостого хода колебательный блок колеблется сначала в среде, а затем на воздухе или, например, во второй среде меньшей плотности в случае детектирования пограничного слоя, например масло/вода. Частота колебаний колебательного блока, погруженного в среду или в среду большей плотности, ниже, чем при колебании на воздухе или в среде меньшей плотности. Таким образом, на основе того факта, что частота колебаний увеличивается или возрастает выше определенного порогового значения, можно сделать вывод, что колебательный блок свободно колеблется, т.е. больше не покрыт, или что колебательный блок колеблется в среде меньшей плотности. Это означает, что уровень среды большей плотности - это относится и к различению среды от воздуха - понизился. На основе этой информации можно тогда, например, прекратить слив или подать сигнал тревоги. То же относится к применению в качестве максимальной защиты.

Проблема состоит в образовании отложений. Некоторые среды, например пенящиеся жидкости, покрывают колебательный блок и осаждаются на нем. Эти отложения повышают массу колебательного блока. С этим связано снижение частоты f колебаний, т.е. за счет дополнительной массы колебательный блок колеблется с меньшей частотой f. Если такой полевой прибор, колебательный блок которого покрыт отложениями, использовать для защиты от холостого хода, то возникнет опасность выдачи сообщения о покрытии даже тогда, когда вилка свободно колеблется, поскольку частота f колебаний из-за отложений лежит заметно ниже частоты, оцениваемой как мера того, что вилка свободна. Безопасность, таким образом, больше не обеспечивается, и поэтому обнаружение отложений очень важно. В случае если полевой прибор используют для защиты от переполнения, обнаружение отложений также представляет интерес, поскольку из-за отложений выдача сообщения о покрытии происходит даже тогда, когда колебательный блок свободно колеблется. Отложения препятствуют, следовательно, надежному функционированию полевого прибора.

Поэтому задачей изобретения является контроль и/или измерение параметра процесса среды, причем отложения вызывают соответствующий сигнал тревоги.

Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что блок регулирования и оценки вырабатывает сигнал тревоги, если частота f колебаний колебательного блока ниже задаваемого предельного значения G; G_Minimum; G_Maximum; причем предельное значение G; G_Minimum; G_Maximum может быть определено и/или вычислено, по меньшей мере, по измеренным и/или вычисленным зависимостям частоты f колебаний от условий процесса и/или от контролируемого и/или определяемого параметра процесса. Из-за отложений частота f колебаний уменьшается. Поэтому проверяют, лежит ли частота f ниже предельного значения G; С_Minimum; G_Maximum. В этом случае подается сигнал тревоги или ошибки. Предельное значение G, как правило, может быть задано произвольно и в соответствии с применением полевого прибора для детектирования уровня (более подробно об этом ниже). Частота f колебаний зависит не только от отложений, но и от условий процесса, например температуры, давления, плотности, вязкости и т.п., и от параметров процесса, например уровня. Частота f колебаний зависит далее, в том числе, от выполнения колебательного блока. Эти зависимости частоты f от условий и параметра процесса измеряют, например, в согласовании. Зависимости от параметра и условий процесса относятся к выполнению полевого прибора и, особенно, к выполнению колебательного блока. Это согласование может храниться, например, в самом полевом приборе или, например, в записной книжке пользователя. Таким образом, известно, как частота реагирует на другие влияния, нежели контролируемый и/или определяемый параметр процесса, и подходящее предельное значение G можно задавать после измерений или вычислений. Различение между условием и параметром процесса зависит при этом, конечно, и от того, что должно быть измерено, так что в зависимости от применения условие процесса может стать также параметром процесса и наоборот. У того и другого, т.е. параметра и условия процесса, речь идет, следовательно, о физических и/или химических величинах, оказывающих влияние на частоту колебаний. Если параметром процесса является уровень, то, например, плотность, вязкость, температура и давление являются условиями процесса. Если же плотность является параметром процесса, то уровень является условием процесса. Поскольку частота зависит также от температуры, она также может быть параметром процесса. Если отложения должны быть обнаружены у полевого прибора, используемого в качестве максимального выключателя, то предельное значение G_Maximum следует задавать, исходя из частоты, возникающей при свободном колебании колебательного блока. При использовании в качестве минимального выключателя следует соответственно привлечь частоту, возникающую при покрытом колебательном блоке. Это относится, следовательно, к параметру процесса. Если полевой прибор используется, например, для контроля вязкости, то требуется определенная степень покрытия - уровень является условием процесса, которая сама по себе приводит к уменьшению частоты колебаний.

При определении или установлении предельного значения G следует всегда обращать внимание на то, что предельное значение G не настолько мало, то включение полевого прибора, например при освобождении колебательного блока в случае использования полевого прибора в качестве минимального выключателя, больше невозможно. Поэтому следует всегда рассматривать динамику колебательного блока. Под динамикой понимают изменение частоты, возникающее, например, за счет освобождения колебательного блока, например колебательной вилки. Динамика или качание частоты колебательного блока не зависит обычно от отложений, поскольку отложения не имеют массу больше, чем масса колебательного блока. Если, например, предельное значение G=800 Гц относительно частоты колебаний 1000 Гц на воздухе и если колебательный блок имеет динамику 250 Гц, то полевой прибор может сообщить о переходе с покрытого состояния в свободное. Если же предельное значение G было бы установлено на 700 Гц, то полевой прибор не во всех случаях мог бы сообщить об освобождении, т.е. по отношению к динамике это предельное значение G слишком мало или разность между предельным значением G и частотой, выше которой сообщается об освобождении, слишком велика. Повышение предельного значения G для учета динамики при таком же колебательном блоке связано тогда с ограничением диапазона применения, например в отношении более узкого диапазона плотности или температуры или давления, т.е. с ограничением готовности к работе. Преимуществом, однако, является более высокая защита от отложений. Поэтому применение уже сфокусировано на средах, склонных к образованию отложений. Далее должен быть предусмотрен определенный допуск, так что небольшие отклонения и колебания не вызывают слишком быстро сигнала тревоги.

Один вариант предусматривает, что параметр процесса представляет собой уровень и что предельное значение G может быть определено и/или вычислено в зависимости от использования полевого прибора в качестве минимального (G_Minimum) или максимального (G_Maximum) выключателя. Предельное значение G зависит от того, покрыт ли колебательный блок средой или он колеблется свободно, т.е. предельное значение G зависит, тем самым, и от использования полевого прибора. За счет покрытия средой в случае использования в качестве минимального выключателя частота уже заметно ниже. Таким образом, также это предельное значение G_Minimum меньше предельного значения G_Maximum, которое необходимо при использовании полевого прибора в качестве максимального выключателя. При использовании в качестве максимального выключателя следует далее обратить внимание на то, что предельное значение G_Maximum понижается также за счет покрытия колебательного блока средой.

В случае дискретного перехода между непокрытым и покрытым состояниями этот скачок частоты за счет динамики колебательного блока заметно больше, чем тот, который должен возникнуть за счет отложений. Если же переход происходит постепенно, то нельзя непосредственно различить между покрытием и отложениями. Для этой цели разделения между отложениями и частичным покрытием интерес представляет временная постоянная, так что длительное понижение предельного значения G_Maximum вызывает сигнал тревоги. При задавании такой временной постоянной должны быть тогда известны, однако, и условия процесса. У максимального выключателя следует различать между понижением предельного значения G_Maximum без понижения ниже соответствующего нижнего значения, и это может быть, например, предельное значение G_Minimum для использования в качестве минимального выключателя, которое соответствует состоянию, когда колебательный блок покрыт, что вызывает тревожный сигнал об отложениях, и понижением обоих значений частоты или понижением нижнего значения, которое возникает от повышения уровня, что приводит к сообщению о покрытом состоянии. Если, например, колебательный блок представляет собой колебательную вилку и в вилке защемляется, например, твердое, вещество из среды, то нельзя различить между отложениями и средой, т.е. при понижении максимального уровня полевой прибор все еще выдает сообщение о покрытом состоянии. Такое защемление может быть устранено, однако, обычно только в результате, например, ручного вмешательства, т.е. для таких экстремальных случаев всегда необходима проверка на непротиворечивость сообщения полевого прибора. Согласно изобретению эта проблема устраняется за счет того, что при защемлении вилки амплитуда приема минимизирована таким образом, что возбуждающая электроника полевого прибора подскакивает до собственного резонанса, лежащего обычно ниже предельного значения G для тревожного сигнала об отложениях. Готовность к работе снижается при необходимости в пользу повышенной функциональной надежности.

Один вариант предусматривает, что предельное значение G; G_Minimum; G_Maximum может быть определено и/или вычислено по наименьшей частоте f колебаний в зависимости от соответствующих, максимально допустимых в отношении полевого прибора условий процесса и/или в зависимости от максимально допустимого в отношении полевого прибора и/или его применения контролируемого и/или определяемого параметра процесса. Для полевого прибора, как правило, диапазон применения ограничен в отношении некоторых условий процесса. Это препятствует разрушению всего полевого прибора или его отдельных частей. Уже перед разрушением, однако, не всегда обеспечены выходы из строя полевого прибора. Таким образом, обычно имеются определенные ограничения. Например, ограничена температура, чтобы из-за нагрева не повредилась электроника или чтобы, например, снова не разжижился клей. С ограничением применения обычно связаны и наибольшие изменения частоты f колебаний. Например, частота f с наибольшим допустимым давлением ниже, чем с наименьшим допустимым давлением. Поэтому предельное значение G; G_Minimum; G_Maximum следует определять по частоте при максимальном давлении. Более высокое давление и дальше снизило бы частоту, однако полевой прибор не разрешен для более высокого давления. По комбинации максимально допустимых условий процесса можно, таким образом, определить наименьшую частоту f колебаний и, тем самым, соответствующее предельное значение G. Дополнительно рассматривается еще измеряемый параметр процесса, например, покрыт ли колебательный блок. В соответствии с применением следует учитывать также, следовательно, параметр процесса.

Один вариант предусматривает, что предельное значение G; G_Minimum; G_Maximum может быть определено и/или вычислено с включением максимально допустимых отложений или связанного с максимально допустимыми отложениями изменения частоты. Определенные, очень небольшие отложения могут быть вполне допустимыми, поскольку обычно датчики выполнены настолько хорошо, что небольшие отложения пренебрежимо мало мешают измерению. Далее непрактично не допускать никаких отложений, поскольку этого при работе вряд ли можно избежать. Для этого потребовалась бы среда, не создающая никаких отложений, и в этом случае тревожный сигнал об отложениях не потребовался бы. Максимально допустимые отложения следует задавать в соответствии с видом среды и применением.

Один вариант включает в себя то, что условия процесса представляют собой температуру, и/или давление, и/или плотность, и/или вязкость, и/или уровень среды. Для температуры и давления имеется соответственно максимально допустимый диапазон, за пределами которого полевой прибор получает повреждения или не может больше надежно функционировать. Плотность и вязкость являются параметрами, также оказывающими влияние на частоту f колебаний. Во многих случаях применения параметр процесса представляет собой уровень. Если же должна контролироваться, например, плотность, то уровень должен быть точно известен (например, полное покрытие).

В одном предпочтительном варианте предусмотрен блок контроля, который независимо от блока регулирования и оценки вырабатывает сигнал тревоги, если частота f колебаний колебательного блока ниже задаваемого предельного значения G; G_Minimum; G_Maximum. Такой независимый блок контроля имеет то преимущество, что функциональность полевого прибора дополнительно контролируется. Это важно, например, в случаях применения с повышенным требованием к функциональной надежности электрических, электронных или программируемых электронных систем. Блок контроля может быть при этом пространственно отделен от блока регулирования и оценки, однако может быть также составной частью блока регулирования и оценки.

Один вариант предусматривает, что блок регулирования и оценки вырабатывает сообщение о свободе, если частота f колебаний колебательного блока превышает задаваемое верхнее значение О, причем верхнее значение О может быть определено и/или вычислено по измеренным и/или вычисленным зависимостям частоты f колебаний от условий процесса и/или от определяемого и/или контролируемого параметра процесса. Колебательный блок, следовательно, сначала покрыт. Если среда понижается ниже заданного уровня, то блок колеблется свободно или, как сказано выше, в среде меньшей плотности и одновременно с большей частотой f колебаний. В зависимости от вида колебательного блока и монтажа частота f может, при необходимости, изменяться постепенно. В большинстве случаев, однако, сигнал подается только тогда, когда колебательный блок колеблется полностью свободно. Таким образом, только переход к более высокой частоте еще не является критерием. Поэтому интерес представляет верхнее значение О, превышение которого приравнивается к полностью свободному колебательному блоку. Как и у предельного значения G; G_Minimum; С_Maximum, измеряют или вычисляют зависимости частоты f колебаний от условий и/или параметра процесса. Практически можно при этом обратиться к значениям для определения предельного значения G; G_Minimum; G_Maximum, поскольку речь идет о таком же колебательном блоке и, тем самым, тех же зависимостях. Частотный диапазон между верхним О и предельным значениями при использовании в качестве максимальной защиты С_Maximum возникает, тем самым, из колебаний колебательного блока без покрытия или в среде меньшей плотности и определяется зависимостями колебания от условий процесса. Это верхнее значение О для сообщения о свободно колеблющейся вилке важно также при определении и/или контроле таких параметров процесса, как плотность и вязкость.

Один вариант включает в себя то, что верхнее значение О может быть определено и/или вычислено по наибольшей частоте f колебаний в зависимости от соответствующих, максимально допустимых в отношении полевого прибора условий процесса и в зависимости от того, что колебательный блок колеблется без покрытия. Если у предельного значения G; G_Minimum было еще важно, что колебательный блок был покрыт, то здесь он в соответствии с определением верхнего значения О должен свободно колебаться. Верхнее значение О следует определять, таким образом, например, по частоте при минимальном давлении, поскольку при этом возникает наибольшая частота.

Один вариант предусматривает, что верхнее значение О может быть определено и/или вычислено с включением максимально допустимых отложений или связанного с максимально допустимыми отложениями изменения частоты. Также здесь должен быть допустимым, следовательно, минимум осаждений. Далее должен быть предусмотрен также определенный допуск в отношении верхнего значения О, так что, например, отдельный воздушный пузырек не сможет выработать сообщение о свободе.

У предельного значения G; G_Minimum и у верхнего значения О следует обратить внимание на то, что разность между обоими значениями больше, чем динамика колебательного блока, так что колебание чуть выше предельного значения G, например, при покрытом колебательном блоке, тем не менее, может указывать на освобождение. Предельное значение при использовании в качестве максимального выключателя G_Maximum этим не затрагивается, поскольку это предельное значение G_Maximum касается непокрытого колебательного блока и поскольку разность между предельным значением G_Maximum и верхним значением О образована разными воздействиями параметров процесса. Одна возможность реализации состоит в том, что предельное G и верхнее О значения могут быть соответственно специально настроены, например, на плотность или вязкость среды. Следует выбирать, таким образом, между общим ограничением, например, в отношении допустимой плотности или специальным согласованием со средой и возможными для процесса условиями, например возникающими температурами.

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью чертежей, на которых изображают:

фиг.1 - блок-схему устройства;

фиг.2 - не в масштабе схематичное положение отдельных частот.

На фиг.1 изображен полевой прибор 1, состоящий из колебательного блока 10, здесь колебательной вилки, приемоприводного блока 11 и блока 12 регулирования и оценки. Такой полевой прибор 1 размещают, например, вблизи дна резервуара, в котором находится контролируемая среда. Если среда понижается ниже этого уровня, то колебательный блок 10 колеблется на воздухе и имеет, тем самым, более высокую частоту f колебаний (минимальная защита). Блок 12 регулирования и оценки обрабатывает это в сигнал. За счет отложений частота f колебаний уже может быть, однако, уменьшена настолько, что освободившаяся колебательная вилка будет колебаться ниже порогового значения, обнаруживаемого блоком 12 регулирования и оценки как свободное колебание. Таким образом, сигнал тревоги не подается, и, например, насос мог бы работать в горячем состоянии, что опасно у воспламеняемых сред. Для этого в изображенном примере предусмотрен блок 13 контроля, который контролирует, не понижается ли частота f колебаний ниже предельного значения G. Этот дополнительный контроль может, например, независимо от блока 12 регулирования и оценки вызвать сигнал тревоги. Такое важно, например, для случаев применения с повышенным требованием к функциональной надежности. Блок 13 контроля может быть, однако, также частью блока 12 регулирования и оценки.

На фиг.2 схематично и не в масштабе показаны отдельные частоты и предельные значения. Частота f возрастает снизу вверх. Внизу находится предельное значение G_Minimum для использования в качестве минимального выключателя или защиты от холостого хода. Это предельное значение G_Minimum понижается также тогда, когда, например, колебательная вилка защемляется и электроника полевого прибора подскакивает до своего собственного резонанса. Выше лежит предельное значение G_Maximum, используемое для применения в качестве максимального выключателя или защиты от перелива. Это предельное значение G_Maximum выше предельного значения G_Minimum, поскольку частота колебаний за счет погружения в среду получает очень сильное уменьшение, поэтому, наоборот, отложения на полевом приборе, используемом в качестве максимального выключателя, должны быть очень большими, чтобы это нижнее предельное значение G_Minimum понизилось. В целом, предельное значение G зависит от того, какие господствуют условия процесса и что должно измеряться. Еще выше находится верхнее значение О, превышение которого вызывает сообщение о том, что механический колебательный блок колеблется свободно или в среде меньшей плотности. Выше верхнего значения О может быть предусмотрено еще дополнительное значение, превышение которого вызывает сигнал тревоги о коррозии. Между G_Minimum и G_Maximum находится область частот, которые могут возникнуть только тогда, когда на механическом колебательном блоке находятся отложения или когда условия процесса лежат за пределами данной для полевого прибора спецификации, поскольку предельные значения G_Minimum и G_Maximum уже включают в себя зависимости частоты от условий процесса.

Перечень ссылочных позиций:

1 - полевой прибор,

10 - колебательный блок,

11 - приемоприводной блок,

12 - блок регулирования и оценки,

13 - блок контроля.

1. Полевой прибор для контроля и/или определения параметра процесса среды, причем параметр процесса представляет собой преимущественно уровень, вязкость или плотность среды, содержащий колебательный блок (10), приемоприводной блок (11), возбуждающий и принимающий колебания колебательного блока (10), и блок (12) регулирования и оценки, регулирующий и оценивающий колебания колебательного блока, отличающийся тем, что блок (12) регулирования и оценки выполнен с возможностью вырабатывания сигнала тревоги, если частота (f) колебаний колебательного блока (10) ниже задаваемого предельного значения (G; G_Minimum; G_Maximum), причем предельное значение (G; G_Minimum; G_Maximum) определяется и/или вычисляется, по меньшей мере, по измеренным и/или вычисленным зависимостям частоты (f) колебаний от условий процесса и от контролируемого и/или определяемого параметра процесса, причем предельное значение (G; G_Minimum; G_Maximum) определяется и/или вычисляется по наименьшей частоте (f) колебаний в зависимости от соответствующих, максимально допустимых в отношении полевого прибора (1) условий процесса и в зависимости от максимально допустимого в отношении полевого прибора (1) и/или его применения контролируемого и/или определяемого параметра процесса, при этом условия процесса представляют собой температуру, и/или давление, и/или плотность, и/или вязкость, и/или уровень среды.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что параметр процесса представляет собой уровень, при этом предельное значение (G) может быть определено и/или вычислено в зависимости от использования полевого прибора (1) в качестве минимального выключателя (G_Minimum) или максимального выключателя (G_Maximum).

3. Прибор по одному из пп.1 или 2, отличающийся тем, что предельное значение (G; G_Minimum; G_Maximum) может быть определено и/или вычислено с включением максимально допустимых отложений или связанного с максимально допустимыми отложениями изменения частоты.

4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что предусмотрен блок (13) контроля, выполненный с возможностью вырабатывания сигнала тревоги независимо от блока (12) регулирования и оценки, если частота (f) колебаний колебательного блока (10) ниже задаваемого предельного значения (G; G_Minimum; G_Maximum).

5. Прибор по п.1, отличающийся тем, что блок (12) регулирования и оценки выполнен с возможностью вырабатывания сообщения о свободе, если частота (f) колебаний колебательного блока (10) превышает задаваемое верхнее значение (О), причем верхнее значение (О) может быть определено и/или вычислено по измеренным и/или вычисленным зависимостям частоты (f) колебаний от условий процесса и/или от определяемого и/или контролируемого параметра процесса.

6. Прибор по п.5, отличающийся тем, что верхнее значение (О) может быть определено и/или вычислено по наибольшей частоте (f) колебаний в зависимости от соответствующих, максимально допустимых в отношении полевого прибора (1) условий процесса и в зависимости от того, что колебательный блок (10) колеблется без покрытия.

7. Прибор по п.5 или 6, отличающийся тем, что верхнее значение (О) может быть определено и/или вычислено с включением максимально допустимых отложений или связанного с максимально допустимыми отложениями изменения частоты.