DE10256103A1

DE10256103A1 - Verfahren zur Bestimmung der Unsicherheit eines mit einer Meßfrequenz arbeitenden Meßverfahrens

Info

Publication number: DE10256103A1
Application number: DE10256103A
Authority: DE
Inventors: Helmut Brockhaus
Original assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Krohne Messtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2022-11-30
Also published as: DK1363108T3; DE10256103B4

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Bestimmung der Unsicherheit eines mit einer Meßfrequenz arbeitenden Meßverfahrens, insbesondere eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahrens, wobei in jeder Halbperiode der Meßfrequenz durch Abtastung eines Meßsignals jeweils wenigstens ein Meßwert bestimmt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Unruhe der Meßwerte bei der Meßfrequenz, jedoch zur Meßfrequenz phasenverschoben bestimmt wird oder/und daß die Unruhe der Meßwerte bei wenigstens zwei von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen bestimmt wird und ausgehend von den beiden Unruhen bei den von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen auf die Unruhe der Meßwerte bei der Meßfrequenz interpoliert oder extrapoliert wird. Damit wird ein einfacher Zugang zu der als Diagnosewert interessanten Unruhe bei der Meßfrequenz zur Verfügung gestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Unsicherheit eines mit einer Meßfrequenz arbeitenden Meßverfahrens, insbesondere eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahrens, wobei in jeder Halbperiode der Meßfrequenz durch Abtastung eines Meßsignals jeweils wenigstens ein Meßwert bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Anwendung bei einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahren geeignet, darauf jedoch nicht beschränkt. Magnetisch-induktive Durchflußmeßverfahren sind schon seit längerer Zeit gut bekannt und werden vielfältig in unterschiedlichen Einsatzgebieten verwendet. Das grundlegende Prinzip eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts für strömende Medien geht dabei bereits auf Farraday zurück, der im Jahre 1832 vorgeschlagen hat, das Prinzip der elektrodynamischen Induktion zur Strömungsgeschwindigkeitsmessung anzuwenden. Nach dem Farradayschen Induktionsgesetz entsteht in einem strömenden Medium, das Ladungsträger mit sich führt und durch ein Magnetfeld hindurchfließt, eine elektrische Feldstärke senkrecht zur Strömungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld. Das Farradaysche Induktionsgesetz wird bei einem magnetisch- induktiven Durchflußmeßgerät dadurch ausgenutzt, daß ein Magnet, im allgemeinen bestehend aus zwei Magnetpolen mit je einer Magnetspule, ein Magnetfeld senkrecht zur Strömungsrichtung in dem Meßrohr erzeugt. Innerhalb dieses Magnetfelds liefert jedes sich durch das Magnetfeld bewegende und eine gewisse Anzahl von Ladungsträgern aufweisende Volumenelement des strömenden Mediums mit der in diesem Volumenelement entstehenden Feldstärke einen Beitrag zu einer über Meßelektroden abgreifbaren Meßspannung. Die Meßelektroden werden bei den bekannten magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräten derart ausgeführt, daß sie entweder galvanisch oder kapazitiv mit dem strömenden Medium gekoppelt sind. Ein besonderes Merkmal der magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräte ist schließlich die Proportionalität der Meßspannung und der über den Querschnitt des Meßrohrs ermittelten Strömungsgeschwindigkeit des Mediums, d. h. zwischen Meßspannung und Volumenstrom.
Im eigentlichen Durchflußmeßbetrieb wird bei dem magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahren im allgemeinen das Magnetfeld zeitlich alternierend umgeschaltet. Aus dem Stand der Technik sind dazu unterschiedliche Vorgehensweisen bekannt. Eine magnetisch-induktive Durchflußmessung ist z. B. mit einem Wechselfeld möglich, wobei typischerweise die Magnetspulen des Magneten direkt vom Stromnetz mit einer sinusförmigen 50-Hz-Wechselspannung gespeist werden. Die aufgrund der Strömung erzeugte Meßspannung zwischen den Meßelektroden wird dabei jedoch durch transformatorische Störspannungen sowie Netzstörspannungen überlagert.
Heutzutage wird daher bei magnetisch-induktiven Durchflußmessungen im allgemeinen mit einem geschalteten Gleichfeld gearbeitet. Ein solches geschaltetes Gleichfeld erhält man, indem den Magnetspulen des Magneten ein Strom mit zeitlich rechteckförmigem Verlauf zugeführt wird, der seine Polarität zeitlich alternierend ändert. Möglich ist jedoch auch eine magnetisch- induktive Durchflußmessung mit Hilfe eines pulsierenden Gleichfeldes, das dadurch erhalten wird, daß die Magnetspulen des Magneten nur periodenweise mit einem zeitlich rechteckförmigen, immer die gleiche Polarität aufweisenden Strom versorgt werden. Ein Verfahren, bei dem der Feldstrom periodisch umgepolt wird, ist jedoch bevorzugt, da durch die Änderung der Polarität des Magnetfelds Störgrößen, wie elektrochemische Störgrößen, unterdrückt werden können.
Bei der Verwendung eines umpolbaren geschalteten Gleichfelds muß nach dem Umschalten abgewartet werden, bis sich das Magnetfeld stabilisiert hat. Danach wird das Meßsignal, nämlich die Meßspannung, typischerweise gegeben durch die Differenzspannung zwischen den Elektroden, im allgemeinen aufintegriert, bis der Feldstrom wieder in die umgekehrte Polarität umgeschaltet wird. Das Abwarten bis das Magnetfeld eingeschwungen ist, ist wichtig, um eine gute Meßgenauigkeit zu erzielen.
Eine bei einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahren, jedoch auch bei anderen Meßverfahren, bei denen in jeder Halbperiode der Meßfrequenz durch Abtastung eines Meßsignals jeweils wenigstens ein Meßwert bestimmt wird, sehr interessante Größe ist die Unsicherheit des Meßverfahrens. Diese kann nämlich zu verschiedenen Diagnosezwecken verwendet werden. Die Unsicherheit wird im wesentlichen bestimmt durch die Unruhe der Meßwerte. Die Unruhe der Meßwerte ist ein Maß für deren Schwankungsbreite und entspricht im allgemeinen der Standardabweichung der Meßwerte.
Das Problem bei einer magnetisch-induktiven Durchflußmessung besteht nun darin, daß der Durchfluß selbst typischerweise gerade nicht konstant ist, nämlich gemessen werden soll. Konkret läßt sich also bei der Bestimmung der Standardabweichung der Meßwerte bei der Meßfrequenz nicht unterscheiden, ob die Ursache der Standardabweichung in der Unruhe der Meßwerte, also originär in der mit der Meßfrequenz erfaßten Elektrodendifferenzspannung liegt, die als Störung zu betrachten wäre, oder ihren Ursprung in einer ebenfalls mit der Meßfrequenz erfaßten Änderung des Durchflusses hat, der ja gerade gemessen werden soll.
Zur Prüfung der Verläßlichkeit eines mit einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßgerät ermittelten Durchflußwertes ist es aus der EP 0 521 448 A2 bekannt, die Absolutbeträge der an den beiden Meßelektroden abgegriffenen Meßspannungen in einer jeweiligen Halbperiode der Meßfrequenz zu vergleichen, um bei einer Abweichung der Absolutbeträge voneinander ein Alarmsignal zu erzeugen. Ferner ist es aus der DE 34 23 076 C2 bekannt, Störwechsel- und Störgleichspannungsanteile bei einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahren dadurch zu erfassen, daß die Meßspannung mit einem Vielfachen der Erregunsfrequenz des Magnetfelds abgetastet wird.
Um bei einem magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahren ein dem Meßsignal überlagertes Störsignal zu bestimmen und das Meßsignal entsprechend korrigieren zu können, ist es aus der DE 199 38 160 A1 bekannt, die Erregung der das Magnetfeld erzeugenden Feldspulen lückend durchzuführen, so daß es ermöglicht ist, daß die Meßzeiträume zusätzlich zu den beiden Halbperioden des Magnetfelds jeweils einen Bereich vor der ersten Halbperiode des Magnetfelds und einen Bereich nach der letzten Halbperiode des Magnetfelds umfassen. Die vor bzw. nach der jeweiligen Halbperiode des Magetfelds gemessenen Zusatzsignale dienen dann der zuvor genannten Korrektur, nämlich der vorzugsweise vollständigen Eleminierung des dem Meßsignal überlagerten Störsignals.
Schließlich ist es aus der JP 2000-028408 bekannt, zur Rauschunterdrückung bei einem Durchflußsignal den Mittelwert solcher Durchflußsignale zu verwenden, die mittels einer Abtastung erhalten worden sind, deren Frequenz der doppelten Anregungsfrequenz des Magnetfelds entspricht. Dabei wird ausgenutzt, daß zu solchen Zeiten ermittelte Werte, zu denen kein Magnetfeld anliegt, einen Durchflußwert von Null liefern sollten.
Die zuvor genannten, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren stellen jedoch keine Möglichkeit zur Verfügung, die Unruhe der Meßwerte, also z. B. deren Standardabweichung, zu bestimmen, und zwar bei der Meßfrequenz.
Damit ist es die Aufgabe der Erfindung, ein solches Verfahren zur Bestimmung der Unsicherheit anzugeben, mit dem die Unruhe der Meßwerte auf einfache Weise auch bei der Meßfrequenz bestimmbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren, mit dem die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Unruhe der Meßwerte bei der Meßfrequenz, jedoch zur Meßfrequenz phasenverschoben bestimmt wird oder/und daß die Unruhe der Meßwerte bei wenigstens zwei von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen bestimmt wird und ausgehend von den beiden Unruhen bei den von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen auf die Unruhe der Meßwerte bei der Meßfrequenz interpoliert oder extrapoliert wird.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die bei Versuchen ohne Felderregung, also ohne Durchflußmessung, gewonnene Erkenntnis zugrunde, daß die Kurve des Frequenzspektrums der Elektrodendifferenzspannung im wesentlichen stetig ist. Insofern ist das erfindungsgemäße Verfahren auch für alle anderen mit einer Meßfrequenz arbeitenden Meßverfahren anwendbar, die die gleiche Voraussetzung, nämlich Stetigkeit des Frequenzspektrums, erfüllen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich dadurch durchführbar, daß in jeder Halbperiode der Meßfrequenz durch Abtastung des Meßsignals jeweils genau ein Meßwert bestimmt wird. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß in jeder Halbperiode der Meßfrequenz durch Abtastung des Meßsignals jeweils eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Meßwerten bestimmt wird. Auf diese Weise ist insbesondere die Bestimmung der Unruhe bei einer größeren Frequenz als der Meßfrequenz sowie die Bestimmung der Unruhe der Meßwerte bei der Meßfrequenz, jedoch zur Meßfrequenz phasenverschoben, möglich. In diesem Zusammenhang ist auch anzumerken, daß bei der Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Meßwerten die Meßwerte zwar unmittelbar aufeinanderfolgen können, jedoch nicht unmittelbar aufeinanderfolgen müssen, also auch einen zeitlichen Abstand voneinander aufweisen können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es insbesondere vorgesehen, daß die Unruhe bei der doppelten Meßfrequenz und die Unruhe bei der halben Meßfrequenz bestimmt werden und die Unruhe bei der Meßfrequenz durch, vorzugsweise lineare, Interpolation zwischen der Unruhe bei der doppelten Meßfrequenz und der Unruhe bei der halben Meßfrequenz ermittelt wird. Diese bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfordert, daß pro Halbperiode wenigstens zwei zeitlich aufeinanderfolgende Meßwerte bestimmt werden, die vorzugsweise durch Integration des Meßsignals über gleiche Zeitdauern erhalten werden. Gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird bei der Verwendung des Interpolationsverfahrens eine hohe Genauigkeit bei einfacher Durchführbarkeit des Verfahrens erzielt.
Zur Ermittlung der Unruhe können verschiedene Werte herangezogen werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß zur Ermittlung der Unruhe die Standardabweichung verwendet wird, insbesondere, daß die Unruhe der Standardabweichung entspricht. Dies ist, wie eingangs schon angesprochen, eine aus dem Stand der Technik schon im Zusammenhang mit anderen Verfahren bewährte Vorgehensweise.
Grundsätzlich sind die von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen, bei denen jeweils die Unruhe ermittelt wird, frei wählbar. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß die von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen jeweils ungleich einem ungradzahligen Vielfachen der Meßfrequenz sind.
Zur Ermittlung der Unruhe ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung insbesondere vorgesehen, daß die Meßwerte einer Phasentransformation bzw. einer Frequenztransformation unterworfen werden. Die Phasentransformation bzw. die Frequenztransformation erfolgt vorzugsweise durch Multiplikation der Meßwerte mit einer vorbestimmten Rechteckfunktion. Diese Rechteckfunktion weist vorzugsweise in ihrem anzuwendenden Bereich nur die Werte +1 und -1 auf, so daß die vorbestimmte Rechteckfunktion insbesondere durch die Anwendung der Signum-Funktion auf eine die Phasenlage der Meßwerte berücksichtigende Funktion darstellbar ist. Dabei ist die Signum-Funktion, bezeichnet mit sign(), eine solche Funktion, die angewandt auf einen Wert entweder den Wert +1 und -1 liefert, nämlich abhängig davon, ob der Wert, auf den die Signum-Funktion angewandt wird, positiv oder negativ ist.
Vorzugsweise erfolgt nach der Phasentransformation bzw. der Frequenztransformation der Meßwerte eine Tiefpaßfilterung der phasentransformierten bzw. frequenztransformierten Meßwerte. Die Tiefpaßfilterung erfolgt dabei vorzugsweise mittels eines kurzen FIR-Filters (Finite-Impulse-Response-Filter).
Die ermittelte Unruhe bei der Meßfrequenz ist nun auf verschiedene Weisen verwendbar. Insbesondere ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die ermittelte Unruhe bei der Meßfrequenz als Diagnosewert über einen Signalausgang, über eine Anzeige oder/und über eine digitale Kommunikationsschnittstelle ausgegeben wird. Dabei kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß auf die ermittelte Unruhe bei der Meßfrequenz eine Schwellwertfunktion angewandt wird, so daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Warnschwelle eine Warnmeldung ausgegeben wird. Anstatt der Ausgabe einer Warnmeldung ist auch das Schalten eines Gerätes möglich. Außerdem kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Unruhe bei der Meßfrequenz als Parameter für einen adaptiven Sperrfilter verwendet wird. Insbesondere kann nämlich die Breite des Sperrfilters, z. B. angewandt auf die Meßwerte, in Abhängigkeit von der Unruhe bei der Meßfrequenz gesteuert werden.
Schließlich ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Differenz oder/und das Verhältnis der Unruhe bei einer über der Meßfrequenz liegenden Frequenz und einer unter der Meßfrequenz liegenden Frequenz bestimmt und als Diagnosewert über einen Signalausgang, über eine Anzeige oder über eine digitale Kommunikationsschnittstelle ausgegeben werden. Damit kann auf den Frequenzverlauf der Unruhe geschlossen werden, wobei Änderungen der Differenz bzw. des Verhältnisses auf eine Prozeßänderung hindeuten können. Auch in diesem Fall ist es gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß auf die Differenz bzw. das Verhältnis der Unruhe bei einer der über der Meßfrequenz liegenden Frequenz und einer unter der Meßfrequenz liegenden Frequenz eine Schwellwertfunktion angewandt wird, so daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Warnschwelle eine Warnmeldung ausgegeben wird, die wiederum auch in einem Schalten eines Geräts bestehen kann.
Im einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird auch auf die den Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch den Aufbau eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Fig. 2 den Ablauf des Verfahrens zur Bestimmung der Unsicherheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 3 schematisch die Meßwerte sowie die auf die Meßwerte anzuwendende Rechteckfunktionen zur Durchführung einer Phasentransformation bzw. einer Frequenztransformation gemäß bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Aus Fig. 1 ist schematisch ein magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ersichtlich. Das magnetisch-induktive Durchflußmeßgerät weist ein Meßrohr 1 auf, durch das ein nicht weiter dargestelltes Medium strömt. Ferner sind zwei Meßelektroden 2 vorgesehen, mit denen eine in dem durch das Meßrohr 1 strömenden Medium induzierte Meßspannung erfaßbar ist. Zur Erzeugung eines senkrecht zur Meßrohrachse und senkrecht zur Verbindungslinie der Meßelektroden 2 verlaufenden Magnetfelds dienen zwei Magnetspulen 3.
Fig. 2 zeigt nun schematisch die Signalverarbeitungskette. In Schritt I erfolgt zunächst eine Abtastung der Elektrodendifferenzsignale. Auf die Werte der Elektrodendifferenzsignale wird danach in Schritt II eine Phasentransformation oder eine Frequenztransformation durch Multiplikation mit einer Rechteckfunktion angewendet. In Schritt III werden die phasentransformierten bzw. frequenztransformierten Werte schließlich einer Tiefpaßfilterung unterzogen. Im Ergebnis ergibt sich somit, bezogen auf die Meßfrequenz der Elektrodendifferenzspannung, ein Bandpaß, wobei die Meßfrequenz vorliegend gegeben ist durch die Feldfrequenz des Feldstroms, mit dem die Magnetspulen 3 des aus Fig. 1 ersichtlichen magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts gespeist wird. Die Schritte II und III können dabei auch in einem Rechenschritt zusammengefaßt sein und sind hier nur aus Gründen der Übersichtlichkeit getrennt voneinander dargestellt.
Die Abtastung des Meßsignals erfolgt für die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie in Fig. 3a dargestellt: In einem ersten Bereich einer jeden Halbperiode erfolgt keine Abtastung des Meßsignals; hier wird das Einschwingen des Meßsignals nach dem Umschalten des Magnetfelds abgewartet. Darauffolgend sind zwei zeitlich gleich lange und unmittelbar aufeinander folgende Abtastbereiche vorgesehen. Diese sind in der Halbperiode A mit 1 und 2, in der Halbperiode B mit 3 und 4 usw. bezeichnet. Gemäß der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind die durch die Abtastung des Meßsignals zur Verfügung stehenden Meßwerte jeweils Mittelwerte über ein Zeitintervall, nämlich die Zeitintervalle 1, 2, 3 usw. Es sei nur am Rande bemerkt, daß aufgrund der schematischen Darstellung des Meßsignals Fig. 3a die Form des Meßsignals stark vereinfacht zeigt, insbesondere nämlich nicht den Einschwingvorgang zeigt.
In den Fig. 3b bis 3e sind nun Rechteckfunktion gemäß bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die durch Multiplikation mit der in Fig. 3a dargestellten Meßwertkurve Werte liefern, die zur Ermittlung des Durchflusses, zur Ermittlung der Unruhe bei einer Frequenz, die kleiner als die Meßfrequenz ist, zur Ermittlung der Unruhe bei einer Frequenz, die größer als die Meßfrequenz ist, bzw. zur Ermittlung der Unruhe bei der Meßfrequenz, jedoch phasenverschoben dazu, dienen.
Für die eigentliche magnetisch-induktive Durchflußmessung, also zur Bestimmung des eigentlichen Durchflusses, erfolgt eine Multiplikation der Meßwerte U_i(i = 1, 2, 3, . . .) wie folgt:
Aufgrund des Faktors i/4 in der Formel zur Berechnung des Durchflusses ist die Datenrate für die Abtastwerte um den Faktor 4 größer als die Meßfrequenz. Einsetzen der Werte 1, 2, 3 liefert eine Rechteckfunktion, wie in Fig. 3 b dargestellt, nämlich mit den Werten +1 in den Bereichen 1 und 2 der Halbperiode A sowie -1 in den Bereichen 3 und 4 der Halbperiode B usw. Multiplikation der in Fig. 3b dargestellten Rechteckfunktion mit dem in Fig. 3a gezeigten Meßsignal liefert dann Werte W_i für den Durchfluß. Diese Werte W_i werden dann einer Tiefpaßfilterung unterzogen (Schritt III), wie weiter unten im einzelnen beschrieben.
Um Werte zur Berechnung der Unruhe bei einer Frequenz zu erhalten, die kleiner als die Meßfrequenz ist, nämlich die halbe Meßfrequenz beträgt, wird folgende, Multiplikation vorgenommen:
Der entsprechende Verlauf der Rechteckkurve ist in Fig. 3c gezeigt.
Um Werte zur Bestimmung der Unruhe bei einer Frequenz zu erhalten, die größer als die Meßfrequenz ist, nämlich gerade die doppelte Meßfrequenz beträgt, wird folgende Multiplikation durchgeführt:
Der entsprechende Verlauf der Rechteckkurve ist in Fig. 3d gezeigt.
Um Werte zur Bestimmung der Unruhe bei einer der Meßfrequenz entsprechenden Frequenz zu erhalten, jedoch 90° (π/2) phasenverschoben dazu, wird folgende Multiplikation vorgenommen:
Der entsprechende Verlauf der Rechteckkurve ist in Fig. 3e gezeigt.
Wie zuvor schon ausgeführt, müssen die Werte W_i nun einer Tiefpaßfilterung unterzogen werden. Bei den hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung wird dazu ein kurzes FIR-Filter verwendet, zur Filterung über zwei Halbwellen nämlich folgende Rechenvorschrift angewendet, wobei die Werte X_i die tiepaßgefilterten Werte darstellen:

X_i = 1/4(W_i-3 + W_i-2 + W_i-1 + W_i).
Zur Filterung über drei Halbwellen wird folgende Rechenvorschrift angewendet:

X₁ = 1/8(W_i-5 + W_i-4 + 2W_i-3 + 2W_i-2 + W_i-1 + W_i).
Mit den dadurch ermittelten Werten X_i kann dann, z. B. durch Ermittlung der Standardabweichung, die Unruhe bei der Meßfrequenz berechnet werden. Die Unruhe ist damit direkt gegeben durch die Standardabweichung. Dies kann direkt erfolgen, nämlich in dem Fall, daß die Unruhe bei einer der Meßfrequenz entsprechenden Frequenz, jedoch 90° phasenverschoben dazu berechnet worden ist, oder durch vorzugsweise lineare Interpolation zwischen den Unruhen, die bei Frequenzen ermittelt worden sind, die einerseits größer und andererseits kleiner als die Meßfrequenz sind.
Kombiniert man die Verfahrensschritte II und III in einem Schritt, so sind zur Ermittlung tiefpaßgefilterter Werte konkret z. B. folgende Rechenvorschriften möglich, wobei die tiefgestellten Indizes B, C, D, . . . die jeweilige Halbperiode darstellen.
Berechnung eines tiefpaßgefilterten Durchflusses M bei der Meßfrequenz:

M_B = 1/4(U₁ + U₂ - U₃ - U₄)

M_c = 1/4(-U₃ - U₄ + U₅ + U₆)

M_D = 1/4(U₅ + U₆ - U₇ - U₈)

M_E = 1/4(-U₇ - U₈ + U₉ + U₁₀)
Berechnung von tiefpaßgefilterten Werten L zur Ermittlung der Unruhe bei der halben Meßfrequenz:

L_D = 1/8(U₁ + U₂ + U₃ + U₄ - U₅ - U₆ - U₇ - U₈)

L_E = 1/8(U₃ + U₄ + U₅ + U₆ - U₇ - U₈- U₉ - U₁₀)

L_F = 1/8(U₅ + U₆ + U₇ + U₈ - U₉ - U₁₀ - U₁₁ - U₁₂)

L_G = 1/8(U₇ + U₈ + U₉ + U₁₀ - U₁₁ - U₁₂ - U₁₃ - U₁₄)
Berechnung von tiefpaßgefilterten Werten H zur Ermittlung der Unruhe bei einer der Meßfrequenz entsprechenden Frequenz, jedoch 90° phasenverschoben dazu:

H_B = 1/4(U₁ - U₂ + U₃ - U₄)

H_C = 1/4(U₃ - U₄ + U₅ - U₆)

H_D = 1/4 = (U₅ - U₆ + U₇ - U₈)

H_E = 1/4(U₇ - U₈ + U₉ - U₁₀)
Die Werte U_i(i = 1, 2, 3, . . .) sind dabei wiederum durch die Mittelwerte in den Bereichen i der Halbperioden A, B, C, . . . gegeben, nämlich durch die in diesem Bereich aufintegrierte Elektrodendifferenzsignale.
Die zuvor genannten Rechenvorschriften liefern Werte L bzw. H, auf der Grundlage derer die Unruhe ermittelt wird und zwar durch Ermittlung deren Standardabweichung. Diese Rechenvorschriften sind nur einfache Beispiele. Es sind auch aufwendigere Berechnungsvorschriften denkbar, z. B. für den Durchfluß M:

M_c = 1/8(U₁ + U₂ - 2(U₃ + U₄) + U₅ + U₆).
Dies läßt sich dann entsprechend auf die weiteren Durchflußwerte für die folgenden Halbperioden D, E, F, . . . übertragen.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Unsicherheit eines mit einer Meßfrequenz arbeitenden Meßverfahrens, insbesondere eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßverfahrens, wobei in jeder Halbperiode der Meßfrequenz durch Abtastung eines Meßsignals jeweils wenigstens ein Meßwert bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Unruhe der Meßwerte bei der Meßfrequenz, jedoch zur Meßfrequenz phasenverschoben bestimmt wird oder/und daß die Unruhe der Meßwerte bei wenigstens zwei von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen bestimmt wird und ausgehend von den beiden Unruhen bei den von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen auf die Unruhe der Meßwerte bei der Meßfrequenz interpoliert oder extrapoliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Halbperiode der Meßfrequenz durch Abtastung des Meßsignals jeweils eine Mehrzahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Meßwerten bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unruhe bei der doppelten Meßfrequenz und die Unruhe bei der halben Meßfrequenz bestimmt werden und die Unruhe bei der Meßfrequenz durch, vorzugsweise lineare, Interpolation zwischen der Unruhe bei der doppelten Meßfrequenz und der Unruhe bei der halben Meßfrequenz ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unruhe die Standardabweichung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Meßfrequenz verschiedenen Frequenzen jeweils ungleich einem ungradzahligen Vielfachen der Meßfrequenz sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Unruhe die Meßwerte einer Phasentransformation bzw. einer Frequenztransformation unterworfen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasentransformation bzw. die Frequenztransformation durch Multiplikation der Meßwerte mit einer vorbestimmten Rechteckfunktion erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die phasentransformierten bzw. frequenztransformierten Meßwerte einer Tiefpaßfilterung unterworfen werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Tiefpaßfilterung ein FIR-Filter verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Unruhe bei der Meßfrequenz als Diagnosewert über einen Signalausgang, über eine Anzeige oder/und über eine digitale Kommunikationsschnittstelle ausgegeben wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die ermittelte Unruhe bei der Meßfrequenz eine Schwellwertfunktion angewandt wird, so daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Warnschwelle eine Warnmeldung ausgegeben wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Unruhe bei der Meßfrequenz als Parameter für einen adaptiven Sperrfilter verwendet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz oder/und das Verhältnis der Unruhe bei einer über der Meßfrequenz liegenden Frequenz und einer unter der Meßfrequenz liegenden Frequenz bestimmt und als Diagnosewert über einen Signalausgang, über eine Anzeige oder/und über eine digitale Kommunikationsschnittstelle ausgegeben werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Differenz bzw. das Verhältnis der Unruhe bei einer über der Meßfrequenz liegenden Frequenz und einer unter der Meßfrequenz liegenden Frequenz eine Schwellwertfunktion angewandt wird, so daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Warnschwelle eine Warnmeldung ausgegeben wird.