專利名稱：用于操作測(cè)量站的方法和測(cè)量站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于操作測(cè)量站的方法，該測(cè)量站用于確定介質(zhì)的至少一個(gè)測(cè)量 變量，其中，測(cè)量站包括基本單元，該基本單元以可拆卸的方式與傳感器單元連接并且用于 將代表測(cè)量變量的數(shù)值的信號(hào)傳遞至過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備。
背景技術(shù)：
這種類型的測(cè)量站例如是pH測(cè)量站或者分析測(cè)量技術(shù)的其他測(cè)量站。屬于此類 的特別是其他電位計(jì)、電流計(jì)、電解計(jì)、比色計(jì)、光度計(jì)、濁度計(jì)和光譜計(jì)單元。本發(fā)明所要解決的問(wèn)題需要借助pH測(cè)量站的實(shí)施例進(jìn)行闡述，但本發(fā)明并不局 限于操作PH測(cè)量站的方法。傳感器單元包括至少一個(gè)輸出取決于測(cè)量變量的數(shù)值的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器 的傳遞函數(shù)頻繁變化。這一點(diǎn)特別適用于PH傳感器。因此pH傳感器或pH電極在適當(dāng)?shù)?時(shí)間點(diǎn)上必須維護(hù)，特別是重新校驗(yàn)。維護(hù)措施之間的時(shí)間間隔長(zhǎng)度或校驗(yàn)間隔很強(qiáng)地取 決于傳感器在其使用壽命期間所承受的環(huán)境影響。傳感器的總使用壽命受環(huán)境條件強(qiáng)烈影 響。校驗(yàn)的概念在pH測(cè)量中通常不同于日常的理解。校驗(yàn)通常是指利用一種標(biāo)準(zhǔn)檢 查測(cè)量?jī)x的顯示；確定當(dāng)前值與顯示值之間的偏差。顯示值與實(shí)際值的補(bǔ)償稱為校準(zhǔn)。PH 傳感器上的校驗(yàn)嚴(yán)格地說(shuō)是校準(zhǔn)。因?yàn)楦拍睢靶ｒ?yàn)”在電化學(xué)領(lǐng)域廣泛使用，所以在這里也 使用該叫法。VDI/VDE 2650和NAMUR NE107規(guī)程中最近著重指出傳感器診斷領(lǐng)域未來(lái)的市場(chǎng) 開發(fā)。由現(xiàn)有技術(shù)中已知用于將傳感器裝備智能自診斷的裝置。最初的公開文獻(xiàn)涉及 分析單個(gè)傳感器特性數(shù)據(jù)，以測(cè)定直至未來(lái)出現(xiàn)所介紹的傳感器狀態(tài)(例如傳感器使用壽 命的終結(jié)或者需要重新校驗(yàn)的時(shí)間點(diǎn))的時(shí)間長(zhǎng)度。值得一提的例如有DE 10141408、JP 05-209858、JP2002-228495、DE 10 2004 012420 和 DE 10239610。所稱公開文獻(xiàn)中記載的方法以這種假設(shè)為基礎(chǔ)，S卩，傳感器的性能在具有基本上 已知的內(nèi)含物質(zhì)的介質(zhì)內(nèi)和已知環(huán)境條件的情況下可以通過(guò)模型足夠好地描述。但實(shí)際上 相互聯(lián)系卻要復(fù)雜得多，從而通過(guò)模型不能或者只能以大量開支才能描述影響傳感器(特 別是PH電極)的傳遞函數(shù)的過(guò)程。作為單桿測(cè)量鏈構(gòu)成的pH玻璃電極受到大部分取決于pH值和環(huán)境溫度的磨損。 除了玻璃膜外，玻璃電極的基準(zhǔn)半室也承受很強(qiáng)的負(fù)荷。玻璃膜上在介質(zhì)影響下進(jìn)行逐漸 的分解并由此增加傳感器失效的概率，而隔膜改變、基準(zhǔn)半室的基準(zhǔn)電解質(zhì)的毒化和分解 則會(huì)對(duì)傳感器的工作可靠性產(chǎn)生不利影響。由于確定傳感器使用壽命(也稱為傳感器壽命)的參數(shù)數(shù)目繁多，預(yù)測(cè)使用壽命 很難，特別是同類型的傳感器樣本與傳感器樣本之間也出現(xiàn)明顯的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此在于，提供一種操作測(cè)量站的方法，該方法符合此前所描述的 要求并且特別是能夠以低開支可靠預(yù)測(cè)未來(lái)達(dá)到傳感器確定狀態(tài)的時(shí)間長(zhǎng)度。該目的通過(guò)一種用于操作測(cè)量站的方法得以實(shí)現(xiàn)，該測(cè)量站用于確定介質(zhì)的至少
一個(gè)測(cè)量變量，其中，測(cè)量站包括基本單元，該基本單元以可拆卸的方式與傳感器單元連接并且 用于將代表測(cè)量變量的數(shù)值的信號(hào)傳遞至過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備，該方法至少包括以下步驟(a)在基本單元的第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)至少一次檢測(cè)和儲(chǔ)存診斷參數(shù)的儲(chǔ)存在傳 感器單元內(nèi)或者由傳感器單元產(chǎn)生的數(shù)值；(b)借助診斷參數(shù)的至少一個(gè)儲(chǔ)存在第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)值，調(diào)整寄存在基 本單元的第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔并將經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔 寄存在基本單元的第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)，取代到目前所寄存的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔。傳感器單元包括至少一個(gè)初級(jí)傳感器和傳感器頭，其中，介質(zhì)作用于初級(jí)傳感器， 該初級(jí)傳感器包括具有信號(hào)輸出端的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器輸出取決于測(cè)量變量的數(shù)值的電信 號(hào)，其中，轉(zhuǎn)換器具有變化的傳遞函數(shù)。傳感器頭內(nèi)可以集成用于處理轉(zhuǎn)換器信號(hào)的電路， 該電路具有A/D轉(zhuǎn)換器和用于處理數(shù)字信號(hào)的第二微處理器。傳感器單元內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)因 此例如可以是取決于測(cè)量變量的電子轉(zhuǎn)換器信號(hào)或者經(jīng)過(guò)處理的特別是數(shù)字化的轉(zhuǎn)換器 信號(hào)。傳感器頭此外可以包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，里面儲(chǔ)存一個(gè)或者多個(gè)診斷參數(shù)的傳感器專 用數(shù)值。這些診斷參數(shù)例如可以是上一次校驗(yàn)的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，例如像在PH傳感器中的零點(diǎn)和 斜率，或者傳感器單元的負(fù)荷數(shù)據(jù)，其按照DE 10 2004 012 420 B4所介紹的或者類似方式 測(cè)定和儲(chǔ)存。這種診斷參數(shù)的數(shù)值由傳感器單元傳輸?shù)交締卧⒈４嬖诨締卧拇鎯?chǔ)單 元內(nèi)。可以僅傳輸一個(gè)數(shù)值，但同樣也可以順序傳輸和保存多個(gè)數(shù)值。在此方面，可以連續(xù) 儲(chǔ)存所有數(shù)值或者也可以僅各自儲(chǔ)存當(dāng)前的數(shù)值。如果時(shí)間上順序儲(chǔ)存一個(gè)診斷參數(shù)的多 次依次檢測(cè)的數(shù)值，那么對(duì)于這些數(shù)值也可以保存檢測(cè)其的時(shí)間點(diǎn)或者至少一個(gè)可借助其 測(cè)定該數(shù)值的正確時(shí)間順序的標(biāo)識(shí)。在基本單元的另一個(gè)存儲(chǔ)單元內(nèi)，保存預(yù)測(cè)值或者預(yù) 測(cè)間隔。例如預(yù)測(cè)值可以說(shuō)明傳感器單元的總負(fù)荷儲(chǔ)備，也就是傳感器單元利用傳感器負(fù) 荷加權(quán)的總使用壽命，或者也可以說(shuō)明直至下次到期校驗(yàn)剩下的時(shí)間間隔。預(yù)測(cè)值也可以 說(shuō)明在確定的時(shí)間點(diǎn)上校驗(yàn)參數(shù)的期望值，例如在確定的校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)上(例如第η次校驗(yàn)) 的期望零點(diǎn)或者斜率值，或者兩次連續(xù)進(jìn)行的校驗(yàn)之間零點(diǎn)或者斜率的期望變化。通過(guò)基于新儲(chǔ)存的診斷參數(shù)數(shù)值來(lái)調(diào)整預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔并將這樣測(cè)定的經(jīng) 調(diào)整的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔寄存在基本單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)，提供更可靠的預(yù)測(cè)值或預(yù)測(cè) 間隔，該預(yù)測(cè)值或預(yù)測(cè)間隔可在更換當(dāng)前的傳感器單元之后供后面的傳感器單元使用。測(cè) 量站因此可以在多個(gè)傳感器單元的使用壽命上使其診斷功能越來(lái)越好地與具體的環(huán)境要 求相匹配并同時(shí)也在統(tǒng)計(jì)學(xué)上考慮單個(gè)傳感器樣本之間的波動(dòng)。所介紹的方法可以具有附加于步驟(a)和(b)的步驟。但在測(cè)量站運(yùn)行期間的一 個(gè)時(shí)間點(diǎn)上至少一次實(shí)施步驟(a)和(b)。
在附加的步驟(C)中，將在步驟(a)中所檢測(cè)的并儲(chǔ)存在基本單元的第一數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)單元內(nèi)的由傳感器單元產(chǎn)生的診斷參數(shù)的數(shù)值與寄存在基本單元的第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元 內(nèi)的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔進(jìn)行比較。該步驟例如可以在借助診斷參數(shù)的所測(cè)定的數(shù)值來(lái)調(diào) 整預(yù)測(cè)值之前實(shí)施。診斷參數(shù)的所檢測(cè)的數(shù)值與寄存的預(yù)測(cè)值或預(yù)測(cè)間隔的比較例如可以在這種情 況下進(jìn)行，即，預(yù)測(cè)值涉及所期望的校驗(yàn)參數(shù)值或者校驗(yàn)參數(shù)值所期望的改變，提示傳感器 單元仍在正常工作還是已經(jīng)損壞。如果傳感器單元的診斷參數(shù)值例如涉及加權(quán)負(fù)荷時(shí)間形 式的當(dāng)前傳感器負(fù)荷(其例如可以通過(guò)將傳感器單元到目前的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間的等效負(fù)荷 相加而得到測(cè)定)，那么與所寄存的說(shuō)明傳感器單元總負(fù)荷儲(chǔ)備的預(yù)測(cè)值的比較可以指示 傳感器剩下的使用壽命。具有優(yōu)點(diǎn)的是，在另一步驟中該傳感器單元由時(shí)間上在后面的相同類型的傳感器 單元取代并在由后面的相同類型的傳感器單元取代后至少一次重復(fù)步驟(a)和(b)或者步 驟(a)至(c)。正如已經(jīng)提到的那樣，這種方法提供一種學(xué)習(xí)過(guò)程，其中在多個(gè)傳感器單元的使 用壽命上獲得預(yù)測(cè)值或預(yù)測(cè)間隔的負(fù)荷越來(lái)越強(qiáng)的數(shù)值。同時(shí)至少一個(gè)診斷參數(shù)的各自新 檢測(cè)的數(shù)值可與所寄存的預(yù)測(cè)值或預(yù)測(cè)間隔進(jìn)行比較，根據(jù)所寄存的預(yù)測(cè)值或預(yù)測(cè)間隔的 類型，說(shuō)明當(dāng)前與基本單元連接的傳感器單元的當(dāng)前狀態(tài)或估計(jì)傳感器單元的剩余壽命。由于表明傳感器單元特性的診斷參數(shù)與環(huán)境條件并因此與測(cè)量站的上面已經(jīng)談 到的依賴關(guān)系，具有優(yōu)點(diǎn)的是學(xué)習(xí)過(guò)程集成在基本單元的數(shù)據(jù)處理單元中。在該方法的一種具有優(yōu)點(diǎn)的構(gòu)成中，預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔的調(diào)整借助一種學(xué)習(xí)算 法進(jìn)行。學(xué)習(xí)算法在此方面特別是包括步驟形成平均值、形成加權(quán)滑動(dòng)平均值、1次和2次 指數(shù)平滑、用于調(diào)整多項(xiàng)式或者其他非線性函數(shù)的線性回歸、等等。在該方法的一種構(gòu)成中，為測(cè)定預(yù)測(cè)值而向基本單元提供附加信息。這種附加信 息例如可以處于當(dāng)前診斷參數(shù)值的加權(quán)內(nèi)。這一點(diǎn)在下述情況下可以考慮，即，傳感器單元 在維護(hù)措施期間被損壞并因此診斷參數(shù)的由其產(chǎn)生的數(shù)值虛假且相應(yīng)地不應(yīng)或者僅應(yīng)以 很小的權(quán)重在學(xué)習(xí)算法中得到考慮。附加信息的另一個(gè)實(shí)施例是在傳感器單元故障的情況 下，例如由操作人員輸入傳感器單元實(shí)際使用壽命。在該方法的一種構(gòu)成中，第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括具有大量存儲(chǔ)位置的存儲(chǔ)單元， 例如數(shù)據(jù)庫(kù)陣列，其中，診斷參數(shù)的數(shù)值與所屬傳感器單元的標(biāo)識(shí)(例如所屬傳感器單元 的序列號(hào))共同寄存在存儲(chǔ)位置內(nèi)。這樣做具有優(yōu)點(diǎn)的是，傳感器單元有時(shí)例如為實(shí)施維 護(hù)措施而從測(cè)量站取下并在此期間在測(cè)量站上使用新的傳感器單元。如果第一傳感器單元 在維護(hù)結(jié)束后重新與測(cè)量站連接，那么借助傳感器單元的標(biāo)識(shí)可以明確分配的原始存儲(chǔ)器 位置可以繼續(xù)利用診斷參數(shù)的數(shù)值而說(shuō)明。如果例如在數(shù)據(jù)庫(kù)陣列的一行內(nèi)檢測(cè)和儲(chǔ)存診 斷參數(shù)的多個(gè)在傳感器單元內(nèi)儲(chǔ)存或者產(chǎn)生的數(shù)值，那么數(shù)據(jù)庫(kù)陣列的全部行可以采用傳 感器單元的標(biāo)識(shí)而標(biāo)注。如果傳感器單元在此期間取下并以后再與基本單元連接，那么借 助標(biāo)識(shí)可以重新找到具有傳感器單元此前所儲(chǔ)存數(shù)值的原始行并繼續(xù)寫入新的數(shù)值。在該方法的一種特殊構(gòu)成中，作為診斷參數(shù)檢測(cè)與傳感器負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)，例如 傳感器單元的加權(quán)負(fù)荷時(shí)間，并且作為預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔測(cè)定并寄存一參數(shù)，該參數(shù)與 在傳感器單元必須更換之前可以施加給傳感器單元的全部傳感器負(fù)荷相關(guān)，例如像總負(fù)荷儲(chǔ)備或者環(huán)繞總負(fù)荷儲(chǔ)備的置信區(qū)間。在這種構(gòu)成的進(jìn)一步構(gòu)成中，連續(xù)檢測(cè)傳感器單元的與傳感器負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)的 當(dāng)前數(shù)值并將其寄存在基本單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)。如果傳感器單元由于故障而必須更 換，那么該信息(“傳感器故障”)作為附加信息而提供給基本單元。與傳感器負(fù)荷相關(guān)的 參數(shù)在該時(shí)間點(diǎn)上儲(chǔ)存在傳感器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)值作為測(cè)量站的學(xué)習(xí)值而得到使用， 也就是說(shuō)，這個(gè)最后儲(chǔ)存的數(shù)值用于調(diào)整所寄存的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔。在連續(xù)檢測(cè)傳感器單元的與傳感器負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)的當(dāng)前值期間，當(dāng)前檢測(cè)的數(shù) 值可與寄存的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔進(jìn)行比較。如果比較得出最后檢測(cè)的數(shù)值達(dá)到或者超過(guò) 預(yù)測(cè)值或者超過(guò)預(yù)測(cè)間隔的間隔下限，那么發(fā)出報(bào)警或者警報(bào)形式的報(bào)告。在該方法另一種上面已經(jīng)提到的特殊構(gòu)成中，作為診斷參數(shù)重復(fù)檢測(cè)傳感器單元 的一參數(shù)，特別是校驗(yàn)參數(shù)，并將單個(gè)重復(fù)檢測(cè)的數(shù)值與檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)或者與其等效的參數(shù) 以及所屬傳感器單元的標(biāo)識(shí)(例如傳感器單元的序列號(hào))共同寄存在基本單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元的單個(gè)位置內(nèi)，例如數(shù)據(jù)庫(kù)陣列的行內(nèi)。在此方面，例如通過(guò)形成平均值或者外推法而 各自測(cè)定傳感器單元的參數(shù)(特別是校驗(yàn)參數(shù))的值作為預(yù)測(cè)值，，并將其寄存在基本單元 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元為此目的可以被設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)庫(kù)陣列，在其行內(nèi)可以儲(chǔ)存校 驗(yàn)參數(shù)的在時(shí)間上連續(xù)的數(shù)值，其中，數(shù)據(jù)庫(kù)陣列的列分配給校驗(yàn)參數(shù)的檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)或者 與此等效的參數(shù)。在這種情況下，因此不僅存在一個(gè)預(yù)測(cè)值，而且存在多個(gè)預(yù)測(cè)參數(shù)。正如下面還要 詳細(xì)介紹的那樣，例如在傳感器單元每次新校驗(yàn)時(shí)，測(cè)定校驗(yàn)參數(shù)零點(diǎn)和斜率的數(shù)值或者 測(cè)定上次校驗(yàn)以來(lái)零點(diǎn)和斜率的變化，并將其與新校驗(yàn)的流水號(hào)共同保存在基本單元的數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器的固有存儲(chǔ)位置內(nèi)。利用這些數(shù)據(jù)可以測(cè)定、寄存校驗(yàn)參數(shù)的單個(gè)預(yù)測(cè)值或者對(duì) 于每次新校驗(yàn)(也就是第一次、第二次、第三次等校驗(yàn))同一類型傳感器單元校驗(yàn)參數(shù)的改 變，借助新補(bǔ)充的數(shù)值調(diào)整同類型的其他傳感器單元并重新寄存經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值。在另一種特殊構(gòu)成中，從診斷參數(shù)的重復(fù)檢測(cè)的數(shù)值中，例如從傳感器單元的參 數(shù)特別是校驗(yàn)參數(shù)的重復(fù)檢測(cè)的數(shù)值中，測(cè)定同一類型傳感器單元的總使用壽命或傳感器 剩余壽命作為預(yù)測(cè)值，方法是通過(guò)測(cè)定診斷參數(shù)在時(shí)間上的發(fā)展趨勢(shì)特別是線性函數(shù)而調(diào) 整預(yù)測(cè)值。用于實(shí)施所述方法的相應(yīng)測(cè)量站包括基本單元，該基本單元以可拆卸的方式與傳 感器單元連接并且用于將代表測(cè)量變量的數(shù)值的信號(hào)傳遞至過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備，其中，基本單元此外包括微處理器，用于處理由傳感器單元接收的數(shù)據(jù)，以與過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備通信，第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其用于檢測(cè)和儲(chǔ)存診斷參數(shù)的儲(chǔ)存在傳感器單元內(nèi)或者由傳 感器單元產(chǎn)生的數(shù)值，第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其用于寄存預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔，程序存儲(chǔ)單元，里面寄存算法，特別是學(xué)習(xí)算法，其用于借助最后在第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元內(nèi)檢測(cè)的診斷參數(shù)的數(shù)值而調(diào)整寄存在第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔 并用于將經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔寄存在第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)。在一種構(gòu)成中，基本單元此外具有第二程序存儲(chǔ)單元，里面寄存比較算法，該比較 算法用于將最后在第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)檢測(cè)的診斷參數(shù)的數(shù)值與寄存在第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔進(jìn)行比較。


現(xiàn)借助附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。其中圖1示出依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例測(cè)量站的示意圖；圖2示出曲線圖，用于以總負(fù)荷儲(chǔ)備為例說(shuō)明從不同傳感器單元的診斷參數(shù)的所 儲(chǔ)存的數(shù)值中測(cè)定預(yù)測(cè)值；圖3示出依據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例測(cè)量站的示意圖；圖4示出三個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)情況下一系列傳感器單元零點(diǎn)漂移的數(shù)值和從中測(cè)定的預(yù) 測(cè)值圖示；圖5示出三個(gè)不同傳感器零點(diǎn)數(shù)值的順序和從中所測(cè)定的用于測(cè)定未來(lái)傳感器 狀態(tài)的零點(diǎn)趨勢(shì)預(yù)測(cè)。
具體實(shí)施例方式圖1示意示出為此構(gòu)成的測(cè)量站101，其在多個(gè)傳感器單元的生存期學(xué)習(xí)對(duì)于一 個(gè)傳感器單元的診斷參數(shù)a的預(yù)測(cè)值。診斷參數(shù)a例如可以是總負(fù)荷儲(chǔ)備、總運(yùn)行時(shí)間、特 定條件下的運(yùn)行時(shí)間、計(jì)數(shù)器讀數(shù)(例如用于“正在清潔cleaning in process (CIP) ”步 驟、“正在殺菌sterilization in process (SIP) ”步驟、自動(dòng)調(diào)諧步驟或者這類步驟的計(jì) 數(shù))。測(cè)量站101包括傳感器單元2. j和基本單元3。傳感器單元2. j在實(shí)施例中是pH 傳感器，其具有單桿測(cè)量鏈形式的初級(jí)傳感器21和傳感器頭22，其中，傳感器頭22與單桿 測(cè)量鏈21固定連接。單桿測(cè)量鏈21在其信號(hào)輸出端上輸出基準(zhǔn)電位與取決于pH值的電 位之間的電位差，該電位差與介質(zhì)的當(dāng)前值相關(guān)。單桿測(cè)量鏈21的信號(hào)輸出輸送到傳感器 頭內(nèi)的用于處理單桿測(cè)量鏈21的信號(hào)的電路，其中，該電路具有A/D轉(zhuǎn)換器和用于處理數(shù) 字信號(hào)的微處理器。此外從單桿測(cè)量鏈21可以輸出溫度信號(hào)。傳感器頭22包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器4，里面儲(chǔ)存?zhèn)鞲衅鲗Ｓ脭?shù)據(jù)，例如校驗(yàn)數(shù)據(jù)及其歷史或者負(fù)荷歷史的數(shù)據(jù)。傳感器頭此 外還包括程序存儲(chǔ)器對(duì)，其包括用于操作傳感器單元的基本功能。傳感器頭此外包括最好電感耦合的接口 31，通過(guò)該接口由基本單元3向傳感器單 元2. j供電并在傳感器單元2. j與基本單元3之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。基本單元3包括用于處理由傳感器單元接收的數(shù)據(jù)的微處理器，以便之后在需要 時(shí)將這些數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)竭^(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的中央計(jì)算機(jī)(圖1中未示出)?；締?元3此外具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7，里面可以儲(chǔ)存在傳感器單元2內(nèi)，確切地說(shuō)是傳感器頭22內(nèi) 產(chǎn)生的或者在傳感器頭22的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4內(nèi)儲(chǔ)存的對(duì)于診斷重要的參數(shù)，所謂的診斷參數(shù) aSNj。診斷參數(shù)通過(guò)接口 31由傳感器單元2. j傳輸?shù)交締卧?并儲(chǔ)存在基本單元3 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7內(nèi)。在圖1的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7包括單行的數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5，診斷參數(shù) aSNJ與其他信息(例如像傳輸診斷參數(shù) Nj的傳感器單元2. j的序列號(hào))可以共同儲(chǔ)存在 該數(shù)據(jù)庫(kù)陣列內(nèi)。診斷參數(shù)在多個(gè)傳感器單元的使用壽命上得到儲(chǔ)存?；締卧送獍ǔ绦虼鎯?chǔ)器，其包括含有學(xué)習(xí)算法的軟件模塊。學(xué)習(xí)算法包括 一種功能，利用其可以從保存在數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5內(nèi)的幾個(gè)或者所有數(shù)值中測(cè)定預(yù)測(cè)值并將該預(yù)測(cè)值寄存在基本單元3的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8內(nèi)。學(xué)習(xí)算法此外還包括一種功能，利用其可以 形成環(huán)繞所測(cè)定的預(yù)測(cè)值的極限值窗口。這種極限值窗口作為預(yù)測(cè)間隔同樣可以寄存在數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器8內(nèi)?；締卧?的程序存儲(chǔ)器9此外包括內(nèi)含比較算法的軟件模塊。這種比較算法用 于將例如從與基本單元3新連接的傳感器單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中新檢測(cè)的診斷參數(shù)asw新數(shù) 值與預(yù)測(cè)值或者與通過(guò)環(huán)繞預(yù)測(cè)值的極限值窗口形成的預(yù)測(cè)間隔進(jìn)行比較。如果比較算法 確定新測(cè)定的診斷參數(shù)asw與寄存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8內(nèi)的預(yù)測(cè)值或與預(yù)測(cè)間隔存在偏差，那 么它通過(guò)監(jiān)視器11輸出報(bào)告，例如報(bào)警。下面詳細(xì)介紹用于操作圖1所示測(cè)量站101的方法。首先的η個(gè)與基本單元3連接的傳感器單元2. 1.....2. η可以作為“培訓(xùn)單元”
使用。因?yàn)樵跍y(cè)量站101的該早期階段通過(guò)學(xué)習(xí)算法測(cè)定的預(yù)測(cè)值還是基于過(guò)少的基本數(shù) 據(jù)，所以該數(shù)值負(fù)荷有限并因此只能有保留地用于傳感器診斷或者剩余壽命預(yù)測(cè)。從相同 傳感器類型的第η+1個(gè)傳感器單元2. η+1開始，通過(guò)比較算法或?qū)W習(xí)算法獲得可靠的診斷 說(shuō)明或新調(diào)整的預(yù)測(cè)值。在傳感器單元2. j通過(guò)接口 31與基本單元3連接后，學(xué)習(xí)算法首先檢查傳感器單 元2. j是否用于測(cè)定或用于調(diào)整預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔。例如可以測(cè)定新連接的傳感器單元 2. j已經(jīng)經(jīng)過(guò)了多少運(yùn)行小時(shí)。借助在傳感器單元2. j的存儲(chǔ)單元4內(nèi)寄存的運(yùn)行小時(shí)數(shù)， 可以決定考慮該傳感器單元是否調(diào)整預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔。此外，首先檢查傳感器單元2. j的序列號(hào)SNj是否已經(jīng)寄存在基本單元3的數(shù)據(jù) 庫(kù)陣列5內(nèi)。如果數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5內(nèi)已經(jīng)存在通過(guò)附加在那里儲(chǔ)存的可以明確分配給傳感器 單元2. j的序列號(hào)的記錄，那么這些記錄被續(xù)寫。如果數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)尚不存在新傳感器單元2. j 的記錄，那么開始新的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄——單行數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5的新的一列。傳感器單元2. j的程序存儲(chǔ)器M內(nèi)的算法通過(guò)接口 31周期性向基本單元提供診 斷參數(shù)的數(shù)值&w。該數(shù)值儲(chǔ)存在傳感器單元2. j的序列號(hào)SNj所屬的列內(nèi)。如果傳感器 單元2. j由后面的傳感器單元2. k更換，那么將當(dāng)前的數(shù)值 Nj儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5內(nèi)。在 連接后面的傳感器單元2. k的情況下，查詢前面的傳感器單元2. j是有故障，還是僅僅例如 為進(jìn)行校驗(yàn)或者維護(hù)措施而暫時(shí)取下。如果前面的傳感器單元2. j由于故障而被取下，那 么確定最后儲(chǔ)存的數(shù)值作為學(xué)習(xí)值agsw。如果傳感器單元2. j重新與基本單元3連接 的話，則數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的狀態(tài)得到保持并可以被繼續(xù)寫入。如果傳感器單元在其壽命結(jié)束前 離開過(guò)程，那么由于所使用的傳感器類型的變化或者與過(guò)程無(wú)關(guān)的故障，在維護(hù)或者校驗(yàn) 期間存在清除相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的可能性。學(xué)習(xí)狀態(tài)可以一直保留，也就是說(shuō)，在測(cè)量站的整個(gè)運(yùn)行期間進(jìn)行預(yù)測(cè)值或預(yù)測(cè) 間隔的調(diào)整。作為選擇，也可以在達(dá)到規(guī)定的最大數(shù)量max的學(xué)習(xí)值.后結(jié)束學(xué)習(xí)狀態(tài)。 在這種情況下，僅學(xué)習(xí)值agSN1至agSNmax用于測(cè)定預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔。預(yù)測(cè)值或預(yù)測(cè)間隔 從學(xué)習(xí)狀態(tài)結(jié)束起保持不變。測(cè)定預(yù)測(cè)值存在各種可能性。簡(jiǎn)單和最實(shí)用的方案是根據(jù)趨勢(shì)是否可以識(shí)別進(jìn)行 加權(quán)滑動(dòng)平均值、1次和2次指數(shù)平滑。也可以使用復(fù)雜的算法，如線性回歸、多項(xiàng)式或者其 他非線性函數(shù)的調(diào)整，等等。學(xué)習(xí)狀態(tài)期間或者學(xué)習(xí)狀態(tài)結(jié)束后，就可以借助比較算法12將當(dāng)前連接的傳感器單元2. j的診斷參數(shù)asw與預(yù)測(cè)值或者可以是環(huán)繞預(yù)測(cè)值置信區(qū)間的預(yù)測(cè)間隔進(jìn)行比 較。取決于診斷參數(shù) Nj相對(duì)于預(yù)測(cè)間隔的范圍的位置，在基本單元3的監(jiān)視器11上產(chǎn)生 警告或報(bào)警報(bào)告。例如可以在超過(guò)預(yù)測(cè)間隔下限的情況下產(chǎn)生警告。在預(yù)測(cè)下限與預(yù)測(cè)值 之間的數(shù)值時(shí)則可以產(chǎn)生報(bào)警。這一點(diǎn)在圖2中示出。圖2作為時(shí)間函數(shù)示出以診斷參數(shù)(aSNj)傳感器負(fù)荷為例 借助不同的傳感器單元2. j獲得的學(xué)習(xí)值agsw的分布，這里的“傳感器負(fù)荷”是指在考慮到 例如以DE 10 2004 012 420中所介紹的等效負(fù)荷形式的負(fù)荷相關(guān)參數(shù)(如pH值和溫度) 的情況下，傳感器單元加權(quán)的運(yùn)行持續(xù)時(shí)間的分布。所屬的預(yù)測(cè)值是傳感器單元的總負(fù)荷 儲(chǔ)備，也就是說(shuō)，在考慮到負(fù)荷相關(guān)參數(shù)情況下的傳感器單元的總壽命?？傌?fù)荷儲(chǔ)備的學(xué)習(xí) 值(agSNPGB、表示為星。出于簡(jiǎn)化的原因，假設(shè)每個(gè)傳感器單元2. j直至其壽命結(jié)束都與 基本單元3保持連接并在其故障的情況下才由后面的傳感器單元2. j+Ι更換。在時(shí)間點(diǎn)t = 0存在總負(fù)荷儲(chǔ)備的第一學(xué)習(xí)值GBV1，其是借助第一傳感器單元2. 1 測(cè)定，該第一傳感器單元在相當(dāng)于總負(fù)荷儲(chǔ)備GBV1的壽命后由于故障而由第二傳感器單元 2. 2更換。學(xué)習(xí)算法10從該數(shù)值中測(cè)定傳感器單元2. 1類型的傳感器單元總負(fù)荷儲(chǔ)備的 第一預(yù)測(cè)值Pl (方塊)。預(yù)測(cè)值Pl與學(xué)習(xí)值GBV1相同，因?yàn)樵跁r(shí)間點(diǎn)t = 0不存在其他信 息，并且預(yù)測(cè)值Pl約為2100時(shí)間單位。在時(shí)間點(diǎn)t = 0，故障的第一傳感器單元2. 1由后面的新傳感器單元2. 2更換。在 新傳感器單元2. 2的運(yùn)行期間，傳感器單元2. 2的負(fù)荷值周期性傳送到基本單元3的數(shù)據(jù) 庫(kù)陣列5。該負(fù)荷值可以借助比較算法與預(yù)測(cè)值Pl進(jìn)行比較。在達(dá)到預(yù)測(cè)值的情況下，比 較算法輸出警告或者報(bào)警報(bào)告，但這種診斷結(jié)果仍是嘗試性的并且不可靠，因?yàn)轭A(yù)測(cè)值Pl 僅依賴于唯一的學(xué)習(xí)值。在傳感器單元的預(yù)測(cè)壽命結(jié)束t2前的時(shí)間點(diǎn)tl，傳感器單元2. 2由于故障必須由 后面的第三傳感器單元2. 3更換。在該時(shí)間點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫(kù)陣列內(nèi)檢測(cè)的負(fù)荷值作為新的學(xué)習(xí) 值GBV2儲(chǔ)存在分配給個(gè)傳感器2. 2的列內(nèi)。在使用新的學(xué)習(xí)值GBV2的情況下，預(yù)測(cè)值Pl 得到調(diào)整并測(cè)定新的低預(yù)測(cè)值P2。該新的經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值P2在基本單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8 內(nèi)取代原始的預(yù)測(cè)值Pl。以類似的方式為后面的傳感器單元2. j繼續(xù)該方法。圖2示出環(huán)繞預(yù)測(cè)值P4以 及后面其他預(yù)測(cè)值的置信區(qū)間。該置信區(qū)間或者預(yù)測(cè)間隔的下限采用實(shí)心點(diǎn)示出，上限采 用實(shí)心菱形示出。圖2此外還示出采用三角標(biāo)注的報(bào)警下限。只要比較算法確定，如結(jié)合圖1所介紹的那樣，傳感器單元的周期性檢測(cè)的診斷 參數(shù)(在這里為傳感器負(fù)荷)達(dá)到預(yù)測(cè)間隔的下限，就通過(guò)監(jiān)視器11輸出警告。如果傳感 器負(fù)荷達(dá)到報(bào)警極限，那么相應(yīng)輸出警報(bào)。此外，作為這里所介紹的學(xué)習(xí)算法的輸入變量，可以更多地使用傳感器數(shù)據(jù)如 總負(fù)荷儲(chǔ)備、特定條件下的運(yùn)行時(shí)間、計(jì)數(shù)器讀數(shù)(例如用于“正在清潔cleaning in process (CIP) ”步驟、“正在殺菌 sterilization in process (SIP) ”步驟、自動(dòng)調(diào)諧步驟)、 等等傳感器數(shù)據(jù)。圖3示出本發(fā)明的另一實(shí)施例。示意示出的測(cè)量站201與圖1所示測(cè)量站101大 部分結(jié)構(gòu)相同。但數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器7不僅包括單行的數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5，而且還包含多行和多列的 數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5’。在這種構(gòu)成中，測(cè)量站201可以儲(chǔ)存和分析傳感器壽命期間產(chǎn)生的參數(shù)變化。例如可以檢測(cè)傳感器零點(diǎn)的漂移和在傳感器單元總運(yùn)行時(shí)間開始與結(jié)束之間傳感器斜 率的變化。通過(guò)預(yù)測(cè)可以說(shuō)明未來(lái)的最大變化，將其作為極限值可以測(cè)試當(dāng)前檢測(cè)的變化 值。學(xué)習(xí)算法10后面介紹的方案可以同時(shí)應(yīng)用于多個(gè)變量。由此后面的分析可以基于所 測(cè)定的，也就是“學(xué)到的，，上限進(jìn)行。例如在傳感器單元作為pH電極的情況下，如果觀察pH傳感器零點(diǎn)的變化作為診 斷參數(shù)SPiI那么可以將在不同校驗(yàn)時(shí)所檢測(cè)的傳感器零點(diǎn)漂移值與傳感器的序列號(hào)和校 驗(yàn)的 間點(diǎn)或者已經(jīng)進(jìn)行的校驗(yàn)的數(shù)量共同儲(chǔ)存在多個(gè)傳感器單元的數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5的單 個(gè)存儲(chǔ)位置內(nèi)。在多個(gè)傳感器單元的壽命上儲(chǔ)存這些診斷參數(shù)SP,」(在這里也就是傳感器零點(diǎn)的 漂移)。在圖3的實(shí)施例中，各個(gè)傳感器單元的索引為j，其中，彼此連續(xù)的傳感器單元各自 采用連續(xù)的自然數(shù)j標(biāo)注。索引i在本實(shí)施例中是反復(fù)檢測(cè)和儲(chǔ)存的傳感器零點(diǎn)漂移值的 連續(xù)編號(hào)。學(xué)習(xí)算法10因此從為多個(gè)傳感器單元測(cè)定的數(shù)值中，為在對(duì)所有傳感器單元統(tǒng) 一的確定時(shí)間點(diǎn)上或者在對(duì)所有傳感器單元相同數(shù)量(該數(shù)量例如為3，相當(dāng)于數(shù)值SP3.」， 其中，j為傳感器單元的流水號(hào))的校驗(yàn)之后傳感器零點(diǎn)的漂移測(cè)定預(yù)測(cè)值，也就是對(duì)于相 同類型傳感器單元所預(yù)期的傳感器零點(diǎn)漂移。與結(jié)合圖1和2所介紹的實(shí)施例相反，在這 些實(shí)施例中，在由于故障最終更換傳感器單元2. j之后才將學(xué)習(xí)算法的學(xué)習(xí)值寄存在數(shù)據(jù) 庫(kù)陣列5內(nèi)，在這里每個(gè)在校驗(yàn)時(shí)對(duì)于傳感器漂移測(cè)定的數(shù)值作為學(xué)習(xí)值寄存在數(shù)據(jù)庫(kù)陣 列5’內(nèi)。在所觀察的將傳感器零點(diǎn)漂移作為診斷參數(shù)的實(shí)施例中，預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔的 偏差意味著零點(diǎn)漂移處于環(huán)繞零點(diǎn)漂移期望值的極限值窗口的外部。在這種情況下，由比 較算法產(chǎn)生的報(bào)告是警告，因?yàn)閭鞲衅髋c預(yù)測(cè)的情況存在偏差。下面詳細(xì)介紹用于操作測(cè)量站201的方法。傳感器單元2. j的存儲(chǔ)單元4內(nèi)儲(chǔ)存特別是最后校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)的傳感器單元的校驗(yàn) 數(shù)據(jù)，也就是零點(diǎn)的漂移。零點(diǎn)變化的當(dāng)前數(shù)值與基本單元3校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)的信息共同從數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器4讀出。校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)的信息可以是與傳感器到目前的總運(yùn)行時(shí)間相關(guān)的時(shí)間數(shù) 據(jù)，其說(shuō)明在多少運(yùn)行小時(shí)后進(jìn)行相應(yīng)的校驗(yàn)。該信息也可以存在于傳感器單元到目前所 進(jìn)行的校驗(yàn)的連續(xù)編號(hào)內(nèi)。從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4中讀出的零點(diǎn)漂移數(shù)值與序列號(hào)和校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn) 的信息共同儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5內(nèi)。新數(shù)值在數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5中在與其他所有在不同校驗(yàn)時(shí) 間點(diǎn)上從同一傳感器單元讀出的零點(diǎn)改變數(shù)值儲(chǔ)存在同一行內(nèi)且與在相同或者相近校驗(yàn) 時(shí)間點(diǎn)從同類型的其他傳感器單元讀出的零點(diǎn)改變漂移數(shù)值儲(chǔ)存在同一列內(nèi)。儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5內(nèi)的數(shù)值既存取儲(chǔ)存在程序存儲(chǔ)器10內(nèi)的學(xué)習(xí)算法，也存取 儲(chǔ)存在程序存儲(chǔ)器9內(nèi)的比較算法。比較算法在此方面用于對(duì)當(dāng)前連接的傳感器單元進(jìn)行 診斷說(shuō)明。基本單元3的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8’內(nèi)寄存零點(diǎn)變化的相應(yīng)預(yù)測(cè)值，該預(yù)測(cè)值是從此前 在測(cè)量站201上所使用的傳感器單元2. j的相應(yīng)數(shù)據(jù)中測(cè)定的。除了預(yù)測(cè)值外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器8’內(nèi)具有優(yōu)點(diǎn)地可以附加寄存環(huán)繞預(yù)測(cè)值的極限值窗口。利用比較算法測(cè)定在傳感器 最后校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)上新儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5’內(nèi)的零點(diǎn)漂移數(shù)值是否處于極限值窗口的內(nèi)部。 如果不是這種情況，那么可以產(chǎn)生報(bào)警報(bào)告。學(xué)習(xí)算法10用于繼續(xù)調(diào)整寄存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8’內(nèi)的預(yù)測(cè)值和優(yōu)化其可負(fù)荷能力。為此學(xué)習(xí)算法從在確定的校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)上新寄存的零點(diǎn)變化數(shù)值SPu和為前面相同類型 的傳感器單元在相同或者相近校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)上測(cè)定的、數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5內(nèi)已經(jīng)存在的相應(yīng)數(shù)值 中確定經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值。簡(jiǎn)單實(shí)用的確定調(diào)整預(yù)測(cè)值的方法例如有平均值或者加權(quán)平均 值、或者根據(jù)趨勢(shì)是否可以識(shí)別而進(jìn)行的1次和2次指數(shù)平滑。與取決于測(cè)量站而對(duì)于相同類型的傳感器預(yù)先規(guī)定兩次校驗(yàn)之間零點(diǎn)變化的固 定公差范圍的傳統(tǒng)實(shí)踐相比，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于，現(xiàn)在利用學(xué)習(xí)算法可以預(yù)先規(guī)定測(cè)量 站專用的零點(diǎn)漂移數(shù)值或測(cè)量站專用的公差范圍。這一點(diǎn)可以使診斷說(shuō)明明顯更加準(zhǔn)確。 這樣在一種類型的過(guò)程中，兩次校驗(yàn)之間的零點(diǎn)強(qiáng)變化是完全可以忍受的，而在另一種類 型的過(guò)程中，一般零點(diǎn)只能出現(xiàn)少量的變化。利用由測(cè)量站“學(xué)到的”預(yù)測(cè)值，兩種過(guò)程類 型之間會(huì)出現(xiàn)差異，在獨(dú)立于過(guò)程條件而為零點(diǎn)漂移預(yù)先規(guī)定固定公差范圍的情況下，這 種差別是不可能的。圖4示出在多個(gè)連續(xù)與測(cè)量站201連接的傳感器在三個(gè)不同校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)上的零點(diǎn) (δ零點(diǎn))漂移數(shù)值。各個(gè)傳感器第一次校驗(yàn)時(shí)測(cè)定的零點(diǎn)漂移(菱形)的數(shù)值處于0.1 到0. 4之間的數(shù)值范圍內(nèi)。從這些數(shù)值和最后與測(cè)量站201連接的傳感器單元2. j新補(bǔ)充 的數(shù)值SPy，借助2次指數(shù)平滑測(cè)定作為空心方塊示出的預(yù)測(cè)值。環(huán)繞該預(yù)測(cè)值此外確定 作為虛線示出的極限值窗口。圖2以相同的方式示出到目前所使用的所有傳感器在第二次校驗(yàn)(圓圈)和第三 次校驗(yàn)(三角)時(shí)的零點(diǎn)漂移以及從這些數(shù)值中測(cè)定的預(yù)測(cè)值(空心方塊)和所屬的極限
值窗口。在確定預(yù)測(cè)值時(shí)，單個(gè)代入計(jì)算的數(shù)值可以加權(quán)。這可以利用由操作者輸入附加 的信息進(jìn)行。操作者例如可以說(shuō)明傳感器單元在維護(hù)措施中損壞或者出現(xiàn)其他干擾。在 這種情況下，在預(yù)測(cè)值調(diào)整時(shí)不予考慮或者僅以少量的加權(quán)考慮由該傳感器單元提供的數(shù)值。此外，一般情況下，也就是在這里所介紹的其他實(shí)施例中，在預(yù)測(cè)值調(diào)整時(shí)也可以 具有平滑函數(shù)。在此方面，例如舊的傳感器數(shù)據(jù)在預(yù)測(cè)值調(diào)整時(shí)可以再次被“忘記”。例如 可以預(yù)先規(guī)定一定數(shù)量的傳感器，它們的數(shù)值得到考慮。例如，如果預(yù)先規(guī)定五個(gè)傳感器， 那么為調(diào)整預(yù)測(cè)值僅使用最后五個(gè)與測(cè)量站201連接的傳感器單元的零點(diǎn)漂移數(shù)值。舊數(shù) 值可以從數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5’中清除。例如在這里觀察這種情況，即，使用PH傳感器的傳感器零點(diǎn)漂移作為診斷參數(shù)。 同時(shí)作為選擇或者附加，可以觀察其他診斷參數(shù)，如傳感器零點(diǎn)或者傳感器斜率，傳感器單 元的過(guò)程參數(shù)，如PH值和溫度或者從中導(dǎo)出的變量如等效負(fù)荷或者負(fù)荷指數(shù)或者其他傳 感器專用的參數(shù)。在本發(fā)明的第三實(shí)施例中，可以按照類似方式從一個(gè)或者多個(gè)診斷參數(shù)中測(cè)定診 斷參數(shù)進(jìn)一步分布，也就是趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。通過(guò)分析確定的傳感器特征數(shù)的變化趨勢(shì)，例如像 零點(diǎn)或者斜率的變化，可以測(cè)定傳感器單元的剩余壽命。此方面內(nèi)容例如在DE 10209318 和DE10239610中有所公開。在操作按照?qǐng)D3所示類型的測(cè)量站201的測(cè)量站時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)陣列5’內(nèi)可以儲(chǔ)存在 不同校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)同類型多個(gè)傳感器單元2. j的傳感器零點(diǎn)數(shù)值。圖5中標(biāo)出三個(gè)不同傳感 器單元的這種數(shù)值。在這里所示的實(shí)施例中，所有傳感器單元以168小時(shí)的統(tǒng)一時(shí)間間隔重新校驗(yàn)。但也可以在不同時(shí)間點(diǎn)校驗(yàn)單個(gè)傳感器單元。同樣，可以對(duì)于一個(gè)傳感器單元 選擇校驗(yàn)之間的單個(gè)時(shí)間間隔不同長(zhǎng)度。借助傳感器零點(diǎn)值可以測(cè)定傳感器壽命或剩余壽命作為預(yù)測(cè)值。用于“學(xué)習(xí)，，預(yù) 測(cè)值的傳感器單元越多，這種預(yù)測(cè)值負(fù)荷能力越強(qiáng)也越加可靠。這一點(diǎn)借助圖5所示同類型的三個(gè)不同傳感器單元在不同校驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)的傳感器 零點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行說(shuō)明。首先，僅將唯一傳感器的傳感器3 (方塊)的零點(diǎn)值用于測(cè)定線性趨勢(shì) Tl。如果將零點(diǎn)值W確定為傳感器單元允許的最大值，那么從平行于橫坐標(biāo)分布且通過(guò)最 大允許縱坐標(biāo)值W的直線和線性趨勢(shì)Tl的交點(diǎn)中，得出對(duì)于第一傳感器單元的總壽命或剩 余壽命的預(yù)測(cè)值。該預(yù)測(cè)值也由置信區(qū)間或預(yù)測(cè)間隔環(huán)繞。與第一傳感器單元同類型的第二傳感器單元(傳感器2、的零點(diǎn)值作為三角示出。 在考慮這些零點(diǎn)值的情況下，產(chǎn)生一種上升小于Tl的線性趨勢(shì)T2。學(xué)習(xí)算法在這種情況下 使用加權(quán)平均值，其中第一傳感器單元(傳感器幻的零點(diǎn)值僅以0.4的加權(quán)考慮，而第二 傳感器單元較新的數(shù)值則以0. 6的加權(quán)代入。從T2與平行于橫坐標(biāo)分布且通過(guò)對(duì)于零點(diǎn) 預(yù)先規(guī)定的允許最大值的直線的交點(diǎn)中，得出傳感器壽命的經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值以及經(jīng)調(diào)整的 置信區(qū)間或預(yù)測(cè)間隔，這比僅借助傳感器3測(cè)定的間隔更好地適用于其他診斷目的。在考慮到另一傳感器單元(傳感器1，圓圈)零點(diǎn)值的情況下，可以類似方式進(jìn)一 步提高傳感器期望壽命的預(yù)測(cè)值。 雖然主要借助pH傳感器對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此。依據(jù)本發(fā) 明的方法可以用于具有不同類型傳感器單元的大量測(cè)量站，例如用于電位計(jì)、電流計(jì)、電解 計(jì)、比色計(jì)、光度計(jì)、濁度計(jì)和光譜計(jì)傳感器單元。特別是依據(jù)本發(fā)明的方法具有優(yōu)點(diǎn)地也 可以在具有未詳細(xì)示出的氣體傳感器的測(cè)量站上使用，對(duì)于這種傳感器作為預(yù)測(cè)值例如可 以學(xué)習(xí)必須更換膜片的時(shí)間間隔，特別是根據(jù)傳感器負(fù)荷加權(quán)的時(shí)間間隔。這里所介紹的測(cè)量站可以是包括多個(gè)類似測(cè)量站的過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的組成部分。如 果過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備上存在至少兩個(gè)承受類似或者相當(dāng)?shù)沫h(huán)境影響的測(cè)量站并且在所述測(cè)量 站使用類似或者相同類型的傳感器單元，那么具有優(yōu)點(diǎn)的是，這些測(cè)量站各自的基本單元 例如通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線相互交換在其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中存儲(chǔ)的數(shù)值，特別是由一個(gè)或者多個(gè)傳 感器單元測(cè)定的診斷參數(shù)的數(shù)值，或者交換寄存的預(yù)測(cè)值，特別是之前通過(guò)學(xué)習(xí)算法測(cè)定 的預(yù)測(cè)值。此外可以將在測(cè)量站的基本單元內(nèi)通過(guò)多個(gè)學(xué)習(xí)周期已經(jīng)確定和可負(fù)荷的預(yù)測(cè) 值或者預(yù)測(cè)間隔與所屬傳感器類型和預(yù)測(cè)值為其學(xué)到的測(cè)量站的單位特性信息共同儲(chǔ)存 在過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的中央計(jì)算機(jī)內(nèi)。測(cè)量站的單位特性例如可以寄存在識(shí)別參數(shù)組內(nèi)，該識(shí) 別參數(shù)組包括使用測(cè)量站過(guò)程的過(guò)程等級(jí)信息以及測(cè)量站作用于傳感器的單位負(fù)荷信息， 例如像介質(zhì)影響、極端PH值、極端溫度、例如通過(guò)流動(dòng)的介質(zhì)產(chǎn)生的強(qiáng)機(jī)械負(fù)荷等。如果然后新的測(cè)量站與過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備一體化，那么產(chǎn)生為這些測(cè)量站產(chǎn)生的新識(shí) 別參數(shù)組。新的識(shí)別參數(shù)組可與寄存在過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備中央計(jì)算機(jī)內(nèi)的識(shí)別參數(shù)組進(jìn)行比 較。如果新的識(shí)別參數(shù)組與所寄存的基本一致，那么新的測(cè)量站可以接受相應(yīng)寄存的預(yù)測(cè) 值并寄存在新測(cè)量站的基本單元內(nèi)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于一個(gè)測(cè)量站第一次學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè) 值可以轉(zhuǎn)移到類似的其他測(cè)量站上。這些測(cè)量站然后可以要么固定地使用該預(yù)測(cè)值，要么 通過(guò)其他學(xué)習(xí)步驟繼續(xù)調(diào)整該預(yù)測(cè)值。
權(quán)利要求
1.用于操作測(cè)量站的方法，該測(cè)量站用于確定介質(zhì)的至少一個(gè)測(cè)量變量，其中，測(cè)量站 包括基本單元，該基本單元以可拆卸的方式與傳感器單元連接并且用于將代表測(cè)量變量的 數(shù)值的信號(hào)傳遞至過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備，該方法至少包括以下步驟(a)在基本單元的第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)至少一次檢測(cè)和儲(chǔ)存診斷參數(shù)的儲(chǔ)存在傳感器 單元內(nèi)或者由傳感器單元產(chǎn)生的數(shù)值；(b)借助診斷參數(shù)的至少一個(gè)儲(chǔ)存在第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)值，調(diào)整寄存在基本單 元的第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔，并將經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔寄存 在基本單元的第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)，取代到目前所寄存的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，包括附加步驟(c)將診斷參數(shù)的在步驟(a)中所檢測(cè)的并儲(chǔ)存在基本單元的第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)且 由傳感器單元產(chǎn)生的數(shù)值與寄存在基本單元的第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間 隔進(jìn)行比較。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在另一步驟中該傳感器單元被后面的相同類型 的傳感器單元取代，并在利用后面的相同類型的傳感器單元取代后至少一次重復(fù)步驟(a) 和(b)。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其中，在利用后面的相同類型的傳感器單元取代后至少 重復(fù)一次步驟(a)_至(C)。
5.按權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其中，預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔的調(diào)整借助學(xué)習(xí)算法 進(jìn)行。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其中，學(xué)習(xí)算法特別是包括以下步驟平均值形成、加權(quán) 滑動(dòng)平均值形成、1次和2次指數(shù)平滑、線性回歸、多項(xiàng)式的調(diào)整或者非線性函數(shù)的調(diào)整。
7.按權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其中，為測(cè)定預(yù)測(cè)值而向基本單元提供至少一個(gè) 附加信息。
8.按權(quán)利要求1-7之一所述的方法，其中，第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元包括具有大量存儲(chǔ)位置 的存儲(chǔ)單元，以及其中診斷參數(shù)的數(shù)值與所屬傳感器單元的標(biāo)識(shí)，特別是序列號(hào)共同寄存 在存儲(chǔ)位置內(nèi)。
9.按權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其中，作為診斷參數(shù)而檢測(cè)與傳感器負(fù)荷相關(guān)的 參數(shù)，特別是傳感器單元的加權(quán)負(fù)荷時(shí)間，以及作為預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔而測(cè)定并寄存與 在傳感器單元必須被更換之前可以施加給該傳感器單元的全部傳感器負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)，特 別是總負(fù)荷儲(chǔ)備或者環(huán)繞總負(fù)荷儲(chǔ)備的置信區(qū)間。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其中，連續(xù)檢測(cè)與傳感器負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)的依次的數(shù)值 并將其寄存在基本單元的第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其中，在基本單元的傳感器單元故障的情況下提供附 加信息，表示傳感器單元由于故障而被更換。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其中，在存在傳感器單元由于故障而被更換的信息之 后，使用與傳感器負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)的當(dāng)前儲(chǔ)存在第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)值來(lái)調(diào)整所寄存 的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔。
13.按權(quán)利要求10-12之一所述的方法，其中，在連續(xù)檢測(cè)與傳感器負(fù)荷相關(guān)的參數(shù)的 數(shù)值期間，將各自當(dāng)前檢測(cè)的數(shù)值與所寄存的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔進(jìn)行比較。
14.按權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其中，特別是在每次新校驗(yàn)時(shí)重復(fù)檢測(cè)傳感器單 元的參數(shù)特別是校驗(yàn)參數(shù)的數(shù)值，并將其與檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)或者與其等效的參數(shù)和傳感器單元 的標(biāo)識(shí)特別是序列號(hào)共同寄存在基本單元的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的單個(gè)位置內(nèi)，以及其中作為預(yù) 測(cè)值寄存在各個(gè)檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)上傳感器單元的參數(shù)的期望值并借助所檢測(cè)的數(shù)值調(diào)整該期 望值。
15.按權(quán)利要求1-8之一所述的方法，其中，從重復(fù)檢測(cè)的診斷參數(shù)的數(shù)值中，特別是 從重復(fù)檢測(cè)的傳感器單元的參數(shù)特別是校驗(yàn)參數(shù)的數(shù)值中，作為預(yù)測(cè)值寄存并調(diào)整同一類 型傳感器單元的總使用壽命或傳感器剩余壽命，其中，通過(guò)測(cè)定診斷參數(shù)的時(shí)間發(fā)展的趨 勢(shì)特別是線性函數(shù)而確定預(yù)測(cè)值。
16.用于確定介質(zhì)的至少一個(gè)測(cè)量變量的測(cè)量站，該測(cè)量站包括基本單元，該基本單元 以可拆卸的方式與傳感器單元連接并且用于將代表測(cè)量變量的數(shù)值的信號(hào)傳遞至過(guò)程監(jiān) 測(cè)設(shè)備，其中，基本單元此外包括微處理器，用于處理由傳感器單元接收的數(shù)據(jù)，以與過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備通信，第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其用于檢測(cè)和儲(chǔ)存診斷參數(shù)的儲(chǔ)存在傳感器單元內(nèi)或者由傳感器 單元產(chǎn)生的數(shù)值，第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其用于寄存預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔，程序存儲(chǔ)單元，里面儲(chǔ)存算法，特別是學(xué)習(xí)算法，該算法用于借助最后在第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 單元內(nèi)檢測(cè)的診斷參數(shù)的數(shù)值調(diào)整寄存在第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔并 用于將經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔寄存在第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)。
17.按權(quán)利要求16所述的測(cè)量部位，其中，基本單元此外具有第二程序存儲(chǔ)單元，里面 寄存比較算法，該比較算法用于將最后在第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)檢測(cè)的診斷參數(shù)的數(shù)值與寄 存在第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔進(jìn)行比較。
全文摘要
用于操作測(cè)量站的方法，該測(cè)量站用于確定介質(zhì)的至少一個(gè)測(cè)量變量，其中，測(cè)量站包括基本單元，該基本單元以可拆卸的方式與傳感器單元連接并且用于將代表測(cè)量變量的數(shù)值的信號(hào)傳遞至過(guò)程監(jiān)測(cè)設(shè)備，該方法至少包括以下步驟(a)在基本單元的第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)至少一次檢測(cè)和儲(chǔ)存診斷參數(shù)的儲(chǔ)存在傳感器單元內(nèi)或者由傳感器單元產(chǎn)生的數(shù)值；(b)借助診斷參數(shù)的至少一個(gè)儲(chǔ)存在第一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)值，調(diào)整在基本單元的第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)寄存的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔并將經(jīng)調(diào)整的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔寄存在基本單元的第二數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元內(nèi)，取代到目前所寄存的預(yù)測(cè)值或者預(yù)測(cè)間隔。
文檔編號(hào)G01N27/26GK102144158SQ200980134857
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2009年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者卡特林·肖爾茨, 托爾斯滕·佩希施泰因, 羅尼·格羅斯-烏爾曼, 蒂洛·特拉普 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾測(cè)量及調(diào)節(jié)技術(shù)分析儀表兩合公司