(57)【要約】センサー機能の監視方法には、センサーに特異的な校正データを含む記録データをくりかえし得るステップと、センサーに特異的な校正データを含む得られた記録データを格納するステップと、格納した記録データを用いて校正データの経時変化を解析するステップと、次に校正が必要になる時間、もしくは負荷因子で重みづけした時間を、校正データの経時変化を少なくとも使って定量するステップと、が含まれる。得られた時間、もしくは、負荷因子で重みづけして定量した時間は、例えば、定量した後に直接に適切な形式で出力することができるので、長期的な校正計画が可能となり、ならびに／あるいは、こうした得られた時間を日付もしくは残り時間という形式で格納することもできる。こういった残り時間の時間信号もしくはカウントダウンとの比較を行うことによって、期日に要請信号を出力することができ、また任意に所望のリードタイムを付して出力することもできる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサー、特に電位差センサーの機能を監視する方法であって、
センサーに特異的な校正データを有するデータセットをくりかえし採取するステップと、
センサーに特異的な校正データを含んだ、前記採取したデータセットを格納するステップと、
前記格納したデータセットを用いて、前記校正データの経時変化を解析するステップと、
次回の校正までの、時間、もしくは負荷因子で重みづけした時間を、少なくとも前記校正データの前記解析された経時変化を用いて算定するステップと
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記得られた時点又は負荷因子で重みづけした前記時間を、定量直後に出力することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記次回の校正までの前記得られた時間もしくは負荷因子で重みづけされた時間、則ち校正期間が、残り時間として格納されて、且つ、作動時間をカウントするカウンターとの比較値として用いられることを特徴とする、請求項１もしくは２に記載の方法。
【請求項４】
前記カウンターが、現在の負荷当量を使って作動時間を重みづけすることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
電位差センサー（特にpHセンサー）における前記校正データが、勾配および零点、または等温線交点を含むことを特徴とする、上述した請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
新しいセンサーを起動してデータセットをくりかえし採取する前記ステップを、最初に少なくとも所定の時間間隔を置いた後に行い、また、前記センサーに特異的な校正データの前記得られた現在のデータセットを、前記校正データの経時変化および前記次回の校正時点の算定に援用することを特徴とする、上述した請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記校正データの経時変化を解析するために、従前のデータセットの前記校正データに対する差異を生成することを特徴とする、上述した請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
校正期間または、次回の校正もしくは調節の時点を算定するにあたって、前記校正データの変化に加えて、最小許容勾配もしくは最大零点シフトも考慮することを特徴とする、上述した請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記次回の校正時点の算定を、校正データの変化の線型外挿を時間の函数として表したものに基づいて行うことを特徴とする、上述した請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
時間を、負荷当量もしくはそれから導いた変数を用いて重みづけもしくは規格化することを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
負荷当量が、以下に挙げる変数、即ち、温度、pH値、前記センサーの摩耗度、pH変化もしくは温度変化の勾配、ならびに、前記センサーの滅菌回数、のうちのひとつもしくは複数に依存することを特徴とする、上述した請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
電位差センサー、特に、上述した請求項のいずれか一項に記載の方法を実施するための電位差センサーであって、
電位差についての測定した変数を登録し、且つ、測定した変数に依存する第一の信号を出力するための、一次センサーと、
前記第一の信号もしくはそれから誘導した信号を処理する回路手段であって、
現在の校正データと、以前の少なくとも一回の校正についての校正データとのための、データメモリー
を含んだ回路手段と、
前記校正データの経時変化に基づいて、次回の校正までの期間を決定する手段と
を含むことを特徴とする、電位差センサー。
【請求項１３】
負荷に関連する変数を測定するための、少なくとも一種の補助センサーをさらに含むことを特徴とする、請求項１２記載の電位差センサー。
【請求項１４】
前記補助センサーが、温度センサーであることを特徴とする、請求項１３記載の電位差センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー（特に電位差センサー）の機能の監視をする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工程の監視に使う測定点においては、工程の最適化という理由のためであれ、あるいは、限界値の監視および遵守という理由のためであれ、単純な操作性、安全性、および信頼性、が最も重要な要件である。現在使用されている測定点は、技手に、測定した値の情報、ごく若干の例においては系の現在の状態に関する情報も追加的に報せるようになっている。こうした場合には、例えば、限界値を現在超過しているかどうかを監視したり、あるいは、センサーに特異的なパラメータ（pHセンサーのガラスのインピーダンスなど）を満たすかどうか、且つどの程度満たしているかを監視するようになっている。したがってこうした監視は、現在の事象に関するものである。工場施設の機能不全や停止に際してかかってしまう経費が、センサーの値段に較べて遥かに高いものについてしまう以上は、測定点の機能不全をできる限り回避することが重要であり、その場合には精確且つ保証された測定値が特に重要な意義を持つことになる。
【０００３】
WO2004/025223, Wittmer et al.には、センサーの耐用期間のうち、センサーの交換が必要になるまでの残り期間についての予測を行う際に、センサーの機能を監視する方法が開示されている。この予測は、センサーのパラメータの経時変化（周期的に採取した校正データなど）に基づいて行われる。
【０００４】
耐用期間の残りについての問題とは別に、センサーの測定精度を耐用期間全体に亘って可能な限り確実に判定する必要もある。現在のところ、重要な工程においてこうした判定を精確に得るためには、たとえセンサー系が完全に精確に機能していたとしても、技手はこうした再校正／再調整を頻繁に行わなくてはならない。つまり、ことさらに時間が浪費されているばかりか、物資までもが浪費されてしまっているのである。
【発明の開示】
【０００５】
したがって、本発明が提供しようとするものは、センサーの機能を監視する方法、および、機能監視のための集積系を具えたセンサーである。
【０００６】
本発明の目的は、独立請求項１により定義される方法と、請求項１２に係る電位差センサーとによって実施される。
【０００７】
本発明に係る、センサーの機能を監視する方法には、
センサーに特異的な校正データを有するデータセットをくりかえし採取するステップと、
センサーに特異的な校正データを含んだ、採取したデータセットを格納するステップと、
格納したデータセットを用いて、校正データの経時変化を解析するステップと、
次の校正までの時間、もしくは負荷因子で重みづけした時間を、少なくとも校正データの経時変化に基づいて使って算定するステップと
が含まれる。
【０００８】
こうして得られた時点、もしくは、負荷因子で重みづけして定量した時点は、例えば、定量した直後に適切な形式で出力することができるので、長期的な校正計画が可能であり、および／もしくはこうして得られた時点を日付もしくは残り時間という形式で格納することもできる。時間信号と比較するか、あるいは残り時間のカウントダウンによって、新たな校正が必要となる際に、督促（要請）信号を、必要であれば所望の先行する情報を付して出力することもできる。
【０００９】
典型的な校正データとは、例えば電位差センサー（特にpHセンサー）の場合には、勾配および零点、または等温線交点のことである。
【００１０】
データセットをくりかえし採取することは、例えば新品のセンサーの起動時に、経験値に基づいた所定の時間間隔を少なくともおいた後で行うことができる。なぜならば、個々のセンサーには、実際の測定点に関する校正データは当初は具わっていないからである。こうした所定の時間間隔は、工場施設の規格値、もしくは使用者が予め決めた値とすることもでき、あるいは、基本条件に基づいて定めることもできる。このような基本条件には所望する測定の精度と並んで、例えば測定対象の媒体の温度および／もしくはpH値および／もしくは粒子荷重（Partikelfracht）に依存してよい負荷当量（Belastungsaequivalente）などが属している。
依る。
【００１１】
最初の時間間隔の後にできるだけ早く、同一のセンサーに特異的な校正データの第二のデータセットを採取し、その後、校正データの変化を参照することによって、次回の校正時点を決定することができ、または次回の校正までの期間を決定することもできる。
【００１２】
校正データの経時変化を解析するにあたっては、特に、校正データの従前のデータセットと比較しての差異を計算することができる。
【００１３】
校正および／もしくは調整を行う次の時点を定めるにあたっては、校正データの変化のみならず、先立つ校正からの経過時間、ならびに基本条件（最小許容勾配および／もしくは最大零点シフトなど）も考慮することが可能である。
【００１４】
最も単純な場合について述べると、センサーの線型応答に基づいて、次回の校正時点を定めることができる。つまり、校正データの経時変化を線型に外挿することができ、次の校正時点は臨界値に達することが予想される時点よりも前の適当な時点に設定される。工程の条件が一定のままであると仮定すると、計算に用いる校正データセットの数が多くなればなるほどに、こうした予測はより精確になってゆくと考えられる。センサーの特性データ（総実働時間もしくは負荷データなど）をさらに考慮する場合には、より分化したアルゴリズムを使うこともできる。例えば、経過時間に、前述した負荷パラメータと関連しうる負荷因子を用いて、重みづけをすることができる。本発明に係るこの実施形態においては、例えば、負荷を時間で積分した値、もしくは、前回の校正からの時間間隔に亘る負荷当量の和の値が、或る (負荷)*(時間) 値に達した場合に、校正督促信号が要請されることになる。
【００１５】
このようにするために、pHセンサーは、pH値のみならず、有意な負荷パラメータも測定する。多くのpHトランスデューサー（変換器）には、温度センサーも具わっているため、負荷を時間で積分計算するためのパラメータを直接に利用できるようになっている。極端な値は、中程度の値と較べて、センサーにより大きな負荷をかける。例としてpHセンサーの場合を述べると、pHの値が 0 もしくは 14 の近傍であるときには、pH値が 7 であるときに較べて、より大きな負荷がセンサーにかかる、ということである。同様に、高温も、中温に較べて大きな負荷となる。したがって、極端なpH値と高温が組み合わさった場合には、高温且つpH 7である場合よりも、また、極端なpH値且つ室温である場合よりも、大きな負荷となる、ということである。
【００１６】
センサーの負荷は、前述したような負荷当量にあたるものと考えてよく、例えば、前述したような条件下での作動期間を、この負荷当量で重みづけする。
【００１７】
例えば、さらなるパラメータとしては、pHセンサーの隔膜の遮断傾向（Verblockungsneigung）（隔膜の抵抗から測定できる）や、pH感受性ガラスの摩耗度（ガラス抵抗から測定できる）や、pH変化もしくは温度変化の勾配、さらには滅菌回数、といったものがある。
【００１８】
負荷の定量に際して、これらのパラメータをさらに考慮に加えてもよく、（信頼性があるならば）適切なアルゴリズムで記録することができる。最も単純な例を述べると、このようなアルゴリズムは、カウンター（計数器）である。負荷が大きくなるにつれ、負荷当量も加算されてゆくことになる。それにより負荷の少ない運転条件に比べて、校正から次の校正への時間間隔が短くなる。負荷当量の値が大きくなるにしたがって、より早くセンサーを校正しなくてはならなくなってゆく。
【００１９】
換言すれば、本発明は、前回の校正の履歴を、対応するデータを用いて評価し、そこから（必要であればセンサーの負荷の変化を考慮しつつ）技手が必要とするセンサーのパラメータを維持する上でセンサーを再校正／再調整しなくてはならない時間を算出する、ということに基づいたものである。
【００２０】
このようにすることで、測定点のセンサーを不必要に校正すること無く、精確な測定値が低費用で保証されることになる。
【００２１】
本発明に係る電位差センサー（特に、前述の請求項のいずれか一項に記載の方法を実施するためのもの）には、
電位差についての測定した変数を登録し、且つ、測定した変数に依存する信号を出力するための、センサーと、
前記信号もしくはそれから誘導した信号を処理する回路手段であって、
現在の校正データと、以前の少なくとも一回の校正についての校正データとのための、データメモリー
を含んだ回路手段と、
前記校正データの経時変化に基づいて、次回の校正までの期間の長さを決定する手段と
が含まれる。また、この電位差センサーには、負荷依存変数を確認するための、少なくとも一種の補助センサー（特に、温度センサー）をさらに含めることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１〜４のグラフには、pHセンサーのデータが含まれている。pHセンサーに不可欠な特性は、零点 NP および感度 E である。測定系の測定精度を保証するためには、これらの特性を規則的な間隔で校正しなくてはならない。
【００２３】
作動条件は、これらの特性の変化に影響を及ぼす。これらの特性の変化速度は、使用条件を反映しているのだとも言える。図１および図２には、pHセンサーの零点および感度の経時変化を示す典型的なデータであって、時間の函数として示してある。本発明に係る校正値に対応するそれぞれのデータ点は、データセット中に格納される。過去の経時変化を踏まえて、未来に起こる変化を予測することも可能である。最も単純な場合について述べれば、感度について線型平滑化函数 AE(t) を、また零点について ANP(t) を使うことで、こうしたことが実行される。
【００２４】
図１および図２には、2820時間に亘るセンサー応答のデータを示している。或る種類のセンサーについての零点および感度の変遷が呈するおおよその規則性が、前回の校正からのセンサーパラメータの変遷を予測するための前提となる。これに基づいて、次回の校正時点を確認できる。当該の期間の長さは、センサーの種類と負荷に依って変動し、例えば約10時間から数日間に至るまで変動する。
【００２５】
零点 NP および感度 E についての履歴データから、 AE(t) および ANP(t) を演繹できる。これと併せて、 E および NP の経時変化についての仮定を立てることができる。図３には、2820時間作動させた後に校正した時点から起算して100時間pHの測定を行う場合の、pHセンサーが測定する電位をシミュレートした曲線を、時間の函数として示した。但し、pH値 pHMEAS は時刻 t = 2820h での校正データを基にして測定するものである。
【００２６】
>2820h の時点からの測定電位データ EHYP および仮定した特性データ NPHYP に基づいて、仮定pH測定値 pHHYP を算出できる。 pHHYP と pHMESS との差異を、pH測定誤差と見做せる。図４には、 2820h 以降の 100h を示している。
【００２７】
使用者は、測定値送信器（トランスミッタ）に、彼／彼女が許容できる誤差を入力することもできる。この値に達したところで、校正の督促を生成する。一例を挙げれば、最大絶対pH誤差として 0.06 pH を指定すると、督促は約85h後に生成されることになると考えられる。
【００２８】
本発明に係る方法は、相対誤差に基づいて実施することも可能である。
【００２９】
ここまでに述べた方法は、負荷当量を考慮せずに実施するものであって、負荷条件が一定のままである場合には正しいものである。負荷が変動する場合には、負荷当量を考慮して、例えば負荷当量で作動時間の重みづけを行うなどをすることが好ましい。或る特定の種類のpHセンサーについての負荷当量の典型的な値を、表１に示した。
【００３０】
【表１】
2008525772.tif 000002
【００３１】
この原理は、負荷カウンターを使って、時間単位あたりの当該の負荷当量を、負荷収支（Belastungsbilanz）に加えることで、簡単に実施できる。したがって、次の校正までの耐用期間の予測とは、則ち次の校正までの負荷当量を踏まえた予測となる。
【００３２】
例えば、上述した例でのセンサーに、最後に校正される前の期間2820時間中に平均負荷当量 LE = 4 がかけられ、毎分当該の負荷当量が付加されるとすると、上述した例の場合では、前述の耐用期間85時間に代わる負荷込み耐用期間（Belastungsstandzeit）が、 85*60*4 = 20400 負荷当量・分となる、と考えられる。
【００３３】
校正後に平均負荷が負荷当量にして 8 まで増加した場合には、この20400負荷当量・分は、42.5時間後には尽きてしまう。つまり、センサーに関連し且つ負荷当量の加味を行う監視系が、42.5時間後に（もしくは総作動期間2862.5時間で）、校正の督促を行うことになる、ということである。これとは対照的に、負荷が少ない場合には、時間への重みづけは小さめの因子で行われることになる。このため、例えば、負荷因子が 1 であれば、次回の校正は、340時間経って初めて督促されることになる。
【００３４】
本発明の態様をさらに発展させる場合には、例えば信頼性の観点を考慮に入れるために、次回の校正までの時間の予測への負荷因子の影響を重みづけすることができる。例えば、前回の校正の前の期間と較べて負荷が高まる、と現在の期間についての予測に基づいて予想された場合には、これを充分に考慮に入れることができ、またその一方で、負荷が減少する場合には、校正の期間から次の校正の期間への耐用期間を長く取り過ぎないようにするために、小さめの重みづけをした考慮を行って、次回の校正までの耐用期間を縮めることになる。こうした手法では、負荷が増加したか減少したかを認識していないため、負荷当量を単に和算するのみでは充分とは云えない。そこでその代替策として、耐用期間の満了後に実際の平均負荷を算出するために、現在の負荷を第一のカウンターにさらに加える。すると、耐用期間の予測が、直近の校正間隔での平均負荷で規格化された負荷時間単位で得られる。したがって平均負荷当量 4における20400負荷当量・分は、5100分間に相当する。
【００３５】
現在の耐用期間の満了時を算定するために、各時間単位における現在の負荷を、過去の校正期間での平均負荷当量で除算してから、第二のカウンターで算定する。ここで商が1以上である場合には、変更せずにこれを加え、また、商が1未満である場合には、この商の平方根を加える。予測値（ここでは5100規格化分間）に達したところで、新たな校正が促される。負荷が減少する場合に、重み因子の算定にあたって平方根を使うのは、校正期間が長くなる速さは短くなる速さよりも遅い、と考えられるためである。こうすることによって、この因子を使わない方策に較べて、より効率的な校正ができ、しかも信頼性も得られる。
【００３６】
このような手法では、現在の校正期間における平均負荷が因子 4 だけ減ったとき、校正期間の長さは、二倍にはなるが四倍にはならない。
【００３７】
図５ａ〜５ｃには、上記に関連して、本発明のこの態様を再度示している。図５ａは、最後の校正以降の期間中における、絶対負荷当量の経時変化を示したものである。最後の校正以前の平均負荷当量は、4.2である。図５ｂには、現在の校正間隔における規格化した負荷の曲線をプロットしている。実線は、単純な除算を用いた普通の規格化を示している。破線は、1未満の商の場合にその平方根を相対負荷としてカウントする場合における、「信頼性因子を加味した」規格化を示している。図５ｃには、相対負荷に関して得られた計数値の和を、二種の異なる重みについて示した。実線は通常の規格化を、また破線は信頼性の因子を加味した規格化を示している。
【００３８】
校正期間の影響について以下に述べる。
【００３９】
例えば、負荷が負荷当量4.2 のままである場合に、期間が1000分間であると予測されたならば、負荷が減ったために単純な規格化を行うと、次回の校正督促までの期間が2020分間になる効果がある。対照的に、信頼性因子を加味した規格化には、耐用期間の延長分を縮める作用があり、1300分後には既に校正督促が出力される。
【００４０】
負荷が減少して校正督促が早く出すぎる場合には、次の校正時に、校正データの実際の変化を考慮して修正する。このようにして、校正データの変化が小さかった際に、次の校正間隔をあらためて長くする。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本発明を、以下に述べる図面に示した実施形態の例を参照しつつ説明してゆく。
【図１】図１は、pHセンサーの零点 [pH] の変化を、時刻 t [h] の函数 NP(t) として表した例である。
【図２】図２は、pHセンサーの感度 [mv/pH] の変化を、時刻 t [h] の函数 E(t) として表した例である。
【図３】図３は、pHセンサーで測定する電位の、100h の期間に亘る典型的なシミュレーション推移曲線 UpH(t) を示している。
【図４】図４は、図１および図２のデータに基づいて、図３の測定電位曲線について見積ったpHの測定誤差を、時間と測定電位の函数として示している。
【図５ａ】図５は、耐用期間を負荷当量で重みづけする例を示している。
【図５ｂ】図５は、耐用期間を負荷当量で重みづけする例を示している。
【図５ｃ】図５は、耐用期間を負荷当量で重みづけする例を示している。
【図１】
2008525772.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
2008525772.tif 000008
【図５ｃ】
2008525772.tif 000009
【国際調査報告】
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2008525772.tif 000011
2008525772.tif 000012
2008525772.tif 000013
2008525772.tif 000014
2008525772.tif 000015