DE102022201689A1

DE102022201689A1 - Method for measuring gas flow non-invasively, valve system, monitoring unit and computer program product

Info

Publication number: DE102022201689A1
Application number: DE102022201689.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Bierweiler; Stefan Klehr; Stefan von Dosky
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2022-02-18
Filing date: 2022-02-18
Publication date: 2023-08-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum nichtinvasiven Messen einer Gasströmung (15) durch ein Ventil (10), das eine Mehrzahl von Schritten umfasst. In einem ersten Schritt (110) erfolgt ein Auslösen des Ventils (10) und Hervorrufen der zu messenden Gasströmung (15). Es folgt ein zweiter Schritt (120), in dem zumindest ein Messwert (35) eines Strömungsgeräuschs am Ventil (10) erfasst wird. Weiter gehört zum Verfahren (100) ein dritter Schritt (130), in dem ein Ermitteln eines Volumenstroms (33) der Gasströmung (15) anhand des zumindest einen Messwerts (35) durchgeführt wird. Ferner weist das Verfahren (100) einen vierten Schritt (140) auf, in dem der ermittelte Volumenstrom (33) an einen Benutzer und/oder eine Datenschnittstelle (48) einer Überwachungseinheit (30) ausgegeben wird. Erfindungsgemäß wird zumindest der dritte Schritt (130) anhand eines neuronalen Netzes (55) und/oder einer statistischen Auswertung von Messwerten (35) durchgeführt. Die Erfindung betrifft auch ein zur Durchführung des Verfahrens (100) ausgebildetes Computerprogrammprodukt (50) und eine damit ausgestattete Überwachungseinheit (40). Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Ventilsystem (40), das über eine entsprechende Überwachungseinheit (40) verfügt.

The invention relates to a method (100) for non-invasively measuring a gas flow (15) through a valve (10), which comprises a plurality of steps. In a first step (110), the valve (10) is triggered and the gas flow (15) to be measured is brought about. A second step (120) follows, in which at least one measured value (35) of a flow noise at the valve (10) is recorded. The method (100) also includes a third step (130), in which a volume flow (33) of the gas flow (15) is determined using the at least one measured value (35). The method (100) also has a fourth step (140), in which the determined volume flow (33) is output to a user and/or a data interface (48) of a monitoring unit (30). According to the invention, at least the third step (130) is carried out using a neural network (55) and/or a statistical evaluation of measured values (35). The invention also relates to a computer program product (50) designed to carry out the method (100) and a monitoring unit (40) equipped therewith. The invention also relates to a valve system (40) that has a corresponding monitoring unit (40).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum nichtinvasiven Messen einer Gasströmung und ein Ventilsystem, das zum Durchführen des Verfahrens ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ebenso ein Computerprogrammprodukt und eine Überwachungseinheit, die zum Durchführen des Verfahrens ausgebildet sind.The invention relates to a method for non-invasively measuring a gas flow and a valve system that is designed to carry out the method. The invention also relates to a computer program product and a monitoring unit that are designed to carry out the method.

Aus dem Fachartikel „Experimental study of Acoustic Emissions (AE) Technique for Health Diagnostics of Check Valves for Nuclear Power Plant“ von Tipu Sultan, M. K. Sapra und S. Kundu, Bhabha Atomic Research Centre, Mumbai, ist die akustische Erkennung von Leckagen an Rückschlagventilen in Kernkraftwerken bekannt. Mittels eines akustischen Sensors wird ein Geräusch stromab an einem Ventil erfasst und mittels einer FFT-Analyse eine Beschädigung des Ventils erkannt.From the technical article "Experimental study of Acoustic Emissions (AE) Technique for Health Diagnostics of Check Valves for Nuclear Power Plant" by Tipu Sultan, M.K. Sapra and S. Kundu, Bhabha Atomic Research Centre, Mumbai, is the acoustic detection of leaks at check valves known in nuclear power plants. A noise is detected downstream of a valve by means of an acoustic sensor and damage to the valve is detected by means of an FFT analysis.

Die Patentschrift EP 3 311 052 B1 offenbart ein Sicherheitsventil-Analysesystem, das unter anderem einen akustischen Sensor umfasst, mit ein aus einem Ventil dringender Lärm messbar ist. Der akustische Sensor ist im Bereich eines Ventilauslasses positioniert.The patent specification EP 3 311 052 B1 discloses a safety valve analysis system that includes, among other things, an acoustic sensor for measuring noise emanating from a valve. The acoustic sensor is positioned in the area of a valve outlet.

Bei unterschiedlichen Behältern erfolgt zwischen einem Behälterinhalt und der Umgebung ein Druckausgleich, durch den Behälterinhalt verloren geht und als Emission in die Umgebung abgegeben wird, beispielsweise als Gasströmung. Umgekehrt kann der Behälterinhalt durch Ansaugen von Umgebungsluft verunreinigt werden. Ferner wird beispielsweise bei großen Tanks durch einen Druckausgleich eine Beschädigung beim Entleeren verhindert. Es besteht die Zielsetzung, derartige Gasströmungen auch in explosionsgefährdeten Anwendungen quantifizieren zu können. Es wird angestrebt, solche Gasströmungen präzise, schnell, sicher und kosteneffizient zu messen. Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Möglichkeit zum Messen solcher Gasströmungen bereitzustellen, die in zumindest einem der skizzierten Aspekte eine Verbesserung bietet.In the case of different containers, a pressure equalization takes place between a container content and the environment, as a result of which the container content is lost and emitted into the environment as an emission, for example as a gas flow. Conversely, the contents of the container can be contaminated by sucking in ambient air. Furthermore, for example in the case of large tanks, damage during emptying is prevented by pressure equalization. The objective is to also be able to quantify such gas flows in potentially explosive applications. The aim is to measure such gas flows precisely, quickly, safely and cost-effectively. The object of the invention is to provide a way of measuring such gas flows that offers an improvement in at least one of the aspects outlined.

Die Aufgabenstellung wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum nichtinvasiven Messen einer Gasströmung durch ein Ventil gelöst. Unter dem nichtinvasiven Messen ist insbesondere eine Messung zu verstehen, zu der die eingesetzten Messmittel nicht durch die zu messende Gasströmung benetzt sein müssen. Das Ventil ist dazu ausgebildet, dass eine Gasströmung aus einem zugehörigen Behälter eintreten und austreten kann. Unter der Gasströmung ist eine Strömung eines einzelnen Gases, eines Gasgemischs, eines Dampfes, Dunstes und/oder eines Aerosols zu verstehen. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt, in dem zwischen einer ersten und einer zweiten Ventilseite eine Druckdifferenz vorliegt. Im ersten Schritt wird zum Ausgleich der Druckdifferenz das Ventil ausgelöst, wodurch die zu messende Gasströmung hervorgerufen wird. Weiter umfasst das Verfahren einen zweiten Schritt, in dem zumindest ein Messwert eines Strömungsgeräuschs erfasst wird. Das Strömungsgeräusch wird durch die im ersten Schritt hervorgerufene Gasströmung verursacht. Der zumindest eine Messwert wird mittels eines Sensors erfasst, der am Ventil oder im Bereich des Ventils angeordnet ist.The task is solved by a method according to the invention for non-invasively measuring a gas flow through a valve. Non-invasive measurement is to be understood in particular as a measurement for which the measurement means used do not have to be wetted by the gas flow to be measured. The valve is configured to allow gas flow to enter and exit from an associated container. The gas flow is to be understood as a flow of an individual gas, a gas mixture, a vapour, vapor and/or an aerosol. The method includes a first step in which there is a pressure difference between a first and a second side of the valve. In the first step, the valve is triggered to equalize the pressure difference, which causes the gas flow to be measured. The method also includes a second step in which at least one measured value of a flow noise is recorded. The flow noise is caused by the gas flow caused in the first step. The at least one measured value is recorded using a sensor that is arranged on the valve or in the area of the valve.

Darüber hinaus weist das Verfahren einen dritten Schritt auf, in dem anhand des im zweiten Schritt ermittelten zumindest einen Messwerts ein Volumenstrom der Gasströmung ermittelt wird. Der Volumenstrom stellt hierbei einen Durchsatz, also eine volumen- oder massemäßig definierte Gasmenge pro Zeiteinheit dar. In einem vierten Schritt des Verfahrens wird der im dritten Schritt ermittelte Volumenstrom an einen Benutzer und/oder eine Datenschnittstelle einer Überwachungseinheit ausgegeben. Dies kann mittels einer Anzeigevorrichtung bzw. einer kommunikativen Datenverbindung erfolgen. Erfindungsgemäß wird zumindest der dritte Schritt anhand eines neuronalen Netzes durchgeführt. Unter einem neuronalen Netz ist hierbei jegliche Signalverarbeitung zu verstehen, die auf sogenanntem Maschinellen Lernen beruht. Das neuronale Netz ist mittels eines Trainingsdatensatzes dazu ausgebildet, in einzelnen Messwerten und/oder einem Verlauf des zumindest einen Messwerts Muster zu erkennen. Die Gasströmung kann dabei schwach ausgeprägt sein, also durch eine reduzierte Druckdifferenz hervorgerufen sein. Der Erfindung liegt unter anderem die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass Messwerte des Strömungsgeräuschs auch bei schwachen Gasströmungen abhängig vom Volumenstrom hinreichend unterscheidbare Muster aufweisen, die in vorteilhafter Weise durch das neuronale Netz exakt und zuverlässige erkennbar und auswertbar sind. Alternativ oder ergänzend kann der dritte Schritt mittels einer statistischen Auswertung des zumindest einen Messwerts erfolgen, der im zweiten Schritt erfasst wird. Ferner kann der zweite Schritt mittels zumindest eines Sensors durchgeführt werden, der an einer Außenseite des Ventils angeordnet ist. Hierdurch wird eine nichtinvasive Messung der Gasströmung implementiert. Ferner bieten zum zweiten Schritt geeignete Sensoren ein erhöhtes Maß an Messgenauigkeit. Das neuronale Netz ist durch zusätzliche oder geänderte Trainingsdaten in einfacher Weise weiterbildbar. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet dadurch eine präzise und kosteneffiziente Messung der Gasströmung. Insgesamt sind durch das erfindungsgemäße Verfahren sowohl Emissionen in die Umgebung austretende Gasströmungen als auch Kontaminationen eines Behälterinhalts durch eintretende Gasströmungen erfassbar.In addition, the method has a third step, in which a volume flow of the gas flow is determined on the basis of the at least one measured value determined in the second step. The volume flow here represents a throughput, ie a quantity of gas defined in terms of volume or mass per unit of time. In a fourth step of the method, the volume flow determined in the third step is output to a user and/or a data interface of a monitoring unit. This can be done by means of a display device or a communicative data connection. According to the invention, at least the third step is carried out using a neural network. A neural network is understood to mean any signal processing that is based on so-called machine learning. The neural network is designed using a training data set to recognize patterns in individual measured values and/or a profile of the at least one measured value. The gas flow can be weak, ie it can be caused by a reduced pressure difference. The invention is based, inter alia, on the surprising finding that measured values of the flow noise have sufficiently distinguishable patterns depending on the volume flow, even in the case of weak gas flows, which can advantageously be recognized and evaluated exactly and reliably by the neural network. Alternatively or additionally, the third step can be carried out by means of a statistical evaluation of the at least one measured value that is recorded in the second step. Furthermore, the second step can be carried out by means of at least one sensor which is arranged on an outside of the valve. This implements a non-invasive measurement of the gas flow. Furthermore, sensors suitable for the second step offer an increased degree of measurement accuracy. The neural network can be developed further in a simple manner using additional or modified training data. The method according to the invention thus offers a precise and cost-effective measurement of the gas flow. Overall, the method according to the invention can be used to detect both emissions from gas flows exiting into the environment and contamination of the contents of a container from gas flows entering.

In einer Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens kann das Strömungsgeräusch als Körperschall im Ventil, also einer Komponente des Ventils und/oder als Luftschallemission ausgebildet sein. Körperschall wird im Wesentlichen unmittelbar durch einen Kontakt zwischen der Gasströmung und dem Ventil hervorgerufen und stellt ein unmittelbares Maß für die Gasströmung dar. Zur Erfassung von Körperschall sind aufgrund dessen erhöhter Ausbreitungsgeschwindigkeit entsprechend geeignete Sensoren notwendig. Ferner ist Körperschall richtungsbezogen auswertbar und robust gegen Umgebungseinflüsse. Luftschallemissionen breiten sich im Wesentlichen ungerichtet aus und sind mit einfachen Sensoren, beispielsweise Mikrophonen, erfassbar. Ferner können, in Abhängigkeit von einer Form und Größe von Querschnitten, die die Gasströmung durchströmt, charakteristische Töne erzeugt werden, die in einfacher Weise auswertbar sind. Das beanspruchte Verfahren ist dazu geeignet, auf unterschiedlichen Wegen die für den zweiten Schritt erforderlichen Messwerte bereitzustellen und ist damit an eine Vielzahl unterschiedlicher Typen von Ventilen anpassbar. Ferner kann durch Kombination von erfassten Messwerten für Körperschall und Luftschallemissionen als Strömungsgeräusche eine besonders genaue Messung der Gasströmung erzielt werden.In one embodiment of the claimed method, the flow noise can be in the form of structure-borne noise in the valve, ie a component of the valve, and/or airborne noise emission. Structure-borne noise is essentially caused directly by contact between the gas flow and the valve and represents a direct measure of the gas flow. Suitable sensors are required to detect structure-borne noise due to its increased propagation speed. Furthermore, structure-borne noise can be evaluated in relation to the direction and is robust against environmental influences. Airborne noise emissions spread essentially in an undirected manner and can be detected with simple sensors such as microphones. Furthermore, depending on the shape and size of cross sections through which the gas flow flows, characteristic tones can be generated that can be evaluated in a simple manner. The claimed method is suitable for providing the measured values required for the second step in different ways and can therefore be adapted to a large number of different types of valves. Furthermore, a particularly precise measurement of the gas flow can be achieved by combining measured values recorded for structure-borne noise and airborne noise emissions as flow noise.

Des Weiteren kann im beanspruchten Verfahren das Strömungsgeräusch im zweiten Schritt entlang von zumindest zwei Raumachsen erfasst werden. Ventile weisen eine relativ komplexe Form auf, durch die richtungsabhängig unterschiedliche Schwingungen auftreten können. Insbesondere bei Körperschall kann im Ventil ein anisotropes Ausbreitungsverhalten vorliegen. Entlang je mehr Raumachsen das Strömungsgeräusch im zweiten Schritt erfasst wird, umso robuster sind die Messwerte als Eingangsgrößen für das neuronale Netz und/oder die statistische Auswertung. Dazu kann im dritten Schritt zumindest ein richtungsbezogenes Schallprofil eingesetzt werden, insbesondere ein Körperschallprofil. Das richtungsbezogene Schallprofil kann zugehörig zum neuronalen Netz gespeichert sein. Dementsprechend ist die Messung der Gasströmung mit erhöhter Genauigkeit und Robustheit gegen widrige Umgebungsbedingungen und/oder Degradation eines Sensors durchführbar.Furthermore, in the claimed method, the flow noise can be detected in the second step along at least two spatial axes. Valves have a relatively complex shape, which can cause different vibrations depending on the direction. In the case of structure-borne noise in particular, there can be anisotropic propagation behavior in the valve. The more spatial axes the flow noise is recorded in the second step, the more robust the measured values are as input variables for the neural network and/or the statistical evaluation. For this purpose, at least one directional sound profile can be used in the third step, in particular a structure-borne sound profile. The directional sound profile can be stored as part of the neural network. Accordingly, the measurement of the gas flow can be carried out with increased accuracy and robustness against adverse environmental conditions and/or degradation of a sensor.

In einer weiteren Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens kann im dritten Schritt eine Strömungsrichtung der Gasströmung ermittelt werden. Dazu kann das neuronale Netz mit einem Datensatz verknüpft sein, in dem Gasströmungen richtungsabhängig auswertbar sind. Der Datensatz ist beispielsweise durch ein entsprechendes Trainieren des neuronalen Netzes erzeugbar. Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass auch ein Ventil analog einem Blasinstrument abhängig von der Richtung seiner Durchströmung unterschiedliche akustische Eigenschaften aufweist, die mittels des neuronalen Netzes unterscheidbar sind. Basierend auf einer erkannten Strömungsrichtung ist beispielsweise erkennbar, ob die Gasströmung aus einem Behälter, an dem das Ventil angebracht ist, heraustritt oder in den Behälter eintritt. Eine austretende Gasströmung ist als Emission in die Umgebung somit quantifizierbar. Bei einer eintretenden Gasströmung ist umgekehrt quantifizierbar, wieviel Luft beispielsweise in den Behälter eintritt. Hierdurch ist eine Kontamination des Behälterinhalts mit Umgebungsluft ermittelbar.In a further embodiment of the claimed method, a flow direction of the gas flow can be determined in the third step. For this purpose, the neural network can be linked to a data set in which gas flows can be evaluated depending on the direction. The data set can be generated, for example, by appropriate training of the neural network. The invention is based, among other things, on the knowledge that a valve, analogous to a wind instrument, also has different acoustic properties depending on the direction of its flow, which can be distinguished by means of the neural network. Based on a detected direction of flow, it can be seen, for example, whether the gas flow is exiting a container to which the valve is attached, or whether it is entering the container. An exiting gas flow can thus be quantified as an emission into the environment. Conversely, when a gas flow enters, how much air enters the container, for example, can be quantified. As a result, contamination of the container contents with ambient air can be determined.

Ferner kann das Verfahren einen fünften Schritt umfassen, in dem anhand des im dritten Schritt ermittelten Volumenstroms ein Gasdurchsatz ermittelt wird. Dies erfolgt für ein einstellbares Überwachungsintervall. Das Überwachungsintervall umfasst zumindest ein Messintervall, in dem ein Messbetrieb. Weiter kann das Überwachungsintervall zugehörig zum zumindest einen Messintervall eine Inaktivphase umfassen. Das Überwachungsintervall ist beispielsweise durch einen Benutzer und/oder einen Algorithmus der Überwachungseinheit einstellbar. Der Gasdurchsatz wird im fünften Schritt beispielsweise durch ein zeitliches Integral der für den Volumenstrom im dritten Schritt ermittelten Werte ermittelt. Der Gasdurchsatz ist inkrementell ermittelbar, so dass nur ein Minimum an Daten während des Verfahrensablaufs zu speichern ist. Aufgrund der durch die im Wesentlichen akustische Ermittlung des Volumenstroms erreichte Präzision, ist der Gasdurchsatz auch bei langen Überwachungsintervallen mit erhöhter Genauigkeit ermittelbar. Emissionen in die Umgebung bzw. Kontaminationen eines Behälterinhalts sind hierdurch exakt messbar. Das einstellbare Überwachungsintervall kann beispielsweise mehrere Sekunden oder Minuten betragen, so dass ein datenverkehrsvolumensparender Überwachungsbetrieb möglich ist. Beispielsweise kann das Messintervall 0,3s bis 1,0s betragen und die Inaktivphase 20s bis 120s. Folglich kann das Überwachungsintervall zwischen ca. 20s bis ca. 120s betragen.Furthermore, the method can include a fifth step, in which a gas throughput is determined on the basis of the volume flow determined in the third step. This takes place for an adjustable monitoring interval. The monitoring interval includes at least one measurement interval in which a measurement operation. Furthermore, the monitoring interval associated with the at least one measurement interval can include an inactive phase. The monitoring interval can be set, for example, by a user and/or an algorithm of the monitoring unit. In the fifth step, the gas throughput is determined, for example, by a time integral of the values determined for the volume flow in the third step. The gas throughput can be determined incrementally, so that only a minimum of data has to be stored during the course of the process. Due to the precision achieved through the essentially acoustic determination of the volume flow, the gas throughput can be determined with increased accuracy even with long monitoring intervals. Emissions into the environment or contamination of the contents of a container can be precisely measured as a result. The adjustable monitoring interval can be several seconds or minutes, for example, so that monitoring operation that saves data traffic volume is possible. For example, the measurement interval can be 0.3s to 1.0s and the inactive phase 20s to 120s. Consequently, the monitoring interval can be between approx. 20s and approx. 120s.

Das Ventil, an dem das beanspruchte Verfahren durchgeführt wird, kann als passives Ventil ausgebildet sein. Das passive Ventil ist frei von elektrischen Vorrichtungen und wird lediglich mechanisch, beispielsweise über Federmechanismen oder das Eigengewicht des Ventiltellers, betätigt. Passive Ventile weisen einen Betätigungspunkt oder Betätigungsbereich auf, also Druckverhältnisse, bei denen eine Betätigung erfolgt. Je präziser der Betätigungspunkt oder Betätigungsbereich eingestellt ist, umso empfindlicher ist das passive Ventil gegen Anbauten, insbesondere Wegerfassungssensoren. Der Sensor, mit dem der zweite Schritt im beanspruchten Verfahren durchgeführt wird, ist an einer statischen Komponente des Ventils befestigbar, so dass eine Einwirkung auf den Betätigungspunkt oder Betätigungsbereich zumindest minimiert wird. Dementsprechend kann das Ventil im beanspruchten Verfahren frei von einem Wegeerfassungssensor ausgebildet sein. Die Gasströmung ist durch das beanspruchte Verfahren messbar und erlaubt gleichzeitig die Verwendung von passiven Ventilen ohne weitergehende Modifikationen. Das beanspruchte Verfahren ist infolgedessen bei einer Vielzahl an Anwendungen im Zuge einer Nachrüstung einfach implementierbar.The valve on which the claimed method is carried out can be designed as a passive valve. The passive valve does not have any electrical devices and is only actuated mechanically, for example via spring mechanisms or the dead weight of the valve disk. Passive valves have an actuation point or actuation range, i.e. pressure conditions at which actuation occurs. The more precisely the actuation point or actuation range is set, the more sensitive the passive valve is to attachments, in particular displacement sensors. The sensor with which the second step in the claimed method is carried out is attachable to a static component of the valve, so that an impact on the actuation point or actuation area is at least minimized. Accordingly, the valve in the claimed method can be designed without a path detection sensor. The gas flow can be measured by the claimed method and at the same time allows the use of passive valves without further modifications. As a result, the claimed method can be easily implemented in a large number of applications in the course of retrofitting.

In einer weiteren Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens kann das Erfassen von zumindest einem Messwert des Strömungsgeräuschs im zweiten Schritt wiederholt durchgeführt werden. Basierend auf dem erfassten zumindest einen Messwert wird die Abtastrate des Sensors eingestellt, mit dem zumindest einer der Messwerte im zweiten Schritt erfasst wird. Dadurch ist beispielsweise eine Inaktivphase für den entsprechenden Sensor einstellbar, wenn zumindest ein im zweiten Schritt erfasster Messwert konstant ist. Dementsprechend wird eine verringerte Abtastrate eingestellt. Umgekehrt kann eine erhöhte Abtastrate vorgegeben werden, wenn sich zumindest ein im zweiten Schritt erfasster Messwert schnell ändert. Das beanspruchte Verfahren ist infolgedessen in puncto Energieverbrauch selbstregulierend. Zumindest einer der Sensoren, die im zweiten Schritt eingesetzt werden, kann mit einem Energiespeicher für einen stromnetzunabhängigen Betrieb, beispielsweise einer Batterie, versehen sein. Das beanspruchte Verfahren ist folglich mit einem Minimum an Verdrahtungsaufwand implementierbar.In a further embodiment of the claimed method, at least one measured value of the flow noise can be recorded repeatedly in the second step. The sampling rate of the sensor, with which at least one of the measured values is recorded in the second step, is set based on the recorded at least one measured value. As a result, for example, an inactive phase can be set for the corresponding sensor if at least one measured value recorded in the second step is constant. A reduced sampling rate is set accordingly. Conversely, an increased sampling rate can be specified if at least one measured value recorded in the second step changes quickly. As a result, the claimed method is self-regulating in terms of energy consumption. At least one of the sensors that are used in the second step can be provided with an energy store for operation independent of the mains power supply, for example a battery. The claimed method can consequently be implemented with a minimum of wiring effort.

Des Weiteren kann die Gasströmung zumindest eine Komponente aufweisen, die mit Luft zündfähig oder explosionsfähig ist. Die Komponente kann beispielsweise Wasserstoff, ein Kohlenwasserstoff, eine Ausdünstung, also Ausgasung, einer Chemikalie, oder ein Kraftstoffdampf sein. Ein zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens erforderlicher Sensor, insbesondere ein akustischer Sensor, kann an einer Außenseite, also der Umgebung zugewandten Seite, des Ventils angebracht sein, wo eine Entzündungsgefahr minimiert ist. Ebenso kann ein akustischer Sensor in einfacher Weise gekapselt ausgebildet sein, wodurch eine Entzündungsgefahr weiter reduziert ist. Alternativ oder ergänzend kann der Sensor eigensicher ausgebildet sein, insbesondere konform den Ex-i-Anforderungen ausgebildet sein. Eigensichere Ausführungsformen des im beanspruchten Verfahren eingesetzten Sensors bieten hinreichende Leistungsfähigkeit zum Erfassen des Strömungsgeräuschs. Das beanspruchte Verfahren ist ohne Weiteres in Anwendungen mit Entzündungs- bzw. Explosionsgefahr verwendbar. Im Vergleich zu bekannten Lösungen wird damit eine einfache und kosteneffiziente Möglichkeit zum Messen der Gasströmung bereitgestellt.Furthermore, the gas flow can have at least one component that is ignitable or explosive with air. The component can be, for example, hydrogen, a hydrocarbon, an emanation, ie outgassing, of a chemical, or a fuel vapor. A sensor required to carry out the claimed method, in particular an acoustic sensor, can be attached to an outside of the valve, ie the side facing the environment, where the risk of ignition is minimized. Likewise, an acoustic sensor can be encapsulated in a simple manner, as a result of which the risk of ignition is further reduced. Alternatively or additionally, the sensor can be designed to be intrinsically safe, in particular be designed to conform to the Ex-i requirements. Intrinsically safe embodiments of the sensor used in the claimed method offer sufficient performance for detecting the flow noise. The claimed method can easily be used in applications with a risk of ignition or explosion. Compared to known solutions, this provides a simple and cost-effective way of measuring the gas flow.

Ferner kann im beanspruchten Verfahren das Ventil einen ersten und einen zweiten Ventilteller aufweisen, die zu einem Betätigen des Ventils beweglich sind. Der erste Ventilteller kann zu einem Belüften des zugehörigen Behälters beweglich ausgebildet sein, der zweite Ventilteller zu einem Entlüften des zugehörigen Behälters. Zumindest der zweite und dritte Schritt des Verfahrens können jeweils am ersten Ventilteller und am zweiten Ventilteller durchgeführt werden. Insbesondere kann dazu im zweiten Schritt ein Messwert eines Strömungsgeräuschs erfasst werden, das im Bereich des ersten bzw. zweiten Ventiltellers erzeugt wird, also dort vorliegt. Im Bereich des ersten und zweiten Ventiltellers können durch die gleiche Strömung unterschiedliche Strömungsgeräusche erzeugt werden. Mittels der jeweils für den ersten und zweiten Ventilteller ermittelten Messwerte ist ein gegenseitiges Plausibilisieren der Messwerte möglich. Dies erlaubt beispielsweise eine Diagnose, also Fehlererkennung, am Ventil. Insbesondere ist eine ausbleibende Betätigung des ersten bzw. zweiten Ventiltellers feststellbar. Ebenso ist ein Festklemmen des ersten und/oder zweiten Ventiltellers feststellbar. Dies stellt gegenüber anderen Detektionsansätzen ein diversitäres Vorgehen dar. Des Weiteren kann die Diagnose anhand weiterer Daten, beispielsweise einer Temperaturmessung, einer Uhrzeit und/oder einer Helligkeitsangabe über die Umgebung, durchgeführt werden. Umgekehrt ist auch ein Erkennen eines defekten Sensors möglich. Weiter ist ausnutzbar, dass durch Erfassen von Messwerten am ersten und zweiten Ventilteller die Strömungsrichtung der Gasströmung identifizierbar ist. Das beanspruchte Verfahren ist infolgedessen funktionell vielseitig und erlaubt einen zuverlässigen Betrieb des Ventils.Furthermore, in the claimed method, the valve can have a first and a second valve head, which are movable to actuate the valve. The first valve disk can be configured to be movable for venting the associated container, and the second valve disk for venting the associated container. At least the second and third step of the method can be carried out on the first valve disk and on the second valve disk. In particular, a measured value of a flow noise can be recorded in the second step, which is generated in the area of the first or second valve disk, ie is present there. In the area of the first and second valve disc, different flow noises can be generated by the same flow. A mutual plausibility check of the measured values is possible by means of the measured values determined for the first and second valve plate. This allows, for example, a diagnosis, ie error detection, on the valve. In particular, a lack of actuation of the first or second valve disk can be determined. A jamming of the first and/or second valve disk can also be detected. Compared to other detection approaches, this represents a diverse procedure. Furthermore, the diagnosis can be carried out on the basis of further data, for example a temperature measurement, a time and/or an indication of the brightness of the environment. Conversely, it is also possible to detect a defective sensor. It is also possible to exploit the fact that the flow direction of the gas flow can be identified by detecting measured values on the first and second valve disk. As a result, the claimed method is functionally versatile and allows reliable operation of the valve.

Die beschriebene Aufgabenstellung wird ebenso durch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt gelöst, das zu einem nichtinvasiven Messen einer Gasströmung ausgebildet ist, die durch ein Ventil strömt. Das Computerprogrammprodukt ist ausführbar auf einer Überwachungseinheit speicherbar und ist zu einem Empfangen von Messwerten von Sensoren ausgebildet. Das Computerprogrammprodukt kann zumindest teilweise als Software ausgebildet sein und/oder zumindest teilweise festverdrahtet, beispielsweise als ASIC, FPGA, Chip oder Mikrocontroller ausgebildet sein. Ferner kann das Computerprogrammprodukt monolithisch, also auf einer einzigen Hardwareplattform ausführbar, oder modular ausgebildet sein. Das modular ausgebildete Computerprogrammprodukt umfasst eine Mehrzahl an Teilprogrammen, die auf separaten Hardwareplattformen ausführbar sind und durch kommunikative Datenverbindungen dazu geeignet sind, die Funktionalität des Computerprogrammprodukts bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist das Computerprogrammprodukt dazu ausgebildet, zumindest eine Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen. Dazu umfasst das Computerprogrammprodukt zumindest das neuronale Netz, das zum Durchführen zumindest des dritten Schrittes eingesetzt wird und/oder ist zum Durchführen einer statistischen Auswertung von Messwerten. Das beanspruchte Verfahren ist durch das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt in einfacher Weise auf einer bestehenden Hardwareplattform im Zuge einer Nachrüstung implementierbar und anpassbar.The task described is also achieved by a computer program product according to the invention, which is designed for non-invasive measurement of a gas flow that flows through a valve. The computer program product is executable, can be stored on a monitoring unit and is designed to receive measured values from sensors. The computer program product can be at least partially in the form of software and/or at least partially hardwired, for example in the form of an ASIC, FPGA, chip or microcontroller. Furthermore, the computer program product can be monolithic, ie executable on a single hardware platform, or modular. The modular computer program product includes a plurality of subprograms that can be executed on separate hardware platforms and are suitable for the functionality of the computer program per communicative data connections provide product. According to the invention, the computer program product is designed to execute at least one embodiment of the method described above. For this purpose, the computer program product includes at least the neural network, which is used to carry out at least the third step and/or is used to carry out a statistical evaluation of measured values. The claimed method can be implemented and adapted in a simple manner on an existing hardware platform in the course of retrofitting using the computer program product according to the invention.

Gleichermaßen wird die eingangs skizzierte Aufgabenstellung durch eine erfindungsgemäße Überwachungseinheit gelöst. Die Überwachungseinheit ist zu einem Messen einer Gasströmung durch ein Ventil ausgebildet und verfügt über einen Speicher und eine Reicheneinheit. Mittels des Speichers und der Recheneinheit ist ein Computerprogrammprodukt ausführbar, mit dem das Messen der Gasströmung durchführbar ist. Erfindungsgemäß ist das Computerprogrammprodukt nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.Likewise, the task outlined at the outset is solved by a monitoring unit according to the invention. The monitoring unit is designed to measure a gas flow through a valve and has a memory and a rich unit. A computer program product can be executed by means of the memory and the computing unit, with which the gas flow can be measured. According to the invention, the computer program product is designed according to one of the embodiments described above.

Ferner wird die Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes Ventilsystem gelöst, das zu einem Einstellen eines Gasdrucks in einem Behälter ausgebildet ist. Im Behälter ist ein Gas, ein Gasgemisch oder eine ausgasende Flüssigkeit, beispielsweise Benzin, aufgenommen. Der Behälter kann beispielsweise als Lagertank ausgebildet sein. Durch Einwirkungen aus der Umgebung, beispielsweise eine steigende oder sinkende Umgebungstemperatur, kann ein Gasdruck im Behälter steigen oder sinken. Der Behälter ist mit einem Ventil ausgestattet, das über eine erste und zweite Ventilseite verfügt, wobei zwischen der ersten und zweiten Ventilseite eine Druckdifferenz auftreten kann. Das Ventil ist zu einem Ausgleichen der Druckdifferenz geeignet ausgebildet. Das Ventil wiederum ist mit einem Sensor versehen, der mit einer Überwachungseinheit verbunden ist, die ebenfalls zum Ventilsystem gehört. Der Sensor ist zu einem nichtinvasiven Messen, beispielsweise einer Gasströmung, ausgebildet, die bei einem Ausgleichen der Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Ventilseite hervorgerufen werden kann. Zum nichtinvasiven Messen ist der Sensor erfindungsgemäß als Mikrofon und/oder als Körperschallsensor ausgebildet. Der am Ventil angebrachte Sensor ist dazu ausgebildet, die im Ventil vorliegende Gasströmung akustisch, also über Körperschall bzw. eine Luftschallemission zu erfassen und zu messen. Der Erfindung liegt unter anderem die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass eine Gasströmung in einem derartigen Ventil über eine solche akustische Erfassung hinreichend genau messbar ist, um einen über das Ventil ausgetauschte Gasdurchsatz, also eine Gasmenge, zu quantifizieren. Dies erlaubt es beispielsweise, Emissionen in die Umgebung zu quantifizieren oder eine durch angesaugte Umgebungsluft hervorgerufene Kontamination des Behälterinhalts zu nichtinvasiv bestimmen. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Ventilsystem insbesondere zur Verwendung mit zünd- oder explosionsfähigen Gasen, beispielsweise Wasserstoff, geeignet.Furthermore, the object is achieved by a valve system according to the invention, which is designed to set a gas pressure in a container. A gas, a gas mixture or an outgassing liquid, for example gasoline, is accommodated in the container. The container can be designed as a storage tank, for example. A gas pressure in the container can increase or decrease as a result of environmental influences, for example an increasing or decreasing ambient temperature. The container is equipped with a valve which has a first and second valve side, it being possible for a pressure difference to occur between the first and second valve side. The valve is suitably designed to equalize the pressure difference. The valve in turn is fitted with a sensor which is connected to a monitoring unit which is also part of the valve system. The sensor is designed for non-invasive measurement, for example a gas flow, which can be brought about when the pressure difference between the first and second valve sides is equalized. For non-invasive measurement, the sensor is designed according to the invention as a microphone and/or as a structure-borne noise sensor. The sensor attached to the valve is designed to detect and measure the gas flow present in the valve acoustically, ie via structure-borne noise or airborne noise emissions. The invention is based, inter alia, on the surprising finding that a gas flow in such a valve can be measured with sufficient accuracy via such an acoustic detection in order to quantify a gas throughput exchanged via the valve, ie a quantity of gas. This allows, for example, emissions into the environment to be quantified or contamination of the container contents caused by ambient air drawn in to be determined non-invasively. As a result, the valve system according to the invention is particularly suitable for use with ignitable or explosive gases, for example hydrogen.

Ferner kann der Sensor im beanspruchten Ventilsystem ein Mikrofon und einen Körperschallsensor umfassen. In einem derartigen Sensor können das Mikrofon und der Körperschallsensor in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen sein und/oder in aneinander befestigbaren Gehäusen.Furthermore, the sensor in the claimed valve system can include a microphone and a structure-borne sound sensor. In such a sensor, the microphone and the structure-borne noise sensor can be accommodated in a common housing and/or in housings that can be fastened to one another.

In einer Ausführungsform des beanspruchten Ventilsystems ist der Sensor an einer Außenseite des Ventils angeordnet. Dementsprechend wird ein Benetzen des Sensors durch die Gasströmung vermieden. Der Sensor kann folglich als einfacher Sensor ausgebildet sein, der beispielsweise ungekapselt ausgebildet ist. Insbesondere kann der Sensor als nicht-explosionssicherer Sensor, also ohne sogenannte Ex-Schutz-Zertifizierung wie der ATEX-Zertifizierung, ausgebildet sein. Das beanspruchte Ventilsystem bietet folglich eine genaue nichtinvasive Messung der Gasströmung in einer explosionsgefährdeten Umgebung mit besonders einfachen und kosteneffizienten Komponenten.In one embodiment of the claimed valve system, the sensor is arranged on an outside of the valve. Accordingly, wetting of the sensor by the gas flow is avoided. The sensor can consequently be embodied as a simple sensor which, for example, is embodied in an unencapsulated manner. In particular, the sensor can be embodied as a non-explosion-proof sensor, ie without so-called explosion protection certification such as ATEX certification. The claimed valve system thus offers an accurate, non-invasive measurement of gas flow in a hazardous environment with particularly simple and cost-effective components.

Ferner kann die Überwachungseinheit im beanspruchten Ventilsystem dazu ausgebildet sein, zumindest eine Ausführungsformen des oben dargelegten beanspruchten Verfahrens durchzuführen. Das beanspruchte Ventilsystem ist folglich an eine breite Spanne an Einsatzzwecken anpassbar. Die technischen Merkmale des beanspruchten Verfahrens sind ohne Weiteres auf die Überwachungseinheit und das Ventilsystem übertragbar.Furthermore, the monitoring unit in the claimed valve system can be designed to carry out at least one embodiment of the claimed method presented above. The claimed valve system is consequently adaptable to a wide range of purposes. The technical features of the claimed method can easily be transferred to the monitoring unit and the valve system.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einzelner Ausführungsformen in Figuren näher erläutert. Die Figuren sind insoweit in gegenseitiger Ergänzung zu lesen, dass gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren die gleiche technische Bedeutung haben. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen sind untereinander auch kombinierbar. Ferner sind die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen mit den oben skizzierten Merkmalen kombinierbar. Es zeigen im Einzelnen:

1 eine Ausführungsform des beanspruchten Ventilsystems in einer Schnittansicht;
2 eine Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens während eines Stadiums.

The invention is explained in more detail below with reference to individual embodiments in figures. The figures are to be read as complementing one another to the extent that the same reference symbols in different figures have the same technical meaning. The features of the individual embodiments can also be combined with one another. Furthermore, the embodiments shown in the figures can be combined with the features outlined above. They show in detail:

1 an embodiment of the claimed valve system in a sectional view;
2 an embodiment of the claimed method during a stage.

In 1 ist eine Ausführungsform des beanspruchten Ventilsystems 40, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren 100 zum nichtinvasiven Messen einer Gasströmung 15 durchzuführen. Das Ventilsystem 40 umfasst ein Ventil 10, durch das die zu messende Gasströmung 15 hindurchströmen kann. Das Ventil 10 ist an einem Behälter 12 befestigt, in dem ein Behälterinhalt 11 aufgenommen ist. Der Behälterinhalt 11 kann ein Gas, ein Gasgemisch oder eine ausgasende Flüssigkeit sein. Der Behälter 12 ist einer thermischen Einwirkung 21 aus einer Umgebung 25 ausgesetzt, durch die ein Wärmeeintrag in den Behälterinhalt 11 oder eine Abkühlung des Behälterinhalts 11 hervorgerufen wird. Infolgedessen liegt bei hinreichender thermischer Einwirkung 21 zwischen einer ersten Ventilseite 26, die einer Ventilinnenseite entspricht, und einer zweiten Ventilseite 28, die einer Ventilaußenseite entspricht, eine Druckdifferenz vor. Weiter weist das Ventil 10 einen ersten Ventilteller 14 und einen zweiten Ventilteller 16 auf, die zu einem selbsttätigen Auslösen 18 ausgebildet sind. In Abhängigkeit davon, ob im Ventil 10 gegenüber der Umgebung 25 ein Überdruck oder Unterdruck vorliegt, ist durch Auslösen 18 des ersten Ventiltellers 14 eine Belüftung 17 des Ventils 10 auslösbar, oder durch Auslösen 18 des zweiten Ventiltellers 16 eine Entlüftung 19 des Ventils 10. Das Ventil 10, und damit auch die Ventilteller 14, 16 sind hierzu jeweils mit einem Federmechanismus 31 ausgestattet, der ein selbsttätiges Auslösen 18 bei einer entsprechenden Druckdifferenz zwischen der zugehörigen ersten und zweiten Ventilseite 26, 28 erlaubt. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung können die Ventilteller 14, 16 jeweils auch dazu ausgebildet sein, durch ihr Eigengewicht zu schließen. Durch das Auslösen 18 des ersten bzw. zweiten Ventiltellers 14, 16 wird eine entsprechend gerichtete Gasströmung 15 hervorgerufen. Das Auslösen 18 des Ventils 10, also des ersten oder zweiten Ventiltellers 14, 16, und Hervorrufen der Gasströmung 15 erfolgt in einem ersten Schritt 110 des Verfahrens 100.In 1 1 is an embodiment of the claimed valve system 40 configured to perform a method 100 for non-invasively measuring a gas flow 15. FIG. The valve system tem 40 includes a valve 10 through which the gas flow to be measured 15 can flow. The valve 10 is attached to a container 12 in which a container content 11 is received. The contents of the container 11 can be a gas, a gas mixture or an outgassing liquid. The container 12 is exposed to a thermal effect 21 from an environment 25, which causes heat to be introduced into the container contents 11 or causes the container contents 11 to cool down. As a result, when there is sufficient thermal action 21, there is a pressure difference between a first valve side 26, which corresponds to an inside of the valve, and a second valve side 28, which corresponds to an outside of the valve. Furthermore, the valve 10 has a first valve disk 14 and a second valve disk 16 which are designed for automatic triggering 18 . Depending on whether there is overpressure or underpressure in the valve 10 compared to the environment 25, venting 17 of the valve 10 can be triggered by triggering 18 of the first valve disk 14, or venting 19 of the valve 10 by triggering 18 of the second valve disk 16 Valve 10, and thus also the valve disks 14, 16, are each equipped with a spring mechanism 31 for this purpose, which allows automatic triggering 18 when there is a corresponding pressure difference between the associated first and second valve sides 26, 28. In further embodiments of the invention, the valve disks 14, 16 can each also be designed to close under their own weight. The triggering 18 of the first or second valve disk 14, 16 causes a correspondingly directed gas flow 15. The valve 10, i.e. the first or second valve disk 14, 16, is triggered 18 and the gas flow 15 is brought about in a first step 110 of the method 100.

An einer Außenseite des Ventils 10, und damit auf der zweiten Ventilseite 28, sind Sensoren 20 befestigt, die jeweils zum Erfassen von zumindest einem Messwert 35 ausgebildet sind. Einer der Sensoren 20 ist als Mikrofon 22 ausgebildet, das zum Erfassen von Luftschall 27 geeignet ist. Ein weiterer Sensor 20 ist als Körperschallsensor 24 ausgebildet, der dazu geeignet ist, im Ventil 10 vorliegenden Körperschall 29 zu erfassen. Der Körperschallsensor 24 ist dazu ausgebildet, im Ventil 10 Vibrationen entlang unterschiedlicher Raumachsen 23 zu erfassen. Der als Mikrofon 22 ausgebildete Sensor 20 ist im Bereich des ersten Ventiltellers 16 angeordnet und der als Körperschallsensor 24 ausgebildete Sensor 20 ist im Bereich des zweiten Ventiltellers 16 angeordnet. Die Messwerte 35 werden vom jeweiligen Sensor 20 in einem zweiten Schritt 120 des Verfahrens 100 erfasst und über eine jeweilige kommunikative Datenverbindung 44 an eine Überwachungseinheit 30 übertragen. Die kommunikative Datenverbindung 44 kann drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet sein.On an outside of the valve 10, and thus on the second valve side 28, sensors 20 are attached, which are each designed to record at least one measured value 35. One of the sensors 20 is designed as a microphone 22 that is suitable for detecting airborne noise 27 . Another sensor 20 is designed as a structure-borne noise sensor 24 which is suitable for detecting structure-borne noise 29 present in the valve 10 . Structure-borne sound sensor 24 is designed to detect vibrations along different spatial axes 23 in valve 10 . The sensor 20 embodied as a microphone 22 is arranged in the area of the first valve disk 16 and the sensor 20 embodied as a structure-borne noise sensor 24 is arranged in the area of the second valve disk 16 . The measured values 35 are recorded by the respective sensor 20 in a second step 120 of the method 100 and are transmitted to a monitoring unit 30 via a respective communicative data link 44 . The communicative data link 44 can be wired or wireless.

Es folgt ein dritter Schritt 130 des Verfahrens 100, in dem die Messwerte 35 durch die Überwachungseinheit 30 des Ventilsystems 40 verarbeitet werden. Anhand der Messwerte 35 wird ein Volumenstrom 33 der Gasströmung 15 erfasst, die im ersten Schritt 110 hervorgerufen wird. Die Überwachungseinheit 30 ist mit einem Speicher 46 und einer Recheneinheit 48 ausgestattet, die dazu ausgebildet sind, ein Computerprogrammprodukt 50 auszuführen. Das Computerprogrammprodukt 50 umfasst ein neuronales Netz 55, durch das der Volumenstrom 33 anhand der Messwerte 35 ermittelbar ist. Der im dritten Schritt 130 ermittelte Volumenstrom 33 wird in einem darauffolgenden vierten Schritt 140 über eine Anzeigeeinheit 36 an einen Benutzer und/oder eine Datenschnittstelle 38 ausgegeben. Insbesondere ist die Datenschnittstelle 38 dazu ausgebildet, den Volumenstrom 33 an ein weiteres nicht dargestelltes Computerprogrammprodukt weiterzuleiten.A third step 130 of the method 100 follows, in which the measured values 35 are processed by the monitoring unit 30 of the valve system 40 . A volume flow 33 of the gas flow 15 , which is brought about in the first step 110 , is recorded on the basis of the measured values 35 . The monitoring unit 30 is equipped with a memory 46 and a computing unit 48 which are designed to run a computer program product 50 . The computer program product 50 includes a neural network 55 through which the volume flow 33 can be determined using the measured values 35 . The volume flow 33 ascertained in the third step 130 is output in a subsequent fourth step 140 via a display unit 36 to a user and/or a data interface 38 . In particular, the data interface 38 is designed to forward the volume flow 33 to a further computer program product, not shown.

Dadurch, dass der als Mikrofon 22 ausgebildete Sensor 20 im Bereich des zweiten Ventiltellers 16 angebracht ist, wird durch eine Gasströmung 15, die bei einem Entlüften 19 hervorgerufen wird, Luftschall 27 mit einer anderen Lautstärke, also Amplitude, und einer anderen Frequenz erfasst, als bei einer Gasströmung 15, die bei einer Belüftung 17 hervorgerufen wird. In Kombination mit Messwerten 35 vom Körperschallsensor 24 ist so eine Strömungsrichtung der Gasströmung 15 im Ventilsystem 40 selbsttätig unterscheidbar. Das neuronale Netz 55 ist mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl an Datensätzen, die als Trainingsdaten dienen, für eine Vielzahl an Betriebszuständen des Ventilsystems 40 trainierbar, wobei eine gesteigerte Messgenauigkeit erzielt wird.Due to the fact that the sensor 20 designed as a microphone 22 is attached in the area of the second valve disk 16, airborne sound 27 with a different volume, i.e. amplitude, and a different frequency is detected by a gas flow 15, which is caused by venting 19 at a gas flow 15, which is caused by a ventilation 17. In combination with measured values 35 from the structure-borne noise sensor 24, a flow direction of the gas flow 15 in the valve system 40 can thus be automatically distinguished. The neural network 55 can be trained for a large number of operating states of the valve system 40 with a relatively small number of data sets that serve as training data, with increased measurement accuracy being achieved.

Eine Ausführungsform des beanspruchten Verfahrens 100 während eines Stadiums ist in 2 schematisch in einem Diagramm 60 gezeigt. Das Diagramm 60 umfasst eine horizontale Zeitachse 62 und eine vertikale Größenachse 64. Das in 2 gezeigte Stadium geht davon aus, dass der erste Schritt 110, in dem in einem Ventilsystem 40 die zu messende Gasströmung 15 ausgelöst wird, bereits abgeschlossen ist und die Gasströmung 15 vorliegt. Die Gasströmung 15 ist gemäß 1 eine Belüftung 17. Das Ventilsystem 40 kann dabei beispielsweise nach 1 ausgebildet sein. Während eines einstellbaren Überwachungsintervalls 42 werden in einem Messintervall 45 in einem zweiten Schritt 120 des Verfahrens 100 Messwerte 35 zu einer Luftschallemission, also ein Luftschall 27 und ein Körperschall 29 mittels geeigneter Sensoren 20 erfasst. In den Messintervallen 45 wird zunächst Luftschall 27 und anschließend Körperschall 29 erfasst. Aus den Messwerten 35 zum Luftschall 27 und zum Körperschall 29 wird im dritten Schritt 130 in einem ersten Durchlauf 51 des Verfahrens 100 eine ableitete Größe 39 ermittelt, die in ihrer Volatilität den Messwerten 35 folgt. Die abgeleitete Größe kann beispielsweise eine skalare Größe sein, die sich unmittelbar algebraisch aus den Messwerten 35 ergibt. Insbesondere kann die abgeleitete Größe 39 eine quantitative Abweichung von einem Referenzbetriebszustand des Ventilsystems 40 sein, insbesondere einem Ruhezustand, in dem das zugehörige Ventil 20 geschlossen ist, also keine Gasströmung 15 vorliegt. Ausgehend von der abgeleiteten Größe 39 wird weiter im dritten Schritt 130 ein Volumenstrom 33 für das Messintervall 45 im ersten Durchgang 51 des Verfahrens 100 ermittelt. Der Volumenstrom 33 ist eine volumen- oder massemäßig definierte Gasmenge pro Zeiteinheit. Der Volumenstrom 33 wird für das Überwachungsintervall 42 im ersten Durchgang 51 des Verfahrens 100 einen im Wesentlichen konstanten Wert dar und wird im vierten Schritt 140 ausgeben. Die Dauer des Überwachungsintervall 42 entspricht einer Abtastrate. Der erste Durchgang 51 des Verfahrens 100, insbesondere der dritte Schritt 130, wird mittels eines neuronalen Netzes 55 durchgeführt, das zu einem Computerprogrammprodukt 50 gehört, das auf einer Überwachungseinheit 30 des Ventilsystems 40 ausgeführt wird.An embodiment of the claimed method 100 during a stage is in 2 shown schematically in a diagram 60 . The diagram 60 includes a horizontal time axis 62 and a vertical magnitude axis 64. The in 2 The stage shown assumes that the first step 110, in which the gas flow 15 to be measured is triggered in a valve system 40, has already been completed and the gas flow 15 is present. The gas flow 15 is according to 1 a ventilation 17. The valve system 40 can, for example 1 be trained. During an adjustable monitoring interval 42 , in a second step 120 of the method 100 , measured values 35 relating to an airborne noise emission, ie an airborne noise 27 and a structure-borne noise 29 , are recorded by means of suitable sensors 20 in a measuring interval 45 . In the measurement intervals 45, airborne noise 27 and then structure-borne noise 29 are recorded first. From the measured values 35 for the airborne noise 27 and for the structure-borne noise 29 , a derived variable 39 is determined in the third step 130 in a first run 51 of the method 100 , which variable follows the measured values 35 in terms of its volatility. The derived variable can be a scalar variable, for example, which results directly algebraically from the measured values 35 . In particular, the derived variable 39 can be a quantitative deviation from a reference operating state of the valve system 40, in particular an idle state in which the associated valve 20 is closed, ie no gas flow 15 is present. Based on the derived variable 39 , a volume flow 33 for the measurement interval 45 in the first pass 51 of the method 100 is determined in the third step 130 . The volume flow 33 is a quantity of gas defined in terms of volume or mass per unit of time. The volume flow 33 is an essentially constant value for the monitoring interval 42 in the first pass 51 of the method 100 and is output in the fourth step 140 . The duration of the monitoring interval 42 corresponds to a sampling rate. The first run 51 of the method 100, in particular the third step 130, is carried out using a neural network 55 which belongs to a computer program product 50 which is executed on a monitoring unit 30 of the valve system 40.

In einem zweiten Durchgang 52 des Verfahrens wird der Volumenstrom 33 für ein entsprechendes Messintervall 45 in einem Überwachungsintervall 42 erneut in einem dritten Schritt 130 ermittelt. Dazu werden korrespondierend zum ersten Durchgang 51 in einem zweiten Schritt 120 Messwerte 35 zu einem Luftschall 27 und einem Körperschall 29 von geeigneten Sensoren 20 nacheinander ermittelt. Ebenso wird aus den Messwerten 35 im zweiten Durchgang 52 eine abgeleitete Größe 39 ermittelt. Anhand der abgeleiteten Größe 39 wird im dritten Schritt 130 der Volumenstrom 33 ermittelt, der für das einstellbare Messintervall 45 im zweiten Durchgang 52 einen im Wesentlichen konstanten Wert darstellt. Auch der zweite Durchgang 52, insbesondere dessen dritter Schritt 130, wird mittels des neuronalen Netzes 55 im Computerprogrammprodukt 50 durchgeführt.In a second run 52 of the method, the volume flow 33 for a corresponding measurement interval 45 is determined again in a monitoring interval 42 in a third step 130 . For this purpose, in a second step 120 , corresponding to the first passage 51 , measured values 35 for an airborne sound 27 and a structure-borne sound 29 are determined one after the other by suitable sensors 20 . A derived variable 39 is also determined from the measured values 35 in the second pass 52 . In the third step 130 , the volume flow 33 is determined on the basis of the derived variable 39 , which represents an essentially constant value for the adjustable measurement interval 45 in the second pass 52 . The second pass 52 , in particular its third step 130 , is also carried out using the neural network 55 in the computer program product 50 .

Zwischen den Messintervallen 45 im ersten und zweiten Durchgang 51, 52 liegt eine Inaktivphase 41, die auch zum ersten Durchgang 51 gehört. Die Dauer der Inaktivphase 41 ist in Abhängigkeit von der Höhe des Volumenstroms 33 einstellbar, der im ersten Durchgang 51 ermittelt wird. Je höher der im ersten Durchgang 51 ermittelte Volumenstrom 33 ist, umso kürzer ist die Inaktivphase 41. Korrespondierend ist die Inaktivphase 41 umso länger, je niedriger der im ersten Durchgang 51 ermittelte Volumenstrom 33 ist. Dadurch ist beispielsweise in einem Betrieb, in dem keine Gasströmung 15 vorliegt, ein energiesparender Betrieb des Ventilsystems 40 möglich.Between the measurement intervals 45 in the first and second pass 51 , 52 there is an inactive phase 41 which also belongs to the first pass 51 . The duration of the inactive phase 41 can be adjusted as a function of the level of the volume flow 33 which is determined in the first pass 51 . The higher the volume flow 33 determined in the first pass 51, the shorter the inactive phase 41. Correspondingly, the inactive phase 41 is longer the lower the volume flow 33 determined in the first pass 51 is. As a result, an energy-saving operation of the valve system 40 is possible, for example, in an operation in which there is no gas flow 15 .

Weiter wird ein fünfter Schritt 150 durchgeführt, in dem für die Inaktivphase 41 zwischen den Messintervallen 45 des ersten und zweiten Durchgangs 51, 52, also den Überwachungsintervallen 42, ein Interpolationsvolumenstrom 37 ermittelt wird. Der Interpolationsvolumenstrom 37 wird hierbei basierend auf den für den ersten und zweiten Durchgang 51, 52 ermittelten Volumenströmen 33 ermittelt. Der Interpolationsvolumenstrom 37 stellt hierbei einen im Wesentlichen konstanten Wert dar. Ferner wird im fünften Schritt 150 für zumindest die Überwachungsintervalle 42 des ersten und zweiten Durchgangs 51, 52 des Verfahrens 100 und die dazwischenliegende Inaktivphase 41 einen über das Ventil 10 ausgetauschten Gasdurchsatz 34 ermittelbar. Der ausgetauschte Gasdurchsatz 34 ist durch ein zeitliches Integral über die Messintervalle 45 und die Inaktivphase 41 ermittelbar. Die Gasströmung 15 tritt bei einer Belüftung 17 eines Behälters 12 auf, wie in 1 gezeigt. Anhand von Angaben, beispielsweise über eine Staub- oder Pollenbelastung der Luft in der Umgebung 25, ist somit eine Kontamination des Behälterinhalts 11 quantifizierbar. Umgekehrt ist bei einer Gasströmung 15, die bei einer Entlüftung 19 auftritt, ein Verlust an Behälterinhalt 11 quantifizierbar. Dies erlaubt insgesamt einen definierten Betrieb des Ventilsystems 40.A fifth step 150 is also carried out, in which an interpolation volume flow 37 is determined for the inactive phase 41 between the measurement intervals 45 of the first and second pass 51 , 52 , ie the monitoring intervals 42 . The interpolated volume flow 37 is determined based on the volume flows 33 determined for the first and second pass 51, 52. The interpolated volume flow 37 represents an essentially constant value. Furthermore, in the fifth step 150, a gas throughput 34 exchanged via the valve 10 can be determined for at least the monitoring intervals 42 of the first and second pass 51, 52 of the method 100 and the inactive phase 41 in between. The exchanged gas throughput 34 can be determined by a time integral over the measurement intervals 45 and the inactive phase 41 . The gas flow 15 occurs at a ventilation 17 of a container 12, as in 1 shown. A contamination of the container contents 11 can thus be quantified on the basis of information, for example about a dust or pollen load in the air in the environment 25 . Conversely, in the case of a gas flow 15 that occurs during a vent 19, a loss of container contents 11 can be quantified. Overall, this allows a defined operation of the valve system 40.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 3311052 B1 [0003]

Claims

A method (100) for non-invasively measuring a gas flow (15) through a valve (10), comprising the steps of: a) triggering the valve (10) and causing the gas flow (15) to be measured; b) detecting at least one measured value (35) of a flow noise at the valve (10); c) determining a volume flow (33) of the gas flow (15) based on the at least one measured value (35); d) outputting the determined volume flow (33) to a user and/or a data interface (48) of a monitoring unit (30); wherein at least step c) is carried out using a neural network (55) and/or statistical processing.

Method (100) according to claim 1 , characterized in that the flow noise is designed as structure-borne noise (29) in the valve (10) and/or as airborne noise emission (27).

Method (100) according to claim 1 or 2 , characterized in that the flow noise is detected along at least two spatial axes (23).

Method (100) according to any one of Claims 1 until 3 , characterized in that in step c) a flow direction of the gas flow (15) is determined.

Method (100) according to any one of Claims 1 until 4 , characterized in that in step e) a gas throughput (34) for an adjustable monitoring interval (42) is determined on the basis of the volumetric flow (33) determined in step c).

Method (100) according to any one of Claims 1 until 5 , characterized in that the valve (10) is designed as a passive valve.

Method (100) according to any one of Claims 1 until 6 , characterized in that based on step b) based on the detected at least one measured value (34) is carried out repeatedly with an adjustable sampling rate.

Method (100) according to any one of Claims 1 until 7 , characterized in that the gas flow (15) has at least one component which can be ignited or exploded with air.

Method (100) according to any one of Claims 1 until 8th , characterized in that the valve (10) has a first and a second valve disk (14, 16) and at least steps b) and c) are carried out separately on the first and second valve disk (14, 16).

Computer program product (50) for non-invasively measuring a gas flow (15) through a valve (110), which can be stored in an executable manner on a monitoring unit (30) and which is designed to receive measured values (35) from a sensor (20), characterized in that That the computer program product (50) for performing at least one method (100) according to one of Claims 1 until 9 is trained.

Monitoring unit (30) for measuring a gas flow (15) through a valve (10), which has a memory (46) and a computing unit (48) for executing a computer program product (50), characterized in that the computer program product (50) according to claim 10 is trained.

Valve system (40) for adjusting a gas pressure in a container (12) in which a gas, a gas mixture or an outgassing liquid is accommodated, comprising a valve (10) which is provided with a sensor (20) and a monitoring unit ( 30) which is connected to the at least one sensor (20), characterized in that the sensor (20) is designed as a microphone (22) and/or as a structure-borne noise sensor (24).

Valve system (40) according to claim 12 , characterized in that the sensor (20) is arranged on an outside of the valve (10).

Valve system (40) according to claim 12 or 13 , characterized in that the monitoring unit (30) for performing at least one method (100) according to one of Claims 1 until 9 is trained.