用于电化学传感器的监控系统和电化学传感器的监控方法

摘要

本发明涉及一种用于电化学传感器的监控系统和电化学传感器的监控方法。监控系统包括：第一测量点，其具有第一测量介质；第一电化学传感器，其与所述第一测量介质接触并且适于生成第一传感器数据；电子单元，其连接到所述第一电化学传感器并且具有数据存储器，所述电子单元适于将由所述第一电化学传感器生成的所述第一传感器数据存储在所述数据存储器中；计算单元，其被适配连接到所述电子单元以读出所述数据存储器中的所述第一传感器数据，所述计算单元连接到数据库，并且所述数据库具有第二电化学传感器的第二传感器数据，所述第二电化学传感器在结构上与所述第一电化学传感器完全一样。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电化学传感器的监控系统和一种电化学传感器的监控方法。

背景技术

在分析测量技术中，特别是在水管理、环境分析和工业(例如在食品技术、生物技术和制药中)的领域中的分析测量技术中以及用于各种实验室应用的分析测量技术中，测量值(例如分析物(诸如气态或液态测量介质中的离子或溶解气体)的pH值、电导率或浓度)是非常重要的。例如，可以通过电化学传感器(诸如光学、电位、安培、伏安或库仑传感器，或甚至电导率传感器)来识别和/或监控这些测量值。

然而，电化学传感器容易老化，这取决于电化学传感器的使用条件和使用时间。这种老化也称为漂移，因为老化会导致电化学传感器确定的测量值中的变化，即漂移。为了校正电化学传感器的漂移，必须以固定的间隔进行校准。如果无法通过校准校正电化学传感器的漂移，则必须更换发生故障的传感器。

在操作中，在任何情况下都应避免电化学传感器的沉淀，以最小化生产运行中的停机时间。为此，预知电化学传感器的故障时间非常重要。还希望最小化电化学传感器的校准以最小化生产运行的维护工作和停机时间。

为了预测电化学传感器的剩余使用寿命，在现有技术中，特别是从DE102016118544 A1中已知解决方案。但是，该预测仅具有有限的精度。

发明内容

因此，本发明的一个目的是使得能够预测电化学传感器的剩余使用寿命，该预测是最高精度的。

根据本发明，通过一种监控系统来实现该目的。

根据本发明的用于电化学传感器的监控系统包括：

-具有第一测量介质的第一测量点，

-与所述第一测量介质接触并适于生成第一传感器数据的第一电化学传感器，

-连接到所述第一电化学传感器并具有数据存储器的电子单元，

其中，所述电子单元适于将由所述第一电化学传感器生成的所述第一传感器数据存储在所述数据存储器中，

-计算单元，其被适配连接到所述电子单元以读出所述数据存储器中的所述第一传感器数据，

其中，所述计算单元连接到数据库，并且所述数据库具有第二电化学传感器的第二传感器数据，

所述第二电化学传感器在结构上与所述第一电化学传感器完全一样，

在不同于所述第一测量介质的第二测量介质中，由在不同于所述第一测量点的第二测量点处的所述第二电化学传感器生成所述第二传感器数据，

其中，所述计算单元适于将所述第一传感器数据与所述第二传感器数据进行比较，并且基于所述第一传感器数据与所述第二传感器数据的偏差，预测所述第一电化学传感器的剩余使用寿命和/或下一次校准时间。

根据本发明的监控系统使得可以在具有可比较的测量条件的其他测量点处访问电化学传感器的无限数量的传感器数据，以便确定剩余使用寿命和/或下一次校准时间的最大准确预测。因此可以使用来自所有制造的结构完全一样的电化学传感器(特别是在几乎完全一样的测量条件下收集传感器数据的外部传感器)的信息，以便预测电化学传感器的剩余使用寿命。如果第一传感器数据的测量条件与第二传感器数据的测量条件完全一样，则可以预期第一电化学传感器和第二电化学传感器之间的使用寿命和校准周期完全一样。因此，基于过去的大数据集，可以从对于要检查的传感器的预期过程而言的其他测量点推断过去的传感器行为。从而可以优化使用寿命预测和校准预测。

在本发明的一个实施例中，第二传感器数据由多个第二电化学传感器生成。

在本发明的一个实施例中，数据库是中央云或分散薄膜，并且第二传感器数据是匿名的。

在本发明的一个实施例中，第一电化学传感器是pH传感器、消毒传感器或溶解氧传感器。

在本发明的一个实施例中，第二电化学传感器是外部传感器。

在本发明的一个实施例中，在与第一电化学传感器产生第一传感器数据的测量条件相同的测量条件下分别生成第二传感器数据。

还通过一种监控方法来实现根据本发明的目的。

根据本发明的电化学传感器监控方法包括以下步骤：

-提供根据本发明的监控系统，

-由所述第一电化学传感器生成第一传感器数据，

-将所述第一传感器数据存储在所述电子单元的所述数据存储器中，

-将所述电子单元连接到所述计算单元，

-通过所述计算单元从所述数据存储器中读出所述第一传感器数据，

-通过所述计算单元从所述数据库中读出所述第二传感器数据，

-通过计算单元将所述第一传感器数据与所述第二传感器数据进行比较，

-确定所述第一传感器数据与所述第二传感器数据的偏差，

-基于所确定的偏差建立所述第一电化学传感器的所述剩余使用寿命和/或所述下一次校准时间的预测。

在本发明的一个实施例中，第一传感器数据和第二传感器数据包括分析物值、零点值、斜率值、不对称值、阻抗值、负载值或剩余残余寿命的历史。

还通过一种监控方法来实现根据本发明的目的。

根据本发明的电化学传感器监控方法包括以下步骤：

-提供根据本发明的监控系统；

-由所述第一电化学传感器生成第一传感器数据，

-将所述第一传感器数据存储在所述电子单元的所述数据存储器中，

-将所述电子单元连接到所述数据库，

-将所述第一传感器数据从所述电子单元发送到所述数据库，

-通过所述计算单元从所述数据库中读出所述第一传感器数据，

-通过所述计算单元从所述数据库中读出所述第二传感器数据，

-通过所述计算单元将所述第一传感器数据与所述第二传感器数据进行比较，

-确定所述第一传感器数据与所述第二传感器数据的偏差，

-基于所确定的偏差建立对所述第一电化学传感器的所述剩余使用寿命和/或所述下一次校准时间的预测。

根据本发明的一个实施例，如果偏差超过第一限制，则下一次校准时间被指示为立即待决(pending)。

根据本发明的一个实施例，如果由偏差确定的下一次校准时间比用户指定的下一次校准时间更远，则建议将预定的下一次校准时间延长到确定的下一次校准时间。

附图说明

将基于以下对附图的描述更详细地解释本发明。示出了以下部分：

-图1：根据本发明的监控系统的示意图，

-图2：各种电化学传感器的传感器数据的过程的示例性说明。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的具有第一电化学传感器2、电子单元3和计算单元5的监控系统1。

第一电化学传感器2例如是pH传感器、消毒传感器、氯传感器、二氧化氯传感器、溴传感器或溶解氧传感器。

术语“传感器数据”在下文中被理解为表示：测量的测量值，例如被测量介质的pH值、氯含量、二氧化氯含量、溴含量或氧含量；分析物值、零点值、阻抗值、斜率值、不对称值、负载值或相对于传感器剩余使用寿命的值。在开头引用的出版物中公开了如何确定负载值或剩余使用寿命，在此完整参考该出版物。

第一电化学传感器2被适配来生成第一传感器数据S1。根据第一电化学传感器2的传感器类型，第一传感器数据S1包括测量的测量值，例如被测量介质的pH值、氯含量、二氧化氯含量、溴含量或氧含量。第一传感器数据S1还包括分析物值、零点值、阻抗值、斜率值、不对称值、负载值、关于第一电化学传感器2的剩余使用寿命的值、第一电化学传感器2的测量条件或关于传感器类型的信息(诸如设计或传感器型号、序列号、测量持续时间、校准周期数、使用寿命、传感器的生产日期和/或传感器的初始启动日期)的历史。

第一电化学传感器2连接到电子单元3以将生成的第一传感器数据S1转发到电子单元3。第一电化学传感器2优选地由电子单元3供给电能。

电子单元3例如是固定地安装在现场的发射器。电子单元3也可以是便携式传感器读取设备。电子单元3具有数据存储器4。电子单元3适于在数据存储器4中存储第一电化学传感器2的第一传感器数据S1。电子单元3还包括通信模块7。通信模块7被适配连接到计算单元5和/或数据库6以便与其通信。电子单元3、数据库6和计算单元5之间的通信在每种情况下都用双箭头示意性地表示在图1中。通信模块7优选地是无线通信模块7，例如WLAN、蓝牙模块或类似的无线通信模块。在替代实施例中，通信模块7经由电缆连接与数据库6和/或计算单元5(未示出)进行通信。

计算单元5还具有通信模块以通信连接到电子单元3和/或数据库6。因此，第一传感器数据S1可以从电子单元3的数据存储器4中读出以用于计算单元5。计算单元5例如是PC、服务器、智能电话或平板电脑。

数据库6例如是云或雾。云优选地被设计为中央数据库，即数据库位于中央服务器上。雾优选地被设计成分散的数据库，即数据库位于不同的分散服务器或存储单元上。在本发明的一个实施例中，电子单元3也可以连接到数据库6。

数据库6具有第二电化学传感器20的第二传感器数据S2。在图1中，第二电化学传感器20被示意性地表示第二传感器数据S2。第二传感器数据S2优选地源自多个第二电化学传感器20。

第二传感器数据S2包括测量的测量值，例如被测量介质的pH值、氯含量、二氧化氯含量、溴含量或氧含量。第二传感器数据S2还包括分析物值、零点值、阻抗值、斜率值、不对称值、负载值、关于第二电化学传感器20的剩余使用寿命的值、第二电化学传感器的测量条件20或关于传感器类型的信息(诸如设计或传感器型号、序列号、测量持续时间、校准周期数、使用寿命、传感器的生产日期和/或传感器的初始启动日期)的历史。

通过第二电化学传感器20生成第二传感器数据S2，第二电化学传感器20在结构上与第一电化学传感器2完全一样。在此，结构完全一样意味着涉及相同的传感器类型，即，例如电化学pH传感器，并且优选地为相同的传感器模型，即，例如具有预定电解质的数字电化学pH传感器。优选地，第二电化学传感器20的所有传感器规格与第一电化学传感器2完全一样。第二电化学传感器20优选地包括来自除第一电化学传感器2的用户之外的其他用户的传感器，即外部传感器。第二电化学传感器20优选地包括通过该传感器模型制造的所有传感器。第二传感器数据S2优选地是第二电化学传感器20的匿名传感器数据S2。这里，匿名意味着不可能基于第二传感器数据S2识别生成第二传感器数据S2的第二电化学传感器20的用户。为了有效地实现点火，第二传感器数据S2优选地不包括已经产生第二传感器数据S2的第二电化学传感器20的序列号。

第二传感器数据S2不是由第二电化学传感器20在与第一测量点10相同的测量点生成的。生成第二传感器数据S2的第二测量介质与第一测量介质11不同。这意味着它不是相同的、即物理和地理上完全一样的测量介质。然而，它可以是位于不同地理位置的相同类型的测量介质。例如，测量介质可以是净化设备的废水或其他测量介质。

在与第一电化学传感器2产生第一传感器数据S1的测量条件相同的测量条件下分别生成第二传感器数据S2。术语“测量条件”在此被理解为表示特定的应用领域：例如，传感器在饮用水设备、净化设备或工业设备中的使用。同样的，测量条件，或者更确切地说，术语“测量条件”优选地被理解为包括特定范围的测量值：例如，在5和8之间的pH值。测量条件还可以包括其他参数，诸如被测介质的温度等。

计算单元5适于从数据库6中读出并处理第二传感器数据S2。

计算单元5适于将第一传感器数据S1与第二传感器数据S2进行比较，并且基于第一传感器数据S1与第二传感器数据S2的偏差来预测第一电化学传感器2的剩余使用寿命和/或下一次校准时间。

图2示出了一系列示例性的第二传感器数据S2。例如，该系列是第二电化学传感器20的剩余寿命的发展。第二传感器数据S2包括来自多个例如N个不同的第二电化学传感器20的传感器数据。为了简单起见，N个不同的第二电化学传感器的第二传感器数据由参考符号SN表示为所有另外的第二传感器数据的代表。

图2还示出了基于所有第二传感器数据S2、SN的趋势曲线K。因此，趋势曲线K图示了第一电化学传感器2预期的第一传感器数据S1的趋势。

下面讨论第一电化学传感器2的监控程序：

在第一隐含步骤中，提供监控系统1。这意味着监控系统1已准备好运行。为此，第一电化学传感器2与测量介质11接触。

然后，第一电化学传感器2在第一时间段内生成第一传感器数据S1。例如，测量pH值曲线。

第一传感器数据S1存储在电子单元3的数据存储器4中，或者与生成第一传感器数据S1的步骤同时被存储。

接下来，电子单元3连接到计算单元5。该连接优选地通过由电子单元3的通信模块7和计算单元5的通信模块建立的无线连接来实现。可替代地，通过电缆建立在电子单元3和计算单元5之间的连接。

然后由计算单元5从数据存储器4中读出第一传感器数据S1。为了读出，优选地使用已知的通信协议以保证安全的数据交换。

在下一步骤中，计算单元5从数据库6中读取第二传感器数据S2。在该步骤或之后，计算单元5确定由第二传感器数据S2定义的趋势曲线K。趋势曲线K例如为由计算单元5计算出的多项式函数。

随后，计算单元5将第一传感器数据S1与第二传感器数据S2进行比较。比较的步骤优选地包括检查第二传感器数据S2是否是在与第一传感器数据S1相同的测量条件下实际生成的。

在进一步的步骤中，由计算单元5确定第一传感器数据S1与第二传感器数据S2的偏差。在该步骤中，优选地确定第一传感器数据S1与趋势曲线K的偏差。

基于所确定的偏差建立关于第一电化学传感器2的剩余使用寿命和/或下一次校准时间的预测。下一次校准时间基于例如传感器零点值的漂移。如果该漂移过程对于第一传感器数据S1比对于第二传感器数据S2更强，则第一电化学传感器2必须比第二电化学传感器更早地被校准。

在监控方法的一个替代实施例中，电子单元3连接到数据库6而不是计算单元5。在本实施例中，第一传感器数据S1被从电子单元3发送到数据库6。在本实施例中同样的是，然后计算单元5从数据库6中读出第一传感器数据S1。针对先前实施例描述的所有步骤与该替代实施例完全一样。在本实施例中，第一传感器数据S1例如通过第一电化学传感器2的序列号来识别，使得可以从第二传感器数据S2中区分第一传感器数据S1。

根据与所有先前描述的实施例兼容的本发明的一个实施例，当先前确定的偏差已经超过第一极限值G1或第二极限值G2时，下一次校准时间被指示为立即待决。第一极限值G1和第二极限值G2优选地存储在计算单元5中。极限值例如由第一极限值曲线G1和/或由围绕趋势曲线K的第二极限值曲线G2定义(见图2)。

第一极限值G1也可以是最大可容忍测量误差。如果例如第一电化学传感器2是pH传感器，并且如果用户指定0.1pH单位作为最大可容忍测量误差，则检查是否已超过该极限值。例如，如果第一电化学传感器2具有大于6mV的不对称性，则这导致6/59pH单位(＞0.1pH单位)的测量误差。在这种情况下，因此需要立即校准。

如果校准迫在眉睫，则优选地通过计算单元5向用户发送警报信号。例如，如果计算单元5是PC、膝上型电脑、智能电话或平板电脑，则直接在计算单元5处输出警报信号。可替代地或作为补充，也可以向用户发送消息，例如SMS或电子邮件。

根据与所有先前描述的实施例兼容的本发明的实施例，如果由偏差确定的下一次校准时间比用户指定的下一次校准时间更远，例如每30天校准一次，则建议将指定的下一次校准时间延长到已确定的下一次校准时间。这避免了不必要的校准，从而减少了维护成本以及维护工作量。

根据与所有先前描述的实施例兼容的本发明的实施例，当由该偏差确定的下一次校准时间比用户指定的下一次校准时间更近时，建议将指定的下一次校准时间缩短到已确定的下一次校准时间。因此，避免了太晚的校准并防止了测量误差。

参考符号列表

1 监控系统

2 第一电化学传感器

3 电子单元

4 数据存储器

5 计算单元

6 数据库

7 通信模块

10 第一测量点

11 第一测量介质

20 第二电化学传感器

S1 第一传感器数据

S2 第二传感器数据

SN 第n传感器数据