DE102008054432A1

DE102008054432A1 - Messeinrichtung mit einem Messrohr und Verfahren zur Überwachung der Messeinrichtung sowie Vorrichtung zur Überwachung einer Rohrleitung

Info

Publication number: DE102008054432A1
Application number: DE102008054432A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Drahm; Frank Schmalzried; Stefan Heidenblut; Dirk Dempwolff
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; Flowtec AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-10
Also published as: EP2364434A1; WO2010066518A1

Abstract

Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr strömenden Messstoffs, wobei das Messrohr ein Trägerrohr umfasst und inwendig eine Auskleidung aufweist, welche ein Lumen zur Aufnahme des Messstoffs bildet, wobei mindestens eine Überwachungselektrode zwischen eine erste und eine zweite Schicht der Auskleidung eingebettet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr strömenden Messstoffs, wobei das Messrohr ein Trägerrohr umfasst und inwendig eine Auskleidung aufweist, welche ein Lumen zur Aufnahme des Messstoffs bildet.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Überwachung einer Messeinrichtung, wobei die Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr strömenden Messstoffs dient, wobei das Messrohr ein Trägerrohr umfasst, wobei das Messrohr inwendig mit einer Auskleidung versehen ist, die an dem Trägerrohr befestigt ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Überwachung einer Rohrleitung, wobei die Rohrleitung inwendig wenigstens teilweise mit einer Auskleidung versehen ist, welche ein Lumen bildet, das zur Aufnahme eines strömenden Stoffs dient, wobei die Rohrleitung ein Trägerrohr umfasst, an welchem die Auskleidung befestigt ist.
Mittels Messeinrichtungen mit einem magnetisch-induktiven Messaufnehmer lassen sich bekanntlich die Strömungsgeschwindigkeit und der Volumendurchfluss eines elektrisch leitfähigen Messstoffs messen, welcher ein Messrohr des Messaufnehmers in einer Strömungsrichtung durchströmt. Hierzu wird im magnetisch-induktiven Messaufnehmer mittels zumeist einander diametral gegenüberliegender Feldspulen einer an eine Erreger-Elektronik der Messeinrichtung elektrisch angeschlossenen Magnetkreisanordnung ein Magnetfeld erzeugt, welches den Messstoff innerhalb eines vorgegebenen Messvolumens zumindest abschnittsweise senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt. Das Messrohr besteht daher üblicherweise aus einem nicht-ferromagnetischem Material, damit das Magnetfeld beim Messen nicht ungünstig beeinflusst wird. Infolge der Bewegung der freien Ladungsträger des Messstoffs im Magnetfeld wird nach dem magneto-hydrodynamischen Prinzip im Messvolumen ein elektrisches Feld erzeugt, das senkrecht zum Magnetfeld und senkrecht zur Strömungsrichtung des Messstoffs verläuft. Mittels wenigstens zweier in Richtung des elektrischen Feldes voneinander beabstandet angeordneter Messelektroden und mittels einer an diese angeschlossenen Auswerte-Elektronik der Messeinrichtung ist somit eine im Messstoff induzierte elektrische Spannung messbar, die wiederum ein Maß für den Volumendurchfluss ist. Zum Abgreifen der induzierten Spannung können beispielsweise den Messstoff berührende, galvanische oder den Messstoff nicht berührende, kapazitive Messelektroden dienen. Zum Führen und Einkoppeln des Magnetfeldes in das Messvolumen umfasst die Magnetkreisanordnung üblicherweise von den Feldspulen umhüllte Spulenkerne, die entlang eines Umfanges des Messrohrs insb. diametral, voneinander beabstandet und mit jeweils einer freien endseitigen Stirnfläche, insb. spiegelbildlich, zueinander angeordnet sind. Im Betrieb wird somit das mittels der an die Erreger-Elektronik angeschlossenen Feldspulen erzeugte Magnetfeld über die Spulenkerne so in das Messrohr eingekoppelt, dass es den zwischen beiden Stirnflächen hindurchströmenden Messstoff wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt.
Als Alternative zu Messeineinrichtungen mit magnetisch-induktiven Messaufnehmern werden oftmals auch mittels Ultraschall akustisch messende Messeinrichtungen zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Volumendurchflüssen strömender Messstoffe verwendet.
Aufgrund der geforderten hohen mechanischen Stabilität für solche Messrohre, bestehen diese – sowohl bei magnetisch-induktiv als auch für akustisch messenden Messaufnehmern – zumeist aus einem äußeren, insb. metallischen, Trägerrohr von vorgebbarer Festigkeit und Weite, das innen mit einem elektrisch isolierenden Material von vorgebbarer Dicke, dem so genannten Liner, ausgekleidet ist. Beispielsweise sind in der DE 10 2005 044 972 A1 und in der DE 10 2004 062 680 A1 jeweils magnetisch-induktive Messaufnehmer beschrieben, die ein in eine Rohrleitung einfügbares, ein einlassseitiges erstes Ende und ein auslassseitiges zweites Ende aufweisendes Messrohr mit einem nicht-ferromagnetischen Trägerrohr als eine äußere Umhüllung des Messrohrs, und einer in einem Lumen des Trägerrohrs untergebrachten, aus einem elektrisch isolierenden Material bestehenden rohrförmigen Auskleidung zum Führen eines strömenden und vom Trägerrohr elektrisch isolierten Messstoffs umfassen.
Die üblicherweise aus einem thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Kunststoff bestehende Auskleidung dient u. a. der chemischen Isolation des Trägerrohrs vom Messstoff. Bei magnetisch-induktiven Messaufnehmern, bei denen das Trägerrohr eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, beispielsweise bei Verwendung metallischer Trägerrohre, dient die Auskleidung außerdem als elektrische Isolation zwischen dem Trägerrohr und dem Messstoff, die ein Kurzschließen des elektrischen Feldes über das Trägerrohr verhindert. Durch eine entsprechende Auslegung des Trägerrohrs ist insoweit also eine Anpassung der Festigkeit des Messrohrs an die im jeweiligen Einsatzfall vorliegenden mechanischen Beanspruchungen realisierbar, während mittels der Auskleidung eine Anpassung des Messrohrs an die für den jeweiligen Einsatzfall geltenden elektrischen, chemischen und/oder biologischen Anforderungen realisierbar ist.
Nicht nur für Messrohre einer Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumen- und/oder Massedurchflusses ist eine Auskleidung erwünscht und notwendig. Eine solche Auskleidung kann auch bei einer Rohrleitung bspw. bei Trink- oder Abwasserleitungen erforderlich sein, um gesetzliche Auflagen und hygienischen Anforderungen zu entsprechen.
Häufig wird zur Befestigung der Auskleidung auch ein sog. Stützkörper verwendet, der in die Auskleidung eingebettet ist. In der Patentschrift EP 0766069 B1 bspw. dient ein mit dem Trägerrohr verschweißtes Lochblechrohr als Stützkörper. Der Stützkörper wird mit dem Trägerrohr verbunden und in die Auskleidung eingebettet, indem das Material, aus welchem die Auskleidung besteht inwendig in das Trägerrohr aufgetragen wird. Weiterhin ist zur mechanischen Stabilisierung und zur elektrischen Abschirmung aus der Patentschrift US 4,513,624 A ein Messrohr mit einem Metallgehäuse bekannt geworden. Eigens zu diesem Zweck umgibt das Metallgehäuse dabei eine das Medium führende Rohrleitung.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Auskleidung trotz der Verwendung von strapazierfähigen Materialien einer Erosion unterliegt. Insbesondere Stoffe bzw. Messstoffe die feste Partikel mit sich führen, verursachen eine Abrasion der Auskleidung der Rohrleitung bzw. des Messrohrs. Infolge der Abrasion bzw. Deformation der Auskleidung verändert sich das Durchflussprofil des Messaufnehmers. Aufgrund dessen liefert die Messeinrichtung fehlerhafte Messwerte des Volumen- oder Massedurchflusses. Zudem geht die chemische bzw. elektrische Isolation zwischen Messstoff und Trägerrohr verloren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Beschädigung der Auskleidung eines Messrohrs oder einer Rohrleitung festzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Messeinrichtung, ein Verfahren zur Überwachung der Messeinrichtung und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Rohrleitung gelöst.
Hinsichtlich der Messeinrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Überwachungselektrode zwischen eine erste und eine zweite Schicht der Auskleidung eingebettet ist. Mittels der Überwachungselektrode kann folglich eine Beschädigung der Auskleidung festgestellt werden, welche die erste Schicht der Auskleidung betrifft. Insbesondere wenn die erste Schicht erodiert ist, wird die Überwachungselektrode wenigstens teilweise von dem Messstoff benetzt. Ebenso kann auch eine Diffusion des Messstoffs durch die erste Schicht der Auskleidung hindurch festgestellt werden. Die Überwachungselektrode wird von dem Messstoff benetzt, falls die erste Schicht der Auskleidung im Bereich der Überwachungselektrode abgetragen ist oder falls der Messstoff im Bereich der Überwachungselektrode durch die erste Schicht der Auskleidung hindurch diffundiert ist. Zudem kann durch die Detektion einer Beschädigung an der Auskleidung eine Vorhersage über die Lebensdauer der Messeinrichtung getroffen werden. Eine Beschädigung der Auskleidung lässt sich bspw. durch eine Änderung der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, bspw. des elektrischen, chemischen oder elektrochemischen Potentials, der Überwachungselektrode nachweisen, welche durch die Benetzung der Überwachungselektrode durch den, insbesondere zu einem gewissen Grad elektrisch leitfähigen, Messstoff erfolgt. Als Überwachungselektrode kann bspw. ein elektrischer Leiter oder ein anderweitiges entsprechend sensitives Element verwendet werden.
Während des Betriebs der Messeinrichtung ist die Überwachungselektrode im Fall einer unbeschädigten ersten Schicht von dem im Lumen des Messrohrs befindlichen Messstoff durch die erste Schicht der Auskleidung zumindest örtlich getrennt. Durch die zweite Schicht ist die Überwachungselektrode örtlich von dem Trägerrohr getrennt. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Auskleidung zwischen dem den Messstoff führenden Lumen und der Überwachungselektrode aus mehreren Schichten bestehen. Ebenso können zwischen der Überwachungselektrode und dem Trägerrohr mehrere Schichten eines die Auskleidung bildenden Materials eingebracht sein. Diese Schichten können bspw. bedingt durch die Fertigung der Auskleidung entstehen, sowie aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
In einer Weiterentwicklung besteht die erste Schicht der Auskleidung, welche an das Lumen der Rohrleitung angrenzt, aus einem ersten elektrisch isolierenden Material. Im Fall einer Beschädigung, bei der die erste Schicht der Auskleidung wenigstens teilweise abgetragen ist und der Messstoff die in die Auskleidung eingebrachte Überwachungselektrode wenigstens zum Teil benetzt, kann dies mittels der Überwachungselektrode, bspw. aufgrund einer Änderung der elektrischen und/oder chemischen Eigenschaften insbesondere der Oberfläche der Überwachungselektrode, detektiert werden.
In einer Weiterentwicklung besteht die zweite Schicht, welche an das Trägerrohr angrenzt, aus einem zweiten elektrisch isolierenden Material. Durch die zweite Schicht kann die Messeinrichtung insbesondere das Messrohr bspw. trotz einer Beschädigung der Auskleidung dennoch zumindest zeitweise im Messbetrieb verbleiben oder wenigstens als Rohrleitungselement dienen und den an die Auskleidung gestellten Anforderungen hinsichtlich chemischer und/oder elektrischer Isolation gegenüber dem Trägerrohr genügen.
Das erste und/oder das zweite elektrisch isolierende Material aus dem die erste bzw. zweite Schicht gebildet wird, kann bspw. wenigstens teilweise aus einem Polyurethan oder einem Polyamid bestehen.
In einer Ausgestaltung ist die Überwachungselektrode durch die zweite Schicht und das Trägerrohr hindurch elektrisch kontaktierbar. Vorzugsweise ist die Überwachungselektrode dabei gegenüber dem Trägerrohr und der zweiten Schicht der Auskleidung isoliert. Zur Verbindung der Überwachungselektrode kann bspw. eine Bohrung durch eine Wandung des Trägerrohrs hindurch vorgesehen sein, durch welche die Überwachungselektrode elektrisch kontaktierbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die zur Messung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe zwischen der Überwachungselektrode und einer Bezugselektrode dient. Insbesondere kann mittels der Auswerteeinheit eine aus der Impedanz abgeleitete Größe gemessen werden. Die Auswerteeinheit kann dafür bspw. elektrisch mit der Überwachungselektrode verbunden sein. Die Impedanz oder eine mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe, wie bspw. elektrischer Wirkwiderstand, elektrischer Blindwiderstand, elektrischer Blindleitwert, elektrischer Wirkleitwert oder elektrischer Leitwert zwischen der Überwachungselektrode und einer Bezugselektrode kann als Indikator für eine Beschädigung der Auskleidung dienen. Dafür wird bspw. eine Wechselspannung zwischen Überwachungs- und Bezugselektrode angelegt. Dadurch kann das elektrische und/oder chemische Potential der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode angeregt und die entsprechende Stromantwort ausgewertet werden. Ist die erste Schicht der Auskleidung in dem Bereich in dem die Überwachungselektrode angeordnet ist intakt, so weist die Impedanz oder eine mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe einen anderen, zumeist höheren, Wert auf, als in dem Fall, in dem die erste Schicht der Auskleidung eine Beschädigung aufweist, aufgrund welcher die Überwachungselektrode wenigstens teilweise mit dem Messstoff benetzt wird.
In einer Fortbildung dient die Bezugselektrode zur Messung eines Bezugspotentials, insbesondere zur Messung des elektrischen und/oder chemischen Potentials des strömenden Messstoffs. Mittels der Bezugselektrode kann zu Vergleichszwecken ein elektrisches und/oder chemisches Bezugspotential bestimmt werden, welches als Referenz zu dem mittels der Überwachungselektrode ermittelten Potential dient. Das elektrische Potential des während des Betriebs der Messeinrichtung das Messrohr durchströmenden Messstoffs kann mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Bezugselektroden wie etwa einer zusätzlichen in den Verlauf des Messrohrs eingebrachten und mit dem Messstoff in Kontakt stehenden Elektrode in Form einer Erdungselektrode oder durch Erdungsscheiben, welche zwischen einen Endbereich des Messrohrs und einer sich anschließenden Rohrleitung eingebracht sind, ermittelt werden. Als Bezugselektrode zur Bestimmung des elektrischen Potentials des strömenden Messstoffs kann auch eine Messstoffüberwachungselektrode zur Erkennung teilgefüllter oder leerer Messrohre dienen, die mit dem Messstoff in Kontakt steht. Zudem kann eine an das Messrohr angrenzende aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehende Rohrleitung, welche von dem Messstoff durchströmt wird und welche nicht mit einem elektrisch isolierenden Material ausgekleidet, jedoch elektrisch kontaktierbar ist, als Bezugselektrode zu Ermittlung des elektrischen und/oder chemischen Potentials des Messstoffs dienen. Bei einer Messeinrichtung mit einem magnetisch-induktiven Messaufnehmer mit messstoffberührenden Elektroden kann wenigstens eine der zur Bestimmung der in dem Messstoff induzierten elektrischen Spannung verwendeten Elektroden zudem als Bezugselektrode zur Bestimmung des elektrischen Potentials des Messstoffs verwendet werden. Die zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode gemessene Impedanz bzw. mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe kann bspw. mit der Impedanz oder mit der entsprechenden mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe des Messstoffs verglichen werden. Aus dem Vergleich kann der Zustand der Auskleidung bestimmt werden.
In einer weiteren Fortbildung umgibt die Überwachungselektrode das Lumen wenigstens in einem Teilbereich entlang der Längsachse des Messrohrs wenigstens abschnittsweise radial. Durch die Dimensionierung und das Platzieren der Überwachungselektrode kann eine Beschädigung der Auskleidung in einem definierten Teilbereich der Auskleidung bzw. in einem radialen Abschnitt, bspw. in dem Bereich des Messrohrs eines magnetisch-induktiven Messaufnehmers, der von einem von der Magnetkreisanordnung erzeugten Magnetfeld durchdrungen wird oder in dem Bereich eines Messrohrs eines akustischen Messaufnehmers der von Ultraschallwellen durchdrungen wird, detektiert werden. Einige Anwendungen erfordern jedoch nur die Überwachung eines begrenzten axialen oder radialen Teilbereichs des Messrohrs. Bspw. sorgen feste Bestandteile eines mehrphasigen Messstoffs bedingt durch die Schwerkraft bzw. aufgrund der Einbaulage des Messrohrs oder des Strömungsprofils stets in einem bestimmten Segment des Messrohrs für Abrasion und Erosion, so dass (nur) der strapazierte Teilbereich überwacht werden muss. Häufig weisen Messrohre oder Rohrleitungen einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf, es sind aber auch Messrohre und Rohrleitungen mit elliptischem oder annähernd quadratischem Querschnitt bekannt. Durch die Überwachungselektrode wird vorzugsweise mindestens 1/4, 1/3 oder die Hälfte des Umfangs des Lumens des Messrohrs überwacht. Wünschenswerterweise umgibt die Überwachungselektrode das Lumen in vollem Umfang, so dass die Auskleidung wenigstens in einem Teilbereich entlang der Längsachse radial vollständig überwacht werden kann und eine Beschädigung in jedwedem Segment der Auskleidung detektierbar ist.
In einer Ausführungsform bildet die Überwachungselektrode eine dritte Schicht der Auskleidung, welche zwischen der ersten und der zweiten Schicht eingebettet ist, wobei die dritte Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Dazu kann die dritte Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Anstrichmittel insbesondere einer Farbe bestehen, die bspw. auf die zweite Schicht aufgetragen ist. Weiterhin kann die dritte Schicht dazu dienen, die erste und die zweite Schicht zu verbinden und insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen Klebstoff bestehen.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Überwachungselektrode aus einem elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Netz oder Gitter. Zudem kann das Netz oder das Gitter zur mechanischen Stabilisierung der Auskleidung dienen. Heutzutage werden oftmals Spritzgussverfahren zur Herstellung der Auskleidung verwendet und das Material aus dem die Auskleidung besteht kann in die Zwischenräume des Netzes oder Gitters einfließen und erhärten. Dadurch werden die erste und die zweite Schicht miteinander fixiert und die Auskleidung erhält eine zusätzliche Stabilisierung. Die Überwachungselektrode ist vorzugsweise nicht unmittelbar mit dem Trägerrohr verbunden oder befestigt und in dem Fall, dass die Überwachungselektrode an dem Trägerrohr befestigt ist, elektrisch von dem Trägerrohr isoliert.
In einer Variante ist mindestens eine erste und eine zweite mediumsberührende Messelektrode vorgesehen, und die erste und zweite Messelektrode dienen zur Bestimmung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe des Messstoffs. Durch die erste und zweite Messelektrode kann ein Referenzwert ermittelt werden, der mit dem Wert der Impedanz oder dem Wert der mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode verglichen wird. Dadurch kann bei wechselnden Messstoffen oder sich ändernden Prozessbedingungen wie bspw. Temperatur oder Druck usw., die einen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften, wie z. B. das elektrische, chemische oder elektrochemische Potential, des Messstoffs haben, die Auskleidung weiterhin zuverlässig überwacht werden, da der Referenzwert adaptiv ermittelt werden kann. Die erste oder zweite Messelektrode kann auch als Bezugselektrode zur Bestimmung der Impedanz oder der mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe gegenüber der Überwachungselektrode verwendet werden. Bei einer Messeinrichtung mit einem magnetisch-induktiven Messaufnehmer mit messstoffberührenden Elektroden zur Bestimmung der in dem Messstoff induzierten Spannung kann mindestens eine der Elektroden auch als Bezugselektrode für die Überwachungselektrode und/oder zur Messung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe des Messstoffs zu Vergleichszwecken eingesetzt werden.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Überwachungselektrode zwischen eine erste und eine zweite Schicht der Auskleidung eingebettet ist. Durch eine in die Auskleidung eingebettete Überwachungselektrode kann eine messbare physikalische und/oder chemische Größe der Überwachungselektrode, insbesondere eine Änderung dieser Größe, als Indikator für eine Beschädigung der Auskleidung, insbesondere einer Abrasion oder Erosion der ersten Schicht der Auskleidung, dienen.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung besteht die erste Schicht der Auskleidung, welche an das Lumen der Rohrleitung angrenzt, aus einem ersten elektrisch isolierenden Material und die zweite Schicht der Auskleidung, welche an das Trägerrohr angrenzt, besteht aus einem zweiten elektrisch isolierenden Material. Dadurch ist die Überwachungselektrode von dem Trägerrohr bzw. dem Messstoff elektrisch isoliert. Eine Beschädigung der ersten Schicht der Rohrleitung kann dann bspw. durch eine Änderung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe ermittelt werden.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung umgibt die Überwachungselektrode das Lumen wenigstens in einem Teilbereich entlang der Längsachse der Rohrleitung wenigstens abschnittsweise radial. Vorzugsweise umgibt die Überwachungselektrode das Lumen der Rohrleitung in vollem Umfang. Rohrleitungen haben bspw. oftmals einen waagrechten Verlauf oder sind nur teilweise gefüllt. Daher kann es ausreichen, nur einen Teilbereich der Auskleidung auf eine Beschädigung hin zu überwachen.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist mindestens eine Bezugselektrode vorgesehen, die mit dem strömenden Stoff wechselwirkt. Durch die Bezugselektrode kann ein Referenzpotential, insbesondere das Potential des die Rohrleitung durchströmenden Stoffs ermittelt werden und somit die Potentialdifferenz zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode bestimmt werden.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die zur Messung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode dient. Die Auswerteeinheit enthält bspw. Mittel, um eine Wechselspannung zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode anzulegen und die entsprechende Stromantwort auszuwerten.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels mindestens einer in der Auskleidung eingebetteten Überwachungselektrode die Impedanz oder eine mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode und einer Bezugselektrode gemessen wird. Ändert sich die Impedanz oder die mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode in einem bestimmten Maße, kann die Änderung der Impedanz oder der mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe auf eine Beschädigung der Auskleidung zurückgeführt werden. Die Änderung der Impedanz oder der mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe erfolgt aufgrund der wenigstens teilweisen Benetzung der Überwachungselektrode mit dem Messstoff.
In einer Variante des Verfahrens wird als Bezugselektrode eine mit dem Messstoff wechselwirkende, insbesondere messstoffberührende, Elektrode verwendet. Durch die Bezugselektrode kann eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften, insbesondere der elektrischen und/oder chemischen Potentialdifferenz, zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode ermittelt werden. Bei einem im Wesentlichen konstanten Bezugspotential kann bei einer Veränderung des elektrischen und/oder chemischen Potentials zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode auf eine Beschädigung der Auskleidung geschlossen werden.
In einer Variante des Verfahrens wird mittels einer ersten und einer zweiten den Messstoff berührenden Messelektrode die Impedanz oder eine mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe des Messstoffs bestimmt. Die Impedanz oder die mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe kann als Vergleichsgröße dienen, da sich der Wert des durch die Bezugselektrode ermittelten Potentials in Abhängigkeit von dem, insbesondere zu einem gewissen Grad elektrisch leitfähigen, Messstoff und den Prozessbedingungen ändern kann.
In einer Variante des Verfahrens wird in dem Fall, dass die Impedanz oder die mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet, eine entsprechende Meldung von der Messeinrichtung ausgegeben. Messeinrichtungen weisen oftmals Kommunikationsmittel auf, um mit einem Benutzer vor Ort oder in einer entfernten Warte zu kommunizieren. Dafür kann bspw. eine Anzeigeeinheit vor Ort an der Messeinrichtung vorgesehen sein oder die Messeinrichtung mit einem Bussystem verbunden sein, um einem Benutzer eine Beschädigung der Auskleidung anzuzeigen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1: einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse eines Messrohrs einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses,
2: Impedanzspektren zwischen einer Überwachungselektrode und einer mit dem Messstoff in Kontakt stehenden Bezugselektrode bei unversehrter bzw. beschädigter Auskleidung,
3: Impedanzspektren zwischen einer ersten Messelektrode und einer zweiten Messelektrode bei unversehrter bzw. beschädigter Auskleidung.
1 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse eines Messrohrs 13 eines Messaufnehmers 1 einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses. Eine erste Messelektrode 6 und eine zweite Messelektrode bzw. die Bezugselektrode 8 sind in der Querschnittsebene im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 9 des Messrohrs 13 in das Messrohr 13 eingebracht.
Die in 1 gezeigte schematische Darstellung des Messrohrs 13 eines Messaufnehmers 1 einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses kann mit den notwendigen Änderungen auf eine Rohrleitung 13 mit einer Auskleidung 12, wobei die Auskleidung 12 aus einer ersten und einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht 3, 4 besteht, wobei die Rohrleitung 13 mit einer Vorrichtung zur Überwachung der Rohrleitung 13 ausgestattet ist, übertragen werden.
Das Messrohr 13 weist ein Trägerrohr 2 auf und ist innen mit einer Auskleidung 12, einem sog. Liner, versehen. Die Auskleidung 12 ist an dem Trägerrohr 2 befestigt. Zusätzlich kann ein Stützkörper, nicht gezeigt, zur mechanischen Stabilisierung der Auskleidung 12 und zur Befestigung der Auskleidung 12 an dem Trägerrohr 2 eingesetzt werden. Als Haftvermittler, nicht gezeigt, kann ferner ein sog. Primer zwischen Trägerrohr 2 und Auskleidung 12 aufgebracht sein, der ebenfalls der Befestigung der Auskleidung 12 an dem Trägerrohr 2 dient.
Das Trägerrohr 2 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch. Die Auskleidung 12 ist im Wesentlichen an die Form des Trägerrohrs 2 angepasst und weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Die Auskleidung 12 umfasst ein Lumen 11, das zur Aufnahme des Messstoffs, nicht gezeigt, dient. Die erste Schicht 3 der Auskleidung 12 grenzt an das Lumen 11 des Messrohrs 13 an, während die zweite Schicht 4 an das Trägerrohr 2 angrenzt. Zwischen die erste und die zweite Schicht 3, 4 ist eine Überwachungselektrode 7 eingebracht, die eine elektrisch leitende dritte Schicht 5 der Auskleidung 12 bildet. Die Überwachungselektrode 7 ist dabei an die Form des Trägerrohrs 2 bzw. die Form der Auskleidung 12 angepasst und weist einen zu der Längsachse 9 des Messrohrs 13 konzentrischen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Überwachungselektrode 7 ist gegenüber dem Lumen 11 und dem Trägerrohr 2 des Messrohrs 13 durch die erste und zweite Schicht 3, 4 der Auskleidung 12 elektrisch isoliert. Vor und hinter der Schnittebene setzt sich die Überwachungselektrode 7 mit dem Messrohr parallel zur Längsachse 9 des Messrohrs 13 fort und weist insgesamt eine röhrenförmige Gestalt auf. Durch eine von außen eingebrachte Bohrung durch das Trägerrohr 2 und die zweite Schicht 4 der Auskleidung 12 hindurch ist die Überwachungselektrode 7 elektrisch kontaktiert.
Durch das Trägerrohr 2 und die Auskleidung 12 hindurch ist eine erste Messelektrode 6 in Form einer Stiftelektrode in das Messrohr 13 eingebracht, die in das Lumen 11 des Messrohrs 13 mündet.
Eine in das Lumen 11 eingebrachte und von dem Messstoff wenigstens teilweise benetzte Elektrode oder mit dem Messstoff kommunizierende Elektrode, die zur Messung der Impedanz Z oder einer mit der Impedanz Z in einem Zusammenhang stehenden Größe gegenüber der Überwachungselektrode 7 verwendet wird, wird als Bezugselektrode 8 bezeichnet.
Eine von dem Messstoff benetzte Elektrode oder mit dem Messstoff kommunizierende Elektrode, die zur Messung der Impedanz Z oder einer mit der Impedanz Z in einem Zusammenhang stehenden Größe gegenüber einer ersten von dem Messstoff benetzten oder mit dem Messstoff kommunizierenden Messelektrode 6 verwendet wird, wird als zweite Messelektrode 8 bezeichnet.
In der in 1 gezeigten schematischen Darstellung ist in einem Winkel von annähernd 90° zur ersten Messelektrode 6 eine Elektrode in das Messrohr 13 eingebracht, die gegenüber der Überwachungselektrode 7 als Bezugselektrode 8 und gegenüber der ersten Messelektrode 6 als zweite Messelektrode 8 dient. Diese zweite Messelektrode 8 bzw. Bezugselektrode 8 mündet ebenfalls in das Lumen 11 des Messrohrs 13 und wird im Betriebsfall von dem strömenden Messstoff benetzt.
Im Fall einer Messeinrichtung mit einem magnetisch-induktiven Messaufnehmer 1 ist zur Bestimmung einer in dem Messstoff induzierten Spannung eine zusätzliche Messelektrode, nicht gezeigt, diametral gegenüber der ersten Messelektrode 6 in das Messrohr 13 eingebracht. Diese zusätzliche Messelektrode kann ebenso wie die erste Messelektrode 6 und zweite Messelektrode 8 auch als Bezugselektrode 8 verwendet werden.
Das Lumen 11 des Messrohrs 13 ist in radialer Richtung annähernd in vollem Umfang von der Überwachungselektrode 7 umgeben. Lediglich in dem Bereich in dem die erste Messelektrode 6 und die Bezugselektrode 8 bzw. die zweite Messelektrode 8 in das Messrohr 13 eingebracht sind, weist die Überwachungselektrode 7 Ausnehmungen auf und ist gegenüber der ersten Messelektrode 6 und der Bezugselektrode 8 bzw. der zweiten Messelektrode 8 elektrisch isoliert.
Die Überwachungselektrode 7 besteht dabei aus einem metallischen Netz oder Gitter, welches während der Fertigung der Auskleidung 12 zwischen die zweite und die erste Schicht 4, 3 der Auskleidung 12 eingebettet wird. Die Überwachungselektrode 7 ist über ein elektrisches Anschlusselement in Form einer Stiftelektrode durch die zweite Schicht 4 und das Trägerrohr 2 hindurch elektrisch mit der Auswerteeinrichtung, nicht gezeigt, verbunden.
Die in 1 gezeigte Auskleidung 12 weist eine Beschädigung 10 der ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 auf. Die Beschädigung 10 besteht aus einer Erosion der ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 bis auf die durch die Überwachungselektrode 7 gebildete dritte Schicht 5.
Mittels einer Auswerteeinrichtung, nicht gezeigt, wird zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 eine Wechselspannung angelegt, und die Impedanz Z_F des das Messrohr 13 durchströmenden Messstoffs bestimmt. In gleicher Weise wird zwischen der Überwachungselektrode 7 und der Bezugselektrode 8 eine Wechselspannung angelegt. Dafür ist die Auswerteeinrichtung mit der Überwachungselektrode 7, der ersten Messelektrode 6 und der zweiten Messelektrode 8 bzw. der Bezugselektrode 8 verbunden. Zur Aufnahme eines Impedanzspektrums wird dabei die Frequenz f der Wechselspannung variiert. In 2 und in 3 sind entsprechende Impedanzspektren zwischen der Überwachungselektrode 7 und der Bezugselektrode 8 bzw. der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 gezeigt.
Zur Veranschaulichung ist der Messpfad zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 zur Bestimmung der Impedanz des Messstoffs Z_F und der zweite Messpfad zur Bestimmung der Impedanz Z_U zwischen der Überwachungselektrode 7 und der Bezugselektrode 8 in 1 dargestellt.
In 2 und in 3 ist für vier unterschiedlich große Beschädigungen der ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 der Verlauf des Impedanzspektrums dargestellt. Der Index 0 bezieht sich hierbei auf eine unbeschädigte Auskleidung 12 und die Indizes 1 bis 4 auf zunehmend größere Beschädigungen an der Auskleidung 12. Die Beschädigung 10 der Auskleidung 12 wurde durch Abtragen eines zusammenhängenden Bereichs der ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 simuliert. Dabei wurde das Ausmaß der Beschädigung 10 für eine der ersten Messung des Impedanzspektrums a₁ nachfolgende Messung jeweils annähernd verdoppelt.
2 zeigt in doppeltlogarithmischer Auftragung fünf verschiedene Impedanzspektren a₀, a₁, a₂, a₃, a₄ zwischen der Überwachungs- 7 und der Bezugselektrode 8. Die Kurve a₀ zeigt den Verlauf des Impedanzspektrums bei einer unbeschädigten Auskleidung 12 des Messrohrs 13, also bei einer unbeschädigten ersten Schicht 3 der Auskleidung 12. Die Impedanz zwischen Überwachungselektrode 7 und Bezugselektrode 8 weist bei unbeschädigter Auskleidung 12 im Vergleich zu den Impedanzspektren, die bei einer Beschädigung 10 der Auskleidung 12 aufgenommen wurden, einen wesentlich höheren Wert auf. Die Kurven a₁ bis a₄ zeigen das Impedanzspektrum mit zunehmender Beschädigung 10 der Auskleidung 12. Mit zunehmender Größe der Beschädigung 10 nimmt die Impedanz Z zwischen Überwachungs- 7 und Bezugselektrode 8 ab.
3 zeigt in doppeltlogarithmischer Auftragung fünf Impedanzspektren d₀, d₁, d₂, d₃, d₄ zwischen der ersten Messelektrode 6 und der zweiten Messelektrode 8 bei unversehrter Auskleidung 12 und bei vier unterschiedlichen Beschädigungen der Auskleidung 12. Das Impedanzspektrum d₀ wurde bei einer unbeschädigten Auskleidung 12 bzw. unbeschädigten ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 aufgenommen und die Impedanzspektren d₁, d₂, d₃, d₄ bei zunehmender Beschädigung der Auskleidung 12. Der Verlauf der Impedanzspektren zeigt nur eine leichte Abhängigkeit von der Größe der Beschädigung 10 der Auskleidung 12 und entspricht im Wesentlichen der Impedanz des das Messrohr 13 durchströmenden Messstoffs. In Tabelle 1 sind die Werte der Impedanz Z_U zwischen Überwachungselektrode 7 und Bezugselektrode 8 bzw. die Werte der Impedanz Z_F zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 bei einer Frequenz von 1 kHz bei verschiedenen Zuständen der Auskleidung 12 gegeneinander aufgetragen. Tabelle 1:

Impedanzwerte bei einer Frequenz f von 1 kHz:

Messung Impedanz Z_U/Ohm Impedanz Z_F/Ohm

1 185249 2116

2 9675 2099

3 3501 2060

4 2585 2052

5 1970 2050
Anhand der Messung 1 bei intakter Auskleidung 12 wird der Unterschied der Impedanzwerte zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 und zwischen der Überwachungselektrode 7 und der Bezugselektrode 8 deutlich.
Die Impedanz Z_U beträgt annähernd das Neunzigfache der Impedanz Z_F. Bei zunehmender Beschädigung 10 der Auskleidung 12 verringert sich die Impedanz zwischen Überwachungs- 7 und Bezugselektrode 8. Dies kann als Nachweis für eine Beschädigung 10 dienen. Bei der Messung 2 ist eine Beschädigung 10 der Auskleidung 12 vorhanden und die Impedanz Z_U beträgt nur noch das Fünffache der Impedanz Z_F bei Messung 2. Die gegenüber der Impedanz Z_F geringere Impedanz Z_U in Messung 5 lässt sich auf die Größere von der Beschädigung 10 freigelegte und von dem Messstoff benetzte Fläche der Überwachungselektrode 7 zurückführen, welche größer ist als die benetzte Fläche der Messelektroden 6, 8.

1: Messaufnehmer
2: Trägerrohr
3: Erste Schicht
4: Zweite Schicht
5: Dritte Schicht
6: Erste Messelektrode
7: Überwachungselektrode
8: Bezugselektrode/zweite Messelektrode
9: Längsachse
10: Beschädigung
11: Lumen
12: Auskleidung
13: Messrohr/Rohrleitung
f: Frequenz
Z: Impedanz
Z_F: Impedanz zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode
Z_U: Impedanz zwischen Überwachungs- und Bezugselektrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005044972 A1 [0006]
- DE 102004062680 A1 [0006]
- EP 0766069 B1 [0009]
- US 4513624 A [0009]

Claims

Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr (13) strömenden Messstoffs, wobei das Messrohr (13) ein Trägerrohr (2) umfasst und inwendig eine Auskleidung (12) aufweist, welche ein Lumen (11) zur Aufnahme des Messstoffs bildet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Überwachungselektrode (7) zwischen eine erste und eine zweite Schicht (3, 4) der Auskleidung (12) eingebettet ist.
Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (3), welche an das Lumen (11) des Messrohrs (13) angrenzt, aus einem ersten elektrisch isolierenden Material besteht.
Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (4), welche an das Trägerrohr (2) angrenzt, aus einem zweiten elektrisch isolierenden Material besteht.
Messeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektrode (7) durch die zweite Schicht (4) und das Trägerrohr (2) hindurch elektrisch kontaktierbar ist.
Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die zur Messung der Impedanz (Z) oder einer mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehenden Größe, insbesondere einer aus der Impedanz (Z) abgeleiteten Größe, zwischen der Überwachungselektrode (7) und einer Bezugselektrode (8) dient.
Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugselektrode (8) zur Messung eines Bezugspotentials, insbesondere zur Messung des elektrischen und/oder chemischen Potentials des strömenden Messstoffs, dient.
Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektrode (7) das Lumen (11) wenigstens in einem Teilbereich entlang der Längsachse (9) des Messrohrs (13) wenigstens abschnittsweise radial umgibt.
Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektrode (7) eine dritte Schicht (5) bildet, welche zwischen der ersten und der zweiten Schicht (3, 4) eingebettet ist, wobei die dritte Schicht (5) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.
Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste und eine zweite mediumsberührende Messelektrode (6, 8) vorgesehen sind, und dass die erste und zweite Messelektrode (6, 8) zur Bestimmung der Impedanz (Z) oder einer mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehenden Größe des Messstoffs dienen.
Vorrichtung zur Überwachung einer Rohrleitung (13), wobei die Rohrleitung (13) inwendig wenigstens teilweise mit einer Auskleidung (12) versehen ist, welche ein Lumen (11) bildet, das zur Aufnahme eines strömenden Stoffs dient, wobei die Rohrleitung (13) ein Trägerrohr (2) umfasst, an welchem die Auskleidung (12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Überwachungselektrode (7) zwischen eine erste und eine zweite Schicht (3, 4) der Auskleidung (12) eingebettet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bezugselektrode (8) vorgesehen ist, die mit dem strömenden Stoff wechselwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die zur Messung der Impedanz (Z) oder einer mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehenden Größe zwischen der Überwachungselektrode (7) und der Bezugselektrode (8) dient.
Verfahren zur Überwachung einer Messeinrichtung, wobei die Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr (13) strömenden Messstoffs dient, wobei das Messrohr (13) ein Trägerrohr (2) umfasst, wobei das Messrohr (13) inwendig mit einer Auskleidung (2) versehen ist, die an dem Trägerrohr (2) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer in der Auskleidung (12) eingebetteten Überwachungselektrode (7) die Impedanz (Z) oder eine mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode (7) und einer Bezugselektrode (8) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer ersten und einer zweiten den Messstoff berührenden Messelektrode (6, 8) die Impedanz (Z) oder eine mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehende Größe des Messstoffs bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass die Impedanz (Z) oder die mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode (7) und der Bezugselektrode (8) einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet eine entsprechende Meldung von der Messeinrichtung ausgegeben wird.