DE102005038870B3

DE102005038870B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion eines Belages

Info

Publication number: DE102005038870B3
Application number: DE200510038870
Authority: DE
Inventors: Daniel Dipl.-Ing. Goll (FH); Lars Dipl.-Ing. Teichmann (FH); Harald Prof. Dr. Horn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2025-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Detektion eines Belages oder einer Sedimentation, insbesondere eines biologischen Belages in Rohrleitungen und Kanälen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird mittels zweier Wärmesensoren, innerhalb einer Rohrleitung oder eines Kanals, von denen einer als Messsensor und der andere als Referenzsensor fungiert, deren elektrische Widerstandsveränderungen gemessen und die Differenz der Messwerte über eine Schaltung mit Operationsverstärker, Analog/Digital-Wandler, Mikroprozessor ausgewertet und die Belagdicke mittels Anzeigegerät in Echtzeit ermittelt. DOLLAR A Die Vorzüge der Erfindung bestehen darin, dass die Wärmesensoren unmittelbar an der inneren Wandung der Rohrleitung oder des Kanals angeordnet sind und damit den wachsenden Belag direkt kontaktieren. Dies bewirkt eine höhere Messgenauigkeit und erübrigt die Verwendung eines besonderen Heizblockes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Detektion eines Belages oder einer Sedimentation, insbesondere eines biologischen Belages, in Rohrleitungen und Kanälen.

Bekannt ist ein solches Verfahren und solch eine Vorrichtung, wobei mittels eines optischen Sensors die Abschwächung von Licht, infolge von Zunahme der Belagdicke eines Biofilms, detektiert wird. Nachteilig ist daran, dass der Sensor eine ebenflächige Anordnung desselben erfordert.

Bekannt ist auch ein anderes Verfahren und eine andere Vorrichtung zur Detektion eine Belages, welches auf der Abschwächung von Licht beruht und auch für die Anordnung in einer Rohrleitung geeignet ist. Hierbei fungiert eine Messzelle, mittels derer die wachsende Belagdicke eines Biofilms kontinuierlich detektiert wird und eine Referenzzelle zur Vergleichsmessung und Ermittlung der tatsächlichen Belagdicke.

Nachteilig ist daran, dass die Referenzzelle zur Funktionsfähigkeit des Verfahrens und der Vorrichtung kontinuierlich sauber gehalten sein muß ( DE 103 41 3 97 A1 ).

Weiterhin ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, wobei die Belagdicke eines Biofilms in Abhängigkeit vom Wärmedurchgang des Belages ermittelt wird. Dazu wird zunächst die Medientemperatur am Eingang einer Rohrleitung gemessen. Der Messsensor besteht dabei aus einem Heizblock, welcher mit einer konstanten elektrischen Heizleistung erwärmt wird. Sobald die Belagdicke des Biofilms langsam anwächst, verringert sich die elektrische Heizleistung infolge der langsam größer werdenden Isolation. Die verringerte elektrische Heizleistung des Heizblockes ist das Maß für die Berechnung der angewachsenen Belagdicke.

Nachteilig ist daran, dass die Messung nicht direkt in der Rohrleitung erfolgt sondern am äußeren Rohrumfang.

Bekannt ist auch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur zyklischen Messung von Belagdichten mittels Wärmegradienten. Damit ist jedoch keine störungsfreie Messung möglich, weil der Messkopf, durch seine Bauweise bedingt, in die Rohrleitung ragt und dies damit im Querschnitt verändert. Die Strömungsbedingungen am Messkopf sind dabei nicht identisch mit denen im Gesamtsystem und es besteht eine erhöhte Ablagerungsneigung am Messkopf. Durch die Verwendung von Spulen zur Erzeugung eines Wärmegradienten ist eine relativ hohe Heizleistung erforderlich. Nachteilig ist auch, dass die Messung nicht kontinuierlich, sondern zyklisch erfolgt. Die Ablagerungen werden auch nicht direkt gemessen, sondern lediglich die Ablagerungsneigung des Mediums untersucht. Außerdem müssen zur Kalibrierung des Sensors die Strömungsgeschwindigkeiten in der Messleitung variiert werden, was in der Regel nur sehr schwer möglich ist und den Prozess negativ beeinflusst ( DE 27 58 831 C2 ).

Bekannt ist es weiterhin, Ablagerungen durch die Messung der Änderung des Wärmeübergangs in einem Messrohr in Bezug auf ein Referenzrohr zu messen. Dabei muss das Referenzrohr während des gesamten Messvorganges ablagerungsfrei gehalten werden, was die Verwendung von Konditionierungsmittel bzw. von destillierten Wasser erfordert. Der apparative Aufwand ist bedingt durch das Referenzrohr relativ hoch. Nachteilig ist daran auch, dass im Referenzrohr identische Bedingungen wie im eigentlichen Referenzrohr herrschen müssen (WO 2005/057197 A1).

Bekannt ist noch ein Messsystem, bei dem eine Temperaturmessung an der Außenseite des Messrohres erfolgt, wobei das Rohrstück an einer Stelle von außen in Intervallen beheizt und in Fliessrichtung des Mediums an andere Stelle des Rohres an einer Messstelle von Außen gemessen wird. Nachteilig ist daran, dass bei ruhendem Medium oder bei Strömungsumkehr im Rohr, kein plausibler Messwert ermittelt werden kann. Außerdem ist eine hochwirksame Außenisolierung des Rohres erforderlich, was zu einem hohen Platzbedarf führt. Durch die Messung an der Rohraußenseite ist immer der Widerstand der Rohrleitungswandung zu überwinden, woraus eine unerwünschte Trägheit im Messsystem resultiert. Nachteilig ist auch hierbei, dass die Messung intervallmäßig und nicht kontinuierlich erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektierung der Belagdicke eines biologischen oder eines anderen Belages in Rohrleitungen oder Kanälen mittels Wärmedurchgangsmessung.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie mit den Ansprüchen angegeben gelöst.

Die Vorzüge der Erfindung bestehen darin, dass die Widerstandsthermometer unmittelbar an der inneren Wandung der Rohrleitung oder des Kanals angeordnet sind und damit den wachsenden Belag direkt kontaktieren. Dies bewirkt eine höhere Messgenauigkeit und erübrigt die Verwendung eines besonderen Heizblockes.

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung ist die Anordnung der Widerstandsthermometer an einer Rohrleitung sowie die elektrische Schaltung schematisch dargestellt.
In der Mantelfläche einer Rohrleitung 1 aus Metall, mit zwei gegenüber befindlichen Öffnungen 4, 7 unterschiedlicher Bemessung, ist jeweils ein korrosionsbeständiges Edelstahlplättchen 4' und 7' passgerecht zu der jeweiligen Öffnung 4, 7 und gegenüber der Rohrleitungswandung elektrisch und thermisch isoliert angeordnet. Dabei fluchten die Innenseiten der Edelstahlplättchen 4', 7' zur Vermeidung von Turbulenzen mit der Innenseite der Rohrleitungswandung.
An den Außenseiten der Edelstahlplättchen 4, 7' sind je ein Widerstandsthermometer 5, 6 des Typs PT 100 befestigt, vorzugsweise aufgeklebt. Die Außenseiten der Edelstahlplättchen 4, 7 mit den Widerstandsthermometern 5, 6 sind thermisch isoliert. Die Widerstandsthermometer 5, 6 sind je über die elektrischen Leitungen 2 und 3 mit einer elektrischen Energiequelle von 12 Volt Spannung über den Operationsverstärker 8 versorgt. Die Widerstandsthermometer 5, 6 sind so elektrisch zusammen geschaltet, dass über den Operationsverstärker 8 vom Typ OP07CN eine Differenzmessung der Ströme von dem auf dem kleineren Edelstahlplättchen 7 befindlichen Widerstandsthermometer 6 zu dem auf dem größeren Edelstahlplättchen 4 befindlichen Widerstandsthermometer 5 erfolgen kann.
In dieser Anordnung fungiert je eines der beiden Widerstandsthermometer 5, 6 als Messsensor und der andere als Referenzsensor. Der analoge Ausgang des Operationsverstärkers ist dabei über den Analog/Digital-Wandler 9 mit dem Mikroprozessor 10 so zusammengeschaltet, dass dabei die Differenz der elektrischen Spannung zwischen den beiden Widerstandsthermometern 5, 6, verursacht durch die unterschiedlich großen Wärmeinwirkungen an den Edelstahlplättchen 4, 7 messbar ist. Der Operationsverstärker 8 ist mit dem Analog/Digital-Wandler und dieser mit dem Anzeigegerät 11 zusammen geschaltet, wo das Signal in Echtzeit als Kurve und/oder als Zahlenwert darstellbar ist, wofür sich die Software in der Sprache C++ eignet.
In Funktion der Vorrichtung mit einem flies- oder strömungsfähigem Medium wird zunächst das Signal an die Ausgangssituation in der Rohrleitung 1 ohne Belag angepaßt, indem am Anfang der Messung über ein Potentiometer oder über einen Mikroprozessor der Grundzustand auf einen Wert um 0,00 Volt eingeregelt wird.
Sobald nun ein Medium wie Prozesswasser der Papierindustrie die Rohrleitung 1 passiert, ist innerhalb von kürzester Zeit eine Ablagerung bzw. ein Aufwachsen eines sogenannten Biofilms aus mikrobiologischer Substanz an der Innenwandung der Rohrleitung 1 zu beobachten.
Diese Erscheinung äußert sich nun auch in einer Änderung des Spannungsgleichstandes der Widerstandsthermometer 5, 6 indem das Widerstandsthermometer 6 am kleineren Edelstahlplättchen 7' eine andere Spannung als das Widerstandsthermometer 4 an dem größeren Edelstahlplättchen 7' durchlässt und an den Operationsverstärker 8 signalisiert. Über den analogen Ausgang des Operationsverstärkers wird dann die Spannungsdifferenz an den Widerstandsthermometern 5, 6 über den Analog/Digital-Wandler an den Mikroprozessor 10 ausgegeben und als Funktion davon die Belagdicke in Echtzeit auf einem Anzeigegerät 11 oder einem Display optisch angezeigt und/oder bei Erreichen eines Grenzwertes akustisch signalisiert.

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Detektion eines Belages oder einer Sedimentation, insbesondere eines biologischen Belages, in Rohrleitungen mittels Widerstandsthermometern, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei gegenüber befindlichen Öffnungen (4, 7) unterschiedlicher Bemessung in der Mantelfläche der Rohrleitung (1) jeweils ein korrosionsbeständiges Metallplättchen (4', 7') passgerecht zu der jeweiligen Öffnung (4, 7) und zur Rohrleitungswandung elektrisch und thermisch isoliert angeordnet wird, wobei die Innenseiten der Metallplättchen (4', 7') zur Vermeidung von Turbulenzen in der Rohrleitung (1) mit der Innenseite der Rohrleitungswandung fluchten und wobei an den Außenseiten der Metallplättchen (4', 7') je ein spannungsbeaufschlagtes Widerstandsthermometer (5, 6) befestigt ist und dass die Differenz der an den Widerstandsthermometern (5, 6) anliegenden Spannung über einen Operationsverstärker (8) sowie einen Analog/Digitalwandler (9) und einen Mikroprozessor (10) als Signal in Echtzeit als Kurve oder Zahlenwert messbar gemacht sowie in einem Anzeigegerät (11) als Kurve oder als Zahlenwert sichtbar gemacht und/oder aufgezeichnet und/oder bei Erreichen von Grenzwerten akustisch signalisiert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei gegenüber befindlichen Öffnungen (4, 7) unterschiedlicher Bemessung in der Mantelfläche der Rohrleitung (1) jeweils ein korrosionsbeständiges Metallplättchen (4', 7') passgerecht zu der jeweiligen Öffnung (4, 7) und zur Rohrleitungswandung elektrisch und thermisch isoliert angeordnet ist, wobei die Innenseiten der Metallplättchen (4', 7') zur Vermeidung von Turbulenzen in der Rohrleitung (1) mit der Innenseite der Rohrleitungswandung fluchten und wobei an den Außenseiten der Metallplättchen (4', 7') je ein Widerstandsthermometer (5, 6) befestigt ist und wobei die Außenseiten der Metallplättchen (4', 7') mit den Widerstandsthermometern (5, 6) thermisch isoliert sind und wobei die Widerstandsthermometer (5, 6) je über elektrische Leitungen (2, 3) mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt sind und wobei die Widerstandsthermometer (5, 6) über einem Operationsverstärker (8) und dessen analogen Ausgang und über einen Analog/Digital-Wandler (9) mit einem Mikroprozessor (10) so elektrisch zusammen geschaltet sind, dass die Differenz der Spannung an dem auf dem kleineren Metallplättchen (7) befindlichen Widerstandsthermometer (6) und an dem auf dem größeren Metallplättchen (4) befindlichen Widerstandsthermometer 5) messbar ist und wobei der Operationsverstärker (8) über einen Analog/Digitalwandler (9) und einen Mikroprozessor (10) mit einem optischen und/oder akustischen Anzeigegerät (11) und/oder einem Aufzeichnungsgerät verbunden ist.