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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rekonditionierung eines Feldgerätes der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik, welches zur Überwachung zumindest einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße eines Mediums in einem medienführenden Bauteil, wie beispielsweise einem Behälter oder einem Rohr, eingesetzt wird.
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Die zu überwachende Prozessgröße kann beispielsweise gegeben sein durch den Füllstand eines Mediums in einem Behälter oder den Durchfluss eines Mediums durch ein Rohr, aber auch durch die Dichte, die Viskosität, den ph-Wert, den Druck, die Leitfähigkeit oder die Temperatur. Auch optische Sensoren, wie Trübungs- oder Absorptionssensoren sind bekannt. Die verschiedenen zugrundeliegenden Messprinzipien sowie die grundsätzlichen Aufbauten und/oder Anordnungen sind aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Entsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und vertrieben Ein Feldgerät umfasst zumindest eine Sensoreinheit und eine Elektronikeinheit. Oftmals ist zumindest eine Komponente der Sensoreinheit zumindest in einem Teilbereich und zumindest zeitweise medienberührend. Zumindest diese Komponente sollte dann zumindest in dem medienberührenden Teilbereich medienbeständig und korrosionsbeständig sein. Insbesondere bei metallischen Komponenten ist es deshalb zweckdienlich und üblich, die Sensoreinheit zumindest im medienberührenden Teilbereich mit einem medienbeständigen Kunststoff zu beschichten, um einen Schutz vor Korrosion, welche durch das stetige Betreiben des Feldgerätes in Kontakt mit einem korrosionsauffälligen Medium, wie einer wässrigen Lösung, insbesondere einer Säure auftritt. Korrosion verkürzt die Lebensdauer des Feldgeräts nämlich deutlich. Dies betrifft insbesondere die Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie. Es versteht sich von selbst, dass je nach Anwendung auch andere Materialien für die Sensoreinheit verwendet werden können.
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Eine Beschichtung aus Kunststoff wie zum Beispiel PTFE, PFA, Peek, ECTFE oder auch Gummi stellt eine gute und gleichzeitig kostengünstige Art von Beschichtung dar. Die entsprechenden Beschichtungsmaterialien weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Antihafteigenschaften sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit (bis zu 250°C) auf. Ferner bieten Kunststoffe eine elektrische Isolation zwischen dem Medium und der Sensoreinheit, was einen weiteren Vorteil darstellt. In der Lebensmittelindustrie sind beispielsweise modifizierte PFA Materialien weit verbreitet, wie zum Beispiel PFA HALAR. Selbstverständlich kann eine Beschichtung aber auch aus einem anderen Material hergestellt werden, beispielsweise aus einem Metall.
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Weil Kunststoffbeschichtungen sich normalerweise aus größeren Teilchen, nämlich größeren Molekülen zusammensetzen, welche in ihrem strukturellen Aufbau weniger dicht gepackt sind als andere Beschichtungsmaterialien, wie Metalle, stellen Kunststoffbeschichtungen in der Regel keine vollständige Diffusionssperre für das Medium dar. Vielmehr können kleinere Partikel oder Moleküle, insbesondere Wasser oder Säuremoleküle wie HCI, in kleineren Mengen durch Kunststoffbeschichtungen hindurch diffundieren und die Beschichtung sowie die Sensoreinheit angreifen. Die Diffusionsrate wird allerdings mit wachsender Schichtdicke deutlich reduziert, so dass ausreichend dicke Schichten einen ausreichend guten Korrosionsschutz bewirken. Auf der anderen Seite kann die Beschichtung für zumindest eine Komponente einer Sensoreinheit eines Feldgeräts aber auch nicht beliebig dick gewählt werden, da die Beschichtung ab einer gewissen Dicke die Messungen des Feldgerätes negativ beeinflussen kann.
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Dieser auf Kunststoffbeschichtungen bezogenen Problematik wurde im Falle einer mit einer aus einem Kunststoff bestehenden Isolierhülle versehen kapazitiven Füllstandssonde mit einer Sondenelektrode beispielsweise in der
DE3026342A1 durch die Bereitstellung eines Abzugskanals in Form einer Längsbohrung innerhalb der Sondenelektrode begegnet. Durch Diffusion in den Innenraum der Isolationshülle eingedrungene Mediumsmoleküle können durch den Abzugskanal nach Außen entweichen. Eine Weiterentwicklung dieses Ansatzes wird in der
DE10 2005 025 576 beschrieben und dadurch erreicht, dass die Isolierhülle derart ausgestaltet ist, dass der Strömungspfad der durch die Isolierhülle eindiffundierten Mediumsmoleküle durch mindestens eine Öffnung in der Isolierhülle oder vollständig zwischen der Sondenelektrode und Isolierhülle verläuft.
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Die Lebensdauer der Beschichtung und entsprechend auch der Sensoreinheit wird ganz generell neben der Dicke auch von den Eigenschaften des Mediums, sowie den Prozessbedingungen, wie dem Prozessdruck und/oder der Prozesstemperatur bestimmt. Insbesondere Säuren greifen die Beschichtungen stark an.
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Je nach Medium und den vorherrschenden Prozessbedingungen kommt es bei dauerhaftem Betreiben des Feldgerätes zum Eindiffundieren kleiner Moleküle und/oder Partikel in die Beschichtung und durch diese hindurch, wobei die Rate vom Medium, den Prozessbedingungen und der Schichtdicke abhängt. Die langfristige Folge dieses Eindiffundierens ist Korrosion, insbesondere Rost, und schließlich kann es zum Ausfall des Feldgeräts kommen.
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Ein weiteres Problem, welches durch die Diffusion von Partikeln und/oder kleiner Moleküle durch eine Beschichtung eines Feldgerätes hervorgerufen ist, besteht in Änderungen charakteristischer physikalischer oder chemischer Parameter der Sensoreinheit. Dadurch kann sich die Messgenauigkeit des Feldgeräts wiederum deutlich verschlechtern. Im Falle von vibronischen Sensoren, welche unter anderem zur Messung der Dichte eines Mediums eingesetzt werden, ist dieser Effekt besonders groß. Vibronische Füllstandsmessgeräte weisen eine Sensoreinheit mit einer schwingfähigen Einheit auf, welche bei Bedarf beschichtet wird. Die schwingfähige Einheit ist unter anderem durch ihre Resonanzfrequenz charakterisiert, welche wiederum unter anderem von der Masse der schwingfähigen Einheit abhängt. Mit zunehmendem Eindiffundieren von Partikeln und/oder kleinen Molekülen in die Kunststoffbeschichtung einer schwingfähigen Einheit ändert sich die Masse und entsprechend die Resonanzfrequenz, so dass eine zuverlässige Bestimmung der Dichte des Mediums nicht mehr möglich ist. Ein anderes Beispiel ist gegeben durch eine Druckmesszelle mit einer mit einem Kunststoff beschichteten Membran. Hier kann sich durch das Eindiffundieren von Partikeln und/oder kleineren Molekülen in die Beschichtung die Elastizität der Membran ändern.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem das Auftreten von Korrosion im Bereich einer mit einem Kunststoff beschichteten medienberührenden Komponente eines Feldgeräts verzögert bzw. verhindert werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Rekonditionierung eines Feldgeräts der Prozess- und/oder Automatisierungstechnik zur Überwachung mindestens einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße eines Mediums in einem medienführenden Bauteil umfassend eine Elektronikeinheit und eine Sensoreinheit, wobei zumindest eine Komponente der Sensoreinheit zumindest in einem Teilbereich und zumindest zeitweise medienberührend ist, und zumindest die mindestens eine Komponente mit einem Kunststoff beschichtet ist, wobei die Sensoreinheit durch zumindest einen intrinsischen physikalischen oder chemischen Parameter charakterisiert wird, welcher vor der Inbetriebnahme des Feldgeräts bestimmt und als Sollwert angenommen wird, wobei der zumindest eine Parameter in bestimmten an einen ablaufenden Prozess angepassten Zeitintervallen ab der Inbetriebnahme gemessen wird, wobei im Falle einer Abweichung des aktuell gemessenen Wertes für den mindestens einen Parameter von seinem Sollwert die Sensoreinheit aus dem Prozess entfernt wird, und wobei zumindest die mindestens eine medienberührende Komponente der Sensoreinheit aufgeheizt wird, bis der mindestens eine Parameter wieder seinen Sollwert erreicht hat.
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Dabei kann das Feldgerät beispielsweise ein Füllstandsmessgerät oder eine Druckmesszelle sein. Es versteht sich von selbst, dass auch noch andere Beispiele unter die Erfindung fallen.
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Ähnlich, wie das Eindiffundierenden von Partikeln und/oder Molekülen die Messperformance des jeweiligen Messgeräts beinträchtigt, ist auch die Bildung von Ablagerungen bzw. Ansatz an zumindest einem medienberührenden Bereich zumindest einer Komponente einer Sensoreinheit nachteilig für dessen Messperformance. Aus diesem Grund sind für verschiedene Feldgeräte unterschiedliche Methoden entwickelt worden, wie die Bildung von Ansatz oder Ablagerungen von außen erkannt werden kann, wie beispielsweise das in der
DE10 2009 045 204A1 beschriebene Verfahren zur Bestimmung von Ansatz an der Sensoreinheit eines vibronischen Füllstandsmessgeräts durch Überwachung von dessen Schwingungseigenschaften. Ferner ist aus der
DE4308996A1 sowie der
JP0000S5512405A bekannt geworden, der Bildung von Ablagerungen bzw. Ansatz an zumindest einer Komponente der Sensoreinheit durch Aufheizen ebendieser Komponente zu begegnen. Auch gemäß der vorliegenden Erfindung wird zumindest eine medienberührende Komponente der Sensoreinheit aufgeheizt. Erfindungsgemäß wird jedoch durch dieses Vorgehen nicht der Problematik der Bildung von Ansatz bzw. Ablagerungen begegnet. Vielmehr wird bewirkt, dass eindiffundierte Partikel und/oder kleinere Moleküle wieder aus einer Beschichtung austreten. Auf diese Weise wird, sofern das Verfahren durchgeführt wird, bevor die eindiffundierten Partikel und/oder Moleküle die zumindest eine medienberührende Komponente der Sensoreinheit selbst erreicht haben, das Einsetzten von Korrosion, insbesondere Rost, vermieden. Entsprechend erhöht sich die Lebensdauer des Feldgeräts.
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Zum anderen wird erreicht, dass der mindestens eine charakteristische Parameter durch das Heizen wieder seinen Sollwert, sprich den vor Auslieferung bestimmten Wert für den jeweiligen Parameter, erlangt. Dies wiederum gewährleistet eine weitestgehend gleichbleibende Messgenauigkeit. Zusätzlich wird die Gefahr von Aufblähungen und Platzen der Beschichtung reduziert, was im Prozess negative Folgen haben kann, besonders wenn das aggressive Medium das Edelstahlgrundmaterial dann auch angreifen kann.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn zumindest die mindestens eine medienberührende Komponente der Sensoreinheit für eine Zeitdauer von mindestens 12 Stunden geheizt wird. Durch das Heizen über einen vergleichsweise langen Zeitraum kann gewährleistet werden, dass die Ausgasung (nahezu) vollständig abgeschlossen wird. Außerdem kann davon ausgegangen werden, dass im Falle größerer und komplexerer Komponenten alle Teilbereiche ausreichend lange die Zieltemperatur erreichen. Dabei darf die Aufheiztemperatur nicht höher sein als die spezifizierte Maximaltemperatur gemäß einer technischen Dokumentation des jeweiligen Feldgeräts.
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Es ist ferner von Vorteil, wenn die Temperatur auf maximal 200°C eingestellt wird, wobei die Temperatur zum Heizen auf die zulässige Prozesstemperatur der Sensoreinheit abgestimmt wird. Ist dieser beispielsweise nicht für etwa 200°C ausgelegt, muss die Heiztemperatur ebenfalls geringer gewählt werden.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn zumindest die mindestens eine medienberührende Komponente der Sensoreinheit in einem Vakuumofen geheizt wird. Die Verwendung eines Vakuumofens gewährleistet, dass keine chemischen Reaktionen zwischen der Oberfläche der Beschichtung und der Umgebung während des Heizprozesses ablaufen.
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In einer bevorzugten Ausführung ist das Feldgerät ein vibronisches Füllstandsmessgerät mit einer Sensoreinheit, welche eine mit einem Kunststoff beschichtete schwingfähige Einheit aufweist, wobei zumindest die schwingfähige Einheit so lange geheizt wird, bis die Resonanzfrequenz der schwingfähigen Einheit wieder ihren Sollwert erreicht hat.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführung ist das Feldgerät eine Druckmesszelle, welche eine Membran aufweist, welche Membran im dem Prozess zugewandten Bereich mit einem Kunststoff beschichtet ist, wobei die Druckmesszelle so lange geheizt wird, bis die Elastizität der Membran wieder ihren Sollwert erreicht hat.
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Die Erfindung sowie deren Vorteile werden anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren 1 bis 2 gezeigt sind, genauer beschrieben. Es zeigt:
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1 einen vibronischen Sensor zur Dichtemessung mit einer beschichteten schwingfähigen Einheit
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2 eine Druckmesszelle mit einer beschichteten Membran
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren illustriert. Gezeigt ist ein vibronisches Füllstandsmessgerät 1 mit einer Elektronikeinheit 2 und mit einer Sensoreinheit 3 mit einer mit einem Kunststoff beschichteten schwingfähigen Einheit in Form einer Schwinggabel 4. Die Schwinggabel ragt in eine zum Teil mit einem Medium 5 gefüllte Rohrleitung 6 und befindet sich somit in Kontakt mit dem Medium 5. Endsprechende Feldgeräte werden von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und vertrieben und sind beispielsweise unter der Bezeichnung Soliphant oder Liquifant erhältlich.
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Das zugrundeliegende Prinzip einer Dichtemessung mittels eines vibronischen Sensors ist aus der Literatur bekannt und beispielsweise in der
DE10057974 beschrieben. Die schwingfähige Einheit
4 wird zu Schwingungen mit einer bestimmten Schwingfrequenz, insbesondere der Resonanzfrequenz, angeregt. Ragt die schwingfähige Einheit
4 zumindest zum Teil in das Medium
5 hinein, hängt die Schwingfrequenz unter anderem von der jeweiligen Dichte des Mediums
5 ab. Bei konstantem Bedeckungsgrad kann deshalb über eine funktionale Beziehung die Dichte des Mediums ermittelt werden.
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Die Bestimmung der Dichte weist jedoch eine höchst empfindliche Abhängigkeit von der Bestimmungsgenauigkeit der Schwingfrequenz auf. Bei einer Resonanzfrequenz von 1 MHz der schwingfähigen Einheit 4 entspricht beispielsweise eine Änderung der Schwingfrequenz um 1 Hz einer Dichteänderung von 0.19 g/cm3.
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Die Kunststoffbeschichtung der schwingfähigen Einheit 4 dient dem Schutz vor Korrosion. Bei längerfristigem Betreiben in einem korrosionsauffälligen Medium 5 diffundieren jedoch bei einem Kunststoff dennoch kleinere Partikel und/oder Moleküle in die Beschichtung und mit der Zeit auch bis zur schwingfähigen Einheit 4, welche beispielsweise aus einem Stahl gefertigt ist. Der Grund liegt darin, dass die Kunststoffbeschichtung aus vergleichsweise großen Molekülen besteht, welche von ihrer Struktur her weniger dicht gepackt sind als andere Beschichtungsmaterialien.
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Mit dem Eindringen der Partikel und/oder Moleküle in die Beschichtung und durch diese hindurch ändert sich die Masse der schwingfähigen Einheit 4 und entsprechend auch die von der Masse abhängige Resonanzfrequenz. Hierzu sei das Folgende Beispiel angeführt: Ein vibronischer Sensor wird über etwa zwei Jahre in einer ca. 30% Salzsäure bei einer Prozesstemperatur im Bereich von 15–40°C betrieben. Dann sinkt die gemessene Resonanzfrequenz der Stimmgabel im unbedeckten Zustand um ca. 5 Hz. Für die Dichtemessung ist solch ein Abfall der Resonanzfrequenz bereits dramatisch, da eine derartige Frequenzänderung einer Dichteänderung von ca. 1 g/cm3 entspricht.
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Durch das Ausbauen der schwingfähigen Einheit 4 aus dem Prozess und aus dem Feldgerät mit anschließendem Heizen bei einer Temperatur, welche den Zulassungen der Sensoreinheit entspricht, kann erreicht werden, dass die Resonanzfrequenz wieder ihren ursprünglichen Wert, den Sollwert erreicht. Die Möglichkeit der Rekonditionierung der Resonanzfrequenz durch einen Heizprozess bedeutet nun gleichzeitig, dass eindiffundierte Partikel und/oder Moleküle wieder aus der Beschichtung ausgetreten sein müssen. Eine Zunahme der Resonanzfrequenz entspricht nämlich einem Masseverlust.
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Die Zeitskala, auf welcher dieser Heizprozess abläuft, skaliert mit der eingestellten Temperatur, der Heiztemperatur. Desto niedriger die erlaubte Heiztemperatur, desto länger dauert die Rekonditionierung. Alternativ zu einem Ausbau der zumindest einen beschichteten Komponente der Sensoreinheit 2, hier der schwingfähigen Einheit, aus dem Prozess mit anschließendem Heizen kann auch eine Rekalibrierung der Resonanzfrequenz, ein sogenannter Feldabgleich, ausgeführt werden. Dabei wird der aktuell gemessene Wert der Resonanzfrequenz als neuer Sollwert hinterlegt. Dies ist zwar kurzfristig gesehen einfacher zu realisieren, weist aber auf längere Sicht einen erheblichen Nachteil auf: Die Partikel und/oder Moleküle erreichen mit der Zeit die schwingfähige Einheit, so dass es zu Korrosion kommen kann. Die Folgen können Aufblähungen oder schließlich sogar das Platzen der Kunststoffbeschichtung sein. Dies wiederum hat sehr negative Konsequenzen, da das Medium die dann die schwingfähige Einheit 4 direkt angreifen und im schlimmsten Fall unreparierbar beschädigen kann.
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Der Fakt, dass durch einen Heizprozess die eindiffundierten Partikel und/oder Moleküle wieder aus der Beschichtung austreten hat den vorteilhaften Nebeneffekt eines Korrosionsschutzes. Dies wiederum erhöht die Lebensdauer des Feldgeräts 1.
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Es ist daher empfehlenswert, ein zumindest teilweise beschichtetes Feldgerät 1 welches in korrosionsauffälligen Medien 5 betrieben wird, in regelmäßigen Zeitintervallen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu rekonditionieren. Die Zeitintervalle sollten dabei jeweils an das verwendete Medium 5 sowie an die jeweiligen Prozessbedingungen, insbesondere Prozessdruck und Prozesstemperatur, angepasst werden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren ist in 2 illustriert. Entsprechende Feldgeräte werden ebenfalls von der Anmelderin in großer Vielfalt hergestellt und vertrieben und sind beispielsweise unter der Bezeichnung DELTABAR erhältlich. Gezeigt ist eine Druckmesszelle 7 ohne die entsprechende Elektronikeinheit. Eine Messzelle und ein hermetisches, hydraulisches System 8 werden mit einer Membran 9 abgeschlossen. Die Membran 9 ist im vorliegenden Beispiel aus einem Stahl gefertigt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere Materialien unter die vorliegende Erfindung fallen. Während des Betriebs der Druckmesszelle 7 gibt die Membran 9 jeweils den aktuellen Prozessdruck an die Messzelle 8 weiter. Aufgrund dieser Funktionalität muss die Membran 9 sehr flexibel und dünn sein (ca. 100 μm). Das gleiche gilt für eine Beschichtung aus Kunststoff 10 zum Korrosionsschutz. Eine dünne Beschichtung bietet allerdings einen geringeren Korrosionsschutz, wie oben bereits ausgeführt. Dennoch ist die Verwendung eines Kunststoffes auch bei geringen Schichtdicken in diesem Falle vorteilhaft, da Kunststoffe elastisch sind und eine nicht elastische Beschichtung die Funktionalität der Druckmesszelle 7 beeinträchtigen würde.
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Durch das Betreiben einer beschichteten Druckmesszelle 7 in Kontakt mit einem korrosionsauffälligen Medium 5 diffundieren also wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel Partikel und/oder kleinere Moleküle in die Kunststoffbeschichtung 10 und durch diese hindurch. Dies wiederum beeinflusst die Elastizität der Membran 9 und damit über einen längeren Zeitraum auch deren Funktionalität. Entsprechend ist es auch für dieses Beispiel vorteilhaft, in regelmäßigen Zeitabschnitten das erdfindungsgemäße Verfahren zur Rekonditionierung der Sensoreinheit 2 vorzunehmen. In diesem zweiten Beispiel wird dann so lange geheizt, bis die Elastizität der Membran 9 wieder ihrem Sollwert, welcher üblicherweise vor der Auslieferung bestimmt wird, entspricht. Dies kann beispielsweise durch eine Druckmessung unter Referenzbedingungen kontrolliert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- vibronisches Füllstandsmessgerät
- 2
- Elektronikeinheit
- 3
- Sensoreinheit
- 4
- schwingfähige Einheit
- 5
- Medium
- 6
- Rohrleitung
- 7
- Druckmesszelle
- 8
- Messzelle und hermetisches hydraulisches System
- 9
- Membran
- 10
- Kunststoff Beschichtung
