DE4014739A1 - Messvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Bei vielen chemischen bzw. biotechnologischen Prozessen müssen Werte über die Konzentrationen von in Flüssigkeiten gelösten, suspendierten oder emulgierten Stoffen zur Steue­ rung, Regelung oder Überwachung der Prozesse ständig gemes­ sen werden. Hierbei dreht es sich insbesondere um die Mes­ sung in strömenden Flüssigkeiten, also Messungen direkt in Prozeßleitungen. Insbesondere bei Flüssigkeiten, die Fest­ stoffe mitführen, besteht die Gefahr, daß sich an oder auf einem in einer Leitung installierten Meßorgan Feststoffe absetzen, die im Laufe der Zeit die Funktionstüchtigkeit des Meßorgans beeinträchtigen.

Es ist bekannt, zur Vermeidung derartiger Feststoffablage­ rungen auf einem Meßorgan gesonderte Spülleitungen oder Wischorgane vorzusehen, welche von Zeit zu Zeit betätigt werden, um die Ablagerungen vom Meßorgan zu entfernen. Der­ artige gesonderte Reinigungseinrichtungen sind jedoch auf­ wendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrich­ tung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß eine Störung durch Ablagerungen in einfacher Weise wirksam verhindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patent­ anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentliches Kriterium der Erfindung liegt darin, daß das Meßorgan als Einheit mit der Rohrleitung, in welcher es installiert ist, gesehen wird, wobei zum einen die Rohrlei­ tung so ausgebildet wird, daß sie einen, über ihren Quer­ schnitt inhomogenen Strömungsgeschwindigkeitsverlauf auf­ weist und zum anderen das Meßorgan an einer Stelle der Rohrleitung installiert ist, an welcher die Strömungsge­ schwindigkeit höher als in den übrigen Bereichen ist. Da­ durch wird gewährleistet, daß in jedem Fall eine niedrigere Ablagerungsrate am Ort des Meßorgans auftritt, als dies bei Anbringung des Meßorgans an einer anderen, nicht nach Strö­ mungsgeschwindigkeitskriterien ermittelten Stellen der Rohrleitung der Fall wäre. Die Ausbildung des mit dem Meß­ organ ausgestatteten Rohrleitungsabschnitts als gekrümmter Abschnitt (Rohrkrümmer) ist insofern besonders vorteilhaft, als derartige Rohrkrümmer zum einen serienmäßig gefertigt werden und somit ein kostengünstiges Meßvorrichtungs-Bau­ teil darstellen, zum anderen sind in praktisch allen Anwen­ dungsfällen ohnehin derartige Rohrkrümmer notwendig, um die verschiedenen Prozeßorte miteinander zu verbinden.

Die höchsten Strömungsgeschwindigkeiten und damit auch die höchsten Scherkräfte der Flüssigkeit auf eventuell abgela­ gerte Feststoffpartikel bestehen in Rohrkrümmern an der Au­ ßenseite, also dort, wo der Rohrkrümmer seinen größten Krümmungsradius aufweist. Es ist somit vorteilhaft, das Meßorgan in diesem Bereich zu installieren.

Wenn das Meßorgan als Meßschranke aufgebaut ist, so ist es von Vorteil, wenn diese so im gekrümmten Abschnitt montiert ist, daß die Meß-Strecke, also die Verbindungslinie zwi­ schen den beiden Meßorganteilen (Sender und Empfänger) im wesentlichen tangential zum kreisförmigen Querschnitt der Rohrleitung angeordnet ist. Dadurch wird die gesamte Meß­ strecke ständig vom Fluidstrom durchsetzt.

Vorzugsweise sind im Bereich der Meßorgane Abweisvorrich­ tungen vorgesehen, die so ausgebildet sind, daß Strö­ mungsstaustellen vor dem Meßorgan unterdrückt werden. Wei­ terhin ist es von Vorteil, wenn in dem gekrümmten Abschnitt der Rohrleitung zusätzlich Einrichtungen zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich des Meßorgans vorgesehen sind. Diese können beispielsweise als (stetig verlaufende) Verjüngungen des Rohrquerschnitts im Bereich des Meßorgans ausgebildet sein, wobei es von beson­ derem Vorteil ist, wenn die dem Meßorgan gegenüberliegende Krümmungsabschnittswand, also die Krümmungsinnenwand in Richtung auf das Meßorgan vorspringend ausgebildet ist.

Weitere wesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzug­ ten Ausführungsform der Erfindung, die anhand von Abbildun­ gen näher erläutert wird. Hierbei zeigen

Fig. 1 einen schematisierten Querschnitt durch eine Meß­ vorrichtung in einer Rohrleitung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 und

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung in einer Schnittebene entsprechend der nach Fig. 2.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Meßvorrichtung 10 einen Rohrkrümmer 11, der mit Flanschen 12, 12′ in eine Rohrlei­ tung 1 eingebaut ist.

Das Meßorgan 15 ist im Außenbereich 13 des gekrümmten Ab­ schnitts 11 montiert. In diesem Bereich besteht eine grö­ ßere Strömungsgeschwindigkeit als im krümmungsinneren Be­ reich 14 des Rohrabschnittes 11, so daß auf abgelagerte Feststoffteilchem erheblich höhere Scherkräfte einwirken als in allen übrigen Bereichem, so daß eine "Selbstreinigungswirkung" vorliegt.

Bei der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Meßorgan 15 eine aus einem Sender 15a und einem Empfänger 15b bestehende Licht-Absorptionsmeßvor­ richtung. Hierbei ist in einem Sendergehäuse 18a eine Lichtquelle 21 vorgesehen, deren Ausgangsstrahlung mittels einer Senderoptik 19a in ein im wesentlichen paralleles Strahlungsbündel verwandelt wird. Dieses Strahlungsbündel tritt auf der Vorderseite 16a des Senders 15a durch ein Senderfenster 17 aus, durchquert als im wesentlichen paral­ leles Strahlungsbündel 20 das zu messende Medium und tritt durch ein Empfängerfenster 17b an der Vorderseite 16b des Empfängergehäuses 18b in den Empfänger ein. Im Empfänger wird das einfallende Licht durch eine Empfängeroptik 19b auf die lichtempfindliche Fläche eines Strahlungsdetektors 22 fokussiert. Das Ausgangssignal des Strahlungsdetektors 22 wird einer (nicht gezeigten) an sich bekannten Auswert­ einrichtung zugeführt.

Die Entfernung d, in welcher die beiden Fenster 16a und 16b von Sender und Empfänger zueinander liegen, definiert die Entfernung, über welche die Absorption des Lichtes im zu untersuchenden Medium gemessen wird. Je dichter das Medium ist, je höher also die Strahlungsabsorption ist, desto kür­ zer wird der Abstand d (bei vorgegebener Intensität der Strahlungsquelle 21 und vorgegebener Empfindlichkeit des Detektors 22) gewählt.

Das Meßorgan 15 ist so eingebaut, daß seine optische Achse x (in Fig. 2 mit einer unterbrochenen Linie angedeutet) im wesentlichen tangential zum kreisförmigen Rohrquerschnitt verläuft. Durch diese Anordnung ist somit gewährleistet, daß zum einen die Strömungsgeschwindigkeit zwischen den beiden Meßorgan-Vorderseiten 16a und 16b sehr hoch ist und dadurch der Volumenstrom (senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 2 und 3) Teilchen, welche sich auf den Außenflächen der Fenster 17a und 17b abzulagern versuchen, aufgrund der auftretenden hohen Scherkräfte ablöst. Weiterhin ist durch die Anordnung von Sender und Empfänger an der Peripherie des Rohrkrümmers 11 gewährleistet, daß auch ein kurzer Ab­ stand d eingestellt werden kann, so daß keine unnötig hohen Leistungsanforderungen für den Strahlungssender bzw. Emp­ findlichkeitsanforderungen für den Empfänger bestehen, wenn die Konzentration eines sehr dichten Mediums untersucht werden soll. Es ist somit ohne weiteres möglich, Feststoff­ konzentrationen von 10% und darüber zu messen, wobei gleichzeitig die Fenster 17a und 17b auch über längere Meß­ zeiten hinweg ablagerungsfrei bleiben.

Vorzugsweise ist im Außenbereich 13 des Rohrkrümmers 11 eine Abweiseinrichtung 23 vorgesehen (unterbrochene Linie in Fig. 1), welche einen Stau des Flüssigkeitsstroms vor dem Gehäuse 18a und 18b verhindert. Diese Abweiseinrichtung 23 entspricht somit einem nach innen springenden Paar von Wandabschnitten des Krümmers 11, zwischen denen ein Kanal gebildet ist, dessen Kanalwände im wesentlichen bündig (und parallel) zu den Außenflächen der Fenster 17a und 17b ver­ laufen.

Zur weiteren Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit vor den Fenstern 17a und 17b kann zusätzlich ein Verengungsstück 24 im Inneren des Rohrkrümmers 11 vorgesehen sein. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist dieses Verengungsstück 24 als nach innen vorspringender Abschnitt des Innenberei­ ches 14 des Rohrkrümmers 11 dargestellt. Selbstverständlich sind auch andere, im Bereich zwischen den Fenstern 17a und 17b die Strömungsgeschwindkeit erhöhende Einrichtungen mög­ lich.

Bezugszeichenliste

 1 Rohrleitung
10 Meßvorrichtung
11 gekrümmter Abschnitt
12 Flansch
13 Außenbereich
14 Innenbereich
15 Meßorgan
16 Vorderseite
17 Fenster
18 Gehäuse
19 Optik
20 Lichtstrahl
21 Lampe
22 Detektor
23 Abweiseinrichtung
24 Verengungsstück

Claims (5)

1. Meßvorrichtung mit einem Meßorgan zur Messung physika­ lischer oder chemischer Parameter einer Flüssigkeit, die in einer Rohrleitung strömt und Stoffe enthält, welche sich derart am Meßorgan ablagern können, daß dessen Meßleistung verringert und/oder verfälscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (10) einen gekrümmten Abschnitt (11) der Rohrleitung umfaßt, und daß das Meßorgan (15) in einem Bereich (13) des gekrümmten Abschnitts (11) an­ gebracht ist, in welchem eine höhere Strömungsge­ schwindigkeit herrscht als in den übrigen Bereichen (14) des gekrümmten Abschnitts (11) .

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Meßorgan (15) bei dem Rohrwandabschnitt (13) angebracht ist, der den größten Krümmungsradius (R) des gekrümmten Abschnitts (11) aufweist.

3. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, wobei das Meßorgan (15) als Meßschranke aufgebaut ist und ein erstes Meßorganteil (Sender 15a) und ein zweites Meßorganteil (Empfänger 15b) umfaßt, die in definiertem Abstand (d) aufeinander ausgerichtet (Richtung x) zueinander gehalten und einander mit Vor­ derseiten (16a, 16b) zugewandt sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (11) der Rohr­ leitung (1) einen im wesentlichen kreisförmigen Quer­ schnitt aufweist, und daß die Meßorganteile (15a, 15b) derart im gekrümmten Abschnitt (11) montiert sind, daß ihre Ausrichtung (x) im wesentlichen tangential zum Rohrquerschnitt gegeben ist.

4. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch Abweiseinrichtungen (23), die derart mindestens vor dem Meßorgan (15) im ge­ krümmten Abschnitt (11) montiert sind, daß Strömungs- Staustellen vor dem Meßorgan (15) unterdrückt werden.

5. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch Einrichtungen (24) zur Erho­ hung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich des Meßorgans (15) .