DE4014739C2 - - 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.

Aus der DE 35 03 626 A1 ist eine optische Sondenvorrichtung für die fotometrische Analyse von in Leitungen strömenden Fluiden bekannt, deren Meßorgan als Meßschranke aufgebaut ist. Diese Meßschranke befindet sich in einem topfförmigen Gehäuse, welches in eine gerade Rohrleitung einbaubar ist. Durch die Anordnung soll ein leichtes Herausnehmen der Meßvorrichtung zu Reinigungszwecken ermöglicht werden. Darüber hinaus wird in der Druckschrift vorgeschlagen, man solle durch einen entsprechenden Aufbau der Anordnung im Bereich des Meßorgans turbulente Strömung erzeugen, um so Ablagerungen von Feststoffen zu vermeiden. Die bekannte Anordnung bringt aber zwangsläufig Strömungsverluste mit sich und ist außerdem relativ aufwendig. Die Reinigungswirkung der turbulenten Strömung ist begrenzt.

Aus der DE 37 50 511 A1 ist ein Wächter für Schmieröl bekannt, das einem Gasstrom in kleinen Mengen zugeführt wird. Ein in dieser Druckschrift gezeigtes Ausführungsbeispiel umfaßt einen Sensor für das Schmieröl, welcher im äußeren Bereich eines Rohrkrümmers angebracht ist, wobei das Schmieröl (in Strömungsrichtung gesehen) vor dem Rohrkrümmer zugeführt wird. Bei dieser Anordnung wird somit das zugeführte Schmieröl zumindest teilweise aufgrund der Fliehkraft nach außen auf den Sensor geschleudert. Über Druckverluste enthält die Druckschrift keine Hinweise. Eine Verschmutzung kann bei der dort gezeigten Anordnung aufgrund der geförderten Medien nicht auftreten.

Aus der DE-OS 25 32 881 oder der DE 32 39 575 A1 ist es bekannt, daß man bei der Messung von Partikel-Konzentrationen in Flüssigkeiten zur Vermeidung einer Verschmutzung des Meßorgans dieses in einer Drosselstelle einer Rohrleitung anordnen kann, die durch eine Verengung ähnlich einem Venturirohr gebildet ist. Um nun die Druckverluste in der Leitung gering zu halten, muß aber die Geschwindigkeitserhöhung in Strömungsrichtung allmählich und nicht sprunghaft erfolgen. Dies gilt auch für die Rohrerweiterung nach dem verengten Stück. Hier muß ein Diffusor verwendet werden, um energiezehrende Querschnittsprünge zu vermeiden. Die Übergangszonen werden umso länger, je höher die Reynolds-Zahl ist. Diese wiederum steigt mit steigendem Feststoffgehalt der Flüssigkeit, so daß die gesamte Meßvorrichtung insbesondere bei der Messung hoher Partikelkonzentrationen zwangsläufig langbauend wird. In jedem Fall bringt aber eine Verengung des Strömungsquerschnitts Druck- bzw. Strömungsverluste mit sich.

Aus der DE 29 46 384 A1 ist eine Meßvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit am Ort des Meßorgans entweder durch eine Einschnürung ähnlich den vorgenannten Druckschriften oder aber durch Drosselkörper erzielt, welche entweder von einer Rohrwand ausgehend in deren Strömungsquerschnitt hineinragen oder aber ganz innerhalb des Rohres angeordnet sind. Auch hier treten die eingangs genannten nachteiligen Strömungsverluste auf. Darüber hinaus ist auch gemäß dieser Druckschrift ein erhöhter baulicher Aufwand notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß in einfacher Weise eine Ablagerung von in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen auf dem Meßorgan verringerbar ist, ohne hierbei erhöhte Strömungsverluste in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein wesentliches Kriterium der Erfindung liegt darin, daß das Meßorgan als Einheit mit dem Rohrkrümmer, in welchem es installiert ist, gesehen wird. Derartige Rohrkrümmer werden zum einen serienmäßig gefertigt, so daß sich ein kostengünstiges Bauteil herstellen läßt. Zum anderen sind in praktisch allen Anwendungsfällen ohnehin derartige Rohrkrümmer notwendig, um die verschiedenen Prozeßorte miteinander zu verbinden. Ein zusätzlicher Strömungsverlust tritt somit nicht auf.

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.

Vorzugsweise sind im Bereich der Meßorganteile Abweisvorrichtungen vorgesehen, die so ausgebildet sind, daß Strömungsstaustellen unterdrückt werden. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn im Rohrkrümmer 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 der Meßorganteile ausgebildet sein, wobei es von besonderem Vorteil ist, wenn die dem Meßorgan gegenüberliegende Krümmungsabschnittswand, also die Innenwand des Rohrkrümmers in Richtung auf das Meßorgan vorspringend ausgebildet ist.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Abbildungen näher erläutert. 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 17a 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.

Claims (4)

1. Meßvorrichtung mit einem Meßorgan zur Messung physikalischer oder chemischer Parameter einer Flüssigkeit, die in einer Rohrleitung strömt, mit Einrichtungen zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in der Flüssigkeit am Ort des Meßorgans derart, daß eine Ablagerung von in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen auf dem Meßorgan verringerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (10) einen Rohrkrümmer (11) und Meßorganteile (15a, 15b) umfaßt, wobei das Meßorgan (15) als Meßschranke aufgebaut ist und ein erstes Meßorganteil (15a) und ein zweites Meßorganteil (15b) aufweist, die in einem Abstand (d) zueinander gehalten und einander mit Vorderseiten (16a, 16b) zugewandt sind, und wobei die Meßorganteile (15a, 15b) derart im Rohrkrümmer (11) montiert sind, daß eine Ausrichtung der Achse (x) der Meßschranke im wesentlichen tangential zum Rohrquerschnitt gegeben ist, und daß das Meßorgan (15) in einem äußeren Bereich (13) des Rohrkrümmers (11) angebracht ist, in welchem eine höhere Strömungsgeschwindigkeit herrscht als im inneren Bereich (14) des Rohrkrümmers (11).

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßorgan (15) bei dem Abschnitt des äußeren Bereichs (13) angebracht ist, der den größten Krümmungsradius (R) des Rohrkrümmers (11) aufweist.

3. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch Abweiseinrichtungen (23), die mindestens vor dem Meßorgan (15) im Rohrkrümmer (11) montiert sind, so daß Strömungsstaustellen vor dem Meßorgan (15) unterdrückt werden.

4. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Verengungseinrichtung (24), die so ausgebildet ist, daß eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich des Meßorgans (15) erfolgt.