DE60314665T2

DE60314665T2 - Überwachung der wanddicke eines objektes

Info

Publication number: DE60314665T2
Application number: DE60314665T
Authority: DE
Inventors: Paulus Carolus Crouzen
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: ATE365904T1; DE60314665D1; CA2510478C; CN1726379A; CN100376861C; AU2003300579B2; RU2323410C2; EP1576335A2; RU2005122641A; NO20053506D0; US20040130322A1; NO20053506L; ES2287575T3; CA2510478A1; JP4455343B2; WO2004057265A3; WO2004057265A2; AU2003300579A1; JP2006510892A; US7514918B2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Überwachung der Wandstärke eines Objektes mit einer elektrisch leitfähigen Wand. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Überwachungsverfahren mit Messungen gepulster Wirbelströme.
Der Ausdruck Überwachung wird in der Beschreibung und in den Ansprüchen für das wiederholte Messen der Wandstärke an einem ausgewählten Kontrollort über eine ausgedehnte Zeitperiode verwendet. Das Verfahren erlaubt das Erkennen kleiner Änderungen in der Wandstärke an einem Kontrollort mit ausreichender Genauigkeit (Wiederholbarkeit), um zum Beispiel die Korrosionsrate einer Pipelinewandung zu bestimmen.
Hintergrund der Erfindung
Verfahren zur Abschätzung der Wandstärke eines elektrisch leitfähigen. Objektes mittels Anregung und Messung gepulster Wirbelströme gehören zum Stand der Technik. Eine Sonde, umfassend eine Sende- und eine Empfangseinrichtung, wird in der Nähe der Oberfläche des Objektes angeordnet. Der Sender wird aktiviert, beispielsweise durch Einschalten und plötzliches Abschalten, um gepulste Wirbelströme in dem Objekt zu induzieren. Weil die Anregung häufig durch eine gepulste Betätigung der Sendeeinrichtung erfolgt, sind diese Verfahren auch als gepulste Wirbelstromverfahren (pulsed eddy current methods PEC) bekannt. Die Wirbelströme regen ein zeitabhängiges Magnetfeld an, das ein Signal in der Empfangseinrichtung erzeugt. Häufig wird das empfangene Signal als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Die Wandstärke kann durch die Bestimmung eines charakteristischen Wertes des Signals geschätzt werden, der mit einer charakteristischen Zeit des Signals zusammenhängt, wobei die charakteristische Zeit mit der Wandstärke zusammenhängt.
PEC-Verfahren sind für Messungen durch Isolierlagen oder durch korrodierte Gegenstände geeignet. Es versteht sich, daß der Ausdruck Wandstärke in Verbindung mit PEC-Methoden in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, um sich auf die Dicke des metallischen Teiles einer Wand zu beziehen.
Die europäische Patentanmeldung Nr. EP 0 321 112 A1 offenbart ein Verfahren zum Detektieren von Korrosion an Wänden von Containern. Das empfangene Signal, das in diesem Verfahren erhalten wird, klingt mit der Zeit ab. Das Signal klingt in dem anfänglichen Zeitabschnitt, kurz nachdem der Sender ausgeschaltet wurde, mit einer relativ geringen Rate ab. In dem späteren Zeitabschnitt klingt das Signal mit einer größeren Rate ab. Die charakteristische Zeit oder auch die kritische Zeit, zu der der Übergang von der langsamen zu der schnellen Zerfallsrate erfolgt, ist ein Maß für die Wandstärke des Objektes. Daher kann gemäß des bekannten Verfahrens eine Bestimmung der Wandstärke durch den Vergleich des Abklingens des Signals mit Bezug auf das Abklingen, erhalten von einer bekannten Wandstärke, über eine Zeitperiode erhalten werden, wobei die Zeitperiode mindestens ein Stück über die kritische Zeit hinausgeht.
Die europäische Patentanmeldung Nr. EP 0 910 784 A1 offenbart ein anderes Verfahren zur Bestimmung der Wandstärke eines Objektes aus dem Signal eines abklingenden Wirbelstroms. Das Signal, das in diesem Verfahren gewonnen wird, hat allgemein dieselbe Form wie das Signal aus der EP 0 321 112 A1 . Die Wandstärke ist nur aber durch die Länge des Zeitintervalls bestimmt, in welcher das Signal von einer ersten Größe zu einer zweiten Größe abklingt, wobei ein vorbestimmter Zusammenhang zwischen der Länge dieses Zeitintervalls und der Wandstärke herangezogen wird.
Der Aufsatz „Application of a signal-reconstruction method to evaluate pulsed eddy-current singnals" von H.-M. Thomas und G. Wittig, NDT International, Bd. 18, Nr. 5, Oktober 1985, S. 251-255, offenbart eine andere Methode mit gepulstem Wirbelstrom, um die verbleibende Wandstärke von korrodierten Austenitstahl-Containerwänden zu bestimmen. Züge von relativ kurzen Sendepulsen werden in diesem Verfahren verwendet, so daß sowohl die ansteigenden als auch die abfallenden Flanken eines Pulses Wirbelströme anregen. Die mit diesem Verfahren empfangenen Signale starten näherungsweise bei Null, steigen zu einem Maximum an, wonach sie den Nulldurchgang zu einem negativen Maximum schneiden, von wo sie zu Null abklingen. Die Wandstärke kann aus der Länge des Zeitintervalls zwischen dem Einschalten des Sendepulses und dem Punkt des ersten Nulldurchganges bestimmt werden.
Die britische Patentschrift Nr. 1 512 289 offenbart eine berührungslose Dickenmeßvorrichtung, die für das kontinuierliche Messen der Stärke einer sich bewegenden Metallfolie oder eines Metallblattes geeignet ist. Die Vorrichtung ist ein Wirbelstromgerät, das einen Oszillator, gekoppelt mit einer primären Spule, umfaßt.
Die USA-Patentschrift Nr. 4 757 259 offenbart ein Verfahren zum berührungsfreien Messen der Stärke und Temperatur eines dünnen Metallblattes, während es im Herstellungsprozeß in Bewegung ist, welches durch ein sich veränderndes Magnetfeld erzeugte Wirbelströme verwendet.
Das USA-Patent Nr. 5 485 082 offenbart ein Verfahren zur Kalibrierung einer Dickenmeßvorrichtung, bestehend aus zwei berüh rungslosen Auslenkungsmeßsensoren, die ein Meßfeld bilden, in welchem sich ein Bezugsobjekt bewegt. Berührungsfreie Dickenmeßvorrichtungen mit Wirbelstromsensoren, kapazitiven oder optischen Sensoren können verwendet werden.
Die bekannten Verfahren mit gepulstem Wirbelstrom werden für die Prüfung von Wandstärken verwendet, wobei die abgeschätzte Wandstärke mit einer vorgegebenen Wandstärke, beispielsweise durch ein nicht-korrodiertes, herstellungsgemäßes Objekt oder eines nicht-korrodierten Teiles des geprüften Objektes, verglichen wird. Die bekannten Verfahren werden daher auch zur Prüfung eines Objektes an verschiedenen Orten, beispielsweise entlang oder um den Umfang einer Pipeline verwendet, um die Stellen, an denen sich Korrosion zeigt, herauszufinden.
Es ist bis jetzt allerdings nicht möglich gewesen, Verfahren mit gepulsten Wirbelströmen für die Überwachung der Wandstärke zu verwenden, wobei derselbe Ort wiederholt geprüft wird. Dies liegt an der Tatsache, daß bekannte Verfahren als unzureichend genau erachtet worden sind, um einen verläßlichen quantitativen Vergleich von Messungen zu verschiedenen Zeitpunkten über einen Zeitraum von Tagen, Wochen, Monaten oder sogar Jahren zu erlauben. Solch lange Überwachungszeiträume sind beispielsweise notwendig, wenn die Korrosionsrate bestimmt werden soll. Typische Korrosionsraten einer Kohlenstoff-Pipeline können von der Größenordnung eines oder weniger Millimeter pro Jahr oder weniger sein. Besondere Probleme mit der Wiederholbarkeit der bekannten Verfahren können auftauchen, wenn die zu prüfenden Objekte aus magnetischem Material, wie Karbonstahl, bestehen.
Es ist daher Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung der Wandstärke von Objekten aus Metall anzugeben, das präzisere Messungen erlaubt, damit ein Ver gleich der Ergebnisse für einen Kontrollort über einen ausgedehnten Zeitraum möglich ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Dafür wird gemäß der folgenden Erfindung ein Verfahren zur Überwachung der Wandstärke eines Objektes mit einer elektrisch leitfähigen Wand, das eine Sonde für gepulsten Wirbelstrom verwendet, die aus einer Sende- und Empfangseinrichtung besteht, angegeben, wobei das Verfahren umfaßt:

– Auswählen eines Kontrollortes auf der Wand;
– Anordnen der Sonde in einer vorbestimmten Position relativ zum Kontrollort zu einer Vielzahl von Kontrollzeiten θ_m (m = 1, ..., M; M ≥ 2), Induzieren von kurzen Wirbelströmen durch Aktivieren der Sendeeinrichtung, Aufnahme der Signale V_m durch die Empfangseinrichtung; und
– Bestimmen der Wandstärke dm betreffend die Kontrollzeit θ_m aus jedem der Signale V_m, wobei die Temperatur des Objektes am Kontrollort während der Kontrollzeit θ_m beachtet wird, wobei die Wandstärke am Kontrollort durch den Vergleich der Wandstärken dm untereinander überwacht wird, um Veränderungen über die Zeit festzustellen.

Die Anmelderin hat herausgefunden, daß eine wichtige und allgemein unterschätzte Fehlerursache in der Überwachung der Wandstärke die Variation der Temperatur des zu untersuchenden Objektes ist. Wenn Wandstärkenmessungen einer bestimmten Stahlwand unter sonst identischen Bedingungen mit bekannten Verfahren durchgeführt werden, können die Ergebnisse bei verschiedenen Temperaturen der Wand typischerweise um einige Pro zent pro 10 Grad der Temperaturdifferenz auseinandergehen. Dies ist ein nicht hinnehmbar großer Fehler, wenn geringe Veränderungen durch Korrosion herausgefunden werden sollen.
Die Anmelderin hat ebenso herausgefunden, daß es möglich ist, den Einfluß der Temperatur auf die Messungen zu jeder Kontrollzeit zu korrigieren, damit ausreichend genaue Wandstärkenmessungen zu verschiedenen Kontrollzeiten erhalten und miteinander verglichen werden können. Es zeigt sich, daß die USA-Patentanmeldung, veröffentlicht unter US 2002/0149359 , offenbart, daß eine einzelne Wandstärkenmessung, die mit einer speziellen Sonde gepulsten Wirbelstromes, umfassend zwei Empfangsspulen, erhalten wird, hinsichtlich der Temperatur des Objektes korrigiert werden kann. Die vorliegende Erfindung geht einen wesentlichen Schritt darüber hinaus und gründet sich auf der Erkenntnis, daß eine Genauigkeit der Messungen durch Korrigieren der Temperatur bei Messungen mit gepulstem Wirbelstrom im allgemeinen erreicht wird, die einen verläßlichen quantitativen Vergleich von Messungen am selben Kontrollort über einen ausgedehnten Zeitraum erlaubt.
Zweckmäßig wird jedes Signal V_m als Funktion der Zeit t aufgezeichnet und zeigt eine charakteristische Änderung zu einer charakteristischen Zeit τ_m, wobei der Verfahrensschritt der Bestimmung der Wandstärke dm die Bestimmung eines charakteristischen Wertes Φ_m aus dem Signal V_m, der einer Messung der charakteristischen Zeit τ_m entspricht, und die Bestimmung der Wandstärke d_m aus dem charakteristischen Wert Φ_m umfaßt, wobei von einem zuerst vorbestimmten Zusammenhang zwischen dem charakteristischen Wert und der Wandstärke bei konstanter Temperatur und einem zweiten vorbestimmten Zusammenhang zwischen dem charakteristischen Wert und der Temperatur bei konstanter Wandstärke Gebrauch gemacht wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist insbesondere geeignet, die Korrosionsrate, die als durchschnittliche Abnahme der Metallwandstärke durch Korrosion an einem Kontrollort pro Zeiteinheit definiert ist, zu bestimmen.
Die Temperatur des Objektes am Kontrollort kann durch die Bestimmung einer Temperatur T_m zu jeder Kontrollzeit θ_m, die die Temperatur des Objektes am Kontrollort anzeigt, berücksichtigt werden; und durch die Bestimmung einer Wandstärke dm aus jedem Signal V_m betreffend die Kontrollzeit θ_m, wobei die Temperatur T_m berücksichtigt wird.
Es ist allerdings nicht allgemein erforderlich, die Temperatur am Kontrollort ausdrücklich zu bestimmen. Hinsichtlich eines wesentlichen Merkmales der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur durch Anordnung eines elektrisch leitfähigen Referenzobjektes, das eine Referenzstärke hat, zwischen der Sonde und des zu kontrollierenden Objektes und in Wärmekontakt mit dem zu kontrollierenden Objekt, damit jedes Signal V_m eine Komponente betreffend den Wirbelstrom in dem Referenzobjekt und eine Komponente betreffend den Wirbelstrom in dem zu überwachenden Objekt hat, berücksichtigt werden. Der Einfluß der Temperatur auf das Signal V_m kann dann durch die Verwendung der Signalkomponente betreffend den Wirbelstrom in dem Referenzobjekt berücksichtigt werden.
Die vorliegende Erfindung gibt noch allgemeiner weiterhin ein Verfahren zur Bestimmung einer Eigenschaft eines zu kontrollierenden Objektes mit einer elektrisch leitfähigen Wand an, das eine Sonde mit gepulstem Wirbelstrom, umfassend eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung, verwendet, wobei das Verfahren umfaßt:

– Anordnung eines elektrisch leitfähigen Referenzobjektes mit einer Referenzstärke zwischen der Sonde und dem Kontrollobjekt und in Wärmekontakt mit dem Kontrollobjekt;
– Induzieren von gepulsten Wirbelströmen in dem Kontrollobjekt und in dem Referenzobjekt durch Einschalten der Sendeeinrichtung;
– Aufzeichnen eine Signals mit der Empfangseinrichtung, wobei das Signal eine Komponente betreffend den Wirbelströmen in dem Referenzobjekt und einer Komponente betreffend die Wirbelströme in dem Kontrollobjekt hat; und
– Weiterverarbeitung des Signals, um eine Anzeige der Eigenschaft des Kontrollobjektes zu erhalten, wobei der Einfluß der Temperatur auf das Signal durch Verwendung der Signalkomponente betreffend die Wirbelströme in dem Referenzobjekt erhalten wird. Zweckmäßig ist das Referenzobjekt eine Platte mit einer Referenzstärke, das Kontrollobjekt ist eine Wand, und die Eigenschaft des Kontrollobjektes ist die Wandstärke, und wobei die Referenzstärke kleiner als die Wandstärke ist.

Die Erfindung gibt außerdem eine Wirbelstromsonde zum Messen einer Eigenschaft eines elektrisch leitfähigen Objektes an, wobei die Sonde eine Sende- und eine Empfangseinrichtung sowie ein elektrisch leitfähiges Referenzobjekt umfaßt, das während des normalen Verfahrens zwischen der Sende- und Empfangseinrichtung und dem zu kontrollierenden Objekt angeordnet ist.
Zweckmäßig umfaßt die Wirbelstromsonde weiterhin eine Isoliervorrichtung, die so ausgebildet ist, daß dem Referenzobjekt die Anpassung an die Temperatur des Kontrollobjektes während des normalen Verfahrens ermöglicht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nun durch ein Beispiel mit Bezug auf die Zeichnungen genauer beschrieben, wobei
1 eine schematische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt;
2 schematisch zwei Signale hinsichtlich verschiedener Wandstärkenwerte und/oder verschiedene Temperaturen eines Objektes als Funktion der Zeit für ein typisches Experiment mit gepulstem Wirbelstrom zeigt;
3 die Ergebnisse eines Experimentes zur Überwachung der Korrosion gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 die Ergebnisse des Experimentes zur Überwachung der Korrosion von 3 zeigt, die man erhalten würde, wenn keine Temperaturberichtigung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden wäre;
5 schematisch die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung, einschließlich einer Referenzplatte zwischen der Wirbelstromsonde und dem Kontrollobjekt zeigt; und
6 schematisch das Signal zeigt, das man erhält, wenn man die Anordnung gemäß 5 verwendet.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile zu bezeichnen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird nun auf 1 Bezug genommen. 1 zeigt ein Objekt 1 mit einer elektrisch leitfähigen Wand 2. Eine Sonde 5 mit gepulstem Wirbelstrom, umfassend eine Sendeeinrichtung 7 und eine Empfangseinrichtung 8, ist in einer Position 10 über dem Kontrollort 12 auf der Oberfläche 15 des Objektes nächst zu der Sonde (die nahe Oberfläche) angeordnet. Die Sende- und Empfangseinrichtungen sind jeweils als Spule gezeichnet und können ebenso ein und dieselbe Spule umfassen. Die Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung bilden zusammen die Sende- und Empfangseinrichtung. Die Position 10 ist durch den Abstand L sowie durch die Translations- und Rotationsorientierungsparameter der Sonde 5 in anderen Raumrichtungen (nicht gezeigt) charakterisiert. Die Stärke zwischen der nahen Oberfläche 15 und der entfernten Oberfläche 16 am Kontrollort 12 ist über die Zeit zu überwachen. Das Objekt kann beispielsweise ein Rohr sein, dessen Radius sehr viel größer als dessen Wandstärke ist. Wenn Rohrleitungen kontrolliert werden, erfolgt Korrosion häufig im Inneren der Rohrleitung. In diesem Fall bleibt der Abstand zwischen der Sonde 5 und der nahen Oberfläche 15, wenn die Korrosion von außerhalb der Rohrleitung überwacht werden soll, relativ konstant, aber der Abstand zwischen der Probe 5 und der entfernten Oberfläche 16 unterhalb des Kontrollortes 12 nimmt mit der Zeit ab (wie in der Zeichnung angedeutet). Wenn Korrosionsprodukte an der entfernten Oberfläche 16 ausgebildet werden (nicht gezeigt), tragen sie nicht zu der Wandstärke bei, die durch das Verfahren gemessen wird.
Es wird nun auf 2 Bezug genommen. 2 zeigt typische Signale V_m(t) als Funktion der Zeit t, gemessen zu Kontrollzeiten θ_m (m = 1,2). Signale der gezeigten Form, die durch die Empfangseinrichtung zum Beispiel als Spannung oder Ladung aufgezeichnet werden können, werden infolge von Wirbelströmen er halten, die in der Wand durch Einschalten einer Sendespule nahe des Metallobjektes erzeugt werden, Warten bis alle Wirbelströme durch das Einschalten abgeklungen sind und abruptes Abschalten der Sendespule. Die Signale V_m(t), wie sie in der Empfangsspule empfangen werden, sind in willkürlichen Einheiten als Funktion über die Zeit t, nachdem der Sender ausgeschaltet worden ist, doppellogarithmisch aufgetragen. V₁ betrifft eine größere Wandstärke als V₂.
Solch ein Signal V(t) kann mathematisch als Funktion S(τ,τ_c) gemäß der Gleichung (1) beschrieben werden
wobei

n ein Parameter ist, der von der Krümmung der zu kontrollierenden Wand, dem Typ und der Konfiguration des Empfängers (Spulenanordnung, Hallsensor) und auch von der Beabstandung zwischen der Sende-/Empfangseinrichtung von der nahen Oberfläche der Wand, siehe Abstand L in 1, abhängt;
S₀ ein Normalisierungsfaktor ist; und
τ_c die sogenannte kritische Zeit ist.

Die kritischen Zeiten τ_c _, ₁ und τ_c,2 sind in 2 angegeben. Die kritische Zeit kann als Maß der Zeit, in der die Wirbelströme von der nahen Oberfläche 15 durch die Wand 2 bis zur entfernten Oberfläche 16 gewandert sind, betrachtet werden.
Die kritische Zeit kann durch den folgenden Zusammenhang beschrieben werden τc = σ μ d2 (2),wobei

σ: die elektrische Leitfähigkeit (Einheiten: Ω^–1m^–1) des Objektes ist;
μ: die magnetische Permeabilität des Objektes (V·s/A·m) ist; und
d: die Metallstärke des Objektes (m) ist.

Wenn σ und μ konstant sind, hängt die Stärke d direkt von der kritischen Zeit τ_c ab. In der Bestimmung der kritischen Zeit, oder allgemeiner in der Bestimmung eines charakteristischen Wertes des Signals, der von der kritischen Zeit abhängt, kann daher Information über die Wandstärke d ermittelt werden, wie es in den bekannten Verfahren mit gepulstem Wirbelstrom getan wird.
σ und μ können allerdings nicht als konstant betrachtet werden, wenn die Temperatur veränderlich ist. Die elektrische Leitfähigkeit metallischer Leiter ist häufig umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur T, σ(T) ∝ 1/T. Die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Permeabilität μ ist nicht trivial. In magnetischen Materialien, in denen die magnetische Permeabilität sehr groß ist und auch von der Vorgeschichte des Objektes abhängt, neigt μ dazu, mit der Temperatur anzusteigen.
Es sollte aus dem Vorangegangenen klar sein, daß die kritische Zeit τ_c ein Beispiel der charakteristischen Zeit τ in einem Signal mit gepulstem Wirbelstrom ist, in welchem ein charakteristischer Wechsel auftaucht, hier der Übergang von einer langsameren zu einer schnelleren Abklingrate, ist. Die kritische Zeit τ_c selbst oder ein anderer charakteristischer Wert Φ des Signals V(t), der eine Funktion der kritischen Zeit ist (Φ = Φ(τ_c)), kann zur Bestimmung der Wandstärke verwendet werden. Ein anderes Beispiel für einen geeigneten charakteristischen Wert Φ ist das Integral des Signals V(t) über einen Zeitraum, der die Zeit nach der kritischen Zeit einschließt. Ein weiteres Beispiel ist der Wert des Signals zu einem Zeitpunkt nach der kritischen Zeit, denn dieser Wert wird um so niedriger sein, je dicker die Wand ist. Noch ein anderes Beispiel ist die Zeit, die das Signal benötigt, um von einer ersten Größe zu einer zweiten Größe abzuklingen, wobei zumindest die zweite Größe zu einem Zeitpunkt später als jener der kritischen Zeit ist. Gleichung (2) ist der spezielle Fall einer allgemeinen Gleichung Φ(τ) = F(d, T, Pi) (3),d.h. der charakteristische Wert Φ, der eine Funktion der charakteristischen Zeit τ ist, ist eine Funktion F der Stärke d, der Temperatur T und anderer Parameter P_i, von denen die Beabstandung und Eigenschaften der Sonde Beispiele sind. Gleichung (3) kann besondere Formen annehmen, die einen ersten vorbestimmten Zusammenhang zwischen dem charakteristischen Wert und der Wandstärke bei konstanter Temperatur oder einen zweiten vorbestimmten Zusammenhang zwischen dem charakteristischen Wert und der Temperatur bei konstanter Wandstärke darstellen.
Die Anmelderin hat herausgefunden, daß die Temperaturabhängigkeit des Signals mit gepulstem Wirbelstrom hauptsächlich durch die Temperaturabhängigkeit von σ und μ bewirkt wird, und daß jede andere Temperaturabhängigkeit von anderen Parametern von zweiter oder geringerer Größenordnung ist.
Es wird nun anhand eines Beispieles erläutert, wie die Stärke einer Metallwand gemäß der vorliegenden Erfindung überwacht werden kann, wobei Temperaturveränderungen zwischen den Messungen berücksichtigt werden.
Angenommen, M Signale V_m(t) sind zu Kontrollzeiten θ₁, ..., θ_M gemessen worden. Dafür kann die Wirbelstromsonde in einer bestimmten Position nur in dem Kontrollort befestigt werden. Die Sonde kann alternativ vor jeder Messung an einer vorbestimmten Position angeordnet werden. Der Fachmann weiß, wie man eine Sonde in einer bestimmten Position unter Verwendung von Markierern, Abstandshaltern und ähnlichem wiederholt befestigt. Ein typischer Abstand liegt in der Größenordnung von Millimetern, beispielsweise 10 mm. Zweckmäßig sollte die Sonde mit einer größeren Genauigkeit als ca. 1 mm in vertikaler (Beabstandung) und vorzugsweise besser als ca. 0,3 mm in seitlicher Richtung neu positioniert werden.
Zu jeder Kontrollzeit θ_m wird eine Temperatur T_m, die die Temperatur des Objektes am Kontrollort 12 anzeigt, gemessen. Der Fachmann weiß, wie eine Temperatur gemessen wird, beispielsweise unter Verwendung eines Thermoelementes an der Wand nahe des Kontrollortes oder unter Verwendung eines Infrarotthermometers. Für eine effektive Temperaturkorrektur von PEC-Messungen ist eine ausreichende Genauigkeit der Temperaturmessungen erforderlich. Die absolute Genauigkeit ist weniger wichtig, weil eine Korrektur auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz in den meisten Fällen angewendet werden kann. Es zeigt sich, daß die Wiederholbarkeit der Temperaturmessungen zweckmäßig besser als 5 K ist.
Jedes Signal V_m(t) wird ausgewertet, um die kritische Zeit τ_c,m zu bestimmen. Ein Beispiel dafür, wie dies getan werden kann, wird weiter unten diskutiert.
Signale zu einer Zeit θ₁ und θ_m werden nun betrachtet. Die Wandstärke zu einer Zeit θ₁ ist zweckmäßig als Referenz heranzuziehen, besonders, wenn die Korrosionsrate bestimmt werden soll. Es versteht sich, daß Meßwerte von jeder anderen Kontrollzeit als Referenz herangezogen werden können.
Gemäß Gleichung (2) hängt die Wandstärke dm zu einer Zeit θ_m von der Wandstärke d₁ zu der Zeit θ₁ ab nach:
Zwei besondere Fälle können nun betrachtet werden.
Im ersten Fall wird die Temperatur konstant gehalten, d.h. T_m = T₁. Daher gilt σ₁μ₁ = σ_mμ_m, und Gleichung (4) zeigt den Zusammenhang zwischen Stärke dm und dem charakteristischen Wert Φ_m = τ_c,m. Die Stärke d₁ ist in vielen Fällen in absoluten Ausdrücken bekannt, z.B. unter Verwendung eines unabhängigen absoluten Meßverfahrens, wie etwa Ultraschallmessungen. In diesem Fall kann d_m auch absolut bestimmt werden. Wenn d₁ in absoluten Ausdrücken bekannt ist, kann das Verhältnis d_m/d_l, d.h. die relative Stärke, bestimmt werden. d₁ kann alternativ auf einen willkürlichen Wert, wie etwa 100 %, gesetzt werden. Es versteht sich, daß sich der Ausdruck Wandstärke in der Beschreibung und in den Ansprüchen entweder auf eine absolute Wandstärke oder auf eine relative Wandstärke bezüglich einer vorbestimmten Referenzwandstärke bezieht.
Im zweiten besonderen Fall gilt es als bekannt, daß die Wandstärke zwischen den Zeiten θ₁ und θ_m unverändert bleibt, sich aber die Temperaturen T₁ und T_m unterscheiden. Daher gilt d₁ = d_m. Gleichung (4) stellt nun den Zusammenhang zwischen der Temperatur T_m und den charakteristischen Wert Φ_m = τ_c,m dar, denn σ und μ sind von der Temperatur abhängig und alle anderen Parameter sind konstant gehalten. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise in einem Kalibrationsexperiment systematisch erforscht werden. Im Ergebnis kann eine Kalibrationskurve, die die kritische Zeit (allgemeiner: den charakteristischen Wert Φ) mit der Temperatur verbindet, erhalten werden.
Die Anmelderin hat herausgefunden, daß Kalibrationsexperimente mit der folgenden Näherung gut beschrieben werden können:
wobei λ ein Temperaturkoeffizient ist (Einheiten: 1/K, in der Praxis häufig % pro K), was die Kalibrationskonstante ist und typischerweise von der Größenordnung von (0,03 ... 0,2) % pro K für Karbonstahl. Diese lineare Näherung funktioniert am besten über Temperaturbereiche von weniger als 50 K. Beiträge höherer Ordnung können in die Näherung eingefügt werden, wenn es erforderlich ist. Die Einheit K (Kelvin) wird für Temperaturunterschiede verwendet, ein Kelvin gleicht dem Temperaturunterschied von 1 Grad Celsius.
Gleichungen (4) und (5) ergeben zusammen
Es ist nicht erforderlich, den Temperaturkoeffizienten λ in einem unabhängigen Kalibrationsexperiment zu bestimmen. λ kann auch im Zuge der Bewertung des Signals V_m(t) (m = 1, ...,M; M > 2), die im Zuge der Wandkontrollmessungen gemessen werden, bestimmt werden, zum Beispiel auf die folgende Weise. Wähle eine Untermenge von. K-Signalen V_m (K < M), wofür angenommen werden kann, daß der Wandschwund durch Korrosion mit der Zeit linear verläuft. Die Untermenge ist zum Beispiel aus den gewonnenen Daten über einen Zeitraum gebildet, der so kurz ist, daß der Wandschwund durch Korrosion klein ist. Für diese Untermenge wird daher angenommen, daß dm = d1(1 – ψ(θm – θ1)) (7),wobei ψ eine (im allgemeinen unbekannte) relative Korrosionsrate ist, ausgedrückt im partiellen Schwund der ursprünglichen Wandstärke pro Zeiteinheit.
Die unbekannten Parameter in den Gleichungen (6) und (7) können iterativ bestimmt werden. Ein Temperaturkoeffizient λ ist zum Beispiel ausgewählt, und für die gesamte Untermenge werden alle Werte dm unter Verwendung von Gleichung (6) berechnet. Dann ist ein Wert für ψ durch lineare Regression der dm unter Verwendung von Gleichung (7) bestimmt. Der Temperaturkoeffizient λ wird dann solange variiert, bis die lineare Regression unter Verwendung von Gleichung (7) optimal ist. Dies ist äquivalent mit der Minimierung des folgenden Ausdruckes
Dieses Verfahren, um λ zu bestimmen, ist auch bekannt als gut Bootstrap-Verfahren.
Gleichung (6) ist eine besondere Form der Gleichung (4). Bei der Bestimmung der Wandstärke d_m, wie bezüglich Gleichung (4) oder (6) erläutert wird, wird ein erster vorbestimmter Zusammenhang zwischen dem charakteristischen Wert und der Wandstärke bei konstanter Temperatur (in diesem Fall Gleichung (4) oder (6) für den ersten besonderen Fall davor) und ein zweites vorbestimmtes Verhältnis zwischen dem charakteristischen Wert und der Temperatur bei konstanter Wandstärke (Gleichung (4) oder (6) für den zweiten besonderen Fall davor) verwendet. Gleichung (6) zeigt, daß sich herausstellt, daß ein temperaturkorrigierter Wert der Wandstärke dm zweckmäßig aus dem Signal V_m unter Berücksichtigung des Temperaturunterschiedes zwischen der Referenztemperatur ((T_m – T₁) oder allgemeiner (T_m – T_ref)) bestimmt werden kann. Vorzugsweise wird dieselbe Referenztemperatur für die Auswertung aller Signale V_m verwendet.
Es sollte allerdings klar sein, daß der erste vorbestimmte Zusammenhang andere Gestalt haben kann, insbesondere, wenn eine andere charakteristische Zeit oder ein anderer charakteristischer Wert für die Ermittlung der Information zur Wandstärke aus dem Signal verwendet wird, wie zum Beispiel in der EP 321 112 oder EP 0 910 784 . Der erste vorbestimmte Zusammenhang muß nicht von analytischer Gestalt sein, und kann ebenso beispielsweise ein empirischer Zusammenhang sein, wie eine Kalibrationskurve, die das Verhältnis zwischen Signal und Wandstärke angibt.
Ebenso kann der zweite vorbestimmte Zusammenhang von anderer Gestalt sein. Es kann zum Beispiel eine Kalibrationskurve anstatt des Zusammenhanges in Gleichung (5) verwendet werden, der die Temperatur (zweckmäßig die Temperaturdifferenz) in ein Verhältnis mit der Signalform, dem charakteristischen Wert oder einem Wandstärkenkorrektorfaktor setzt.
Es versteht sich ebenso, daß es für das Verfahren der vorliegenden Erfindung nicht relevant ist, in welcher Reihenfolge die Berechnung der Wandstärke und die Temperaturkorrektor durchgeführt wird. Es ist zum Beispiel möglich, zuerst das entsprechende Signal oder den charakteristischen Wert, erhalten aus dem Signal der Temperatur, zu korrigieren, gefolgt von der Bestimmung der Wandstärke. Alternativ kann die unkorrigierte Wandstärke aus dem charakteristischen Wert bestimmt werden, gefolgt von der Temperaturkorrektur, die einen Zusammenhang zwischen der unkorrigierten Wandstärke, der korrigierten Wandstärke und der Temperatur verwendet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Temperaturkorrektur und die Wandstärkenberechnung zur selben Zeit durchzuführen, und ein überschaubares Beispiel dafür, wie dies geschehen kann, ist in Gleichung (6) gezeigt. In all diesen Fällen wird ein erster vorbestimmter Zusammenhang zwischen dem charakteristischen Wert und der Wandstärke bei konstanter Temperatur und ein zweiter vorbestimmter Zusammenhang zwischen dem charakteristischen Wert und der Temperatur bei konstanter Wandstärke verwendet.
Beispiel
Als Beispiel wird eine Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erläutert, wobei die Abnahme der Metallstärke durch Korrosion bei einer Kohlenstoffstahl-Abgasleitung eines Luftkühlers einer Anlage zur Aufspaltung von Wasser überwacht wird. Der Bedarf an einer genauen Korrosionsüberwachung in diesem besonderen Beispiel ist durch die starke Korrosionsrate in der Höhe von 3 mm pro Jahr bedingt, die durch falschen Be trieb der Anlage hervorgerufen worden ist. Eine maximale weitere Verringerung der Metallwandstärke von 1,5 mm war gestattet, bevor die Anlage aus Sicherheitsgründen hätte stillgelegt werden müssen. Hätten die widrigen Bedingungen weiter bestanden, wäre die Anlage in weniger als 6 Monaten stillgelegt worden.
Die Betriebsbedingungen wurden wieder normalisiert, aber es wurde als notwendig erachtet, die Korrosionsrate sehr sorgfältig zu überwachen. Die Aufgabe der Korrosionsüberwachung war es in diesem Fall, den sicheren Betrieb der Anlage durch genaues Messen der Korrosionsrate sicherzustellen, damit diese verbleibende Zeit, in der die Anlage sicher betrieben werden kann, bestimmt werden kann. Das Messen der Korrosionsrate kann außerdem dazu verwendet werden, die Betriebsbedingungen zu steuern. Die Messung der Korrosionsrate gewährt auch eine frühe Warnung für den Fall, daß überhöhte Korrosionsraten wieder auftreten sollten.
Demgemäß wurden 6 Meßreihen in einem Zeitraum von 78 Tagen durchgeführt. Während der Meßreihen wurden Signale von gepulstem Wirbelstrom für jeden der 9 Kontrollorte, die auf der Leitung gewählt worden sind, erhalten. Zu diesem Zweck wurde ein Halterungsrahmen, der mit der PEC-Sonde zusammenarbeitet, fest über dem Kontrollort angebracht, damit die PEC-Sonde über dem Kontrollort mit geringer Abweichung angeordnet werden konnte.
Der Halterungsrahmen umfaßte auch eine keramische Temperaturabschirmung von 9 mm Stärke, um die Erwärmung der PEC-Sonde durch die Hitze in der Leitung zu verringern, die auf das Signal Einfluß haben könnte. Ein besonderer Vorteil der PEC-Messungen besteht darin, daß die Messungen durch eine Isolierschicht hindurch ausgeführt werden können. Etwas an Erwärmung der Sonde ist dennoch aufgetreten, aber es hat sich herausgestellt, daß dies nur einen Einfluß auf die gesamte Signalstärke gehabt hat, aber keinen erkennbaren Einfluß auf die kritische Zeit.
Die PEC-Sonde umfaßte eine Sendespule und eine Empfangsspule. Nach Einschalten der Sendespule mit Hilfe eines konstanten Stromes, der abrupten Unterbrechung der Stromversorgung und der Aufnahme der induzierten Spannung in der Aufnahmespule als eine Funktion der Zeit t wurden Signale bis zu 290 ms nach Unterbrechung der Stromversorgung gemessen. Die Signale wurden verstärkt und mit einem AD-Wandler digitalisiert, der die Spannung zu N regulären Zeitabschnitten der Länge Δt_ADC von typischerweise 60 μs abtastet.
An jedem Kontrollort und zu jeder Kontrollzeit wurde eine Temperatur der Leitung unter Verwendung eines Infrarotthermometers gemessen.
Die gemessenen Signale hatten eine Gesamtform wie in 2 gezeigt. Es wird nun die Berechnung und Auswertung der 6 Signale V_m(t) (m = 1, ..., 6), die an einem der Kontrollorte gemessen wurden, erläutert.
Die kritische Zeit τ_c,m für jedes Signal wurde auf die folgende Weise bestimmt. Jedes Signal V_m besteht nach dem AD-Wandler aus einem Feld, bestehend aus den Zahlen V_m(q·Δt_ADC) (q = 1, ..., Q), das im Speicher des Computers berechnet werden kann.
Durch die Verwendung des Halterungsrahmens veränderte sich die Beabstandung L_m der Sonde von der nahen Oberfläche der Leitung zu jeder Kontrollzeit θ_m ein wenig, L1 ≅ L2 ≅ ... ≅ L6.
Zu Beginn der Kontrolle bei der Zeit θ₁ wurde die Wandstärke durch gepulste Echoultraschallmessungen mit d₁ = 12,8 mm gemessen.
Aus dem Durchschnitt der Signale V₁, V₂ und V₃ wurde ein Referenzsignal V_REF berechnet,
Wenn die Abweichung zwischen den Signalen, die für die Durchschnittsberechnung verwendet werden, nicht zu groß ist, dann repräsentiert das Referenzsignal, wie in diesem Fall, die allgemeine Form der Signale. Das Referenzsignal wurde an Gleichung (1) angepaßt. Die Parameter S_0,REF, n und τ_C,REF wurden bestimmt durch Minimierung von
während für S (t; τ_c,REF) der Ausdruck wie in Gleichung (1) gegeben, verwendet wurde, und wobei Q₁ = t₁/Δt_ADC und Q₂ = t₂/Δ_ADC ganzzahlig gerundet, mit t₁ = 3 ms (kleiner als die kritische Zeit des Signals) und t₂ = 100 ms (größer als die kritische Zeit des Signals) gilt.
Um die kritischen Zeiten τ_c,m der Signale V_m zu bestimmen, wird angenommen, daß folgender Zusammenhang gilt
Diese Gleichung enthält einen Faktor S_m, der für den Fall, daß alle Beabstandungen L_m gleich sind, gleich eins sein sollte, der es aber erlaubt, geringe Abweichungen in der Beabstandung oder Abweichungen im verstärkten Signal des Verstärkers im Empfänger, beispielsweise durch Veränderungen der Sondentemperatur, auszugleichen.
Dann können τ_c,m und S_m durch Minimierung von
für jedes Signal V_m bestimmt werden, wobei Q₃ = t₃/Δt_ADC und Q₄ = t₄/Δt_ADC, ganzzahlig gerundet, mit t₃ = 0,2·τ_c,REF und t₄ = 4·τ_c,REF gilt.

Die 6 kritischen Zeiten τ_c,m sind direkt als charakteristische Werte Φ_m der Signale V_m verwendet. Aus dem τ_c,m sind die Werte der Wandstärke dm betreffend der Kontrollzeiten θ_m und korrigiert nach dem Einfluß der Temperatur auf eine Weise bestimmt, wie sie hinsichtlich der Gleichungen (4)–(8) erklärt wurde, wobei von dem Bootstrap-Verfahren zur Bestimmung von λ Gebrauch gemacht worden ist. Meßwerte von allen 6 Kontrollzeiten wurden in diesem Fall in dem Bootstrap-Verfahren eingesetzt. Die Ergebnisse der temperaturkorrigierten Meßergebnisse der Wandstärke sind in Tabelle 1 gezeigt. Zum Vergleich zeigt die letzte Spalte der Tabelle 1 die Werte der Wandstärke, die man ohne Anwendung der Temperaturkorrektor gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt hätte. Dies entspricht λ = 0 in Gleichung (6). Tabelle 1

Nummer m	θ_m (Tag)	T_m (°C)	dm (mm) (λ=0,1062 %/K)	dm (mm) (λ=0)
1	1	61,0	12,8000	12,8000
2	16	62,0	12,7920	12,7780
3	29	65,5	12,6894	12,6587
4	43	57,5	12,6894	12,7383
5	57	48,0	12,6368	12,8185
6	78	54,0	12,5933	12,6911

Die 3 und 4 veranschaulichen die korrigierten und urikorrigierten Wandstärkenmeßwerte jeweils als Funktion der Kontrollzeit. Die gezeigten Fehlerbalken sind unter Beachtung der Ergebnisse der Regressionsanalyse und der Erfahrung mit wiederholten Messungen aus der Erfahrung heraus geschätzt. Die Fehlerbalken beinhalten jedoch Temperatureffekte nicht explizit. Hinsichtlich der korrigierten Meßwerte sind die Meßwertpunkte innerhalb der Fehlerschranken mit einer linearen Abnahme der Wandstärke mit der Zeit verträglich. In linearer Regression erhält man eine Korrosionsrate von 1,1 mm pro Jahr.
Dies bedeutet, daß die verbleibende Betriebszeit der Leitung am Kontrollort näherungsweise 1,5 mm/(1,1 mm/Jahr), d.h. ca. 1,4 Jahre, beträgt. Außerdem weisen die Wandstärkenmeßwerte auf keine Phasen erhöhter Korrosionsrate hin.
Klarerweise würde man andere Schlüsse ziehen, wenn unkorrigierte Werte der Wandstärke in 4 für die Abschätzung herangezogen werden würden. Dort scheint es zu einer Erhöhung der Wandstärke zwischen der dritten und der fünften Kontrollzeit zu kommen, was nicht plausibel ist und die Glaubwürdigkeit der Meßwerte beeinträchtigt. Auf der anderen Seite wird eine erhöhte Korrosionsrate zwischen der zweiten und der dritten Kontrollzeit nahegelegt. Wenn die Korrosionsrate durch lineare Regression aus den Meßwerten bestimmt wird, erhält man einen Wert von 0,26 mm/Jahr, was einer geschätzten verbleibenden Betriebszeit von 5,8 Jahren entspricht. Daher kann die Verwendung der Wandstärkenmeßwerte ohne Temperaturkorrektur zur Überwachung der Korrosion zu einer Unterschätzung der Korrosionsrate und somit zu unsicheren Betriebsbedingungen führen.
Die Größe der Temperaturkorrektur hängt von der Größenordnung ab, in der die Temperatur der Anlagen schwankt. Selbst bei stabilen Betriebsbedingungen kann die Temperatur von Teilen der Anlage auf Grund von Einflüssen der Umgebung leicht von 20 bis 30°C schwanken. In anderen Fällen kann ein Wechsel in den Bedingungen des Arbeitsablaufes einen Temperaturwechsel von bis zu 250°C bewirken. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß ein typischer Wert für den Temperaturkoeffizienten λ 0,11 % pro K ist. Der erwartete Schwankungsbereich in der PEC-Wandstärkenauslese ist, wenn keine Temperaturkorrektur gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, daher typischwerweise von der Größenordnung von σ_T = 3% der Wandstärke für den Fall stabiler Betriebsbedingungen und bis zu σ_T = 30%, wenn sich die Bedingungen im Arbeitsablauf ändern. σ_T wird auch als Wiederholbarkeit der PEC-Wandstärkenmessungen durch Temperaturschwankungen bezeichnet. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß Temperaturschwankungen in dieser Größenordnung zum Großteil der gesamten Wiederholbarkeit von PEC-Wandstärkenmessungen beiträgt. Wiederholbarkeit kann als Standardabweichung von Messungen, die vom selben Operator am selben Objekt, dieselbe Ausrüstung verwendend, zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt, definiert werden. Wiederholbarkeit wird auch als Genauigkeit einer Messung bezeichnet.
Die vorgesehene Betriebsdauer einer Verfahrensanlage in einer Raffinerie oder in einer chemischen Anlage beträgt normalerweise 20 Jahre. Die Materialien werden normalerweise für einen tauglichen Korrosionsschutz nach den Betriebsbedingungen ausgewählt. Das Höchstmaß für den Wandschwund innerhalb der vorgesehenen Betriebszeit überschreitet normalerweise 50 % der ursprünglichen Wandstärke nicht, so daß die höchste Korrosionsrate 50%/20Jahre= 2,5 % pro Jahr betragen wird. Wenn ein Verfahren zur Überwachung der Korrosion angewendet wird, dann legt die Messungswiederholbarkeit des Verfahrens die Antwortzeit fest, d.h. die Zeit, die das Verfahren zur Überwachung der Korrosion benötigt, um einen maßgeblichen Wandschwund festzustellen. Zum Beispiel wird der Wandschwund zwischen zwei Messungen als maßgeblich erachtet, wenn er √2 σ_tot überschreitet, wobei σ_tot die Gesamtwiederholbarkeit der Wandstärkenmessung ist, und der Faktor √2 die Tatsache widerspiegelt, daß der Schwund die Differenz zweier Messungen ist. Die Antwortzeit ist daher von der Größenordnung von
Jahren.
Selbst bei Anlagen mit stabilen Betriebsbedingungen wird die Antwortzeit mit 1,7 Jahren berechnet, wobei das σ_tot = σ_T = 3% für Messungen ohne Temperaturkorrektur verwendet wird. Ein Verfahren mit einer solch langen Antwortzeit ist für die meisten Anwendungen nicht tauglich. Für Systeme, deren Verfahrensbedingungen auch schwanken, so daß σ_tot = σT ≈ 30%, ergibt sich klarerweise eine unrealistisch lange Antwortzeit, die 17 Jahre übersteigt.
Die Anmelderin hat herausgefunden, daß eine Wiederholbarkeit von mindestens σ_tot = 1% für ein praktisch nützliches Verfahren zur Überwachung der Wandstärke erforderlich ist. Wiederholbar keitszahlen von σ_tot ≈ 0,5% und sogar herunter bis zu σ_tot ≈ 0,2% wurden unter Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erhalten, wobei die Temperatur mindestens um 20 K schwankte.
Um die Korrosionsrate zu bestimmen, wird die Wandstärke zweckmäßig über einen ausgedehnten Zeitraum überwacht. Ein ausgedehnter Zeitraum ist zweckmäßig mindestens zwei Wochen, bevorzugt mindestens ein Monat und stärker bevorzugt mindestens 2 Monate. Vorzugsweise wird die Wandstärke zu mindestens 3 Kontrollzeiten, stärker bevorzugt zu mindestens 5 Kontrollzeiten überwacht.
Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun erläutert. Bezug wird auf 5 genommen. Die Zeichnung zeigt das überwachte Untersuchungsobjekt 1 und die Wirbelstromsonde 5 der 1, wobei zwischen der Sonde 5 und dem Untersuchungsobjekt 1 ein Referenzobjekt 31 in der Form einer elektrisch leitfähigen Platte angeordnet ist. Die Platte 31 ist parallel zur nahen Oberfläche 15 angeordnet und bildet mit ihr eine Lücke 35. Die Lücke verhindert, daß das Untersuchungsobjekt und das Referenzobjekt eine einzige elektrisch leitfähige Wand zu bilden scheinen. Um den Raum, der durch die Referenzplatte 31 und die Lücke 35 gebildet wird, ist eine Vorrichtung 38 zur Wärmeisolierung angeordnet, die es der Platte 31 ermöglicht, sich an die Temperatur des Untersuchungsobjektes 1 anzupassen. Zweckmäßig ist die Referenzplatte ein Blatt, das wesentlich dünner als das Untersuchungsobjekt 1 ist, beispielsweise etwa ein Zehntel der geschätzten Wandstärke, die untersucht wird. Außerdem ist die Weite der Lücke 35 zweckmäßig von der Größenordnung der Stärke der Referenzplatte. Zum Beispiel kann bei einem Untersuchungsobjekt von ca. 10 mm Wandstärke zweckmäßig die Referenzplatte und Lücke in der Größenordnung von 0,1–2 mm Stärke gewählt werden.
Wenn die Sendespule 7 eingeschaltet und abrupt ausgeschaltet wird, werden gepulste Ladeströme in der Referenzplatte 31 erzeugt, wandern durch die Referenzplatte, erzeugen ein elektromagnetisches Feld in der Lücke 38, das daraufhin Wirbelströme in dem Untersuchungsobjekt 1 erzeugt. Zeitveränderliche Wirbelströme in dem Referenzobjekt 31 und in dem Untersuchungsobjekt 1 regen zusammen ein zeitveränderliches zweites elektromagnetisches Feld an dem Ort der Empfangsspule 8 an, das ein Signal in der Empfangsspule herbeiführt.
Es wird nun erläutert, wie das Referenzobjekt zwischen der Sonde und dem überwachten Objekt als interner Standard in den Messungen verwendet werden kann, der die Korrektur von Temperatureffekten ermöglicht.
Bezug wird auf 6 genommen, die schematisch ein Signal 41 zeigt, das von der Meßanordnung wie in 5 erhalten werden kann. Das Signal hat einen Bestandteil 43 betreffend die Referenzplatte 31 und einen Bestandteil 44 betreffend das Untersuchungsobjekt 1. Es kann angenommen werden, daß das Signal 41 eine Überlagerung der Bestandteile 43 und 44 ist. Das Referenz und das Untersuchungsobjekt haben unterschiedliche Beabstandung und unterscheiden sich zweckmäßig auch in der Stärke, und sie sind durch die Lücke 35 voneinander getrennt. Dies ermöglicht es, die Signalbestandteile betreffend der beiden Objekte zu unterscheiden und zu identifizieren. Das Referenzobjekt 31 hat eine kleinere Beabstandung und eine geringere Stärke als das Untersuchungsobjekt 1. Der Signalbestandteil 43 hat daher einen höheren Anfangswert I_r und eine frühere charakteristische Zeit τ_r im Vergleich zu dem Anfangswert I_i und der charakteristischen Zeit τ_i des Signalbestandteiles 44 betreffend das Untersuchungsobjekt 1. In dem gesamten Signal 41 zeigt sich der Beitrag der Referenzplatte im anfänglichen Teil.
Wenn sich die Temperatur des Untersuchungsobjektes 1 ändert, ändert sich die Temperatur des Referenzobjektes durch den Wärmekontakt ebenso. Die Isoliervorrichtung 38 ist zweckmäßig so angeordnet, daß die Temperaturen so nahe wie möglich beieinander liegen.
Wie weiter oben erläutert, beeinflußt die Temperaturänderung die Gestalt des Signals 41, das aus den Messungen mit gepulstem Wirbelstrom erhalten wird. Insbesondere wird sich die charakteristische Zeit im allgemeinen verschieben, und dieser Effekt betrifft beide charakteristische Zeiten τ_r und τ_i. Da es allerdings bekannt ist, daß die Stärke der Referenzplatte unverändert bleibt, ist es möglich, das Signal hinsichtlich der Temperaturänderungen zu korrigieren, indem man den anfänglichen Teil des Signals (nach der kritischen Zeit τ_r), der durch den Beitrag der Referenzplatte 31 beherrscht wird, verwendet.
Wenn zum Beispiel ein erstes und ein zweites Signal am selben Kontrollort bei unterschiedlichen Temperaturen gemessen werden, werden die anfänglichen Teile der Signale relativ zueinander verschoben sein. Durch Verschieben des gesamten zweiten Signals, dergestalt, daß sich der anfängliche Teil mit dem anfänglichen Teil des ersten Signals überlagert, und dergestalt, daß die kritische Zeit τ_r unverändert bleibt, wird das zweite Signal zu den Temperaturbedingungen der ersten Messung umgeformt. Eine Differenz in den kritischen Zeiten τ_i zwischen dem ersten Signal und dem verschobenen zweiten Signal kann nun Veränderungen in der Wandstärke des Untersuchungsobjektes direkt zugerechnet werden. Es versteht sich, daß das tatsächliche Verschieben der Signale nicht wesentlich ist, und daß der Effekt der Temperatur auf das Signal 43 auch auf andere Weise berücksichtigt werden kann, wenn die Signale, wie etwa die Wandstärke, zur Bestimmung einer Eigenschaft des Untersu chungsobjektes zu verschiedenen Zeitpunkten und hinsichtlich Temperatureinflüssen korrigiert, erarbeitet wird.
Der ganz anfängliche Teil des gesamten Signals muß abhängig von der Zeit, die es benötigt, bevor der Empfänger 8 nach dem Abschalten des Senders 7 wiedereingesetzt werden kann, nicht erfaßt werden. Es ist allerdings ausreichend, wenn der hintere Teil des Signals 43 nach der kritischen Zeit τ_i erfaßt werden kann.

Claims

Verfahren zur Überwachung der Wandstärke eines Objektes mit einer elektrisch leitfähigen Wand, das eine Sonde für gepulsten Wirbelstrom verwendet, die aus einer Sende- und einer Empfangseinrichtung besteht, wobei das Verfahren umfaßt: – Auswählen eines Kontrollortes auf der Wand; – Anordnen der Sonde in einer vorbestimmten Position relativ zum Kontrollort zu einer Vielzahl von Kontrollzeiten θ_m (m = 1, ..., M; M ≥ 2), Induzieren von kurzen Wirbelströmen durch Aktivieren der Sendeeinrichtung, Aufnahme der Signale V_m durch die Empfangseinrichtung; und – Bestimmen der Wandstärke dm betreffend die Kontrollzeit θ_m aus jedem der Signale V_m, wobei die Temperatur des Objektes am Kontrollort während der Kontrollzeit θ_m beachtet wird, wobei die Wandstärke am Kontrollort durch den Vergleich der Wandstärken d_m untereinander überwacht wird, um Veränderungen über die Zeit festzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes Signal V_m als Funktion der Zeit t aufgezeichnet wird und eine charakteristische Änderung zu einer charakteristischen Zeit τ_m zeigt, wobei der Schritt, die Wandstärke d_m zu bestimmen, die Bestimmung eines charakteristischen Wertes Φ_m aus dem Signal V_m, der eine Messung der charakteristischen Zeit τ_m ist, und die Bestimmung der Wandstärke d_m aus dem charakteristischen Wert Φ_m umfaßt, wobei von einem ersten vorbe stimmten Verhältnis zwischen dem charakteristischen Wert und der Wandstärke bei konstanter Temperatur sowie von einem zweiten vorbestimmten Verhältnis zwischen charakteristischem Wert und der Temperatur bei konstanter Wandstärke Gebrauch gemacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren weiters aus dem Abschätzen eines Maßes der Wandstärkenänderung pro Zeiteinheit aus den Wandstärkenwerten dm besteht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Wandstärkenänderung von der Korrosion abhängt, und wobei das Maß der Korrosion bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die absolute Wandstärke überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei eine Referenzwandstärke ausgewählt wird, und wobei die relative Wandstärke bezüglich der Referenzwandstärke überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, wobei sich die Kontrollzeiten θ_m über einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen, vorzugsweise von mindestens einen Monat erstrecken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Wandstärke zu mindestens drei Kontrollzeiten θ_m überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Temperatur des Objektes am Kontrollort durch Anordnen eines elektrisch leitfähigen, eine Referenzstärke aufweisenden Refe renzobjektes vor Aktivierung der Sendeeinrichtung zwischen der Sonde und dem Kontrollobjekt und in Wärmekontakt mit dem Kontrollobjekt berücksichtigt wird, damit jedes Signal V_m eine Komponente betreffend die Wirbelströme im Referenzobjekt und eine Komponente betreffend die Wirbelströme im überwachten Objekt hat; und wobei der Einfluß der Temperatur auf die Signale V_m durch die Verwendung der Signalkomponente betreffend die Wirbelströme im Referenzobjekt berücksichtigt wird.