WO2009103302A1 - Vorrichtung und verfahren zur korrosionsdetektion - Google Patents

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WO2009103302A1
WO2009103302A1 PCT/EP2008/001239 EP2008001239W WO2009103302A1 WO 2009103302 A1 WO2009103302 A1 WO 2009103302A1 EP 2008001239 W EP2008001239 W EP 2008001239W WO 2009103302 A1 WO2009103302 A1 WO 2009103302A1
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electrode
corrosion
computer program
signal
wave generator
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PCT/EP2008/001239
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Paulitsch
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/04—Corrosion probes

Definitions

  • the invention relates to a device for corrosion detection and a method for operating such a device. Specifically, the invention relates to a device for corrosion detection with a contactable during operation by a process medium electrode, ie z. B. such a device that can be combined with a pipe such that the electrode extends into the interior of the pipe and is contacted there in operation by a flowing through the pipe process medium.
  • a process medium electrode ie z. B.
  • Such a device for corrosion detection is z. B. by products such as those offered by the company Pepperl & Fuchs under the brand CorrTran known.
  • Such corrosion sensors or shortly sensors are used in contact with the process medium and comprise three similar potential-measuring electrodes. Corrosion on these electrodes is typically determined by the methods of resistance method, electrochemical noise analysis (EN) or linear polarization resistance measurement (LPR).
  • the resistance method is simple, robust and a single electrode is sufficient.
  • the resistance of a loop-shaped electrode is measured, which changes in the event of corrosion due to the changed geometry of the electrode. Because of the necessary change in geometry, corrosion detection is only possible with strong corrosion of the electrodes. Thus, only larger amounts of corrosion can be detected.
  • a resistance change due to temperature change is compensated by using a second similar electrode which is not exposed to the medium.
  • the electrochemical noise analysis is sensitive to electromagnetic interference and requires a complicated evaluation. Already low occurrence corrosion can be detected. The electrodes do not have to be heavily modified by corrosion, since already the electron exchange between the electrode surface and the process medium is detected.
  • the electrodes are polarized and the current flowing is registered. After compensation of the electrode resistance, the corrosion current density is measured from the polarization resistance. Due to low corrosion current densities, this process is also sensitive to electromagnetic interference.
  • the electrode is designed in the form of a two-pole with a complex resistance.
  • the advantage of the invention is that with such an electrode, not only the resistance change as a measure of a possible corrosion can be detected, but also a change in an electrical Resonanzfreguenz in position, amplitude and / or phase. Such corrosion detection is significantly more sensitive than methods and devices based on a pure resistance change.
  • the electrode comprises an inductance or that the electrode is assigned to an inductance, so z.
  • the electrode comprises a capacitance or that the electrode is assigned a capacitance such that a two-pole results, in whose electrical equivalent circuit the capacitance is connected in series or in parallel with the ohmic resistance of the electrode.
  • Electrode forming bipolar a complex resistor By using an inductance and / or capacitance, therefore, a corrosion detection is possible by detecting a change in an electrical resonance frequency.
  • the electrode is associated with a transmitter comprising a wave generator.
  • the transmitter is like a corresponding evaluation in known corrosion sensors for the detection of changes in electrical characteristics of
  • Electrode provided, so here at least also for detecting changes in the electrical resonance frequency. If a wave generator is combined with the evaluation electronics, the application of a signal to the electrode and subsequent evaluation of the electrical characteristics of the electrode can be coordinated particularly simply in terms of time. The use of a wave generator also opens up the possibility of forming the two-pole electrode forming the electrode with a signal nal predetermined or predetermined frequency to apply and / or ensure that an amplitude of the signal used to act on the electrode does not exceed a predetermined or predetermined maximum amplitude.
  • the advantage of excitation of the electrode with a signal of predetermined or predefinable frequency or with a signal from a predetermined or predefinable frequency range results above all from a reduction in a number of unknowns to be taken into account in an evaluation of the electrical characteristics.
  • the advantage of using a signal whose amplitude does not exceed a predetermined or predefinable maximum amplitude lies above all in that with signals below such a maximum amplitude, which are also referred to below as "small waves” and the wave generator as “small wave generator” the resulting relationships are sufficiently accurately represented by linear relationships, while in excitations with signals above such a maximum amplitude of the linear range would leave and correspondingly the mathematic effort to determine the electrical characteristics increases disproportionately.
  • the electrode by means of the wave generator with a signal, so one or more frequencies or a pulse, excited or acted upon and by means of the evaluation a resulting current or a resulting voltage is evaluated.
  • the method is preferably implemented in software or in a combination of software / hardware, so that the invention also relates to a computer program with computer-executable program code instructions for implementing the method outlined above and described below.
  • the invention also relates to a computer program product, in particular a data carrier or a storage medium, with a computer program product. feasible such computer program.
  • Such a computer program is preferably part of the evaluation electronics or is stored in a memory of the evaluation electronics or can be loaded into this memory, so that during operation of the device, the latter automatically performs the corrosion detection according to the method.
  • FIG. 1, FIG. 3, FIG. 5 and FIG. 7 schematically simplified representations of different embodiments of a device for corrosion detection (corrosion sensor) with the respective electrical equivalent circuit diagram and FIG. 1
  • FIG. 2, FIG. 4, FIG. 6 and FIG. 8 a graphic representation of a transmission behavior of the corrosion sensors illustrated in FIGS. 1, 3, 5 and 7.
  • FIG. 1 schematically shows, in simplified form, a device for corrosion detection 10 (corrosion sensor) with one in operation by a process medium 12 contactable electrode 14, wherein the flow direction of the process medium 12 is symbolized by an arrow.
  • the device 10 is associated with a total of a pipe 16, such that the electrode 14 extends into the interior of the pipe 16 and that an evaluation electronics 18, in particular a combined with a wave generator evaluation electronics 18, outside the pipeline, ie without contact with the process medium 12th is arranged.
  • the electrode 14 is designed as a bipole with a complex resistance. In the embodiment according to FIG. 1, the complex resistance results from the fact that the electrode 14 is shaped at least partially in the manner of a coil and correspondingly has an inductance.
  • the electrical equivalent circuit diagram is shown, which shows the ohmic resistance of the electrode 14 as R and the inductance of the electrode 14 due to the coil shape as L.
  • the electrode 14 is excited by means of the electronics 18, namely by the wave generator included therefrom, a current flow I through the two-pole and a voltage U across the same result.
  • a change in the resistance of the electrode 14, but alternatively or additionally, the change of an electrical resonance frequency of the electrode 14 forming two poles for location, Amplitude and / or phase is determined. The change can be determined by impressing a small signal excitation at one or more frequencies or as a pulse and evaluation of the resulting alternating current or the resulting alternating voltage.
  • the coil-shaped electrode 14 shown in FIG. 1 can be described by its number of turns N, length 1, area of a turn A 1 permeability ⁇ , radius r and its specific electrical resistance p.
  • An electrical resistance R and a self-induction L of the coil electrode 14 are as follows: ⁇ -r 2 I
  • FIG. 2 shows the transmission behavior expressed by (1) as a function of the frequency. On the ordinate, the magnitude and the phase of the quotient of voltage U and current I are shown in the upper and lower diagrams, wherein a logarithmic representation is used for the amount.
  • the solid line 20 describes the behavior for a non-corrosive electrode 14 (FIG. 1).
  • the dashed and dot-dash lines 22, 24 describe simulations for an electrode 14 with 10% or 20% reduced radius due to corrosion.
  • the location of the cutoff frequency depends not only on the electrode radius r, which is reduced by the corrosion, but also on the coil area A and number of turns W, which as an additional parameter influence both the position of the cutoff frequency and the sensitivity of the layer to corrosion.
  • the electrode 14 comprises a coil-like shaped first electrode member 26 with coil number N, length 1, area of a turn A and permeability ⁇ , parallel to a conventional electrode with radius r, length l r and specific elek - trical resistance p corresponding second electrode part
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment in which the electrode 14, in addition to the coil-shaped first electrode part 26, also shown in FIG. 1 or FIG. 3, comprises a second electrode part 28 with a capacitance C connected in series. This changes the transmission behavior
  • Uo denotes the voltage across the second electrode part 28 and Ui the total voltage across the electrode 14.
  • FIG. 6 shows this transmission behavior as a function of the excitation frequency with the small-wave signal.
  • the absolute value or the phase of the quotient of the voltage Uo across the second electrode part 28 and the voltage U ⁇ across the electrode 14 is shown in the upper and lower diagrams, a logarithmic representation being used for the amount.
  • Corrosion now not only affects the position of the resonant frequency but also its amplitude, which is proportional to it.
  • the occurrence of high amplitudes At resonance means a better signal-to-noise ratio.
  • the transmission at static values is constant 1, so that static potentials do not interfere.
  • the capacitance of the capacitor can be used as an additional parameter to enhance the resistance change due to corrosion.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which the electrode 14 in addition to a substantially corresponding to a conventional electrode first electrode portion 26 in series a second electrode portion 28 with a capacitance C summarizes. This changes the transmission behavior
  • U 0 denotes the voltage across the second electrode part 28 and Ui the total drop across the electrode 14.
  • the transmission behavior is shown in FIG. 8 with the same ordinate designations as in FIG.
  • the location of the cut-off frequency provides information about the degree of corrosion.
  • the size of the capacitance C can be used as a parameter to enhance the resistance change and a static potential does not interfere with the measurements.
  • the approach according to the invention is similarly robust and simple as the resistance method.
  • the robustness is increased when the approach according to the invention is used redundantly to the resistance method, as described in the embodiments of FIG 3 and FIG 7, because a greater sensitivity and a greater signal-to-noise ratio result, as measured in resonance and the Resonance is evaluated, which is less influenced by process noise.
  • the resonance can be used particularly advantageously in the embodiment according to FIG.
  • the method uses dynamic signals, it is insensitive to static potential changes and can be used in combination with methods that require potential changes (e.g., LPR).
  • electrode parts coil-shaped electrode, capacitor
  • certain parameters e.g., length of coil, capacitance of capacitor, coil winding diameter
  • the simple evaluation electronics 18 also allow integration into existing field devices. Conventional field devices can easily be converted to combined corrosion sensors.
  • impedance spectroscopy Compared to an impedance spectroscopy, the number of unknowns is reduced because the small-wave excitation takes place only selectively at a previously determinable frequency.
  • impedance spectroscopy the system response to a small signal excitation of different frequencies (mHz-bis kHz range) is determined as the impedance spectrum. The method is instrumentally complex and the time required for measurements is in the minute range.
  • the invention proposes as a corrosion sensor a device with an electrode 14 which can be contacted during operation by a process medium 12, with an electrode 14 in the form of a bipole with a complex resistance, so that its operation the electrode 14 is excited by means of a wave generator with a signal and by means of evaluation electronics 18, a resulting current I or a resulting voltage U is evaluated, in particular with regard to a change in the electrical resonance frequency in position, amplitude and / or phase.
  • An electrode 14 with a complex resistance can be achieved particularly easily by a geometrically optimized design thereof, e.g. by using a coil-shaped electrode and a coil-shaped electrode part.

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Abstract

Die Erfindung schlägt als Korrosionssensor eine Vorrichtung mit einer im Betrieb durch ein Prozessmedium (12) kontaktierbaren Elektrode (14) vor, mit einer Elektrode (14) in Form eines Zweipols mit einem komplexen Widerstand, so dass zu dessen Betrieb die Elektrode (14) mittels eines Wellengenerators mit einem Signal angeregt wird und mittels einer Auswerteelektronik (18) ein resultierender Strom (I) oder eine resultierende Spannung (U) ausgewertet wird, insbesondere im Hinblick auf eine Änderung des elektrischen Resonanzfrequenz in Lage, Amplitude und/oder Phase.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Korrosionsdetektion
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrosionsdetektion sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung. Konkret betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Korrosionsdetektion mit einer im Betrieb durch ein Prozessmedium kontaktierbaren Elektrode, also z. B. eine derartige Vorrichtung, die mit einer Rohrleitung derart kombinierbar ist, dass die Elektrode sich ins Innere der Rohrleitung erstreckt und dort im Betrieb von einem durch die Rohrleitung strömenden Prozessmedium kontaktiert wird.
Eine derartige Vorrichtung zur Korrosionsdetektion (Korrosionssensor) ist z. B. durch Produkte, wie sie von der Firma Pepperl & Fuchs unter der Marke CorrTran angeboten werden, bekannt. Solche Korrosionssensoren oder kurz Sensoren werden im Kontakt mit dem Prozessmedium eingesetzt und umfassen drei gleichartige potentialmessende Elektroden. Korrosion an diesen Elektroden wird typischerweise durch die Verfahren Widerstandsmethode, Elektrochemische Rauschanalyse (EN) oder Lineare Polarisations-Widerstandsmessung (LPR) bestimmt.
Die Widerstandsmethode ist einfach, robust und eine einzelne Elektrode ist ausreichend. Es wird der Widerstand einer schlaufenförmigen Elektrode gemessen, der sich bei Korrosion aufgrund der veränderten Geometrie der Elektrode verändert. Wegen der notwendigen Geometrieänderung ist eine Korrosions- detektion erst bei starker Korrosion der Elektroden möglich. Somit können nur größere Mengen an Korrosion detektiert werden. Eine Widerstandsänderung aufgrund von Temperaturänderung wird mithilfe einer zweiten gleichartigen Elektrode, die nicht dem Medium ausgesetzt ist, kompensiert.
Die Elektrochemische Rauschanalyse (EN) ist empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen und benötigt eine komplizierte Auswerteelektronik. Bereits geringes Auftreten von Korrosion kann detektiert werden. Die Elektroden müssen nicht stark durch Korrosion verändert worden sein, da bereits der Elektronenaustausch zwischen Elektrodenoberfläche und Prozessmedium detektiert wird.
Beim LPR-Verfahren werden die Elektroden polarisiert und der dabei fließende Strom wird registriert. Nach Kompensation des Elektrodenwiderstandes wird aus dem Polarisationswiderstand die Korrosionsstromdichte gemessen. Aufgrund geringer Korro- sionsstromdichten ist dieses Verfahren ebenfalls empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Korrosionsde- tektion anzugeben, bei denen die oben genannten Nachteile vermieden oder zumindest deren Auswirkungen reduziert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer Vorrichtung zur Korrosi- onsdetektion mit einer im Betrieb durch ein Prozessmedium kontaktierbaren Elektrode vorgesehen, dass die Elektrode in Form eines Zweipols mit einem komplexen Widerstand ausgeführt ist.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit einer solchen Elektrode nicht nur die Widerstandsänderung als Maß für eine eventuelle Korrosion erfasst werden kann, sondern auch eine Änderung einer elektrischen Resonanzfreguenz in Lage, Amplitude und/oder Phase. Eine derartige Korrosionserkennung ist erheblich sensitiver als Verfahren und Vorrichtungen, die auf einer reinen Widerstandsänderung basieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombina- tionen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachge- ordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Be- schränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Elektrode eine Induktivität umfasst oder dass der Elektrode eine Induktivität zuge- ordnet ist, also z. B. eine Induktivität, die in einem elektrischen Ersatzschaltbild der Elektrode oder des Zweipols mit einem ohmschen Widerstand derselben in Serie oder parallel geschaltet ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Elektrode eine Kapazität umfasst oder dass der Elektrode eine Kapazität zugeordnet ist, derart, dass sich ein Zweipol ergibt, in dessen elektrischem Ersatzschaltbild die Kapazität mit dem ohmschen Widerstand der Elektrode in Serie oder parallel geschaltet ist. Sowohl eine Induktivität als auch eine Kapazität oder eine Kombination von Induktivi- tat und Kapazität verleihen dem in seiner Gesamtheit die
Elektrode bildenden Zweipol einen komplexen Widerstand. Durch Verwendung einer Induktivität und/oder Kapazität ist also eine Korrosionsdetektion durch Erfassung einer Änderung einer elektrischen Resonanzfrequenz möglich.
Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass der Elektrode eine einen Wellengenerator umfassende Auswerteelektronik zugeordnet ist. Die Auswerteelektronik ist dabei wie eine entsprechende Auswerteelektronik bei bekannten Korrosionssensoren zur Er- fassung von Änderungen elektrischer Charakteristika der
Elektrode vorgesehen, hier also zumindest auch zur Erfassung von Änderungen der elektrischen Resonanzfrequenz. Wenn mit der Auswerteelektronik ein Wellengenerator kombiniert ist, können das Beaufschlagen der Elektrode mit einem Signal und eine nachfolgende Auswertung der elektrischen Charakteristika der Elektrode besonders einfach zeitlich koordiniert werden. Die Verwendung eines Wellengenerators eröffnet zudem die Möglichkeit, den die Elektrode bildenden Zweipol mit einem Sig- nal vorgegebener oder vorgebbarer Frequenz zu beaufschlagen und/oder sicherzustellen, dass eine Amplitude des zur Beaufschlagung der Elektrode verwendeten Signals eine vorgegebene oder vorgebbare Maximalamplitude nicht überschreitet. Der Vorteil einer Anregung der Elektrode mit einem Signal vorgegebener oder vorgebbarer Frequenz oder mit einem Signal aus einem vorgegebenen oder vorgebbaren Frequenzbereich ergibt sich vor allem aus einer Reduktion einer bei einer Auswertung der elektrischen Charakteristika zu berücksichtigen- den Anzahl von Unbekannten. Der Vorteil einer Verwendung eines Signals, dessen Amplitude eine vorgegebene oder vorgebbare Maximalamplitude nicht überschreitet, liegt vor allem darin, dass mit Signalen unterhalb einer solchen Maximalamplitude, die im Folgenden auch als „Kleinwellen" und der Wellenge- nerator entsprechend als „Kleinwellengenerator" bezeichnet werden, die sich ergebenden Zusammenhänge ausreichend genau durch lineare Beziehungen darstellbar sind, während bei Anregungen mit Signalen oberhalb einer solchen Maximalamplitude der lineare Bereich verlassen würde und entsprechend der ma- thematische Aufwand zur Ermittlung der elektrischen Charakteristika überproportional steigt.
Soweit die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung der eingangs und nachfolgend beschriebenen Art betrifft, ist vorgesehen, dass die Elektrode mittels des Wellengenerators mit einem Signal, also einer oder mehreren Frequenzen oder einem Impuls, angeregt oder beaufschlagt wird und mittels der Auswerteelektronik ein resultierender Strom oder eine resultierende Spannung ausgewertet wird.
Das Verfahren ist bevorzugt in Software oder in einer Kombination Soft-/Hardware implementiert, so dass die Erfindung auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des oben skizzierten und nachfolgend beschriebenen Verfahrens betrifft. In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere einen Datenträger oder ein Speichermedium, mit einem durch einen Computer aus- führbaren derartigen Computerprogramm. Ein solches Computerprogramm ist bevorzugt Bestandteil der Auswerteelektronik oder wird in einem Speicher der Auswerteelektronik vorgehalten oder ist in diesen Speicher ladbar, so dass beim Betrieb der Vorrichtung diese die Korrosionsdetektion nach dem Verfahren automatisch ausführt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegen- stände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen
FIG 1, FIG 3, FIG 5 und FIG 7 schematisch vereinfachte Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsformen einer Vorrich- tung zur Korrosionsdetektion (Korrosionssensor) mit dem jeweiligen elektrischen Ersatzschaltbild und
FIG 2, FIG 4, FIG 6 und FIG 8 eine graphische Darstellung eines Übertragungsverhaltens der in FIG 1, 3, 5 und 7 darge- stellten Korrosionssensoren.
FIG 1 zeigt schematisch vereinfacht eine Vorrichtung zur Korrosionsdetektion 10 (Korrosionssensor) mit einer im Betrieb durch ein Prozessmedium 12 kontaktierbaren Elektrode 14, wobei die Strömungsrichtung des Prozessmediums 12 durch eine Pfeilrichtung symbolisiert ist. Die Vorrichtung 10 ist insgesamt einer Rohrleitung 16 zugeordnet, derart, dass sich die Elektrode 14 in das Innere der Rohrleitung 16 erstreckt und dass eine Auswerteelektronik 18, insbesondere eine mit einem Wellengenerator kombinierte Auswerteelektronik 18, außerhalb der Rohrleitung, also ohne Kontakt mit dem Prozessmedium 12 angeordnet ist. Die Elektrode 14 ist als Zweipol mit einem komplexen Widerstand ausgeführt. Bei der Ausführungsform gemäß FIG 1 ergibt sich der komplexe Widerstand dadurch, dass die Elektrode 14 zumindest teilweise nach Art einer Spule geformt ist und entsprechend eine Induktivität aufweist. Auf der linken Seite in FIG 1 ist dazu das elektrische Ersatz- Schaltbild gezeigt, das den ohmschen Widerstand der Elektrode 14 als R und die Induktivität der Elektrode 14 aufgrund deren Spulenform als L zeigt. Wenn die Elektrode 14 mittels der Elektronik 18, namentlich durch den davon umfassten Wellengenerator, angeregt wird, ergeben sich ein Stromfluss I durch den Zweipol und eine Spannung U über demselben. Zur Erkennung etwaiger Korrosionen an der Elektrode 14 ist vorgesehen, dass nicht (nur) , wie im Stand der Technik bekannt, eine Änderung des Widerstands der Elektrode 14, sondern alternativ oder zusätzlich die Änderung einer elektrischen Resonanzfrequenz des die Elektrode 14 bildenden Zweipols nach Lage, Amplitude und/oder Phase ermittelt wird. Die Änderung kann durch Aufprägung einer Kleinsignalerregung bei einer oder mehreren Frequenzen oder als Impuls und Auswertung des resultierenden Wechselstroms oder der resultierenden Wechselspannung ermit- telt werden.
Die in FIG 1 dargestellte spulenförmige Elektrode 14 lässt sich durch ihre Windungsanzahl N, Länge 1, Fläche einer Windung A1 Permeabilitätszahl μ, Radius r und ihren spezifischen elektrischen Widerstand p beschreiben. Ein elektrischer Widerstand R und eine Selbstinduktion L der Spulenelektrode 14 ergeben sich wie folgt: π-r2 I
Das frequenzabhängige Verhalten wird durch
— = R + L-Jω ( 1 )
R o- ϊ1 beschrieben, wobei eine Grenzfrequenz — = ^ auf-
L μo-N2-A-π-r2 tritt.
FIG 2 zeigt das durch (1) ausgedrückte Übertragungsverhalten als Funktion der Frequenz. Auf der Ordinate sind dazu in der oberen und unteren Darstellung der Betrag bzw. die Phase des Quotienten aus Spannung U und Strom I dargestellt, wobei für den Betrag eine logarithmische Darstellung Anwendung findet.
In FIG 2 beschreibt die durchgezogene Linie 20 das Verhalten für eine nicht von Korrosion betroffene Elektrode 14 (FIG 1) . Die gestrichelten und strichpunktierten Linien 22, 24 beschreiben Simulationen für eine Elektrode 14 mit um 10% bzw. 20% verringertem Radius aufgrund von Korrosion. Die Lage der Grenzfrequenz ist nicht nur vom Elektrodenradius r abhängig, der durch die Korrosion reduziert wird, sondern auch von der Spulenfläche A und Windungsanzahl W, die als zusätzliche Parameter sowohl die Lage der Grenzfrequenz als auch die Empfindlichkeit der Lage gegenüber Korrosion beeinflussen.
FIG 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der die Elektrode 14 einen spulenartig geformten ersten Elektrodenteil 26 mit Spulenanzahl N, Länge 1, Fläche einer Windung A und Permeabilitätszahl μ umfasst, der parallel zu einem einer konventionellen Elektrode mit Radius r, Länge lr und spezifischem elek- trischen Widerstand p entsprechenden zweiten Elektrodenteil
28 geschaltet ist. In Abhängigkeit vom Widerstand des zweiten
Elektrodenteils 28 R = ——r- und der Selbstinduktion des ers- π-r ten Elektrodenteils 26 L = μ°'N 'A beschreibt Gleichung (2) das frequenzabhängige Übertragungsverhalten der Elektrode 14, das in FIG 4 bei gleichen Verhältnissen wie in FIG 2 als Funktion der Anregungsfrequenz dargestellt ist.
Figure imgf000009_0001
Statische Spannungen U werden nur gering übertragen und damit beeinflussen Potentiale die Messungen nur im geringem Maße, da eine Grenzfrequenz auftritt. Die Grenzfrequenz R/L ergibt sich aus dem ohmschen Widerstand des zweiten Elektrodenteils 28, also gleichsam der „konventionellen Elektrode", und der
Selbstinduktion des spulenförmigen ersten Elektrodenteils 26. Bei geeigneter Wahl von Windungsfläche A und der Spulenlänge 2 kann der Einfluss des ohmschen Widerstands des zweiten Elektrodenteils 28 und damit einer etwaigen Korrosion gestei- gert werden, wobei der ohmsche Widerstand des ersten Elektrodenteils 26 klein gegenüber dem Widerstand des zweiten Elektrodenteils 28 gewählt wird.
FIG 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Elektrode 14 neben dem spulenförmigen, auch in FIG 1 oder FIG 3 gezeigten ersten Elektrodenteil 26 in Serienschaltung einen zweiten Elektrodenteil 28 mit einer Kapazität C umfasst. Dadurch ändert sich das Übertragungsverhalten zu
1
Figure imgf000009_0002
wobei Uo die über dem zweiten Elektrodenteil 28 und Ui die über der Elektrode 14 insgesamt abfallende Spannung bezeichnet.
Auf der linken Seite in FIG 5 ist das elektrische Ersatzschaltbild einer solchen Elektrode 14 gezeigt. In FIG 6 ist dieses Übertragungsverhalten als Funktion der Anregungsfrequenz mit dem Kleinwellensignal dargestellt. Auf der Ordinate ist dazu in der oberen und unteren Darstellung der Betrag bzw. die Phase des Quotienten aus der Spannung Uo über dem zweiten Elektrodenteil 28 und der Spannung U± über der Elektrode 14 dargestellt, wobei für den Betrag eine logarithmische Darstellung Anwendung findet.
Die Korrosion beeinflusst jetzt nicht nur die Lage der auf- tretenden Resonanzfrequenz sondern auch deren Amplitude, die proportional zu ist. Das Auftreten hoher Amplituden
Figure imgf000010_0001
bei Resonanz bedeutet ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis. Außerdem ist die Übertragung bei statischen Werten konstant 1, so dass statische Potentiale nicht störend einwirken.
Aufgrund der geringen Bandbreite der Resonanzüberhöhung genügt die Anregung durch ein Kleinwellensignal mit einer einzigen Frequenz. Die Kapazität des Kondensators kann als zusätzlicher Parameter zur Verstärkung der Widerstandsänderung durch Korrosion eingesetzt werden.
FIG 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Elektrode 14 neben einem im Wesentlichen einer konventionellen Elektrode entsprechenden ersten Elektrodenteil 26 in Serienschaltung einen zweiten Elektrodenteil 28 mit einer Kapazität C um- fasst. Dadurch ändert sich das Übertragungsverhalten zu
1
Figure imgf000010_0002
wobei U0 die über dem zweiten Elektrodenteil 28 und Ui die über der Elektrode 14 insgesamt abfallende Spannung bezeichnet. Das Übertragungsverhalten ist in Figur 8 bei gleichen Ordinatenbezeichnungen wie in Figur 6 dargestellt. Die Lage der Grenzfrequenz gibt Aufschluss über das Korrosionsmaß. Die Größe der Kapazität C kann als Parameter zur Verstärkung der Widerstandsänderung benutzt werden und ein statisches Potential stört nicht bei den Messungen.
Der Ansatz gemäß der Erfindung ist ähnlich robust und einfach wie die Widerstandsmethode. Die Robustheit wird erhöht, wenn der Ansatz gemäß der Erfindung redundant zur Widerstandsmethode genutzt wird, wie in den Ausführungsbeispielen gemäß FIG 3 und FIG 7 beschrieben, weil sich eine größere Empfindlichkeit und ein größeres Signal-Rausch-Verhältnis ergeben, da in Resonanz gemessen und die Resonanz ausgewertet wird, die weniger von Prozessrauschen beeinflusst wird. Die Resonanz kann besonders vorteilhaft im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 benutzt werden. Da das Verfahren dynamische Signale benutzt, ist es unempfindlich gegenüber statischen Potentialänderungen und kann in Kombination mit Verfahren eingesetzt werden, die Potentialänderungen benötigen (z.B. LPR) . Dies sind besonders Vorteile der Ausführungsbeispiele gemäß FIG 3, FIG 5 und FIG 7.
Durch das Hinzufügen zusätzlicher Komponenten als Elektrodenteile (spulenförmige Elektrode, Kondensator) und Veränderung bestimmter Parameter (z.B. Länge der Spule, Kapazität des Kondensators, Spulenwindungsdurchmesser) besteht eine bessere Möglichkeit zur Anpassung der Korrosionsdetektion an die Aufgabenstellung .
Durch die einfache Auswerteelektronik 18 ist auch eine Integ- ration in vorhandene Feldgeräte möglich. Herkömmliche Feldgeräte können einfach zu kombinierten Korrosionssensoren umgewandelt werden.
Gegenüber einer Impedanzspektroskopie ist die Anzahl der Un- bekannten verkleinert, da die Kleinwellenanregung nur gezielt bei einer vorher bestimmbaren Frequenz stattfindet. Bei der Impedanzspektroskopie wird demgegenüber die Systemantwort auf eine Kleinsignalerregung unterschiedlicher Frequenz (mHz- bis kHz-Bereich) als Impedanzspektrum ermittelt. Das Verfahren ist instrumenteil aufwendig und der Zeitaufwand für Messungen liegt im Minutenbereich.
Damit lässt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen: Die Erfindung schlägt als Korrosionssensor eine Vorrichtung mit einer im Betrieb durch ein Prozessmedium 12 kontaktierba- ren Elektrode 14 vor, mit einer Elektrode 14 in Form eines Zweipols mit einem komplexen Widerstand, so dass zu dessen Betrieb die Elektrode 14 mittels eines Wellengenerators mit einem Signal angeregt wird und mittels einer Auswerteelektronik 18 ein resultierender Strom I oder eine resultierende Spannung U ausgewertet wird, insbesondere im Hinblick auf eine Änderung des elektrischen Resonanzfrequenz in Lage, Ampli- tude und/oder Phase. Eine Elektrode 14 mit einem komplexen Widerstand lässt sich besonders einfach durch eine geometrisch optimierte Gestaltung derselben erreichen, also z.B. durch Verwendung einer spulenförmigen Elektrode und eines spulenförmigen Elektrodenteils.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Korrosionsdetektion mit einer im Betrieb durch ein Prozessmedium (12) kontaktierbaren Elektrode (14), gekennzeichnet durch eine Elektrode (14) in Form eines Zweipols mit einem komplexen Widerstand.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (14) eine Induktivität umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrode (14) eine Kapazität umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Elektrode (14) eine einen Wellengenerator umfassende Auswerteelektronik (18) zugeordnet ist.
5. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Elektrode (14) mittels des Wellengenerators mit einem Signal angeregt wird und mittels der Auswerteelektronik (18) ein resultierender Strom (I) oder eine resultierende Spannung (U) ausgewertet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Wellengenerator zur Anregung der Elektrode (14) ein Signal vorgegebener oder vorgebbarer Frequenz erzeugt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Amplitude des Sig- nals eine vorgegebene oder vorgebbare Maximalamplitude nicht überschreitet .
8. Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 7 wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
9. Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger oder Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 8.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, mit einem in der Auswerteelektronik (18) implementierten Computerprogramm gemäß Anspruch 8 oder mit einer Auswerteelektronik (18), auf der das Computerprogramm gemäß Anspruch 8 geladen ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010014918B3 (de) * 2010-04-14 2011-06-30 EADS Deutschland GmbH, 85521 Korrosionsdetektionsvorrichtung zur Überwachung eines Korrosionszustandes
US11300498B2 (en) 2019-06-26 2022-04-12 Micross Advanced Interconnect Technology Llc Corrosion sensor and method and computerized system for using the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6564620B1 (en) * 1998-06-29 2003-05-20 Conditions Incorporated Visually indicating corrosion sensing
US20060125493A1 (en) * 2004-12-13 2006-06-15 Materials Modification, Inc. Corrosion sensor and method of monitoring corrosion
US20070163892A1 (en) * 2006-01-17 2007-07-19 Honeywell International, Inc. Corrosion sensor
US7282928B1 (en) * 2006-07-13 2007-10-16 Pepperl & Fuchs, Inc. Corrosion measurement field device with improved LPF, HDA, and ECN capability

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6564620B1 (en) * 1998-06-29 2003-05-20 Conditions Incorporated Visually indicating corrosion sensing
US20060125493A1 (en) * 2004-12-13 2006-06-15 Materials Modification, Inc. Corrosion sensor and method of monitoring corrosion
US20070163892A1 (en) * 2006-01-17 2007-07-19 Honeywell International, Inc. Corrosion sensor
US7282928B1 (en) * 2006-07-13 2007-10-16 Pepperl & Fuchs, Inc. Corrosion measurement field device with improved LPF, HDA, and ECN capability

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010014918B3 (de) * 2010-04-14 2011-06-30 EADS Deutschland GmbH, 85521 Korrosionsdetektionsvorrichtung zur Überwachung eines Korrosionszustandes
US9097745B2 (en) 2010-04-14 2015-08-04 Eads Deutschland Gmbh Corrosion detection apparatus for monitoring a state of corrosion
US11300498B2 (en) 2019-06-26 2022-04-12 Micross Advanced Interconnect Technology Llc Corrosion sensor and method and computerized system for using the same

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