WO2010066518A1 - Messeinrichtung mit einem messrohr und verfahren zur überwachung der messeinrichtung sowie vorrichtung zur überwachung einer rohrleitung - Google Patents

Messeinrichtung mit einem messrohr und verfahren zur überwachung der messeinrichtung sowie vorrichtung zur überwachung einer rohrleitung Download PDF

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WO2010066518A1
WO2010066518A1 PCT/EP2009/064802 EP2009064802W WO2010066518A1 WO 2010066518 A1 WO2010066518 A1 WO 2010066518A1 EP 2009064802 W EP2009064802 W EP 2009064802W WO 2010066518 A1 WO2010066518 A1 WO 2010066518A1
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WO
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measuring
electrode
impedance
lining
monitoring
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Application number
PCT/EP2009/064802
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French (fr)
Inventor
Wolfgang Drahm
Frank Schmalzried
Stefan Heidenblut
Dirk Dempwolff
Original Assignee
Endress+Hauser Flowtec Ag
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Publication date
Application filed by Endress+Hauser Flowtec Ag filed Critical Endress+Hauser Flowtec Ag
Priority to EP09748337A priority Critical patent/EP2364434A1/de
Publication of WO2010066518A1 publication Critical patent/WO2010066518A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/56—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects
    • G01F1/58—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters
    • G01F1/584—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using electric or magnetic effects by electromagnetic flowmeters constructions of electrodes, accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for determining a volume or mass flow rate of a medium flowing through a measuring tube, wherein the measuring tube comprises a carrier tube and has a lining inside, which forms a lumen for receiving the medium.
  • the invention relates to a method for monitoring a
  • the measuring device for determining the volume or mass flow rate of a flowing through a measuring tube medium, wherein the measuring tube comprises a support tube, wherein the measuring tube is internally provided with a liner which is fixed to the support tube.
  • the invention relates to a device for monitoring a pipeline, wherein the pipeline is internally at least partially provided with a lining, which forms a lumen, which serves to receive a flowing substance, wherein the pipeline comprises a support tube, to which the lining attached is.
  • the Sensor produces a magnetic field by means of mostly diametrically opposite field coils of a magnetic circuit arrangement electrically connected to an exciter electronics of the measuring device, which passes through the medium within a predetermined measuring volume at least partially perpendicular to the flow direction.
  • the measuring tube is therefore usually made of a non-ferromagnetic material, so that the magnetic field is not adversely affected during measurement.
  • an electric field is generated in the measuring volume according to the magneto-hydrodynamic principle, which runs perpendicular to the magnetic field and perpendicular to the flow direction of the medium.
  • the magnetic circuit arrangement usually comprises coil cores enveloped by the field coils, which are in particular diametrically spaced from one another along a circumference of the measuring tube and are each arranged with a respective free end-side end face, in particular a mirror image.
  • the magnetic field generated by means of the field coils connected to the exciter electronics is thus coupled via the coil cores into the measuring tube such that it passes through the medium flowing between the two end faces at least in sections perpendicular to the flow direction.
  • acoustically measuring measuring devices are often used by means of ultrasound for measuring flow velocities and / or Voiumen graspflüssen flowing media.
  • DE 10 2005 044 972 A1 and DE 10 2004 062 680 A1 each describe magneto-inductive measuring sensors which have a measuring tube insertable into a pipeline, having an inlet-side first end and a second-end outlet end having a non-ferromagnetic carrier tube as an outer envelope of the measuring tube, and a tubular lining accommodated in a lumen of the carrier tube and consisting of an electrically insulating material for guiding a flowing medium which is electrically insulated from the carrier tube.
  • the usually consisting of a thermoplastic, thermosetting or elastomeric plastic lining serves inter alia, the chemical isolation of the support tube from the medium.
  • the liner also serves as electrical insulation between the support tube and the medium, which prevents shorting of the electric field via the support tube.
  • a lining is desired and necessary.
  • Such a lining may also be required in a pipeline, for example, in drinking or sewer pipes to comply with legal requirements and hygienic requirements.
  • Support body is used to attach the liner, which is embedded in the lining.
  • a perforated metal tube welded to the carrier tube serves as a supporting body.
  • the support body is connected to the support tube and embedded in the lining by applying the material from which the lining is made internally into the support tube.
  • a measuring tube with a metal housing has become known for mechanical stabilization and electrical shielding from the patent US Pat. No. 4,513,624 A. Especially for this purpose, the metal housing surrounds a pipeline carrying the medium.
  • the liner is subject to erosion despite the use of durable materials.
  • substances or media that carry solid particles with them cause abrasion of the lining of the pipeline or the measuring tube.
  • the flow rate profi changes! of the sensor Due to this, the measuring device delivers erroneous measured values the volume or mass flow.
  • the chemical or electrical insulation between medium and carrier tube is lost.
  • the invention is therefore based on the object to determine a damage to the lining of a measuring tube or a pipe.
  • the object is achieved by a measuring device, a method for monitoring the measuring device and a device for monitoring a pipeline.
  • the object is achieved according to the invention in that at least one monitoring electrode is embedded between a first and a second layer of the lining.
  • damage to the lining affecting the first layer of the lining can be detected midway of the monitoring electrode.
  • the monitoring electrode is at least partially wetted by the medium.
  • a diffusion of the medium through the first layer of the lining can be determined.
  • the monitoring electrode is wetted by the medium if the first layer of the lining is removed in the region of the monitoring electrode or if the medium in the region of the monitoring electrode has diffused through the first layer of the lining.
  • Damage to the lining can be detected, for example, by a change in the physical and / or chemical properties, for example of the electrical, chemical or electrochemical potential, of the monitoring electrode, which by the wetting of the monitoring electrode by the, in particular to a certain extent electrically conductive, Medium takes place.
  • a monitoring electrode for example, an electrical conductor or another correspondingly sensitive element can be used,
  • the monitoring electrode is at least locally separated from the medium in the lumen of the measuring tube by the first layer of the lining.
  • the monitoring electrode is locally separated from the support tube.
  • the lining between the The medium-carrying lumen and the monitoring electrode consist of several layers.
  • several layers of a material forming the lining can be introduced between the monitoring electrode and the carrier tube. These layers may, for example, arise due to the production of the lining, as well as consist of different materials.
  • the first layer of the lining which adjoins the lumen of the pipeline, consists of a first electrically insulating material.
  • this can be done by means of the monitoring electrode, for example due to a change in the electrical and / or chemical properties, in particular Surface of the monitoring electrode, be detected.
  • the second layer which adjoins the carrier tube, consists of a second electrically insulating material. Due to the second layer, the measuring device, in particular the measuring tube, for example, despite a damage of the lining still at least temporarily remain in measuring mode or at least serve as a pipe element and the to the
  • the first and / or the second electrically insulating material from which the first or second layer is formed can, for example, at least partially consist of a polyurethane or a polyamide.
  • the monitoring electrode can be electrically contacted by the second layer and the carrier tube.
  • the monitoring electrode is preferably insulated from the carrier tube and the second layer of the lining.
  • a bore can be provided through a wall of the carrier tube, through which the monitoring electrode can be electrically contacted.
  • an evaluation device is provided, which serves for measuring the impedance or a quantity related to the impedance between the monitoring electrode and a reference electrode, in particular a value derived from the impedance can be measured by means of the evaluation unit.
  • the evaluation unit can be electrically connected to the monitoring electrode.
  • the impedance or an impedance-related quantity such as electrical resistance, electrical reactance, electrical susceptibility, electrical conductance, or electrical conductance between the monitor electrode and a reference electrode, may serve as an indicator of damage to the liner.
  • an AC voltage is applied between the monitoring and reference electrodes.
  • the electrical and / or chemical potential of the monitoring electrode and the reference electrode can be excited and the corresponding current response can be evaluated.
  • the reference electrode is used to measure a reference potential, in particular for measuring the electrical and / or chemical potential of the flowing medium.
  • a reference electrode for comparison purposes, an electrical and / or chemical reference potential can be determined which serves as a reference to the potential determined by means of the monitoring electrode.
  • the electrical potential of the medium flowing through the measuring tube during operation of the measuring device can be determined by means of the reference electrodes known from the prior art, such as an additional electrode in the form of a grounding electrode or grounding disks introduced into the profile of the measuring tube and in contact with the medium are introduced between an end portion of the measuring tube and a subsequent pipe are determined.
  • a reference electrode for determining the electrical potential of the flowing medium can also serve a medium monitoring electrode for detecting partially filled or empty measuring tubes, which is in contact with the medium.
  • an adjacent to the measuring tube from an electric conductive material existing pipeline, which is flowed through by the medium and which is not lined with an electrically insulating material, but electrically contacted serve as a reference electrode for determining the electrical and / or chemical potential of the medium.
  • at least one of the electrodes used to determine the electrical voltage induced in the medium can also be used as the reference electrode for determining the electrical potential of the medium.
  • Associated size can be compared, for example, with the impedance or with the corresponding associated with the impedance in the size of the medium. From the comparison, the condition of the lining can be determined.
  • the monitoring electrode at least partially radially surrounds the lumen at least in a partial region along the longitudinal axis of the measuring tube.
  • the monitoring electrode By dimensioning and placing the monitoring electrode damage to the lining in a defined portion of the lining or in a radial portion, for example.
  • the region of the measuring tube of a magnetic-inductive sensor which is penetrated by a magnetic field generated by the magnetic field or in the region of a measuring tube of an acoustic sensor, which is penetrated by ultrasonic waves, be detected.
  • some applications only require the monitoring of a limited axial or radial
  • measuring tubes or pipes have a substantially circular cross-section, but there are also known measuring tubes and pipes with elliptical or approximately square cross-section.
  • the monitoring electrode preferably monitors at least 1/4, 1/3 or half the circumference of the lumen of the measuring tube. Desirably, the monitoring electrode completely surrounds the lumen so that the Lining can be completely radially monitored at least in a partial area along the longitudinal axis and damage in any segment of the liner is detectable.
  • the monitor electrode forms a third layer of the liner that is sandwiched between the first and second layers, the third layer being made of an electrically conductive material.
  • the third layer may consist of an electrically conductive coating material, in particular of a color, which, for example, is applied to the second layer.
  • the third layer can serve to connect the first and the second layer and in particular consist of an electrically conductive adhesive.
  • the monitoring electrode consists of an electrically conductive, in particular metallic, mesh or grid.
  • the mesh or grid may serve to mechanically stabilize the lining.
  • the monitor electrode is preferably not directly connected or attached to the support tube and, in the event that the monitor electrode is attached to the support tube, is electrically isolated from the support tube.
  • At least one first and one second medium-contacting measuring electrode are provided, and the first and second measuring electrodes are used to determine the impedance or a size of the medium to be measured in relation to the impedance.
  • the first and second measuring electrodes can be used to determine a reference value which is related to the value of the impedance or the value of the impedance related quantity between the
  • the first or second measuring electrode may also be used as a reference electrode for determining the impedance or magnitude associated with impedance with respect to the monitoring electrode.
  • at least one of the electrodes may also serve as a reference electrode for the monitoring electrode and / or for measuring the impedance or a quantity of the medium that is related to the impedance for comparison purposes.
  • the object is achieved according to the invention in that at least one monitoring electrode is embedded between a first and a second layer of the lining.
  • a monitoring electrode embedded in the lining a measurable physical and / or chemical size of the monitoring electrode, in particular a change of this size, serve as an indicator for damage to the lining, in particular abrasion or erosion of the first layer of the lining.
  • the first layer of the lining, which adjoins the lumen of the pipeline, consists of a first electrically insulating material and the second layer of the lining, which adjoins the carrier tube, consists of a second electrically insulating material.
  • the monitoring electrode is electrically insulated from the carrier tube or the medium. Damage to the first layer of the tubing may then be detected, for example, by a change in impedance or a quantity related to the impedance.
  • the monitoring electrode at least partially radially surrounds the lumen at least in a partial region along the longitudinal axis of the pipeline. Preferably, the monitoring electrode completely surrounds the lumen of the pipeline.
  • at least one reference electrode is provided, which interacts with the flowing substance. Through the reference electrode, a reference potential, in particular the Potentia! the substance flowing through the pipeline can be determined and thus the potential difference between the monitoring electrode and the reference electrode can be determined.
  • an evaluation device which serves for measuring the impedance or a quantity related to the impedance between the monitoring electrode and the reference electrode.
  • the evaluation unit contains, for example, means for applying an alternating voltage between the monitoring electrode and the reference electrode and evaluating the corresponding current response.
  • the object is achieved according to the invention in that the impedance or a variable related to the impedance between the monitoring electrode and a reference electrode is measured by means of at least one monitoring electrode embedded in the lining. If the impedance or magnitude related to impedance between the monitor electrode and the reference electrode changes to a certain extent, the change in impedance or impedance may change
  • Impedance related quantity can be attributed to damage to the lining.
  • the change of the impedance or the impedance-related quantity occurs due to the at least partial wetting of the monitoring electrode with the medium.
  • an electrode interacting with the medium, in particular contacting the medium is used as the reference electrode.
  • the reference electrode By the reference electrode, a change in the physical properties, in particular the electrical and / or chemical potential difference, between the monitoring electrode and the reference electrode can be determined.
  • damage to the lining can be inferred from a change in the electrical and / or chemical potential between the monitoring electrode and the reference electrode.
  • the impedance or a size of the medium to be measured in connection with the impedance is determined by means of a first and a second measuring electrode contacting the measuring peat.
  • the impedance or the quantity related to the impedance can serve as a comparison variable, since the value of the potential determined by the reference electrode can change as a function of the, in particular to some degree electrically capable, medium and the process conditions.
  • Measurement equipment often has communication means to communicate with a user on site or in a remote control room.
  • a display unit can be provided on site at the measuring device or the measuring device can be connected to a bus system in order to indicate to a user damage to the lining.
  • FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the longitudinal axis of a measuring tube of a measuring device for determining the volume or mass flow
  • FIG. 2 shows impedance spectra between a monitoring electrode and a reference electrode in contact with the medium in the case of an undamaged or damaged lining
  • FIG. 3 shows impedance spectra between a first measuring electrode and a second measuring electrode when the lining is intact or damaged.
  • FIG. 1 shows a cross section perpendicular to the longitudinal axis of a measuring tube 13 of a measuring sensor 1 of a measuring device for determining the volume or mass flow.
  • a first measuring electrode 6 and a second measuring electrode or the reference electrode 8 are introduced into the measuring tube 13 in the cross-sectional plane substantially perpendicular to the longitudinal axis 9 of the measuring tube 13.
  • the schematic representation of the measuring tube 13 of a measuring sensor 1 of a measuring device for determining the volume or mass flow, shown in FIG. 1, can be made with the necessary modifications to a pipeline 13 with a lining 12, wherein the lining 12 comprises a first and a second electrically insulating layer 3 4, wherein the pipeline 13 is equipped with a device for monitoring the pipeline 13.
  • the measuring tube 13 has a support tube 2 and is internally provided with a lining 12, a so-called. Liner.
  • the liner 12 is attached to the support tube 2.
  • a support body not shown, may be used to mechanically stabilize the liner 12 and to secure the liner 12 to the support tube 2.
  • a primer not shown, may also be applied a so-called. Primer between the carrier tube 2 and liner 12, which also serves to attach the liner 12 to the support tube 2.
  • the support tube 2 is substantially circular cylindrical.
  • the liner 12 is substantially conformed to the shape of the support tube 2 and has a substantially constant thickness.
  • the lining 12 comprises a lumen 11, which serves to receive the medium, not shown.
  • the first layer 3 of the lining 12 adjoins the lumen 11 of the measuring tube 13, while the second layer 4 adjoins the carrier tube 2.
  • a monitoring electrode 7 is introduced, which forms an electrically lateral third layer 5 of the lining 12.
  • the monitoring electrode 7 is adapted to the shape of the support tube 2 and the shape of the liner 12 and has a concentric to the longitudinal axis 9 of the measuring tube 13 circular cross-section.
  • the monitoring electrode 7 is electrically insulated from the lumen 11 and the support tube 2 of the measuring tube 13 by the first and second layers 3, 4 of the lining 12. Before and behind the cutting plane, the monitoring electrode 7 continues with the measuring tube parallel to the longitudinal axis 9 of the measuring tube 13 and has a total of a tubular shape. Through an externally introduced bore through the support tube 2 and the second layer 4 of the lining 12, the monitoring electrode 7 is electrically contacted. Through the support tube 2 and the lining 12 a first measuring electrode 6 in the form of a pin electrode is introduced into the measuring tube 13, which opens into the lumen 11 of the measuring tube 13.
  • An electrode introduced into the lumen 11 and at least partially wetted by the medium, or electrode communicating with the medium used to measure the impedance Z or a quantity related to the impedance Z with respect to the monitor electrode 7, is referred to as the reference electrode 8 .
  • Second Measuring electrode 8 An electrode wetted by the medium or an electrode communicating with the medium, which is used to measure the impedance Z or a quantity related to the impedance Z with respect to a first measuring electrode 6 wetted by the medium or communicating with the medium, becomes second Measuring electrode 8 denotes.
  • an electrode is introduced into the measuring tube 13 at an angle of approximately 90 ° to the first measuring electrode 6, which serves as a reference electrode 8 relative to the monitoring electrode 7 and as a second measuring electrode 8 relative to the first measuring electrode 6.
  • This second measuring electrode 8 or reference electrode 8 also opens into the lumen 11 of the measuring tube 13 and is wetted in the operating case of the flowing medium.
  • a measuring device with a magnetic-inductive sensor 1 is an additional for determining a voltage induced in the medium
  • Measuring electrode not shown, introduced diametrically opposite the first measuring electrode 6 in the measuring tube 13.
  • This additional measuring electrode like the first measuring electrode 6 and second measuring electrode 8, can also be used as a reference electrode 8.
  • the lumen 1 1 of the measuring tube 13 is approximately completely surrounded by the monitoring electrode 7 in the radial direction. Only in the region in which the first measuring electrode 6 and the reference electrode 8 or the second measuring electrode 8 are introduced into the measuring tube 13, the monitoring electrode 7 Recesses and is electrically insulated from the first measuring electrode 6 and the reference electrode 8 and the second measuring electrode 8.
  • the monitoring electrode 7 consists of a metallic mesh or grid, which is embedded during the manufacture of the liner 12 between the second and the first layer 4, 3 of the liner 12.
  • the monitoring electrode 7 is connected via an electrical Anschiusselement in the form of a pin electrode through the second layer 4 and the support tube 2 through electrically to the evaluation device, not shown.
  • the liner 12 shown in FIG. 1 has damage 10 to the first layer 3 of the liner 12.
  • the damage 10 consists of an erosion of the first layer 3 of the lining 12 except for the third layer 5 formed by the monitoring electrode 7.
  • an alternating voltage is applied between the first and the second measuring electrode 6, 8, and determines the impedance Z F of the measuring tube 13 flowing through the medium.
  • an alternating voltage is applied between the monitoring electrode 7 and the reference electrode 8.
  • the evaluation device is connected to the monitoring electrode 7, the first measuring electrode 6 and the second measuring electrode 8 or the reference electrode 8.
  • To record an impedance spectrum while the frequency f of the AC voltage is varied.
  • corresponding impedance spectra are shown between the monitoring electrode 7 and the reference electrode 8 or the first and second measuring electrodes 6, 8.
  • the measuring path between the first and the second measuring electrodes 6, 8 for determining the impedance of the medium Z F and the second measuring path for determining the impedance Z ⁇ between the monitoring electrode 7 and the reference electrode 8 are shown in FIG.
  • FIG. 2 and in FIG. 3 the course of the impedance spectrum is shown for four different sized damages of the first layer 3 of the lining 12.
  • the index 0 here refers to an undamaged lining 12 and the indices 1 4 to progressively greater damage to the liner 12.
  • the damage 10 to the liner 12 was simulated by ablating a contiguous region of the first layer 3 of the liner 12. In this case, the extent of the damage 10 for one of the first measurements of the impedance spectrum a- t following each measurement was approximately doubled.
  • FIG. 2 shows, in a log-log plot, five different impedance spectra a 0 , a 1 ( a 2 , a 3 , a 4 between the monitoring element 7 and the reference electrode 8.
  • the curve ao shows the profile of the impedance spectrum for an undamaged lining 12 of the measuring tube 13.
  • the impedance between monitor electrode 7 and reference electrode 8 has a substantially higher value with undamaged liner 12 compared to the impedance spectra recorded upon damage 10 to liner 12.
  • Curves a 4 to 4 show the impedance spectrum with increasing damage 10 to the liner 12. As the magnitude of the damage 10 increases, the impedance Z between the monitor 7 and reference electrode 8 decreases.
  • FIG. 3 shows, in a log-log plot, five impedance spectra d 0 , d 1 f d 2 , d 3 , d 4 between the first measuring electrode 6 and the second measuring electrode 8 with the lining 12 intact and with four different damages of the lining 12.
  • the impedance spectrum do became an undamaged lining 12 or undamaged first layer 3 of the lining 12 and the impedance spectra d 1 ( d 2 , d 3 , d 4 with increasing damage of the lining 12.
  • the course of the impedance spectra shows only a slight dependence on the size of the damage 10 the lining 12 and corresponds substantially to the impedance of the medium flowing through the measuring tube 13.
  • Table 1 the values of the impedance Z y between the monitoring electrode 7 and the reference electrode 8 and the values of the impedance Z F between the first and the second measuring electrodes 6, 8 at a frequency of 1 kHz at different states of the liner 12 gegeneinan the applied.
  • Table 1 the values of the impedance Z y between the monitoring electrode 7 and the reference electrode 8 and the values of the impedance Z F between the first and the second measuring electrodes 6, 8 at a frequency of 1 kHz at different states of the liner 12 gegeneinan the applied.
  • the difference in the impedance values between the first and second measuring electrodes 6, 8 and between the monitoring electrode 7 and the reference electrode 8 becomes clear.
  • the impedance Z ⁇ is approximately ninety times the impedance Z F.
  • the impedance between monitor 7 and reference electrode 8 decreases. This may serve as evidence of damage 10.
  • the impedance Z ⁇ in measurement 5, which is lower than the impedance Z F, can be reduced to the greater of the damage 10 return exposed and wetted by the medium surface of the monitoring electrode 7, which is greater than the wetted surface of the measuring electrodes 6, eighth

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Abstract

Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr strömenden Messstoffs, wobei das Messrohr ein Trägerrohr umfasst und inwendig eine Auskleidung aufweist, welche ein Lumen zur Aufnahme des Messstoffs bildet, wobei mindestens eine Überwachungselektrode zwischen eine erste und eine zweite Schicht der Auskleidung eingebettet ist.

Description

Messeinrichtung mit einem Messrohr und Verfahren zur Überwachung der Messeinrichtung sowie Vorrichtung zur Überwachung einer Rohrleitung,
Die Erfindung bezieht sich auf eine Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumenoder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr strömenden Messstoffs, wobei das Messrohr ein Trägerrohr umfasst und inwendig eine Auskleidung aufweist, welche ein Lumen zur Aufnahme des Messstoffs bildet.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Überwachung einer
Messeinrichtung, wobei die Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr strömenden Messstoffs dient, wobei das Messrohr ein Trägerrohr umfasst, wobei das Messrohr inwendig mit einer Auskleidung versehen ist, die an dem Trägerrohr befestigt ist.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Überwachung einer Rohrleitung, wobei die Rohrleitung inwendig wenigstens teilweise mit einer Auskleidung versehen ist, welche ein Lumen bildet, das zur Aufnahme eines strömenden Stoffs dient, wobei die Rohrleitung ein Trägerrohr umfasst, an welchem die Auskleidung befestigt ist.
Mittels Messeinrichtungen mit einem magnetisch-induktiven Messaufnehmer lassen sich bekanntlich die Strömungsgeschwindigkeit und der Voiumendurchfluss eines elektrisch leitfähägen Messstoffs messen, welcher ein Messrohr des Messaufnehmers in einer Strömungsrichtung durchströmt. Hierzu wird im magnetisch-induktiven
Messaufnehmer mittels zumeist einander diametral gegenüberliegender Feldspulen einer an eine Erreger-Elektronik der Messeinrichtung elektrisch angeschlossenen Magnetkreisanordnung ein Magnetfeld erzeugt, welches den Messstoff innerhalb eines vorgegebenen Messvolumens zumindest abschnittsweise senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt. Das Messrohr besteht daher üblicherweise aus einem nicht-ferromag netischem Material, damit das Magnetfeld beim Messen nicht ungünstig beeinflusst wird. Infolge der Bewegung der freien Ladungsträger des Messstoffs im Magnetfeld wird nach dem magneto-hydrodynamischen Prinzip im Messvolumen ein elektrisches Feld erzeugt, das senkrecht zum Magnetfeld und senkrecht zur Strömungsrichtung des Messstoffs verläuft. Mittels wenigstens zweier in Richtung des elektrischen Feldes voneinander beabstandet angeordneter Messelektroden und mittels einer an diese angeschlossenen Auswerte-Elektronik der Messeinrichtung ist somit eine im Messstoff induzierte elektrische Spannung messbar, die wiederum ein Maß für den Volumendurchfluss ist. Zum Abgreifen der induzierten Spannung können beispielsweise den Messstoff berührende, galvanische oder den Messstoff nicht berührende, kapazitive Messelektroden dienen. Zum Führen und Einkoppein des Magnetfeldes in das Messvoiumen umfasst die Magnetkreisanordnung üblicherweise von den Feldspulen umhüllte Spulenkerne, die entlang eines Umfanges des Messrohrs insb. diametral, voneinander beabstandet und mit jeweils einer freien endseitigen Stirnfläche, insb. spiegelbildlich, zueinander angeordnet sind. Im Betrieb wird somit das mittels der an die Erreger-Elektronik angeschlossenen Feldspulen erzeugte Magnetfeld über die Spulenkerne so in das Messrohr eingekoppelt, dass es den zwischen beiden Stirnflächen hindurchströmenden Messstoff wenigstens abschnittsweise senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzt.
Als Alternative zu Messeineinrichtungen mit magnetisch-induktiven Messaufnehmern werden oftmals auch mittels Ultraschall akustisch messende Messeinrichtungen zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Voiumendurchflüssen strömender Messstoffe verwendet.
Aufgrund der geforderten hohen mechanischen Stabilität für solche Messrohre, bestehen diese - sowohl bei magnetisch-induktiv als auch für akustisch messenden Messaufnehmern - zumeist aus einem äußeren, insb. metallischen, Trägerrohr von vorgebbarer Festigkeit und Weite, das innen mit einem elektrisch isolierenden Material von vorgebbarer Dicke, dem so genannten Liner, ausgekleidet ist. Beispielsweise sind in der DE 10 2005 044 972 A1 und in der DE 10 2004 062 680 A1 jeweils magnetisch-induktive Messaufnehmer beschrieben, die ein in eine Rohrleitung einfügbares, ein einlassseitiges erstes Ende und ein auslassseitiges zweites Ende aufweisendes Messrohr mit einem nicht-ferromagnetischen Trägerrohr als eine äußere Umhüllung des Messrohrs, und einer in einem Lumen des Trägerrohrs untergebrachten, aus einem elektrisch isolierenden Material bestehenden rohrförmigen Auskleidung zum Führen eines strömenden und vom Trägerrohr elektrisch isolierten Messstoffs umfassen. Die üblicherweise aus einem thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Kunststoff bestehende Auskleidung dient u.a. der chemischen Isolation des Trägerrohrs vom Messstoff. Bei magnetisch-induktiven Messaufnehmern, bei denen das Trägerrohr eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist, beispielsweise bei Verwendung metallischer Trägerrohre, dient die Auskleidung außerdem als elektrische Isolation zwischen dem Trägerrohr und dem Messstoff, die ein Kurzschließen des elektrischen Feldes über das Trägerrohr verhindert. Durch eine entsprechende Auslegung des Trägerrohrs ist insoweit also eine Anpassung der Festigkeit des Messrohrs an die im jeweiligen Einsatzfall vorliegenden mechanischen Beanspruchungen realisierbar, während mittels der Auskleidung eine Anpassung des Messrohrs an die für den jeweiligen Einsatzfal! geltenden elektrischen, chemischen und/oder biologischen Anforderungen realisierbar ist,
Nicht nur für Messrohre einer Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumen- und/oder Massedurchflusses ist eine Auskleidung erwünscht und notwendig. Eine solche Auskleidung kann auch bei einer Rohrleitung bspw. bei Trink- oder Abwasserleitungen erforderlich sein, um gesetzliche Auflagen und hygienischen Anforderungen zu entsprechen.
Häufig wird zur Befestigung der Auskleidung auch ein sog. Stützkörper verwendet, der in die Auskleidung eingebettet ist. In der Patentschrift EP 0766069 B1 bspw. dient ein mit dem Trägerrohr verschweißtes Lochblechrohr als Stützkörper. Der Stützkörper wird mit dem Trägerrohr verbunden und in die Auskleidung eingebettet, indem das Material, aus welchem die Auskleidung besteht inwendig in das Trägerrohr aufgetragen wird. Weiterhin ist zur mechanischen Stabilisierung und zur elektrischen Abschirmung aus der Patentschrift US 4,513,624 A ein Messrohr mit einem Metallgehäuse bekannt geworden. Eigens zu diesem Zweck umgibt das Metallgehäuse dabei eine das Medium führende Rohrleitung.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Auskleidung trotz der Verwendung von strapazierfähigen Materialien einer Erosion unterliegt. Insbesondere Stoffe bzw. Messstoffe die feste Partikel mit sich führen, verursachen eine Abrasion der Auskleidung der Rohrleitung bzw. des Messrohrs. Infolge der Abrasion bzw. Deformation der Auskleidung verändert sich das Durchflussprofi! des Messaufnehmers. Aufgrund dessen liefert die Messeinrichtung fehlerhafte Messwerte des Volumen- oder Massedurchflusses. Zudem geht die chemische bzw. elektrische Isolation zwischen Messstoff und Trägerrohr verloren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Beschädigung der Auskleidung eines Messrohrs oder einer Rohrleitung festzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Messeinrichtung, ein Verfahren zur Überwachung der Messeinrichtung und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Rohrleitung gelöst.
Hinsichtlich der Messeinrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Überwachungselektrode zwischen eine erste und eine zweite Schicht der Auskleidung eingebettet ist. Mitteis der Überwachungselektrode kann folglich eine Beschädigung der Auskleidung festgestellt werden, welche die erste Schicht der Auskleidung betrifft. Insbesondere wenn die erste Schicht erodiert ist, wird die Überwachungselektrode wenigstens teilweise von dem Messstoff benetzt. Ebenso kann auch eine Diffusion des Messstoffs durch die erste Schicht der Auskleidung hindurch festgestellt werden. Die Überwachungselektrode wird von dem Messstoff benetzt, falls die erste Schicht der Auskleidung im Bereich der Überwachungselektrode abgetragen ist oder falls der Messstoff im Bereich der Überwachungselektrode durch die erste Schicht der Auskleidung hindurch diffundiert ist. Zudem kann durch die Detektion einer Beschädigung an der Auskleidung eine Vorhersage über die Lebensdauer der Messeinrichtung getroffen werden. Eine Beschädigung der Auskleidung lässt sich bspw. durch eine Änderung der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, bspw. des elektrischen, chemischen oder elektrochemischen Potentials, der Überwachungselektrode nachweisen, welche durch die Benetzung der Überwachungselektrode durch den, insbesondere zu einem gewissen Grad elektrisch leitfähigen, Messstoff erfolgt. Als Überwachungseiektrode kann bspw. ein elektrischer Leiter oder ein anderweitiges entsprechend sensitives Element verwendet werden,
Während des Betriebs der Messeinrichtung ist die Überwachungselektrode im Fall einer unbeschädigten ersten Schicht von dem im Lumen des Messrohrs befindlichen Messstoff durch die erste Schicht der Auskleidung zumindest örtlich getrennt. Durch die zweite Schicht ist die Überwachungseiektrode örtlich von dem Trägerrohr getrennt. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Auskleidung zwischen dem den Messstoff führenden Lumen und der Überwachungselektrode aus mehreren Schichten bestehen. Ebenso können zwischen der Überwachungselektrode und dem Trägerrohr mehrere Schichten eines die Auskleidung bildenden Materials eingebracht sein. Diese Schichten können bspw. bedingt durch die Fertigung der Auskleidung entstehen, sowie aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
In einer Weiterentwicklung besteht die erste Schicht der Auskleidung, welche an das Lumen der Rohrleitung angrenzt, aus einem ersten elektrisch isolierenden Material. Im Fall einer Beschädigung, bei der die erste Schicht der Auskleidung wenigstens teilweise abgetragen ist und der Messstoff die in die Auskleidung eingebrachte Überwachungselektrode wenigstens zum Teil benetzt, kann dies mittels der Überwachungselektrode, bspw. aufgrund einer Änderung der elektrischen und/oder chemischen Eigenschaften insbesondere der Oberfläche der Überwachungselektrode, delektiert werden.
In einer Weiterentwicklung besteht die zweite Schicht, welche an das Trägerrohr angrenzt, aus einem zweiten elektrisch isolierenden Material. Durch die zweite Schicht kann die Messeinrichtung insbesondere das Messrohr bspw. trotz einer Beschädigung der Auskleidung dennoch zumindest zeitweise im Messbetrieb verbleiben oder wenigstens als Rohrleitungselement dienen und den an die
Auskleidung gestellten Anforderungen hinsichtlich chemischer und/oder elektrischer Isolation gegenüber dem Trägerrohr genügen.
Das erste und/oder das zweite elektrisch isolierende Material aus dem die erste bzw. zweite Schicht gebildet wird, kann bspw. wenigstens teilweise aus einem Polyurethan oder einem Polyamid bestehen.
In einer Ausgestaltung ist die Überwachungseiektrode durch die zweite Schicht und das Trägerrohr hindurch elektrisch kontaktierbar. Vorzugsweise ist die Überwachungselektrode dabei gegenüber dem Trägerrohr und der zweiten Schicht der Auskleidung isoliert. Zur Verbindung der Überwachungselektrode kann bspw. eine Bohrung durch eine Wandung des Trägerrohrs hindurch vorgesehen sein, durch welche die Überwachungselektrode elektrisch kontaktierbar ist. In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die zur Messung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe zwischen der Überwachungselektrode und einer Bezugselektrode dient, insbesondere kann mittels der Auswerteeinheit eine aus der Impedanz abgeleitete Größe gemessen werden. Die Auswerteeinheit kann dafür bspw, elektrisch mit der Überwachungselektrode verbunden sein. Die Impedanz oder eine mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe, wie bspw. elektrischer Wirkwiderstand, elektrischer Blindwiderstand, elektrischer Blindleitwert, elektrischer Wirkleitwert oder elektrischer Leitwert zwischen der Überwachungselektrode und einer Bezugselektrode kann als Indikator für eine Beschädigung der Auskleidung dienen. Dafür wird bspw. eine Wechselspannung zwischen Überwachungs- und Bezugselektrode angelegt. Dadurch kann das elektrische und/oder chemische Potential der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode angeregt und die entsprechende Stromantwort ausgewertet werden. Ist die erste Schicht der Auskleidung in dem Bereich in dem die Überwachungseiektrode angeordnet ist intakt, so weist die Impedanz oder eine mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe einen anderen, zumeist höheren, Wert auf, ais in dem FaIi1 in dem die erste Schicht der Auskleidung eine Beschädigung aufweist, aufgrund welcher die Überwachungseiektrode wenigstens teilweise mit dem Messstoff benetzt wird.
In einer Fortbildung dient die Bezugselektrode zur Messung eines Bezugspotentials, insbesondere zur Messung des elektrischen und/oder chemischen Potentials des strömenden Messstoffs. Mittels der Bezugselektrode kann zu Vergleichszwecken ein elektrisches und/oder chemisches Bezugspotential bestimmt werden, welches als Referenz zu dem mittels der Überwachungseiektrode ermittelten Potential dient. Das elektrische Potential des während des Betriebs der Messeinrichtung das Messrohr durchströmenden Messstoffs kann mittels der aus dem Stand der Technik bekannten Bezugselektroden wie etwa einer zusätzlichen in den Verlauf des Messrohrs eingebrachten und mit dem Messstoff in Kontakt stehenden Elektrode in Form einer Erdungselektrode oder durch Erdungsscheiben, weiche zwischen einen Endbereich des Messrohrs und einer sich anschließenden Rohrleitung eingebracht sind, ermittelt werden. Als Bezugselektrode zur Bestimmung des elektrischen Potentials des strömenden Messstoffs kann auch eine Messstoffüberwachungselektrode zur Erkennung teilgefüliter oder leerer Messrohre dienen, die mit dem Messstoff in Kontakt steht. Zudem kann eine an das Messrohr angrenzende aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehende Rohrleitung, weiche von dem Messstoff durchströmt wird und welche nicht mit einem elektrisch isolierenden Material ausgekleidet, jedoch elektrisch kontaktierbar ist, als Bezugselektrode zu Ermittlung des elektrischen und/oder chemischen Potentials des Messstoffs dienen. Bei einer Messeinrichtung mit einem magnetisch-induktiven Messaufnehmer mit messsioffberührenden Elektroden kann wenigstens eine der zur Bestimmung der in dem Messstoff induzierten elektrischen Spannung verwendeten Elektroden zudem a!s Bezugselektrode zur Bestimmung des elektrischen Potentials des Messstoffs verwendet werden. Die zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode gemessene Impedanz bzw. mit der Impedanz in einem
Zusammenhang stehende Größe kann bspw. mit der Impedanz oder mit der entsprechenden mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe des Messstoffs verglichen werden. Aus dem Vergleich kann der Zustand der Auskleidung bestimmt werden.
In einer weiteren Fortbildung umgibt die Überwachungselektrode das Lumen wenigstens in einem Teilbereich entlang der Längsachse des Messrohrs wenigstens abschnittsweise radial. Durch die Dimensionierung und das Platzieren der Überwachungselektrode kann eine Beschädigung der Auskleidung in einem definierten Teilbereich der Auskleidung bzw. in einem radialen Abschnitt, bspw. in dem Bereich des Messrohrs eines magnetisch-induktiven Messaufnehmers, der von einem von der Magnetkreisanordnung erzeugten Magnetfeld durchdrungen wird oder in dem Bereich eines Messrohrs eines akustischen Messaufnehmers der von UltraschaJIwellen durchdrungen wird, detektäert werden. Einige Anwendungen erfordern jedoch nur die Überwachung eines begrenzten axialen oder radialen
Teilbereichs des Messrohrs. Bspw. sorgen feste Bestandteile eines mehrphasigen Messstoffs bedingt durch die Schwerkraft bzw. aufgrund der Einbaulage des Messrohrs oder des Strömungsprofils stets in einem bestimmten Segment des Messrohrs für Abrasion und Erosion, so dass (nur) der strapazierte Teilbereich überwacht werden muss. Häufig weisen Messrohre oder Rohrleitungen einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf, es sind aber auch Messrohre und Rohrleitungen mit elliptischem oder annähernd quadratischem Querschnitt bekannt. Durch die Überwachungseiektrode wird vorzugsweise mindestens 1/4, 1/3 oder die Hälfte des Umfangs des Lumens des Messrohrs überwacht. Wünschenswerterweise umgibt die Überwachungselektrode das Lumen in vollem Umfang, so dass die Auskleidung wenigstens in einem Teilbereich entlang der Längsachse radial vollständig überwacht werden kann und eine Beschädigung in jedwedem Segment der Auskleidung detektierbar ist.
In einer Ausführungsform bildet die Überwachungselektrode eine dritte Schicht der Auskleidung, weiche zwischen der ersten und der zweiten Schicht eingebettet ist, wobei die dritte Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Dazu kann die dritte Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Anstrichmittel insbesondere einer Farbe bestehen, die bspw. auf die zweite Schicht aufgetragen ist. Weiterhin kann die dritte Schicht dazu dienen, die erste und die zweite Schicht zu verbinden und insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen Klebstoff bestehen.
in einer weiteren Ausführungsform besteht die Überwachungselektrode aus einem elektrisch leitfähigen, insbesondere metaliischen, Netz oder Gitter. Zudem kann das Netz oder das Gitter zur mechanischen Stabilisierung der Auskleidung dienen.
Heutzutage werden oftmals Spritzgussverfahren zur Hersteilung der Auskleidung verwendet und das Material aus dem die Auskleidung besteht kann in die Zwischenräume des Netzes oder Gitters einfließen und erhärten. Dadurch werden die erste und die zweite Schicht miteinander fixiert und die Auskleidung erhält eine zusätzliche Stabilisierung. Die Überwachungselektrode ist vorzugsweise nicht unmittelbar mit dem Trägerrohr verbunden oder befestigt und in dem Fall, dass die Überwachungselektrode an dem Trägerrohr befestigt ist, elektrisch von dem Trägerrohr isoliert.
In einer Variante ist mindestens eine erste und eine zweite mediumsberührende Messelektrode vorgesehen, und die erste und zweite Messelektrode dienen zur Bestimmung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe des Messstoffs. Durch die erste und zweite Messelektrode kann ein Referenzwert ermittelt werden, der mit dem Wert der Impedanz oder dem Wert der mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe zwischen der
Überwachungselektrode und der Bezugselektrode verglichen wird. Dadurch kann bei wechselnden Messstoffen oder sich ändernden Prozessbedingungen wie bspw. Temperatur oder Druck usw., die einen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften, wie z.B. das elektrische, chemische oder elektrochemische Potential, des Messstoffs haben, die Auskleidung weiterhin zuverlässig überwacht werden, da der Referenzwert adaptiv ermittelt werden kann. Die erste oder zweite Messeiektrode kann auch als Bezugselektrode zur Bestimmung der Impedanz oder der mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe gegenüber der Überwachungselektrode verwendet werden. Bei einer Messeinrichtung mit einem magnetisch-induktiven Messaufnehmer mit messstoffberührenden Elektroden zur Bestimmung der in dem Messstoff induzierten Spannung kann mindestens eine der Elektroden auch als Bezugselektrode für die Überwachungselektrode und/oder zur Messung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe des Messstoffs zu Vergleichszwecken eingesetzt werden.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Überwachungselektrode zwischen eine erste und eine zweite Schicht der Auskleidung eingebettet ist. Durch eine in die Auskleidung eingebettete Überwachungselektrode kann eine messbare physikalische und/oder chemische Größe der Überwachungselektrode, insbesondere eine Änderung dieser Größe, ais Indikator für eine Beschädigung der Auskleidung, insbesondere einer Abrasion oder Erosion der ersten Schicht der Auskleidung, dienen.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung besteht die erste Schicht der Auskleidung, welche an das Lumen der Rohrleitung angrenzt, aus einem ersten elektrisch isolierenden Material und die zweite Schicht der Auskleidung, welche an das Trägerrohr angrenzt, besteht aus einem zweiten elektrisch isolierenden Material. Dadurch ist die Überwachungseiektrode von dem Trägerrohr bzw. dem Messstoff elektrisch isoliert. Eine Beschädigung der ersten Schicht der Rohrleitung kann dann bspw. durch eine Änderung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe ermittelt werden.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung umgibt die Überwachungselektrode das Lumen wenigstens in einem Teilbereich entlang der Längsachse der Rohrleitung wenigstens abschnittsweise radial. Vorzugsweise umgibt die Überwachungselektrode das Lumen der Rohrleitung in vollem Umfang. Rohrleitungen haben bspw. oftmals einen waagrechten Verlauf oder sind nur teilweise gefüllt. Daher kann es ausreichen, nur einen Teilbereich der Auskleidung auf eine Beschädigung hin zu überwachen. In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist mindestens eine Bezugselektrode vorgesehen, die mit dem strömenden Stoff wechselwirkt. Durch die Bezugselektrode kann ein Referenzpotential, insbesondere das Potentia! des die Rohrleitung durchströmenden Stoffs ermittelt werden und somit die Potentialdifferenz zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode bestimmt werden.
In einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die zur Messung der Impedanz oder einer mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode dient. Die Auswerteeinheit enthält bspw. Mittel, um eine Wechseispannung zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode anzulegen und die entsprechende Stromantwort auszuwerten.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels mindestens einer in der Auskleidung eingebetteten Überwachungselektrode die Impedanz oder eine mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode und einer Bezugselektrode gemessen wird. Ändert sich die Impedanz oder die mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode in einem bestimmten Maße, kann die Änderung der Impedanz oder der mit der
Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe auf eine Beschädigung der Auskleidung zurückgeführt werden. Die Änderung der Impedanz oder der mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehenden Größe erfolgt aufgrund der wenigstens teilweisen Benetzung der Überwachungselektrode mit dem Messstoff.
In einer Variante des Verfahrens wird als Bezugselektrode eine mit dem Messstoff wechselwirkende, insbesondere messstoffberührende, Elektrode verwendet. Durch die Bezugselektrode kann eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften, insbesondere der elektrischen und/oder chemischen Potentialdifferenz, zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode ermittelt werden. Bei einem im Wesentlichen konstanten Bezugspotential kann bei einer Veränderung des elektrischen und/oder chemischen Potentials zwischen der Überwachungselektrode und der Bezugselektrode auf eine Beschädigung der Auskleidung geschlossen werden. In einer Variante des Verfahrens wird mittels einer ersten und einer zweiten den Messstorf berührenden Messelektrode die Impedanz oder eine mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe des Messstoffs bestimmt. Die Impedanz oder die mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe kann als Vergleichsgröße dienen, da sich der Wert des durch die Bezugselektrode ermittelten Potentials in Abhängigkeit von dem, insbesondere zu einem gewissen Grad elektrisch [eitfähigen, Messstoff und den Prozessbedingungen ändern kann.
In einer Variante des Verfahrens wird in dem Fall, dass die Impedanz oder die mit der Impedanz in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der
Überwachungselektrode und der Bezugselektrode einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet, eine entsprechende Meldung von der Messeinrichtung ausgegeben. Messeinrichtungen weisen oftmals Kommunikationsmittel auf, um mit einem Benutzer vor Ort oder in einer entfernten Warte zu kommunizieren. Dafür kann bspw. eine Anzeigeeinheit vor Ort an der Messeinrichtung vorgesehen sein oder die Messeinrichtung mit einem Bussystem verbunden sein, um einem Benutzer eine Beschädigung der Auskleidung anzuzeigen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse eines Messrohrs einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses,
Fig. 2: Impedanzspektren zwischen einer Überwachungselektrode und einer mit dem Messstoff in Kontakt stehenden Bezugselektrode bei unversehrter bzw. beschädigter Auskleidung,
Fig. 3: Impedanzspektren zwischen einer ersten Messelektrode und einer zweiten Messelektrode bei unversehrter bzw. beschädigter Auskleidung.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse eines Messrohrs 13 eines Messaufnehmers 1 einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses. Eine erste Messelektrode 6 und eine zweite Messelektrode bzw. die Bezugselektrode 8 sind in der Querschnittsebene im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 9 des Messrohrs 13 in das Messrohr 13 eingebracht. Die in Figur 1 gezeigte schematische Darstellung des Messrohrs 13 eines Messaufnehmers 1 einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses kann mit den notwendigen Änderungen auf eine Rohrleitung 13 mit einer Auskleidung 12, wobei die Auskleidung 12 aus einer ersten und einer zweiten elektrisch isolierenden Schicht 3, 4 besteht, wobei die Rohrleitung 13 mit einer Vorrichtung zur Überwachung der Rohrleitung 13 ausgestattet ist, übertragen werden.
Das Messrohr 13 weist ein Trägerrohr 2 auf und ist innen mit einer Auskleidung 12, einem sog. Liner, versehen. Die Auskleidung 12 ist an dem Trägerrohr 2 befestigt. Zusätzlich kann ein Stützkörper, nicht gezeigt, zur mechanischen Stabilisierung der Auskleidung 12 und zur Befestigung der Auskleidung 12 an dem Trägerrohr 2 eingesetzt werden. Als Haftvermittler, nicht gezeigt, kann ferner ein sog. Primer zwischen Trägerrohr 2 und Auskleidung 12 aufgebracht sein, der ebenfalls der Befestigung der Auskleidung 12 an dem Trägerrohr 2 dient.
Das Trägerrohr 2 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch. Die Auskleidung 12 ist im Wesentlichen an die Form des Trägerrohrs 2 angepasst und weist eine im Wesentlichen konstante Dicke auf. Die Auskleidung 12 umfasst ein Lumen 1 1 , das zur Aufnahme des Messstoffs, nicht gezeigt, dient. Die erste Schicht 3 der Auskleidung 12 grenzt an das Lumen 11 des Messrohrs 13 an, während die zweite Schicht 4 an das Trägerrohr 2 angrenzt. Zwischen die erste und die zweite Schicht 3, 4 ist eine Überwachungselektrode 7 eingebracht, die eine elektrisch Seitende dritte Schicht 5 der Auskleidung 12 bildet. Die Überwachungselektrode 7 ist dabei an die Form des Trägerrohrs 2 bzw. die Form der Auskleidung 12 angepasst und weist einen zu der Längsachse 9 des Messrohrs 13 konzentrischen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Überwachungselektrode 7 ist gegenüber dem Lumen 11 und dem Trägerrohr 2 des Messrohrs 13 durch die erste und zweite Schicht 3, 4 der Auskleidung 12 elektrisch isoliert. Vor und hinter der Schnittebene setzt sich die Überwachungselektrode 7 mit dem Messrohr parallel zur Längsachse 9 des Messrohrs 13 fort und weist insgesamt eine röhrenförmige Gestalt auf. Durch eine von außen eingebrachte Bohrung durch das Trägerrohr 2 und die zweite Schicht 4 der Auskleidung 12 hindurch ist die Überwachungselektrode 7 elektrisch kontaktiert. Durch das Trägerrohr 2 und die Auskleidung 12 hindurch ist eine erste Messelektrode 6 in Form einer Stiftelektrode in das Messrohr 13 eingebracht, die in das Lumen 11 des Messrohrs 13 mündet.
Eine in das Lumen 11 eingebrachte und von dem Messstoff wenigstens teilweise benetzte Elektrode oder mit dem Messstoff kommunizierende Elektrode, die zur Messung der Impedanz Z oder einer mit der Impedanz Z in einem Zusammenhang stehenden Größe gegenüber der Überwachungselektrode 7 verwendet wird, wird als Bezugselektrode 8 bezeichnet.
Eine von dem Messstoff benetzte Elektrode oder mit dem Messstoff kommunizierende Elektrode, die zur Messung der Impedanz Z oder einer mit der Impedanz Z in einem Zusammenhang stehenden Größe gegenüber einer ersten von dem Messstoff benetzten oder mit dem Messstoff kommunizierenden Messelektrode 6 verwendet wird, wird als zweite Messeiektrode 8 bezeichnet.
In der in Figur 1 gezeigten schematischen Darstellung ist in einem Winkel von annähernd 90° zur ersten Messelektrode 6 eine Elektrode in das Messrohr 13 eingebracht, die gegenüber der Überwachungselektrode 7 als Bezugselektrode 8 und gegenüber der ersten Messelektrode 6 als zweite Messelektrode 8 dient. Diese zweite Messelektrode 8 bzw. Bezugselektrode 8 mündet ebenfalls in das Lumen 11 des Messrohrs 13 und wird im Betriebsfall von dem strömenden Messstoff benetzt.
Im Fall einer Messeinrichtung mit einem magnetisch-induktiven Messaufnehmer 1 ist zur Bestimmung einer in dem Messstoff induzierten Spannung eine zusätzliche
Messelektrode, nicht gezeigt, diametral gegenüber der ersten Messelektrode 6 in das Messrohr 13 eingebracht. Diese zusätzliche Messelektrode kann ebenso wie die erste Messelektrode 6 und zweite Messelektrode 8 auch als Bezugselektrode 8 verwendet werden.
Das Lumen 1 1 des Messrohrs 13 ist in radialer Richtung annähernd in vollem Umfang von der Überwachungselektrode 7 umgeben. Lediglich in dem Bereich in dem die erste Messelektrode 6 und die Bezugselektrode 8 bzw. die zweite Messelektrode 8 in das Messrohr 13 eingebracht sind, weist die Überwachungseiektrode 7 Ausnehmungen auf und ist gegenüber der ersten Messetektrode 6 und der Bezugselektrode 8 bzw. der zweiten Messelektrode 8 elektrisch isoliert.
Die Überwachungselektrode 7 besteht dabei aus einem metallischen Netz oder Gitter, welches während der Fertigung der Auskleidung 12 zwischen die zweite und die erste Schicht 4, 3 der Auskleidung 12 eingebettet wird. Die Überwachungselektrode 7 ist über ein elektrisches Anschiusselement in Form einer Stiftelektrode durch die zweite Schicht 4 und das Trägerrohr 2 hindurch elektrisch mit der Auswerteeinrichtung, nicht gezeigt, verbunden.
Die in Figur 1 gezeigte Auskleidung 12 weist eine Beschädigung 10 der ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 auf. Die Beschädigung 10 besteht aus einer Erosion der ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 bis auf die durch die Überwachungselektrode 7 gebildete dritte Schicht 5.
Mitteis einer Auswerteeinrichtung, nicht gezeigt, wird zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 eine Wechselspannung angelegt, und die Impedanz ZF des das Messrohr 13 durchströmenden Messstoffs bestimmt. In gleicher weise wird zwischen der Überwachungselektrode 7 und der Bezugseiektrode 8 eine Wechselspannung angelegt. Dafür ist die Auswerteeinrichtung mit der Überwachungselektrode 7, der ersten Messelektrode 6 und der zweiten Messelektrode 8 bzw. der Bezugselektrode 8 verbunden. Zur Aufnahme eines Impedanzspektrums wird dabei die Frequenz f der Wechseispannung variiert. In Figur 2 und in Figur 3 sind entsprechende Impedanzspektren zwischen der Überwachungselektrode 7 und der Bezugselektrode 8 bzw. der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 gezeigt.
Zur Veranschauiichung ist der Messpfad zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 zur Bestimmung der Impedanz des Messstoffs ZF und der zweite Messpfad zur Bestimmung der Impedanz Zυ zwischen der Überwachungselektrode 7 und der Bezugselektrode 8 in Figur 1 dargestellt.
!n Figur 2 und in Figur 3 ist für vier unterschiedlich große Beschädigungen der ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 der Verlauf des Impedanzspektrums dargestellt. Der Index 0 bezieht sich hierbei auf eine unbeschädigte Auskleidung 12 und die Indizes 1 bis 4 auf zunehmend größere Beschädigungen an der Auskleidung 12. Die Beschädigung 10 der Auskleidung 12 wurde durch Abtragen eines zusammenhängenden Bereichs der ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 simuliert. Dabei wurde das Ausmaß der Beschädigung 10 für eine der ersten Messung des Impedanzspektrums a-t nachfolgende Messung jeweils annähernd verdoppelt.
Figur 2 zeigt in doppeltlogarithmischer Auftragung fünf verschiedene impedanzspektren a0, a1 ( a2, a3, a4 zwischen der Überwachungs- 7 und der Bezugselektrode 8. Die Kurve ao zeigt den Verlauf des Impedanzspektrums bei einer unbeschädigten Auskleidung 12 des Messrohrs 13, also bei einer unbeschädigten ersten Schicht 3 der Auskleidung 12. Die Impedanz zwischen Überwachungselektrode 7 und Bezugselektrode 8 weist bei unbeschädigter Auskleidung 12 im Vergleich zu den Impedanzspektren, die bei einer Beschädigung 10 der Auskleidung 12 aufgenommen wurden, einen wesentlich höheren Wert auf. Die Kurven a^ bis a4 zeigen das Impedanzspektrum mit zunehmender Beschädigung 10 der Auskleidung 12. Mit zunehmender Größe der Beschädigung 10 nimmt die Impedanz Z zwischen Überwachungs- 7 und Bezugselektrode 8 ab.
Figur 3 zeigt in doppeltlogarithmischer Auftragung fünf Impedanzspektren d0, d1 f d2, d3, d4 zwischen der ersten Messelektrode 6 und der zweiten Messelektrode 8 bei unversehrter Auskleidung 12 und bei vier unterschiedlichen Beschädigungen der Auskleidung 12. Das Impedanzspektrum do wurde bei einer unbeschädigten Auskleidung 12 bzw. unbeschädigten ersten Schicht 3 der Auskleidung 12 aufgenommen und die Impedanzspektren d1 ( d2, d3, d4 bei zunehmender Beschädigung der Auskleidung 12. Der Verlauf der Impedanzspektren zeigt nur eine leichte Abhängigkeit von der Größe der Beschädigung 10 der Auskleidung 12 und entspricht im Wesentlichen der Impedanz des das Messrohr 13 durchströmenden Messstoffs. In Tabelle 1 sind die Werte der Impedanz Zy zwischen Überwachungselektrode 7 und Bezugselektrode 8 bzw. die Werte der Impedanz ZF zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 bei einer Frequenz von 1 kHz bei verschiedenen Zuständen der Auskleidung 12 gegeneinander aufgetragen. Tabelle 1 :
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Anhand der Messung 1 bei intakter Auskleidung 12 wird der Unterschied der Impedanzwerte zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode 6, 8 und zwischen der Überwachungselektrode 7 und der Bezugselektrode 8 deutlich. Die Impedanz Zυ beträgt annähernd das Neunzigfache der Impedanz ZF. Bei zunehmender Beschädigung 10 der Auskleidung 12 verringert sich die Impedanz zwischen Überwachungs- 7 und Bezugselektrode 8. Dies kann a!s Nachweis für eine Beschädigung 10 dienen. Bei der Messung 2 ist eine Beschädigung 10 der Auskleidung 12 vorhanden und die Impedanz Zu beträgt nur noch das Fünffache der impedanz ZF bei Messung 2. Die gegenüber der Impedanz ZF geringere Impedanz Zυ in Messung 5 lässt sich auf die Größere von der Beschädigung 10 freigelegte und von dem Messstoff benetzte Fläche der Überwachungselektrode 7 zurückführen, welche größer ist als die benetzte Fläche der Messelektroden 6, 8.
Bezυgszeichenliste
1 Messaufnehmer
2 Trägerrohr
3 Erste Schicht
4 Zweite Schicht
5 Dritte Schicht
6 Erste Messelektrode
7 Überwachungselektrode
8 Bezugselektrode / zweite Messelektrode
9 Längsachse
10 Beschädigung
11 Lumen
12 Auskleidung
13 Messrohr / Rohrleitung f Frequenz
Z Impedanz
ZF Impedanz zwischen der ersten und der zweiten Messelektrode
Zu Impedanz zwischen Überwachungs- und Bezugselektrode

Claims

Patentansprüche
1. Messeinrichtung zur Bestimmung eines Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr (13) strömenden Messstoffs, wobei das Messrohr (13) ein Trägerrohr (2) umfasst und inwendig eine Auskleidung (12) aufweist, welche ein Lumen (11 ) zur Aufnahme des Messstoffs bildet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Überwachungselektrode (7) zwischen eine erste und eine zweite Schicht (3, 4) der Auskleidung (12) eingebettet ist.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (3), welche an das Lumen (11 ) des Messrohrs (13) angrenzt, aus einem ersten elektrisch isolierenden Material besteht.
3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (4), welche an das Trägerrohr (2) angrenzt, aus einem zweiten elektrisch isolierenden Material besteht.
4. Messeinrächtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseiektrode (7) durch die zweite Schicht (4) und das Trägerrohr (2) hindurch elektrisch kontaktierbar ist.
5. Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die zur Messung der Impedanz (Z) oder einer mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehenden Größe, insbesondere einer aus der Impedanz (Z) abgeleiteten Größe, zwischen der Überwachungselektrode (7) und einer Bezugseiektrode (8) dient.
6. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugseiektrode (8) zur Messung eines Bezugspotentiais, insbesondere zur Messung des elektrischen und/oder chemischen Potentials des stromenden Messstoffs, dient
7 Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uberwachungseiektrode (7) das Lumen (11 ) wenigstens in einem Teilbereich entlang der Langsachse (9) des Messrohrs (13) wenigstens abschnittsweise radial umgibt
8 Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Uberwachungseiektrode (7) eine dritte Schicht (5) bildet, weiche zwischen der ersten und der zweiten Schicht (3, 4) eingebettet ist, wobei die dritte Schicht (5) aus einem elektrisch leitfahigen Material besteht
9 Messeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste und eine zweite mediumsberuhrende Messelektrode (6, 8) vorgesehen sind, und dass die erste und zweite Messelektrode (6, 8) zur Bestimmung der Impedanz (Z) oder einer mit der impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehenden Große des Messstoffs dienen
10 Vorrichtung zur Überwachung einer Rohrleitung (13), wobei dse Rohrleitung (13) inwendig wenigstens teilweise mit einer Auskleidung (12) versehen ist, welche ein Lumen (1 1 ) bildet, das zur Aufnahme eines stromenden
Stoffs dient, wobei die Rohrleitung (13) ein Tragerrohr (2) umfasst, an welchem die Auskleidung (12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Uberwachungseiektrode (7) zwischen eine erste und eine zweite Schicht (3, 4) der Auskleidung (12) eingebettet ist
1 1 Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bezugselektrode (8) vorgesehen ist, die mit dem strömenden Stoff wechselwirkt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die zur Messung der Impedanz (Z) oder einer mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehenden Größe zwischen der Überwachungselektrode (7) und der Bezugselektrode (8)dient.
13. Verfahren zur Überwachung einer Messeinrichtung, wobei die Messeänrichtung zur Bestimmung des Volumen- oder Massedurchflusses eines durch ein Messrohr (13) strömenden Messstoffs dient, wobei das Messrohr (13) ein Trägerrohr (2) umfasst, wobei das Messrohr (13) inwendig mit einer Auskleidung (2) versehen ist, die an dem
Trägerrohr (2) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer in der Auskleidung (12) eingebetteten
Überwachungselektrode (7) die Impedanz (Z) oder eine mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode (7) und einer Bezugselektrode (8) gemessen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer ersten und einer zweiten den Messstoff berührenden
Messelektrode (6, 8) die Impedanz (Z) oder eine mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehende Größe des Messstoffs bestimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass die Impedanz (Z) oder die mit der Impedanz (Z) in einem Zusammenhang stehende Größe zwischen der Überwachungselektrode (7) und der Bezugselektrode (8) einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet eine entsprechende Meidung von der Messeinrichtung ausgegeben wird.
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