Gittersensor für Strömungsmessung

                                            mit 10.000 Bildern / sec

Anwendung

Zeitlich und räumlich hochaufgelöste Messung der elektrischen Leitfähigkeit als Verteilung über den Querschnitt des Sensors. Daraus abgeleitet:

• Verteilung von Gas in einer Flüssigkeit
• Verteilung von zwei nichtmischbaren Flüssigkeiten
• Konzentrationsverteilung von Salzen o.ä. Stoffen, die die elektrische Leitfähigkeit von Flüssigkeiten beeinflussen
• Bestimmung von Phasenanteilen, gemittelt über den Messquerschnitt
• Bewertung des Dispersionsgrades der diskontinuierlichen Phase
• Geschwindigkeitsmessung(Verwendung von zwei hintereinander angeordneten Sensoren)

Bildfolge aus einer Pfropfenströmung, Rohrleitung NW50, Sensor mit 16 x 16 Messpunkten, 
Zeitauflösung 1024 Bilder / Sekunde

Einsatzmöglichkeiten:
 

• Blasensäulen, Reaktoren, Versuchsanlagen (Messungen über den Querschnitt)
• Standard: Rohrleitungen NW 50, NW 100, Spezialanfertigungen für andere Nennweiten und Kanalquerschnitte sind möglich,
• Druck: bis 7 Mpa
• Temperatur: bis 200 °C
• Leitfähigbereichkeit der zu detektierenden Flüssigphase: 0.05 -500 µS/cm
• Korrosionsbeständigkeit entsprechend der von austenitischem Chrom-Nickel-Stahl(Spezialanfertigungen aus anderem Material möglich, z.b. martensitischer Stahl, Titan oder Sensorgrundkörper aus Plastikmaterial)
• Abstand Sensor-Sensorelektronik: bis zu 5 m
• Abstand Sensor-Elektronik-PC: bei der Variante 10 00 Bilder/s entsprechend Ethernet-Standard

Messprinzip

Die Messung der örtlichen momentanen elektrischen Leitfähigkeit des Mediums erfolgt durch zwei in Strömungsrichtung dicht hintereinander angeordnete Elektrodengitter mit einer bestimmten Anzahl von Elektroden. Der Winkel zwischen den Elektroden der beiden Ebenen beträgt 90°. Die einzelnen Elektroden der ersten Ebene (Senderebene) werden während des Messzyklus nacheinander durch eine Multiplexschaltung angesprochen. Die Datenaufnahme erfolgt durch Auswertung des elektrischen Stroms, der an den Elektroden der zweiten Ebene (Empfängerelektroden) auftritt. Nach der AD-Wandlung werden die Signale für jede Empfängerelektrode individuell gespeichert.  
Diese Prozedur wird für jede der Sendeelektroden wiederholt. Auf diese Weise wird die Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit über dem Rohrleitungsquerschnitt zeilenweise ermittelt. Nachdem die letzte Sendeelektrode aktiviert wurde, liegt eine zweidimensionale Matrix von Stromwerten vor, die die lokalen Leitfähigkeiten an allen Kreuzungspunkten der Elektroden von Sende- und Empfängerebene widerspiegelt. Je nach Einsatzfall, können die Leitfähigkeitsverteilungen in momentane volumetrische Gas- bzw. Dampfgehaltsverteilungen oder in Konzentrationsverteilungen des gelösten Stoffs umgerechnet werden.
 

Elektronikeinheit  

Die Elektronikeinheit dient der Ansteuerung der Gittersensoren und Aufbereitung der Messsignale. Sie ist modular aufgebaut. Da die Elektronikmodule kaskadierbar sind, ist die Elektronikeinheit aufrüstbar für Sensorgrößen bis zu 2 x 64 Elektroden. Die Standardkonfigurationen sind für den Anschluss von einem Sensor mit 2 x 16 Elektroden ausgelegt. Es ist aber auch je nach Sensorgröße der gleichzeitige Betrieb von mehreren Sensoren möglich. Die Elektronikeinheit verfügt über eine rechnergesteuerte Verstärkungsumschaltung. Sie dient zur Anpassung an die Leitfähigkeit des zu messenden Mediums. Der Bereich der Leitfähigkeit in dem die Systeme arbeiten erstreckt sich von 0,5 µS/cm bis 500 µS/cm.

Darüber hinausgehende Anforderungen sind Gegenstand von Spezialanfertigungen.
  

Die neuen Systeme vom Typ GITT100 mit 10 000 kHz Bildfrequenz besitzen separate Verstärker für die Erregung und Messwertvorverstärkung für jeweils 16 Elektroden, die unmittelbar am Sensor angesteckt werden. Die große Menge von Daten erfordert in der Sensorelektronik einen digitalen Signalprozessor für die Aufbereitung der Messwerte und einen eigenen Pufferspeicher von 64 MB. Damit ist für ein System mit 2 x 16 Elektroden bei einer zeitlichen Auflösung von 10 000 Bildern/s eine Messzeit von 17 s (dies entspricht 170 000 Querschnittsbildern) möglich. Die Übertragung der Messwerte aus der Sensorelektronik in einen PC erfolgt über eine Ethernet-Schnittstelle.
 

Funktionsumfang

Die mit dem System mitgelieferte Software gestattet neben der Einstellung der Betriebsparameter des Gerätes und der Abspeicherung der Messwerte die:
 

• online bzw. offline Visualisierung der Messwerte,

• die Speicherung von Messdatenfiles mit den momentanen Verteilungen der Leitfähigkeit,

• je nach Einsatzfall die Umrechnung in momentane Verteilungen der Konzentration der leitfähigen Phase (z.b. volumetrischer Gasanteil) oder Komponente (z.B. Elektrolytkonzentration) und

• die Berechnung von Zeitverläufen der mittleren Konzentration der leitfähigen Phase oder Komponente.

Bei der online Darstellung wird zunächst eine einstellbare Zeit mit maximaler Geschwindigkeit gemessen, die Messwerte abgespeichert und nach der Messung erfolgt die Visualisierung jedes einzelnen Querschnittsbildes. In der offline Darstellung wird bei laufender Messung eine bestimmte Anzahl von aktuellen Querschnittsbildern zusammengefasst und anschließend dargestellt. Die Leitfähigkeit wird als Relativwert ermittelt. Hierzu ist eine Kalibrierung mit dem Medium der jeweils höchsten auftretenden elektrischen Leitfähigkeit notwendig. Die einzelnen Messwerte werden auf diesen Maximalwert bezogen.

Lieferumfang

Das Standardsystem für die Variante mit 10 000 Bildern/s beinhaltet einen Gittersensor jeweils nach kundenspezifischer Applikation, die Ansteuer- und Auswerteelektronik, je einen separaten Verstärker für die Erregung und Vorverstärkung der Messwerte und die notwendigen Verbindungskabel. Da die Systeme meist stark anwenderspezifisch geprägt sind, wird die Lieferfrist jeweils bei der Erstellung des Angebotes vereinbart (Richtwert sind 3-5 Monate).

Es besteht außerdem die Möglichkeit, die Sensoren und die Elektronikeinheit speziellen Anforderungen anzupassen (z.B. andere Durchmesser, rechteckige oder quadratische Querschnitte, Anschluss mehrerer Sensoren an einen Elektronikmodul, Sensoren mit 64 x 64 Messpunkten, Bau von Dreiebenen-Sensoren zur Messung der räumlichen Leitfähigkeitsverteilung in dem Raumvolumen zwischen den Ebenen bzw. der Messung der Strömungsgeschwindigkeit). Die Anfertigung von anwenderspezifischen Gittersensoren erfolgt nach Absprache. Ebenfalls auf Vereinbarung ist der zusätzliche Einbau von Thermoelementen in die Sensoren zur gleichzeitigen Messung der Mediumtemperatur möglich.

Für den Fall, dass Sie an einer speziellen Lösung interessiert sind, beraten wir Sie jederzeit gern und erarbeiten eine individuelle Lösung für Sie.    

Ansprechpartner:

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