Zweiphasenmesstechnik

Nadelsondenmesssystem

Der Nadelsensor wird in Rohrleitungen eingesetzt, um Informationen über das die Rohrleitung durchströmende Medium zu erhalten. Dabei wird hier nicht – wie beim Gittersensor – über die gesamte Querschnittsfläche gemessen, sondern an nur einer bestimmten Stelle innerhalb der Rohrleitung.

Aus den Ergebnissen lassen sich mithilfe statistischer Auswertungen verschiedene Informationen, wie zum Beispiel die Blasengröße oder auch die Konzentration von Gasen ermitteln. Der Nadelsensor kann die folgenden Parameter messen:

• Temperatur
• Elektrische Leitfähigkeit
• Elektrische Permittivität
• Brechungsindex
• Phasenanteile in Mehrphasenströmungen
• Strömungsgeschwindigkeit
• Anzahl und Größe von Gasblasen in liquiden Medien

Aufgrund der Vielzahl der Messgrößen wird der Nadelsensor auf vielen Gebieten und in zahlreichen Industrien eingesetzt. Dazu zählen u.a.:

• Die Chemieverfahrenstechnik
• Die Mineralölförderung
• Die Kernforschung
• Die Energiewirtschaft

Bisher ist die Nadelsensor bei  vielen auch international aufgestellten Forschungseinrichtungen  im Einsatz.  Den Nadelsensor können Sie, maßgefertigt für Ihre Anlagen, HZDRinnovation >> beziehen.

Messgrößen:

• Temperatur
• Elektrische Leitfähigkeit
• Elektrische Permittivität
• Brechungsindex
• Phasenanteile in Mehrphasenströmungen
• Strömungsgeschwindigkeit
• Anzahl und Größe von Gasblasen in liquiden Medien

Anwendungen:

• Synchrone Messung von Leitfähigkeit und Phasentemperatur
• Prozessüberwachung von sicherheitsrelevanten thermohydraulischen Anlagenkomponenten
• Prozessüberwachung in der Kernkraftforschung
• Analyse von Störfallszenarien
• Evaluierung und Weiterentwicklung thermohydraulischer Simulationsmodelle
• Chemieverfahrenstechnik
• Mineralölförderung

Messprinzip

Das Nadelsondenprinzip basiert auf einer Amplituden- und Phasenmessung eines sinusförmigen Anregungssignals fester Frequenz. Damit kann die lokale komplexe elektrische Impedanz eines strömenden Mediums dargestellt werden.

Der Aufbau der Nadelsonde ist doppelkoaxial. Die zentral angeordnete Elektrode aus Edelstahldraht (V2A) wird zylindrisch von zwei Edelstahlelektroden (Schirmelektrode, Bezugselektrode) umhüllt. Zwischen den einzelnen Elektroden sind nichtleitende Keramikzylinder als Isolationsschichten angeordnet.

Eine bipolare Spannung liegt an der zentralen Drahtelektrode an, welche ein elektrisches Feld im Untersuchungsmedium erzeugt. Abhängig von der Leitfähigkeit des Mediums fließt ein Strom von der Drahtelektrode zur Bezugselektrode, welchen die periphere Messelektronik erfasst und auswertet. Dazu wird die bekannte Anregungsspannung zum gemessenen Ausgangsstrom ins Verhältnis gesetzt und die komplexe Impedanz ermittelt. Weiterhin kann aus der Impedanz die komplexe relative Permittivität abgeleitet werden. Der lokale Gasphasenanteil wird durch Zeitmessungen ermöglicht, wobei das Verhältnis aus Zeitspanne, in welcher die Gasphase im liquiden Medium erkennbar ist, zur Gesamtmesszeit ermittelt wird.

Messwerterfassung

Mit einem direkt digitalen Synthesizer wird das periodische, bandbegrenzte Ausgangsignal moduliert. Der resultierende Ausgangsstrom wird an der Bezugselektrode abgegriffen und mittels eines Transimpedanzverstärkers als Spannungssignal ausgegeben. Die Ausgabe der Phasendifferenz und die Amplitudendämpfung erfolgt durch einen Amplituden-Phasen-Detektor.
Die zugehörige Software ermöglicht die grafische, zeitlich hoch aufgelöste Darstellung der zu bestimmenden Größen und die Messwertdatenspeicherung im ASCII-Format,

Technische Daten:

• Max. Druck: 16 MPa
• Max. Temperatur: 300 °C
• Max. Datenrate: 10.000 Samples/s
• Max. Zeitauflösung: 10 kS/s
• Leitfähigkeitsbereich: 0.05 -500 µS/cm
• Max. Abtastfrequenz: 10 kHz