DE60131452T2

DE60131452T2 - Kostengünstige on-line-korrosionsüberwachungsvorrichtung und intelligente korrosionssonde

Info

Publication number: DE60131452T2
Application number: DE60131452T
Authority: DE
Inventors: Rodney H. Aurora BANKS
Original assignee: Ondeo Nalco Co
Current assignee: ChampionX LLC
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: WO2002056035A1; CN1486428A; EP1350119B1; EP1350119A1; US6556027B2; JP4774412B2; JP2004523745A; CN1250964C; CA2433493A1; DE60131452D1; TWI223706B; JP2008180727A; EP1350119A4; US20020105346A1; CA2433493C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein System zur industriellen Bearbeitung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein System zur Überwachung korrodierend wirkender industrieller Verfahren.
Natürlich ist im Allgemeinen bekannt, dass bei verschiedenen industriellen Verfahren korrodierend wirkende Nebenprodukte hergestellt werden. Durch diese korrodierend wirkenden Nebenprodukte korrodieren häufig Industrieanlagen, steigen die Produktionskosten und entstehen Produktionsverzüge. Mithin ist die Überwachung der Korrosion ein wertvolles Werkzeug, das solche Produktionsstörungen lindern kann.
Gegenwärtig sind Online-Korrosionsüberwachungseinrichtungen für die industrielle Bearbeitung typischerweise verhältnismäßig kostspielig und unhandlich zu verwenden. Solche Korrosionsüberwachungsvorrichtungen enthalten häufig große und komplizierte Überwachungskomponenten, die nicht transportabel sind und in einer dauerhaft festen Position in Bezug auf den zu überwachenden industriellen Prozess platziert werden müssen. Da solche Einrichtungen groß, kompliziert und unhandlich sind, können sie außerdem schwer in wirksamer Weise entweder durch erfahrenes oder durch unerfahrenes Personal aufgestellt und bedient werden.
Es ist allgemein bekannt, dass gegenwärtig verfügbare Korrosionsüberwachungsvorrichtungen Daten zum späteren Herunterladen auf andere rechnergestützte Vorrichtungen speichern können. Jedoch mangelt es solchen Korrosionsvorrichtungen oft an der Fähigkeit, für eine Echtzeit-Korrosionsüberwachung zu sorgen, oder an der Fähigkeit, mit weiteren transportablen, rechnergestützten Vorrichtungen wie Laptop- oder tragbaren Computern verbunden zu werden.
Ein weiteres Problem, das manchmal bei gegenwärtig verfügbaren Korrosionsüberwachungsvorrichtungen anzutreffen ist, besteht darin, dass solche Vorrichtungen nicht entsorgbar sind. Zwar bieten manche Korrosionsüberwachungsvorrichtungen auswechselbare Teile, jedoch funktionieren viele nicht richtig und sind oft sehr teuer.
Das Verfügbarkeitsproblem kann sich weiter verschlimmern, da viele gegenwärtig verfügbare Überwachungsvorrichtungen keine wasserdichten oder wetterfesten Gehäuse bieten. Mithin schaden Feuchtigkeit und Einwirkung durch andere Umweltelemente vielen von den Innenteilen solcher Vorrichtungen. Mithin können sich die Lebensdauer, die Funktionsbeständigkeit und die Überwachungssicherheit von zumindest manchen gegenwärtig verfügbaren Korrosionsüberwachungsvorrichtungen sehr stark vermindern. Durch solche nachteiligen Umwelteinflüsse können ebenso auch die Betriebs- und Wartungskosten dieser Vorrichtungen steigen.
Noch ein weiteres Problem, das zumindest bei manchen Korrosionsüberwachungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik anzutreffen ist, besteht in der sehr großen Anzahl von ungenauen Anzeigewerten. In den meisten Fällen tritt die Ungenauigkeit auf, weil die Überwachungsvorrichtung nicht in der Lage ist, die Art des metallurgischen Materials zu erkennen, welches die Vorrichtung zur Bestimmung der Korrosionsrate nutzt.
Beispielsweise wird in den meisten Korrosionsüberwachungsvorrichtungen eine Elektrodensonde mit einer speziellen Metallurgie zur Bestimmung der Korrosionsrate eines industriellen Prozesses verwendet. Man bestimmt die Korrosionsrate nach Maßgabe der Korrosionsfähigkeit des industriellen Prozesses an der speziellen Art der verwendeten metallischen Sondenelektrode. Wenn sich die Metallurgie der Sonde ändert oder von der Überwachungsvorrichtung nicht ermittelt werden kann, ergeben sich häufige und im Wesentlichen ungenaue Anzeigewerte, die später berücksichtigt und korrigiert werden müssen. Zur Korrektur solcher Fehlanzeigen entstehen zusätzliche Betriebskosten.
Deshalb wären eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zur Überwachung industrieller Prozesse zu wünschen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zur Überwachung eines industriellen Verfahrens. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zur Überwachung industrieller Behandlungsverfahren für korrodierend wirkendes Kühlwasser.
Zu diesem Zweck wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Überwachung einer Korrosion geschaffen, wobei die Vorrichtung ein Steuermodul; ein Sondenmodul, das funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbunden ist; und ein Widerstandsmodul umfasst, das funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbunden ist, wobei das Widerstandsmodul einen Widerstandswert aufweist, welcher die Art des Sondenmoduls für das Steuermodul erkennt, wodurch die Vorrichtung und deren Bestandteile transportabel sind.
Des Weiteren wird mit der vorliegenden Erfindung auch ein Verfahren zur Bestimmung einer Korrosionsrate geschaffen, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Korrosionsüberwachungsvorrichtung mit einem Steuermodul, einem funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbundenen Sondenmodul und einem funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbundenen Widerstandsmodul; Einbringen des Sondenmoduls in eine Lösung; Laden des Sondenmoduls und des Widerstandsmoduls mit einem Strom über das Steuermodul; Erkennen der Art des Sondenmoduls durch das Steuermodul basierend auf dem Widerstandswert des geladenen Widerstandsmoduls; und Bestimmen der Korrosionsrate durch das Steuermodul nach dem Erkennen des Sondenmoduls.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in der ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen und den Zeichnungen beschrieben und aus diesen erkennbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 stellt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUS FÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen, Verfahren und Systeme zur Überwachung korrodierend wirkender industrieller Verfahren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen, Verfahren und Systeme zur Überwachung der Korrosion industrieller Kühlwasserbehandlungssysteme.
In den Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern gleiche Teile bezeichnen, stellt 1 nunmehr eine Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer perspektivischen Sicht dar. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die Überwachungsvorrichtung 1 zwei Hauptbestandteile. Wie in 1 zu sehen ist, umfassen diese Hauptbestandteile ein Steuermodul 2 und ein Sondenmodul 3, die funktionsmäßig über ein Kabel 30 miteinander verbunden sind.
Konzentriert man sich insbesondere auf das Steuermodul 2, so umfasst das Modul außerdem einen Steuereinheitskörper 10, der eine Leiterplatte 8, eine Anzeigevorrichtung 12 und eine Leistungsquelle 14 enthält. Die Leiterplatte 8 ist ferner funktionsmäßig mit einem Mikrocontroller 16 verbunden. Die Leiterplatte 8 wird über ein elektrisches Kabel 24 mit Energie von der Leistungsquelle 14 versorgt, und die Leiterplatte 8 lenkt diese Energie zu dem Mikrocontroller 16 und Leiterpaaren 20, 22 um.
Da die industriellen Prozesse von der Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung überwacht werden, sammelt und speichert der Mikrocontroller 16 außerdem Daten zum späteren Herunterladen auf andere rechnergestützte Vorrichtungen. Zum Herunterladen solcher Informationen von dem Mikrocontroller 16 auf diese anderen rechnergestützten Vorrichtungen verwendet man ein Datenkabel 18, das von der Leiterplatte 8 ausgeht.
Des Weiteren wird Strom zu der Leiterplatte 8 geliefert und zu den Leiterpaaren 20, 22 umgeleitet, die mit der Leiterplatte 8 verbunden sind und von dieser ausgehen. Dieser Strom wird dann über ein Kabel 30, das durch Unterbringung der Leiterpaare 20, 22 in der in 1 zu sehenden Weise für eine funktionsfähige Kommunikation zwischen dem Steuermodul 2 und dem Sondenmodul 3 sorgt, an das Sondenmodul 3 und dessen innere Teile angelegt.
Der Steuereinheitskörper 10 der Überwachungsvorrichtung 1 kann aus jedem Material gefertigt sein, vorzugsweise aus einem Kunststoff, der gegen industrielle Verbindungen wie korrodie rend wirkende Stoffe und Umweltkräfte beständig sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Steuereinheitskörper 10 aus einem Kunststoff, der gegen Korrosion sowie innere und äußere Umweltelemente beständig ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Überwachungsvorrichtung 1 vorzugsweise aus Materialien gefertigt ist, welche die rauen Elemente, die in industriellen Prozessen zu finden sind, und diejenigen der Umgebung aushalten kann. Dabei kann die vorliegende Erfindung für industrielle Prozessüberwachung ohne Unterbrechung oder ohne infolge dieser Kräfte entstehende ungenaue Anzeigewerte sorgen.
Mithin sollte der Fachmann erkennen, dass die Leistungsquelle 14 Strom an mehrere Teile innerhalb der Überwachungsvorrichtung 1 liefert, der in einer Vielzahl von Arten und Graden je nach Bedarf zur Bedienung der Vorrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung genutzt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Leistungsquelle 14 eine Batterie. Mithin braucht die Überwachungsvorrichtung 1 nicht ständig an einer Stelle nahe einer elektrischen Steckdose positioniert zu sein. Dadurch, dass die Überwachungsvorrichtung 1 von einer Batterie betrieben ist, hat sie den Vorteil, dass sie kompakter, transportabel und im Gegensatz zu herkömmlichen Überwachungsvorrichtungen, die zum ordnungsgemäßen Betrieb an eine elektrische Wechselstromsteckdose angeschlossen werden müssen, sicher vor gefährlichen elektrischen Schlägen ist.
Batteriearten, die sich zur Verwendung als Leistungsquelle 14 eignen, umfassen, wenn auch nicht darauf beschränkt, Alkalibatterien; Lithiumbatterien; Zink-Luft-Batterien; wiederaufladbare Nickel-Cadmium-Batterien; und wiederaufladbare Nickel-Metallhydrid-Batterien. Alkalibatterien werden auf Grund ihrer sehr weiten Verfügbarkeit im Handel und der niedrigen Kosten am meisten bevorzugt.
Der Mikrocontroller 16 gemäß der vorliegenden Erfindung kann jeder herkömmliche Mikrocontroller sein, der in der Software-Technik zu finden ist. Vorzugsweise ist der Mikrocontroller 16 ein Mischsignal-Mikrocontroller, beispielsweise ein RISC-Mikrochip von 16 Bit mit 68 Pinanschlüssen mit einer schnellen Operationszeit und niedrigerem Leistungsverbrauch, weil er einen Überwachungskristall von 32,768 Kilohertz nutzt. Weiterhin umfasst der Mikrocontroller 16 vorzugsweise auch einen Treiber für die LCD-Anzeige, einen A/D-Wandler, Zeitgeber sowie eine Anordnung digitaler E/A-Pinanschlüsse zur Erfüllung der Überwachungs-, Anzeige- und Datenübertragungsprinzipien der vorliegenden Erfindung.
Der Mikrocontroller 16 gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe von den Mikrocontrollern im Allgemeinen zugeordneten Speichervorrichtungen wie einem nichtflüchtigen Speicher (EEPROM) und einem Direktzugriffsspeicher (RAM) auch gesammelte Daten speichern. Des Weiteren kann der Mikrocontroller 16 diese gespeicherten Daten durch Herunterladen dieser In formationen mit Hilfe des Datenkabels 18 zu anderen computergestützten und vom Internet gestützten Vorrichtungen liefern.
Das Datenkabel 18 kann eine funktionsfähige Kommunikation zwischen dem Steuermodul 2 und einem herkömmlichen Desktop und transportablen computergestützten Vorrichtungen bereitstellen. Der Fachmann sollte erkennen, dass das Datenkabel 18 jeder ohne Weiteres verfügbarer Übertragungskanal sein kann, zu dem, wenn auch nicht ausschließlich, eine parallele Verbindung, eine serielle Verbindung, eine optische Verbindung, eine FireWire-Verbindung, eine analoge Stiftverbindung, Abkömmlinge derselben und Kombinationen derselben gehören.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sich die Überwachungsvorrichtung 1 mit einer Vielzahl verschiedener computergestützter und vom Internet gestützter Vorrichtungen verbinden lässt. Mithin kann die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung über das Datenkabel 18 mit computergestützten Desktop-Vorrichtungen wie Laptop- und Palmtop-Computern und vom Internet gestützten Vorrichtungen wie lokalen Netzwerken verbunden werden.
Dabei kann die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung industrielle Abnehmer sofort dann, wenn die Vorrichtung mit einem laufenden Computer oder mit dem Internet verbunden ist, mit aktuellen Informationen versorgen. Mit solchen Online-Fähigkeiten wird eine engere Überwachung industrieller Prozesse möglich, insbesondere solcher, die empfindlich sind und konstant überwacht werden müssen. Die vorliegende Erfindung kann im Gegensatz zu vielen herkömmlichen Überwachungsvorrichtungen für eine Echtzeit-Überwachung industrieller Prozesse in Online-Weise sorgen.
Weiterhin wird mit der vorliegenden Erfindung, indem sie der Überwachungsvorrichtung 1 die Fähigkeit zum Zusammenwirken mit transportablen und computergestützten Desktop-Vorrichtungen verleiht, eine Vielzahl von Weisen geschaffen, in denen der industrielle Abnehmer gespeicherte Informationen einfach herunterladen kann. Mithin kann die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in industrieweiter Weise genutzt werden, weil die Vorrichtung funktionsmäßig mit den meisten, wenn nicht allen, herkömmlichen computergestützten Systemen und Netzwerken verbunden werden kann.
Zum Anzeigen der Informationen ist der Mikrocontroller 16 in Verbindung mit der Leiterplatte 8 funktionsmäßig mit der Anzeigevorrichtung 12 verbunden. Vorzugsweise ist die Anzeigevorrichtung 12 eine Flüssigkristallanzeige, die eine Vielzahl von Zahlen, Texten und Symbolen anzeigen kann. Beispielsweise kann die Anzeigevorrichtung 12 bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Zahlen im Bereich von 0,00–99 mit den Dezimalkommas sowie Textbuchstaben wie den Buchstaben "E" anzeigen, um einen Fehlererkennungskode zu nennen und anzuzeigen.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung wird durch die Echtzeit-Anzeige der Informationen über die Anzeigevorrichtung 12 bereitgestellt. Nutzer der Anzeigevorrichtung 12 können an Stelle des bloßen Herunterladens gespeicherter Informationen von dem Mikrocontroller 16 die Anzeigevorrichtung 12 über die Leiterplatte 8 und das Datenkabel 18 auch zum Empfangen von Informationen zu einem speziellen Zeitpunkt in der Zeit nutzen.
Zur Verbindung des Steuermoduls 2 über das Kabel 30 mit dem Sondenmodul 3 ist ein Kabelverbindungskanal 26 in der Anzeigevorrichtung 12 vorgesehen (1). Der Kabelverbindungskanal 26 schafft einen derartigen Verbindungspunkt für einen Kabelverbinder 28, dass das Kabel 30 eine funktionelle Verbindung für das Steuermodul 2 über die Leiterpaare 20, 22 zu dem Sondenmodul 3 und verschiedenen Innenteilen darin bereitstellt. Mithin sollte der Fachmann erkennen, dass der Kabelverbindungskanal 26 eine doppelte Funktionalität für die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung schafft. Dabei vermindert sich durch den Kabelverbindungskanal 26 die Anzahl der für die Überwachungsvorrichtung 1 erforderlichen Verbindungspunkte, wodurch sich deren niedrigere Kosten, Transportfähigkeit und kompakte Größe verbessern.
Das Kabel 30 kann aus jedem Material bestehen, in dem elektrische Drähte und Kabel wie solche der Leiterpaare 20, 22 untergebracht werden können. Vorzugsweise ist das Kabel 30 ein isolierendes Material, das mit einem zusätzlichen Material wie Kunststoff beschichtet ist, das gegen industrielle und Umweltkräfte beständig ist.
Wir kommen nun zu dem Sondenmodul 3, wobei das Sondenmodul 3 einen Sondenmodulkörper 32 umfasst, der ferner ein Epoxidharz 34 umfasst. In das Epoxidharz 34 eingebettet sind das Kabel 30 mit den Leiterpaaren 20, 22; ein Widerstandsmodul 36; und ein Ende von zwei Sondenelektroden 38 (1).
Wie in 1 zu sehen ist, verläuft das Leiterpaar 20 von dem Kabel 30 innerhalb des Sondenkörpers 32 und des Epoxidharzes 34 zu den Sondenelektroden 38. Dabei wird Strom von der Leistungsquelle 14 an die Leiterplatte 8 angelegt und von der Leiterplatte 8 über das Leiterpaar 20 zu den Sondenelektroden 38 umgeleitet. Dagegen verläuft das Leiterpaar 22 von dem Kabel 30 innerhalb des Sondenmodulkörpers 32 und des Epoxidharzes 34 zu dem Widerstandsmodul 36, und dieses Leiterpaar 22 wird mit einer Leistung von der Leiterplatte 8 versorgt, die ursprünglich von der Leistungsquelle 14 an die Leiterplatte 8 angelegt worden war.
Das Kabel 30 sowie die Leiterpaare 20; das Widerstandsmodul 36; und die Sondenelektroden 38 sind in dem Epoxidharz 34 eingebettet, damit keine inneren und äußeren Elemente und insbesondere keine Feuchtigkeit auf sie einwirken. Dadurch, dass diese inneren Teile des Sondenmoduls 3 in dem Epoxidharz 34 eingebettet sind, kann das Modul genaue Messungen der industriellen Prozesse in einem größeren Umfang liefern, als bisher mit anderen, herkömmlichen Überwachungsvorrichtungen erzielt werden konnte, da die zerstörenden Umweltkräfte vermindert oder beseitigt sind.
Durch die Einbettung der Sondenelektroden 38 in dem Epoxidharz 34 in der in 1 gezeigten Weise werden beispielsweise die Sondenelektroden voneinander beabstandet und können an ihrer Verbindungsstelle zu dem Leiterpaar 20 nicht mit wässrigen Stoffen in Kontakt kommen. Dadurch lassen sich die Sondenelektroden 38 wiederum weniger oder nicht kurzschließen. Durch Beseitigung dieses Kurzschließens der Sondenelektroden 38 werden ungenaue Spannungsanzeigewerte von den Elektroden durch den Mikrocontroller 16 sehr stark vermindert oder beseitigt.
Weiterhin werden durch die Einbettung der Sondenelektroden 38 in dem Epoxidharz 34 auch lokale Korrosionserscheinungen wie Rissbildung und Lochfraßkorrosion sehr stark vermindert oder beseitigt. Durch diese Korrosionsprävention verbessern sich die funktionsgerechte Lebensdauer der Überwachungsvorrichtung 1 sowie diejenige der Sondenelektroden 38.
Das Sondenmodul 3 lässt sich aus allen geeigneten Materialien herstellen, die gegen Umwelt- sowie industrielle Kräfte beständig sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Sondenmoduls 3 besteht der Sondenkörper 32 aus Garolit. Garolit ist ein Faser-Epoxidharz-Laminat, das sehr fest und gegen korrodierend wirkende Stoffe chemisch beständig ist, kein Wasser aufnimmt und fest an Einbettungsmaterialien aus Epoxidharz gebunden wird. Der Fachmann sollte jedoch erkennen, dass der Sondenkörper 32 aus jedem Material hergestellt werden kann, das gegen Wasser chemisch beständig ist, jedoch mit Epoxidharz, beispielsweise mit Polyvinylchlorid, eine chemische Bindung eingeht.
Zur Verbesserung der wetterfest machenden Fähigkeiten des Sondenmoduls 3 enthält der Sondenkörper 32 außerdem das Epoxidharz 34. Es kann jedes herkömmliche Epoxidmaterial verwendet werden, das sich zur Verwendung in industriellen Prozessen eignet und gegen umgebende Drücke beständig ist. Durch die Verwendung des Epoxidharzes 34 in dem Sondenmodul 3 wird für eine wasser- und wetterfeste Dichtung um die Leiterpaare 20, 22; das Kabel 30; das Widerstandsmodul 36 herum; und an einem Ende der Sondenelektroden 32 in Bezug auf den Sondenkörper 32 gesorgt.
Durch die Ausbildung einer solchen Dichtung verbessert sich der Schutz dieser Teile. Auf Grund dieses Schutzes sinken die Auswechselungskosten für die vorliegende Erfindung, weil ihre Lebensdauer sehr stark zunimmt.
Das Widerstandsmodul 36 in 1 kann jeder gegenwärtig verfügbare Widerstand sein. Vorzugsweise ist das Widerstandsmodul 36 derart klein, stabil und kostengünstig, dass seine Impedanz gegen einen Strom leicht zu messen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Widerstandsmodul 36 ein Metallschichtwiderstand mit einer Toleranz von 1% und einem Koeffizienten von 100 ppm/Grad Celsius.
Unter Steuerung durch den Mikrocontroller 16 wird Strom von der Leistungsquelle 14 durch das Verbinderpaar 22 zu dem Widerstandsmodul 36 geleitet. Der Widerstand gegen diesen Strom durch das Widerstandsmodul 36 wird von dem Mikrocontroller 16 gemessen und überwacht.
Dabei sieht die Überwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu herkömmlichen Überwachungsvorrichtungen eine Identifizierungsfunktion vor. Wenn Strom durch das Widerstandsmodul 36 läuft, berechnet der Mikrocontroller 16 einen Widerstandswert. Nach Maßgabe dieses Widerstandswerts kann der Mikrocontroller 16 dann die Art des Sondenmoduls 3 für das Steuermodul 2 erkennen.
Insbesondere kann der Mikrocontroller 16 die Art der Sondenelektrode 38 des Sondenmoduls 3 erkennen. Diese Identifizierung kann erfolgen, da die Überwachungsvorrichtung 1 ein spezielles Widerstandsmodul 36 zum Erkennen einer Materialart nutzt, aus welcher die Sondenelektroden 38 konstruiert sind.
Wenn beispielsweise die Sondenelektrode 38 eine spezielle Art der Metallurgie wie Kupfer aufweist, dann wird das Widerstandsmodul 36 mit einem Ohm-Wert der Impedanz von 1100 insbesondere bei einer Ausführungsform der Überwachungsvorrichtung 1 verwendet, um nur Sondenelektroden aus Kupfer zu erkennen. Dabei kann der Mikrocontroller 16 jedes Mal, wenn der Mikrocontroller einen Widerstandswert von 1100 Ohm von dem Widerstandsmodul 36 feststellt, die Sondenelektroden 38 als Kupferelektroden erkennen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen, Sondenelektroden nutzenden Überwachungsvorrichtungen wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Identifizierung einer Vielzahl von Elektroden geschaffen, die für verschiedene Formen der industriellen Bearbeitung verwendet werden. Im Wesentlichen wirkt die Sondenelektrode 38 als "intelligente" Sonde, da sie sich bei Verwendung des Widerstandsmoduls 36 des Sondenmoduls 3 gegenüber dem Mikrocontroller 16 des Steuermoduls 36 selbst erkennen kann.
Da das Steuermodul 2 mit unterschiedlichen Ausführungsformen des Sondenmoduls 3 und unterschiedlichen Formen der Sondenelektroden 38 verwendet wird, kann das Steuermodul 2 schnell und effektiv die Art des Sondenmoduls erkennen, mit dem es zur Verwendung bei einer Vielzahl von industriellen Prozessen verbunden ist. Da das Steuermodul 2 außerdem die Sondenelektroden 38 des Sondenmoduls 3 erkennen kann, kann das Steuermodul 2 für eine genauere Überwachung von industriellen Prozessen sorgen.
Beispielsweise lässt sich die Überwachungsvorrichtung 1 zur Überwachung von korrodierend wirkenden industriellen Prozessen verwenden, von denen jeder anders auf jede Art einer in das Sondenmodul 3 eingebrachten metallurgischen Sondenelektrode 38 reagiert. Durch Identifizierung der Art der metallurgischen Sondenelektrode 38 über das Widerstandsmodul 36 kann das Steuermodul 2 Korrosionsmessungen demgemäß einstellen, sobald auf die metallurgische Beschaffenheit der Sondenelektrode 38 geschlussfolgert ist.
Herkömmliche Überwachungsvorrichtungen sind weniger genau als die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, weil bei solchen Vorrichtungen keine Erkennung von Sonden erfolgt. Mithin kann mit der vorliegenden Erfindung sehr viel genauer ein industrieller Prozess überwacht werden, als das bisher geschehen konnte.
Die Sondenelektroden 38 gemäß der vorliegenden Erfindung können aus jedem herkömmlichen Überwachungsmaterial bestehen, das zur Überwachung industrieller Prozesse verwendet wird. Vorzugsweise bestehen die Sondenelektroden 38 aus einem metallurgischen Material, zu dem, wenn auch nicht darauf beschränkt, Kupfer, Nickel, Kupfer- und Nickellegierungen, Stahl, Admiralitätsmessing, Abkömmlinge derselben und Kombinationen derselben gehören.
Weiterhin sollte der Fachmann auch erkennen, dass das Sondenmodul 3 und das Widerstandsmodul 36 jeweils gesondert mit herkömmlichen Überwachungsvorrichtungen verwendet werden können, um diese Vorrichtungen bei der Überwachung industrieller Prozesse zu verbessern und zu vereinfachen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Sondenvorrichtung vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst eine Elektrode und einen Widerstand mit einem Widerstandswert, mit welchem die Elektrode erkannt wird. Die Elektrode der Sondenvorrichtung ist aus einem Material, das aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Nickel, Nickel- und Kupferlegierungen, Stahl, Admiralitätsmessing, Abkömmlinge derselben und Kombinationen derselben ausgewählt ist. Vorzugsweise ist die Sondenvorrichtung transportabel und batteriebetrieben.
Wie der Fachmann erkennen sollte, kann die Überwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zahlreiche alternative Ausführungsformen aufweisen, sobald die Prinzipien der vorliegenden Erfindung begriffen wurden.
Die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung bietet zahlreiche Vorteile gegenüber Überwachungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik. Die Überwachungsvorrichtung 1 setzt sich aus Teilen zusammen, die nicht sehr groß sind, derart dass das Steuermodul 2 und das Sondenmodul 3 der Überwachungsvorrichtung 1 transportabel sind. Des Weiteren sind sämtliche Teile der vorliegenden Erfindung klein, was zu der kompakten Beschaffenheit der Überwachungsvorrichtung 1 beiträgt.
Des Weiteren ist die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung auf Grund der geringeren Größe der Teile und des Verwendens einer Batterieleistung kostengünstig herzustellen. Mithin bietet die vorliegende Erfindung eine transportable, jedoch hochgenaue Überwachungsvorrichtung, die sehr viel weniger als gegenwärtig verfügbare Überwachungsvorrichtungen kostet.
Jedoch sollte der Fachmann erkennen, dass die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung auf leichte Aufstellung und Verwendung ausgelegt ist. Die Vorrichtung ist in einer solchen Weise konstruiert, dass sie sich elektrisch sicher von ungelerntem Personal einfach aufstellen lässt.
Zum Aufstellen der Überwachungsvorrichtung 1 muss ein ungelernter Arbeiter lediglich das Steuermodul 2 an eine geeignete Stelle setzen, an der es nahe der Fließprobe 40 angebracht werden und das Sondenmodul 3 über den Verbinder 28 des Kabels 30 zu dem Verbinder 26 des Steuermoduls 2 mit dem Steuermodul 2 verbinden und das Sondenmodul 3 derart mit der Fließprobe 40 in Kontakt bringen kann, dass die Elektroden 38 vollständig in die Fließprobe 40 eingetaucht sind. Da die Überwachungsvorrichtung 1 vorzugsweise batteriebetrieben ist, sobald die Batterien eingelegt sind, ist die Vorrichtung stets eingeschaltet.
Die gesamte Aufstellung der Vorrichtung ist einfach, und eine Bedienungsperson braucht zum Betätigen der Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung kein weiteres Programmieren, Drücken von Knöpfen, Abarbeiten von Befehlsmenüs, Kalibrieren oder Zuschalten von Leistungshilfsquellen vorzusehen. Da die Überwachungsvorrichtung 1 batteriebetrieben ist, braucht der ungelernte Arbeiter des Weiteren die Vorrichtung nicht ständig ein- oder auszuschalten, wodurch sie in Bedienung und Aufstellung weiter vereinfacht wird.
Auf Grund ihrer einfachen Aufstellung und Bedienung vereinfacht die vorliegende Erfindung sehr stark die Weise, in welcher ein industrieller Prozess vom Personal überwacht wird. Diese einfache Weise bietet einen Vorteil gegenüber gegenwärtig erhältlichen Überwachungsvorrichtungen, die komplizierter und beschwerlicher aufzustellen sind.
In Betrieb kann die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Überwachen einer Vielzahl von industriellen Prozessen verwendet werden. Die Überwachungsvorrichtung 1 kann zum Überwachen solcher Prozesse verwendet werden, zu denen, wenn auch nicht ausschließlich, Korrosion; elektrische Leitfähigkeit; Temperatur; lokal begrenzte Korrosionserscheinungen; Lochfraßneigung, Abkömmlinge derselben und Kombinationen derselben gehören. Vorzugsweise wird die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Überwachen der Korrosion verwendet, zu der es bei der industriellen Bearbeitung kommt. Mehr vorzugsweise wird die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Überwachen der Korrosion von industriellen Aufbereitungssystemen für Kühlwasser verwendet.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Korrosionsrate geschaffen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens einer Korrosionsüberwachungsvorrichtung wie der Überwachungsvorrichtung 1, umfassend ein Steuermodul 2; ein funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbundenes Sondenmodul 3; und ein Widerstandsmodul 36, welches das Sondenmodul für das Steuermodul erkennen kann.
Das Sondenmodul 3 wird derart in eine Probenlösung 40 eingebracht, dass die Sondenelektroden 38 vollständig in die Lösung eingetaucht sind. Dann wird in dem Sondenmodul 3 das Widerstandsmodul über das Steuermodul 2 mit einem Strom geladen. Dann wird mit dem Steuermodul 2 basierend auf dem Widerstandswert des geladenen Widerstandsmoduls die Identität des Sondenmoduls 3 bestimmt. Zum Schluss wird basierend auf in der Technik bekannte Formeln die Korrosionsrate durch das Steuermodul 2 nach dem Erkennen des Sondenmoduls 3 bestimmt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erzeugt die Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung über die Leistungsversorgung 14 einen Strom, der über das elektrische Kabel 24 zu der Leiterplatte 8 geführt und zu dem Mikrocontroller 16 und den Leiterpaaren 20, 22 umgeleitet wird. Dabei wird über das Leiterpaar 20 Strom zu der Sondenelektrode 38 geführt, um einen in Reihe geschalteten Stromkreis durch die Probenlösung 40 hindurch zu erzeugen.
Der Mikrocontroller 16 kann die Metallurgie der Sondenelektroden 38 basierend auf dem Widerstandswert oder der Impedanz des Widerstandsmoduls 36 bestimmen. Sobald die Sondenelektroden 38 erkannt sind, wird die Korrosionsrate der Elektroden in der Probenlösung 40 mit Hilfe einer wohlbekannten Formel für den linearen Polarisationswiderstand bestimmt.
Der lineare Polarisationswiderstand eines korrodierenden Metalls ist die Steilheit des Potenzials als Funktion der Stromdichte an dem Korrosionspotenzial der Elektrode und ist umgekehrt proportional dem Korrosionsstrom oder der Korrosionsrate. Die Korrosionsrate Lässt sich mit Hilfe eines einfachen Faktors aus einem Messwert des linearen Polarisationswiderstands errechnen.
Des Weiteren muss auch der Lösungswiderstand, d. h. der elektrische Widerstand der Probe 40 zwischen den Elektroden 38, berücksichtigt werden. Am häufigsten ist das ein sehr großer Teil des gemessenen Gesamtwiderstands und muss subtrahiert werden, um einen genauen Wert für den linearen Polarisationswiderstand relativ zu der Korrosionsrate zu erhalten. Der Lösungswiderstand ist unabhängig von der Metallurgie und ändert sich mit der Probenzusammensetzung und der Temperatur.
Quantitativer gesehen, ist der Ersatzschaltkreis für eine Elektrode in einer wässrigen Probe ein Widerstand und ein parallel geschalteter Kondensator. Der Widerstand ist der Polarisationswiderstand R_p, und der Kondensator C_p kommt auf Grund der Beschaffenheit der Metall-Fluid-Grenzschicht zustande, die Doppelschicht genannt wird.
Beispielsweise lassen sich die zwei Sondenelektroden 38 durch zwei Elemente R_pC_p darstellen, die mit dem Lösungswiderstand R_s der Probenlösung in Reihe geschaltet sind. Deshalb lässt sich der Gleichstrom-Gesamtwiderstand R_tot als Gleichung R_tot = R_s + 2R_p ausdrücken.
Dann werden direkt von der Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zwei Widerstände bestimmt. Diese Widerstände sind R_tot und R_s, aus denen man R_p durch deren Differenz erhält. Die Korrosionsrate wird aus der Gleichung mpy = k/R_p berechnet, wobei mpy in Mils pro Jahr und k in der in der Technik bekannten Weise als Proportionalitätskonstante ausgedrückt sind, die für die Metallurgie der Sondenelektroden 38 ungewöhnlich ist.
Für die Suche nach R_tot und R_s werden die zwei Sondenelektroden 38 in die Rückführschleife eines Operationsverstärkers in der Umkehrkonfiguration eingesetzt. Eine von den Sondenelektroden 38 wird auf dem Erdungspotenzial der Stromversorgung 14 gehalten, während die andere Sondenelektrode 38 von dem Ausgang des Operationsverstärkers derart angesteuert wird, dass der durch diese Sondenelektrode geleitete Strom demjenigen größengleich ist, der absichtlich in den Eingangsknotenpunkt des Operationsverstärkers eingespeist wird. Wenn man den Eingangsstrom i und die Ausgangsspannung v kennt, errechnet man den Widerstand als R = v/i.
Deshalb wird zur Bestimmung der Korrosionsrate ein Gleichstrom i_dc in die Sondenelektroden 38 eingespeist, um den Gesamtwiderstand R_tot zu bestimmen. Da sich beide Sondenelektroden C_p 38 aufladen, nähert sich die Ausgangsspannung dem Wert R_tot × i_dc. Um die Polarisation der Sondenelektroden 38 zu verhindern, wird die Spannungsänderung innerhalb von 25 mV gehalten, und es werden Schritte beider Polaritäten verwendet.
Dann erfolgt eine Schätzung von R_tot, indem in die Sondenelektroden 38 ein kleiner Teststrom eingeleitet wird. Die Spannungsänderung und die Impedanz, die entstehen, werden mit dem Mikrocontroller 16 überwacht. Mit diesem Ergebnis wird ein geeigneter Strom für eine Änderung von 25 mV errechnet.
Dann wird in die Sondenelektroden 38 ein Nullstrom eingespeist, der eine Spannung V₀ ergibt, wonach ein Strom i_de folgt, der zu einer Änderung von annähernd +25 MV (V₁) führt. Dann wird ein Strom eingespeist, der eine Änderung von –25 mV (V₂) ergibt, wonach ein weiterer Nullstromschritt folgt, der eine Spannung V₃ ergibt. Bei der Ausführung einer solchen Abfolge von Strömen lässt sich R_tot dann mit Hilfe der Gleichung R_tot = (2V₁ – V₀ + V₃ – 2V₂)/4i_dc aus den vier Anzeigewerten berechnen.
Ein ähnliche Vorgehensweise wird zur Bestimmung von R_s angewandt, indem eine 1,3 kHz betragende Quadratwelle mit ausreichender Stromamplitude (i_pk) auferlegt wird, um eine Änderung von ±40 mV zu bewirken. Dabei bringt die Doppelschichtkapazität eine unbedeutende Impedanz auf, wodurch effektiv beide Sondenelektroden 38 kurzgeschlossen werden. Mithin beträgt die Spannungsänderung der Doppelspitzenamplitude dann R_s × i_pk. R_s = V/i_pk. Sobald R_s ermittelt ist, wird sie von R_tot subtrahiert, und mithin werden R_p und mithin die Korrosionsrate berechnet. R_p wird dann als R_p = ½(R_tot – R_s) betragend befunden, und die Korrosionsrate = k/R_p.
Der Fachmann sollte erkennen, dass die Korrosionsmessfunktion der Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aus vielen Vorgängen besteht. Beispielsweise nimmt die Überwachungsvorrichtung 1 zu Anfang einen Batterieanzeigewert der Leistungsquelle 14 auf, schaltet über den Mikrocontroller 16 die analoge Leistung ein, verbindet die Sondenelektroden mit den Schaltungen und führt die Korrosionsmessungen in der oben bezeichneten Weise aus.
Deshalb wird mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine vereinfachte Bestimmungsweise für die Korrosionsrate durch ungelerntes Personal geschaffen, da mit dem Verfahren die Korrosionsrate durch dieses Personal ohne zusätzliche Kalibrierungen, Programmier- und Überwachungsschritte berechnet wird. Alle diese Schritte werden mit der bei dem Verfahren verwendeten unitären Überwachungsvorrichtung ausgeführt.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird cm Korrosionsüberwachungssystem geschaffen. Das Korrosionsüberwachungssystem umfasst ein Steuermodul 2; ein Sondenmodul 3 mit wenigstens einer metallurgischen Sondenelektrode 38, die funktionsmäßig mit dem Steuermodul 2 verbunden ist; und ein Widerstandsmodul mit einem Wider standswert, das funktionsmäßig mit dem Steuermodul 2 verbunden ist, wobei das Widerstandsmodul in der in 1 zu sehenden Weise die Art der Metallurgie der Sondenelektrode für das Steuermodul erkennt.
Das System kann ferner eine Anzeigevorrichtung 12 umfassen, dir funktionsmäßig mit dem Steuermodul 2 verbunden ist. Außerdem kann das Steuermodul 2 des Systems die Korrosionsrate bestimmen und Daten zur Korrosionsrate speichern.
Ebenso kann das System über das Steuermodul 2 funktionsmäßig mit dem Desktop und transportablen, computergestützten Vorrichtungen verbunden sein. Vorzugsweise ist das System batteriebetrieben und transportabel.
Mit dem System gemäß der vorliegenden Erfindung wird für industrielle Prozessabnehmer eine einzige Vorrichtung geschaffen, die kostengünstig, leicht aufzustellen und zu bedienen, transportabel und mit einer Vielzahl von computergestützten Vorrichtungen verbindbar ist, um Echtzeit- sowie Speicherdatenfähigkeiten bereitzustellen. Da das System wie die Überwachungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem aus kostengünstigen Materialien hergestellt und kompakt ist, kann das System ohne größere Kosten entsorgt werden, sobald es genutzt wird. Herkömmliche Überwachungsvorrichtungen und -systeme können diese Entsorgbarkeit nicht bieten.
Deshalb wird mit den Vorrichtungen, Verfahren und Systemen gemäß der vorliegenden Erfindung eine vereinfachte Bestimmungsweise für die Korrosionsrate geschaffen, die genauer als bei gegenwärtig erhältlichen Überwachungsvorrichtungen ist. Weiterhin erfolgt das bei den Vorrichtungen, Verfahren und Systemen gemäß der vorliegenden Erfindung in einer kompakten, transportablen, batteriebetriebenen, entsorgbaren und kostengünstigen Online-Weise, die bisher mit Vorrichtungen nach dem Stand der Technik nicht erreicht werden konnte.
Es sollte sich verstehen, dass für den Fachmann verschiedene Änderungen und Modifizierungen der hier beschriebenen. gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen erkennbar sind. Solche Änderungen und Modifizierungen können ohne Abweichung von dem Umfang der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden, ohne deren vorgesehene Vorteile zu mindern. Deshalb ist vorgesehen, dass solche Änderungen und Modifizierungen von den beigefügten Ansprüchen erfasst werden.

Claims

Vorrichtung zur Überwachung einer Korrosion, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Steuermodul; ein Sondenmodul, das funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbunden ist; und ein Widerstandsmodul, das funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbunden ist, wobei das Widerstandsmodul einen Widerstandswert aufweist, welcher die Art des Sondenmoduls für das Steuermodul erkennt, wodurch die Vorrichtung und deren Bestandteile transportabel sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Sondenmodul wenigstens eine metallurgische Sondenelektrode umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Sondenmodul wenigstens zwei metallurgische Sondenelektroden umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Widerstandswert des Widerstandsmoduls die Art der Metallurgie der Sondenelektroden des Steuermoduls erkennt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung außerdem eine Anzeigevorrichtung umfasst, die funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbunden ist.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung batteriebetrieben ist.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Steuermodul außerdem einen Mikrocontroller umfasst, der die Korrosionsrate ermitteln kann.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Mikrocontroller Daten zur Korrosionsrate bereitstellen und speichern kann.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Steuermodul funktionsmäßig mit dem Desktop und transportablen, rechnergestützten Vorrichtungen verbunden werden kann.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Steuermodul eine Elektrode umfasst, die aus einem Material konstruiert ist, das aus der Gruppe umfassend Kupfer, Nickel, Kupfer- und Nickellegierungen, Stahl, Marinemessing, Abkömmlinge derselben und Verbunde derselben ausgewählt ist.
Verfahren zur Bestimmung einer Korrosionsrate, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Korrosionsüberwachungsvorrichtung mit einem Steuermodul, einem funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbundenen Sondenmodul und einem funktionsmäßig mit dem Steuermodul verbundenen Widerstandsmodul; Einbringen des Sondenmoduls in eine Lösung: Laden des Widerstandsmoduls mit einem Strom über das Steuermodul; Erkennen der Art des Sondenmoduls durch das Steuermodul basierend auf dem Widerstandswert des geladenen Widerstandsmoduls; und Bestimmen der Korrosionsrate durch das Steuermodul nach dem Erkennen des Sondenmoduls.