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Eckhard Schleicher

wissen­schaftlicher Mitarbeiter, Gebäude­verantwortlicher Experimen­tier­halle 771
Experimentelle Thermo­fluiddynamik
e.schleicherAthzdr.de
Tel.: +49 351 260 3230
+49 351 260 2103

Dr. Philipp Wiedemann

wissen­schaftlicher Mitarbeiter
Experimentelle Thermo­fluiddynamik
p.wiedemannAthzdr.de
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Gittersensoren für den industriellen Einsatz

Der Industriegittersensor stellt eine Weiterentwicklung der bewährten Gittersensormesstechnik hinsichtlich verbesserter Hardware-Komponenten und eines optimierten Designs dar, um den Herausforderungen extremer Betriebs- und Umgebungsbedingungen im industriellen Einsatz gerecht zu werden. Zusätzlich erfolgt die Verarbeitung der aufgezeichneten Daten online, wodurch Informationen über die Strömung zum Zwecke einer verbesserten Prozessüberwachung in Echtzeit bereitgestellt werden. Zur Realisierung der internen Datenverarbeitung ist die Elektronik um eine FPGA Einheit erweitert. Diese steuert die Anregungs- und Erfassungsmodule, berechnet die lokalen momentanen Phasenanteile der Strömung auf Basis zuvor gespeicherter Kalibrierdaten und führt Algorithmen zur Datenreduktion aus. Im Gegensatz zur Anwendung für wissenschaftliche Zwecke, bei welcher in der Regel eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung der Phasenanteile nötig ist, liefert der Industriegittersensor ausschließlich Informationen über die räumlich gemittelten Phasenanteile sowie das vorliegende Strömungsregime. Diese Parameter sind für industrielle Anwendungen von hohem Interesse. Die Identifikation von Strömungsregimen ist allerdings nicht trivial. Hierfür wurden Algorithmen entwickelt und anschließend implementiert, die auf einer unscharfen Clusteranalyse statistischer Kennwerte der Phasenanteile basieren. Die Identifikation der Strömungsformen wurde für vertikale und horizontale Zweiphasenströmungen erfolgreich validiert. Auch Übergangsbereiche zwischen Regimen können zuverlässig identifiziert werden. Die Informationsweitergabe vom Gerät an z.B. ein vorhandenes Prozessleitsystem erfolgt über 4-20 mA Signalausgänge. Zusätzlich verfügt das industrielle Gittersensor-Messsystem über eine interne Temperaturkompensation, wodurch die Kalibrierwerte im dynamischen Betrieb automatisch nachgeführt werden und somit stets zuverlässige Messergebnisse vorliegen.


Neben der Anpassung der Elektronik, wurde auch ein neues Sensordesign umgesetzt. Im Fokus standen hierbei die Widerstandsfähigkeit gegen extreme Prozessbedingungen, welche in verschiedensten Anwendungen vorzufinden sind, sowie eine einfache Montage und Demontage des Messsystems. Der Industriegittersensor besteht daher aus einem robusten metallischen Grundkörper, welcher durch Flanschverbindungen leicht in bestehende Anlagen integriert werden kann. Der eigentliche Sensor wird mittels eines Einschubs in die Strömung eingebracht, wodurch ein schneller und einfacher Ein- bzw. Ausbau realisiert werden kann. Hierdurch können insbesondere Stillstandszeiten reduziert werden, die im Falle von Wartungsmaßnahmen oder beim Einsatz eines anderen Sensors mit abweichender räumlicher Auflösung auftreten.


Danksagung

Das Vorhaben "IndWMS - Entwicklung eines industriellen Gittersensormesssystems" wurde im Rahmen eines ZIM-Kooperationsprojektes durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Förderkennzeichen: ZF4292502WM6, Laufzeit: 01.03.2017 bis 31.05.2020

Teile der hier vorgestellten Arbeiten wurden bereits im Rahmen des EXIST-Programms durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und den Europäischen Sozialfonds gefördert. Projektname: "FlowSens - Industrielle Messtechnik zur Erfassung von Prozessgrößen in Mehrphasen-Strömungen", Förderkennzeichen: 03EFT9SN41, Laufzeit: 01.08.2012 bis 31.01.2014.


Kooperationspartner

Die Enwicklung des industriellen Gittersensors erfolgt gemeinsam mit unserem Kooperationspartner Teletronic Rossendorf GmbH.


Ausgewählte Publikationen

  • Wiedemann, P.; de Assis Dias, F.; Schleicher, E.; Hampel, U.
    Temperature Compensation for Conductivity-Based Phase Fraction Measurements with Wire-Mesh Sensors in Gas-Liquid Flows of Dilute Aqueous Solutions
    Sensors 20 (2020) 7114, doi: 10.3390/s20247114
  • Wiedemann, P.; Döß, A.; Schleicher, E.; Hampel, U.
    Fuzzy flow pattern identification in horizontal air-water two-phase flow based on wire-mesh sensor data
    International Journal of Multiphase Flow 117 (2019) 153-162, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.05.004
  • Kipping, R.; Brito, R.; Schleicher, E.; Hampel, U.
    Developments for the application of the Wire-Mesh Sensor in industries
    International Journal of Multiphase Flow 85 (2016) 86-95, doi: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2016.05.017
  • Schleicher, E.; Tschofen, M.; Kipping, R.; Hampel, U.
    Wire-mesh Sensors: Recent Developments and Applications
    SWINTH-2016, Specialists Workshop on Advanced Instrumentation and Measurement Techniques for Nuclear Reactor Thermal Hydraulics, 15.-17.06.2016, Livorno, Italia 

Patente

  • Schleicher, E.; Tschofen, M.; Pietruske, H.
    Gittersensor-System zum Charakterisieren einer Fluidströmung
    DE 102015117084, PCT/DE2016/100397
  • Schleicher, E.; Löschau, M.; Van Campen, L.
    Anordnung zur Bestimmung der Phasenverteilung in mehr-phasigen Medien mit mindestens einer hochleitfähigen Phase
    DE102013203437; BR112015020248-9; CA 2,899,997; EP 14708229.1; RU 2015 132 223; US 14/771,070 

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