Nichtinvasiver Klemmsensor

Die Temperatur ist eine der am häufigsten gemessenen Größen in der Prozessindustrie. In Prozessindustrien, in denen Flüssigkeiten in Rohrleitungen fließen, ist eine genaue Temperaturmessung für die Prozesssteuerung, die Industrieautomatisierung und die Sicherheit von entscheidender Bedeutung. Die am häufigsten verwendete Methode für diese Temperaturmessungen in der Prozessindustrie ist die invasive Technik. Diese ist aufgrund ihrer präzisen Temperaturmessung beliebt, bringt jedoch bei der Umsetzung viele Herausforderungen mit sich.

Herkömmliche Sensoren und die damit verbundenen Probleme

Zur Messung der Temperatur von Prozessmedien in Rohren/Schläuchen gibt es zwei gängige konventionelle Sensoren. Zum einen sind es konventionelle invasive Sensoren (RTDs oder Thermoelemente mit oder ohne Schutzrohre); zum anderen konventionelle nicht-invasive Oberflächensensoren. Obwohl invasive Temperatursensoren eine hohe Genauigkeit bei Temperaturmessungen ermöglichen, haben sie viele Nachteile, wie zum Beispiel:

• Die Kontinuität des Rohrs/der Leitung darf nicht gestört werden, da für die Installation das Bohren des Prozessrohrs erforderlich ist und bei hohem Druck die Gefahr eines Lecks besteht.
• Installationsschwierigkeiten und hohe Ausfallzeiten – Je nach Flüssigkeit im Prozessmedium ist eine Schutzhülse aus geeignetem Material erforderlich, um den Temperatursensor vor Verunreinigungen zu schützen. Die Installation der Schutzhülse erfordert komplexe Konstruktionsüberlegungen, die andernfalls schwerwiegende Folgen haben können. Unabhängig davon, ob eine Schutzhülse verwendet wird oder nicht, ist die Installation eines invasiven Temperatursensors sehr zeitaufwändig.

Obwohl die Thermohülse den Temperatursensor vor dem externen Prozessmedium schützt, kann es bei normalem Flüssigkeitsfluss zu Problemen kommen.

• Bei einer plötzlichen hohen Durchflussrate des Prozessmediums in der Leitung besteht die Gefahr eines Bruchs der Thermohülse/des Sensorelements.
• Bei Wartungsarbeiten verursachen invasive Sensoren auch Probleme bei der Reinigung von Rohren/Schläuchen.

Viele der oben genannten Probleme invasiver Sensoren lassen sich durch den Einsatz konventioneller, nichtinvasiver Oberflächentemperatursensoren vermeiden. Allerdings besteht das Problem, dass die genaue Temperatur des Prozessmediums im Rohr nicht erfasst werden kann.

Lassen Sie uns die Ursache der Probleme untersuchen:

Der herkömmliche nichtinvasive Sensor beseitigt alle wesentlichen Probleme invasiver Temperatursensoren, kann jedoch die tatsächliche Temperatur der Flüssigkeit im Rohr nicht wiedergeben. Die Lösung dieses Problems lässt sich durch eine eingehende Untersuchung der Ursache finden. Die folgenden beiden Konzepte helfen Ihnen, die Ursache des Problems besser zu verstehen.

• Das Prinzip der Thermodynamik besagt, dass sich eine Oberfläche, wenn sie mit einem Medium unterschiedlicher Temperatur in Kontakt kommt, im stationären Zustand bei einer Temperatur stabilisiert, deren Wert zwischen den beiden unterschiedlichen Temperaturen des Mediums liegt, und zwar infolge der Wärmeübertragung zwischen diesem Medium von einem höheren Energieniveau auf ein niedrigeres Energieniveau.
• Temperatursensoren messen immer ihre eigene Temperatur.

Unter Berücksichtigung dieser beiden Konzepte und der unterschiedlichen Temperatur der Medien ist die tatsächliche Flüssigkeit, die im Rohr bei der Temperatur Tin und der Umgebungstemperatur Tamb fließt. Die Oberfläche zwischen diesen Medien ist eine Schicht aus Rohrmaterial, die beispielsweise eine Temperatur von Tm (Tamb) hat. <Tm Tamb) im stationären Zustand und da der herkömmliche Oberflächentemperatursensor mit dem Rohrmaterial in Kontakt steht, zeigt er die Temperatur Tm an, die nicht der tatsächlichen Temperatur des Fluids entspricht. Selbst wenn versucht wird, diesen Temperaturwert mithilfe eines einheitlichen Korrekturfaktors so zu verändern, dass er der tatsächlichen Fluidtemperatur entspricht, verliert er seine Aussagekraft, wenn sich die Differenz zwischen Umgebungs- und Fluidtemperatur ändert.

Herkömmliche nichtinvasive Oberflächentemperatursensoren messen die Oberflächentemperatur der Rohrleitung und gleichen den Temperaturunterschied zwischen der Flüssigkeit in der Rohrleitung und der Umgebung nicht aus, was zu einer falschen Temperaturanzeige durch diesen Sensortyp führt.

Lösung von Tempsens (tn Clamp Sensor):

Der Wärmestrom zwischen Flüssigkeit und Umgebung durch die Oberfläche eines Rohrs/Schlauchs ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Medien und hängt auch von der Art und Dicke des verwendeten Rohr-/Schlauchmaterials ab. Das Forschungs- und Entwicklungsteam von Tempsens Instruments nutzt dieses Konzept, um Indiens ersten nichtinvasiven Klemmsensor zu entwickeln, der die Flüssigkeitstemperatur in einem Rohr genau misst, indem sein Sensor einfach auf das Rohr/den Schlauch geklemmt wird. Unser TN-Klemmsensor verwendet einen Wärmestromsensor, einen RTD und einen Algorithmus, um die Flüssigkeitstemperatur in einem Rohr zu messen. Er ist mit einer einfachen Klemmvorrichtung ausgestattet, die ihn zu einem Plug-and-Play-Sensor macht, der nahezu keine Installationszeit erfordert. Der Standard-TN-Klemmsensor verfügt über einen analogen Ausgang von 4–20 mA, als weitere analoge Ausgangsoptionen sind 0–20 mA und 0–10 V verfügbar. Er bietet stabile und genaue Temperaturmessungen bis zu 100 °C im Umgebungstemperaturbereich von 0 – 40 °C.

Anwendungen: Der TN-Klemmsensor kann ohne Prozessunterbrechung installiert werden. Bei aggressiven Prozessmedien, bei denen ein Eindringen in die Prozessleitung zur Installation des Temperatursensors nicht erwünscht ist, bietet der TN-Klemmsensor unseren Kunden eine hervorragende Alternative. Er kann auch zur Überprüfung des vorinstallierten invasiven Sensors oder zur Installation verwendet werden, wenn in Ihrer Branche ein neuer Temperaturmesspunkt benötigt wird. Weitere Anwendungsgebiete sind Rohrleitungen mit kleinem Außendurchmesser, hochviskose Flüssigkeiten, Hochgeschwindigkeitsströmungen oder Flüssigkeiten mit großer Partikelgröße.

Einige der Branchen, in denen unser TN-Klemmsensor Anwendung findet, sind:

• Öl und Gas
• Essen und Getränke
• Chemische und petrochemische Industrie
• Raffinerie