Beschreibungdescription
Vorrichtung und Verfahren zur KorrosionsdetektionApparatus and method for corrosion detection
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrosionsdetektion sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a device for corrosion detection and a method for operating such a device.
Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise zur Detektion von Korrosion an einer Rohr- oder Behälterwand dienen, die in Kontakt mit einem aggressiven Medium steht und daher auf Korrosion zu überwachen ist.Such a device may, for example, be used to detect corrosion on a pipe or vessel wall which is in contact with an aggressive medium and therefore is to be monitored for corrosion.
Eine derartige Vorrichtung zur Korrosionsdetektion (Korrosi- onssensor) ist z. B. durch Produkte, wie sie von der Firma Pepperl & Fuchs unter der Marke CorrTran angeboten werden, bekannt. Solche Korrosionssensoren oder kurz Sensoren werden im Kontakt mit dem Prozessmedium eingesetzt und umfassen drei gleichartige potentialmessende Elektroden. Korrosion an die- sen Elektroden wird typischerweise durch die Verfahren Widerstandsmethode, Elektrochemische Rauschanalyse (EN) oder Lineare Polarisations-Widerstandsmessung (LPR) bestimmt.Such a device for corrosion detection (corrosion sensor) is z. B. by products such as those offered by the company Pepperl & Fuchs under the brand CorrTran known. Such corrosion sensors or shortly sensors are used in contact with the process medium and comprise three similar potential-measuring electrodes. Corrosion on these electrodes is typically determined by the methods of resistance method, electrochemical noise analysis (EN) or linear polarization resistance measurement (LPR).
Die Widerstandsmethode ist einfach, robust und eine einzelne Elektrode ist ausreichend. Es wird der Widerstand einer schlaufenförmigen Elektrode gemessen, der sich bei Korrosion aufgrund der veränderten Geometrie der Elektrode verändert. Wegen der notwendigen Geometrieänderung ist eine Korrosionsdetektion erst bei starker Korrosion der Elektroden möglich. Somit können nur größere Mengen an Korrosion detektiert werden. Eine Widerstandsänderung aufgrund von Temperaturänderung wird mithilfe einer zweiten gleichartigen Elektrode, die nicht dem Medium ausgesetzt ist, kompensiert.The resistance method is simple, robust and a single electrode is sufficient. The resistance of a loop-shaped electrode is measured, which changes in the event of corrosion due to the changed geometry of the electrode. Because of the necessary change in geometry, corrosion detection is only possible with strong corrosion of the electrodes. Thus, only larger amounts of corrosion can be detected. A resistance change due to temperature change is compensated by using a second similar electrode which is not exposed to the medium.
Die Elektrochemische Rauschanalyse (EN) ist empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen und benötigt eine komplizierte Auswerteelektronik. Bereits geringes Auftreten von Korrosion kann detektiert werden. Die Elektroden müssen
nicht stark durch Korrosion verändert worden sein, da bereits der Elektronenaustausch zwischen Elektrodenoberfläche und Prozessmedium detektiert wird.The electrochemical noise analysis (EN) is sensitive to electromagnetic interference and requires a complicated evaluation. Even low occurrence of corrosion can be detected. The electrodes must have not been greatly altered by corrosion, since already the electron exchange between the electrode surface and the process medium is detected.
Beim LPR-Verfahren werden die Elektroden polarisiert und der dabei fließende Strom wird registriert. Nach Kompensation des Elektrodenwiderstandes wird aus dem Polarisationswiderstand die Korrosionsstromdichte gemessen. Aufgrund geringer Korrosionsstromdichten ist dieses Verfahren ebenfalls empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen.In the LPR method, the electrodes are polarized and the current flowing is registered. After compensation of the electrode resistance, the corrosion current density is measured from the polarization resistance. Due to low corrosion current densities, this process is also sensitive to electromagnetic interference.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht entsprechend darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Korrosionsde- tektion anzugeben, bei denen die oben genannten Nachteile vermieden oder zumindest deren Auswirkungen reduziert werden.Accordingly, it is an object of the present invention to specify an apparatus and a method for corrosion detection in which the abovementioned disadvantages are avoided or at least their effects are reduced.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die neue Vorrichtung zur Kor- rosionsdetektion der eingangs genannten Art die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. In den weiteren Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung beschrieben.To solve this problem, the new device for corrosion detection of the type mentioned in the features specified in claim 1. In the further claims, advantageous embodiments of the device and a method for operating such a device are described.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit einer solchen Vorrichtung nicht die Widerstandsänderung einer Elektrode als Maß für eine eventuelle Korrosion erfasst wird sondern eine Änderung der mechanischen Schwingungseigenschaften eines Schwingkörpers, die aufgrund von Korrosion auftritt und daher vorteilhaft zu deren Detektion ausgewertet werden kann. Eine derartige Korrosionserkennung ist erheblich sensitiver als Verfahren und Vorrichtungen, die auf einer reinen Widerstandsänderung basieren. Es wird also das dynamische mechanische Verhalten eines in ein aggressives Medium eingetauchten Schwingkörpers benutzt, um ein weiteres, dem aggressiven Medium ausgesetztes Bauteil auf Korrosion zu überwachen. Durch die Überwachung der Lage der Eigenfrequenz des Schwingkörpers kann ein Korrosionssensor aufgebaut werden, der ein zur Korrosion proportionales Signal ausgibt. Im Vergleich zur Anwendung der Widerstandsmethode sind lediglich geringe Kontakt-
längen des korrodierenden Sensorelements mit dem aggressiven Medium notwendig. Im Vergleich zu anderen bekannten, bereits oben beschriebenen Verfahren kann die Größe des Sensors wesentlich kleiner gewählt werden. Zudem hat die neue Vorrich- tung den Vorteil, dass sie unempfindlich gegenüber statischer Aufladung, Temperaturänderungen und Störpotenzialen ist, da ausschließlich dynamische Signale ausgewertet werden. Elektrische Störgrößen, wie beispielsweise Wechselfelder oder elektromagnetische Felder, stören in vorteilhafter Weise ebenfalls nicht, da zur Auswertung nicht kleinste elektrische Ströme benutzt werden sondern mechanische Größen, die durch derartige Felder kaum beeinflusst werden.The invention has the advantage that with such a device, the change in resistance of an electrode is not detected as a measure of any corrosion but a change in the mechanical vibration properties of a vibrating body, which occurs due to corrosion and therefore can be advantageously evaluated for their detection. Such corrosion detection is significantly more sensitive than methods and devices based on a pure resistance change. Thus, the dynamic mechanical behavior of a vibrating body immersed in an aggressive medium is used to monitor another component exposed to the aggressive medium for corrosion. By monitoring the position of the natural frequency of the oscillating body, a corrosion sensor can be constructed which outputs a signal proportional to the corrosion. Compared to using the resistance method, only low contact Lengths of the corroding sensor element with the aggressive medium necessary. In comparison with other known methods already described above, the size of the sensor can be chosen to be much smaller. In addition, the new device has the advantage that it is insensitive to static charge, temperature changes and potential interference, since only dynamic signals are evaluated. Electrical disturbance variables, such as alternating fields or electromagnetic fields, also do not interfere in an advantageous manner, since not the smallest electrical currents are used for the evaluation, but mechanical variables which are hardly influenced by such fields.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Aktor durch die Auswerteeinrichtung mit einem Signal ansteuerbar und die Auswerteeinrichtung detektiert eine Korrosion in Abhängigkeit des Ansteuersignals und des Schwingungssignals. Damit kann die Eigenfrequenz des Schwingkörpers durch Überwachung der Phasenlage des Schwingungssignals im Vergleich zum Ansteuer- signal oder durch Überwachung der Amplitude des Schwingungssignals im Vergleich zum Ansteuersignal in bestimmten Frequenzbereichen ermittelt werden.In a preferred embodiment, the actuator can be controlled by the evaluation device with a signal, and the evaluation device detects corrosion as a function of the drive signal and the oscillation signal. Thus, the natural frequency of the oscillating body can be determined by monitoring the phase position of the oscillation signal in comparison to the drive signal or by monitoring the amplitude of the oscillation signal in comparison to the drive signal in certain frequency ranges.
Bevorzugt besteht der Schwingkörper oder ein Teil davon aus demselben Material wie das auf Korrosion zu überwachende Bauteil, beispielsweise eine Wand einer Rohrleitung oder eines Behälters. Dadurch wird eine bessere Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage erreicht, da sowohl das Sensorelement wie auch das zu überwachende Element identische Korrosionseigenschaf- ten besitzen.Preferably, the oscillating body or a part thereof consists of the same material as the component to be monitored for corrosion, for example a wall of a pipeline or a container. As a result, a better reliability of the diagnostic statement is achieved, since both the sensor element and the element to be monitored have identical corrosion properties.
Eine Ausgestaltung der Vorrichtung, bei welcher der Schwingkörper im Wesentlichen in einem Abstand zu einer Wand angeordnet ist, welcher der Breite einer zu detektierenden Spalt- korrosion entspricht, hat den Vorteil, dass diese neben der Detektion einer Flächenkorrosion zusätzlich eine Überwachung auf Spaltkorrosion ermöglicht. Diese Korrosionsform tritt beispielsweise an Metallteilen bei Vorhandensein eines korro-
siven Mediums in nicht abgeschlossenen Auflagespalten wie Überlappungen, aufgesetzten Stegen und bei nicht durchgeschweißten Schweißnähten auf. Sie könnte theoretisch zwar unterbunden werden, indem man konstruktiv auf Spalte verzichtet oder diese so groß ausführt, dass Spaltkorrosion nicht auftritt. In der Praxis ist dies jedoch nicht immer möglich, so dass eine Überwachung auf Spaltkorrosion in vielen Fällen nützlich ist.An embodiment of the device in which the oscillating body is arranged substantially at a distance from a wall which corresponds to the width of a crevice corrosion to be detected has the advantage that, in addition to the detection of surface corrosion, it additionally permits monitoring for crevice corrosion. This form of corrosion occurs, for example, on metal parts in the presence of a corrosive sive medium in unfinished bearing gaps such as overlaps, fitted webs and welds that are not welded through. Although theoretically it could be prevented by constructively dispensing with gaps or by making them so large that crevice corrosion does not occur. In practice, however, this is not always possible, so that monitoring for crevice corrosion is useful in many cases.
Eine Ausbildung des Schwingkörpers mit einer Elektrode, die Teil eines elektrostatischen Aktors mit in geringem Abstand zum Schwingkörper angeordneter zweiter Aktorelektrode ist, hat den Vorteil, dass Aktor und Sensor in einem Bauelement kombiniert werden können. Gesonderte Sensoren zur Aufnahme eines Schwingungssignals können somit entfallen. Alternativ können selbstverständlich noch zusätzliche elektrostatische Aufnehmer als Sensoren vorgesehen werden. Als weitere Alternative ist es beispielsweise möglich, zur Anregung des Schwingkörpers einen piezoelektrischen Aktor zu verwenden, der in entsprechender Weise ebenfalls als so genannter SeIf- Sensing-Aktor betrieben werden kann.An embodiment of the oscillating body with an electrode which is part of an electrostatic actuator with a second actuator electrode arranged at a short distance from the oscillating body has the advantage that the actuator and the sensor can be combined in one component. Separate sensors for receiving a vibration signal can thus be omitted. Alternatively, of course, additional electrostatic transducers can be provided as sensors. As a further alternative, it is possible, for example, to use a piezoelectric actuator for exciting the oscillating body, which likewise can be operated in a corresponding manner as a so-called sense-sensing actuator.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schwingkörper nach Art eines beidseitig eingespannten Biegebalkens ausge- bildet. Dadurch wird erreicht, dass die Änderung der Eigenfrequenz des Schwingkörpers direkt proportional zur Korrosion ist und dass somit ein Korrosionssensor mit linearer Kennlinie durch Überwachung der Lage der Eigenfrequenz erhältlich ist.In an advantageous embodiment, the oscillating body is designed in the manner of a cantilever clamped on both sides. This ensures that the change in the natural frequency of the vibrating body is directly proportional to the corrosion and thus that a corrosion sensor with a linear characteristic curve by monitoring the position of the natural frequency is available.
Zusätzlich zur Erfassung und Auswertung eines mechanischen Schwingungsverhaltens können Mittel zur Messung des elektrischen Widerstands des Biegebalkens vorgesehen werden. Vorteilhaft kann als Kenngröße zur Detektion einer Korrosion das Produkt der mechanischen Resonanzfrequenz des Biegebalkens und des Quadrats des elektrischen Widerstands herangezogen werden, da eine derartige Kenngröße unabhängig von der Länge
des Biegebalkens ist und durch diese Einflussgröße keine Fehler entstehen.In addition to the detection and evaluation of a mechanical vibration behavior means for measuring the electrical resistance of the bending beam can be provided. Advantageously, the product of the mechanical resonance frequency of the bending beam and the square of the electrical resistance can be used as a parameter for the detection of corrosion, since such a parameter is independent of the length of the bending beam and caused by this influence no errors.
Wenn die Vorrichtung als Messumformer ausgebildet und mit einer Kommunikationsschnittstelle versehen ist, über welche ein Signal zur Korrosionsmeldung an eine Leitstation in einer automatisierungstechnischen Anlage ausgebbar ist, eignet sich die Vorrichtung in vorteilhafter Weise nach Art eines Messumformers zur Prozessinstrumentierung zur automatisierten Über- wachung der prozesstechnischen Anlage.If the device is designed as a transmitter and provided with a communication interface, via which a signal for corrosion message to a control station in an automation system can be output, the device is advantageously in the manner of a transmitter for process instrumentation for automated monitoring of the process plant ,
Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausfϋhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Reference to the drawings, in which a Ausfϋhrungsbeispiel of the invention is shown, the invention and refinements and advantages are explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 eine Rohrleitung mit einem Messumformer zur Korrosionsdetektion ,1 shows a pipeline with a transmitter for corrosion detection,
Figur 2 ein korrosionsempfindliches Sensorelement undFigure 2 is a corrosion-sensitive sensor element and
Figur 3 einen prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Korrosionsdetektion .Figure 3 shows a basic structure of a device for corrosion detection.
In einer in Figur 1 nicht weiter dargestellten prozesstechnischen Anlage wird eine Rohrleitung 1 von einem korrosiven Medium 2 durchströmt. Ein Messumformer 3 zur Detektion von Korrosion der Rohrleitung 1 ist derart an dieser angebracht, dass ein korrosionsempfindliches Sensorelement in Kontakt zum Medium 2 steht. Eine Kommunikationsschnittstelle 4 dient zur Ausgabe ermittelter Werte der Korrosion an eine übergeordnete Leitstation 5 in einer automatisierungstechnischen Anlage, die beispielsweise mit einem Feldbus 6 als Bestandteil eines Automatisierungsnetzwerks ausgestattet ist. Bei Überschreiten eines Grenzwerts für eine zulässige Korrosion wird zusätzlich eine Alarmmeldung über den Feldbus 6 ausgegeben. Am Feldbus 6
befinden sich weitere Messumformer und Aktuatoren, beispielsweise ein Temperaturmessumformer 7.In a process-technical plant, not further shown in FIG. 1, a pipeline 1 flows through a corrosive medium 2. A measuring transducer 3 for detecting corrosion of the pipeline 1 is attached to it in such a way that a corrosion-sensitive sensor element is in contact with the medium 2. A communication interface 4 serves to output ascertained values of the corrosion to a superordinate control station 5 in an automation system which is equipped, for example, with a field bus 6 as part of an automation network. When a limit value for a permissible corrosion is exceeded, an alarm message is additionally output via the fieldbus 6. On fieldbus 6 There are further transducers and actuators, for example a temperature transmitter 7.
Ein korrosionsempfindliches Sensorelement 20 gemäß Figur 2 kann beispielsweise als mikroelektromechanischer Sensor in einer MEMS-Realisierung ausgeführt sein. Prinzipiell sind beliebige Formen von Schwingkörpern denkbar, beispielsweise eine einfache Platte, die aus demselben Material wie die Rohrwandung besteht und zu Schwingungen senkrecht zur Plattenebe- ne angeregt wird.A corrosion-sensitive sensor element 20 according to FIG. 2 can be embodied, for example, as a microelectromechanical sensor in a MEMS implementation. In principle, any shapes of vibrating bodies are conceivable, for example a simple plate which consists of the same material as the tube wall and is excited to oscillate perpendicular to the plate plane.
In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Sensorelements 20 dienen als Schwingkörper drei beidseitig eingespannte Balken 21, 22 und 23, die zu Biegeschwingungen senkrecht zur Zeichnungsebene angeregt werden. Zur Herstellung der Biegebalken 21 bis 23 sind vier Schlitze 24, 25, 26 und 27 beispielsweise durch ein Ätzverfahren in einen Siliziumträger des Sensorelements 20 eingebracht. An ihren in der Darstellung sichtbaren Oberseiten ist auf die Biegebalken 21, 22 und 23 eine dicke Schicht des Materials zum Beispiel durch Sputtern aufgebracht, aus welchem die Wandung des Rohrs 1 (Figur 1) besteht. Alternativ kann der gesamte Balken aus einer vorher aufgetragenen Schicht des Materials ausgeätzt werden, so dass der Biegebalken insgesamt aus dem Material be- steht. Mit Hilfe elektrischer Leitungen 211 und 212 kann der Biegebalken 21 an eine später noch näher erläuterte Auswerteeinrichtung angeschlossen werden. In entsprechender Weise sind elektrische Leitungen 221 und 222 für den Biegebalken 22 sowie elektrische Leitungen 231 und 232 für den Biegebalken 23 vorgesehen. Die elektrischen Leitungen können auf dem Sensorelement 20 beispielsweise durch Dotierung des Siliziumträgermaterials hergestellt werden.In the exemplary embodiment of a sensor element 20 shown in FIG. 2, three beams 21, 22 and 23, which are clamped on both sides, serve as vibrating bodies and are excited to bending oscillations perpendicular to the plane of the drawing. To produce the bending beams 21 to 23, four slots 24, 25, 26 and 27 are introduced, for example by an etching process, into a silicon carrier of the sensor element 20. On their upper sides visible in the illustration, a thick layer of the material, for example by sputtering, is applied to the bending beams 21, 22 and 23, from which the wall of the pipe 1 (FIG. 1) is made. Alternatively, the entire beam can be etched out of a previously applied layer of the material so that the bending beam as a whole consists of the material. With the aid of electrical lines 211 and 212 of the bending beam 21 can be connected to a later explained in more detail evaluation. Correspondingly, electrical lines 221 and 222 for the bending beam 22 and electrical lines 231 and 232 for the bending beam 23 are provided. The electrical lines can be produced on the sensor element 20, for example by doping the silicon carrier material.
Wie in Figur 3 dargestellt, ist das Sensorelement 20 wie ein Deckel in ein becherförmiges Gehäuse 31 eingelegt, in dessen Innenraum 32 beim Betrieb des Korrosionssensors korrosives Medium 2 (Figur 1) einfließen kann. Auf einer domförmigen Erhebung 33 im mittleren Bereich des Gehäuses 31 ist eine
Elektrode 34 angeordnet, die durch einen Schutzbelag 35 vor Korrosion geschützt ist. Die Elektrode 34 bildet einen Teil eines elektrostatischen Aktors, dessen anderen Teil die Biegebalken 21, 22 und 23 (Figur 2) darstellen, die sich im We- sentlichen oberhalb der domförmigen Erhebung 33 befinden. Alternativ kann der elektrostatische Aktor in einer vom korrosiven Medium abgetrennten Kammer untergebracht werden. Der Abstand zwischen Sensorelement 20 und Schutzbelag 35 ist derart bemessen, dass diese sich bei Schwingungen nicht berüh- ren. Der Abstand zwischen Sensorelement 20 und einer Innenfläche 36 des Gehäuses 31 entspricht der Spaltbreite der zu detektierenden Spaltkorrosion. Soll eine Spaltkorrosion mit verschiedenen Spaltbreiten detektiert werden, kann dies alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Gehäuse- form realisiert werden, die einen stufigen Becherboden aufweist. Eine Auswerteeinrichtung 37 ist durch Leitungen 38 elektrisch mit dem Sensorelement 20 sowie durch eine Leitung 39 elektrisch mit der Elektrode 34 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 37 liefert Ansteuersignale zur Anregung von Schwingungen im Sensorelement 20 und wertet gleichzeitig oder bei sich anschließenden Abklingvorgängen die sich einstellenden elektrischen Signale als Schwingungssignale zur Ermittelung des Schwingungsverhaltens des Sensorelements 20 aus. Da sich das Schwingungsverhalten des Sensorelements 20 in Abhän- gigkeit der Korrosion des aufgesputterten Materials verändert, kann ein Kennwert bestimmt werden, der den Fortschritt der Korrosion kennzeichnet. Überschreitet dieser einen vorgegebenen Schwellwert, wird über einen Feldbus 40 eine Alarmmeldung ausgegeben.As shown in Figure 3, the sensor element 20 is inserted like a lid in a cup-shaped housing 31, in the interior 32 in the operation of the corrosion sensor corrosive medium 2 (Figure 1) can flow. On a dome-shaped elevation 33 in the central region of the housing 31 is a Electrode 34 is arranged, which is protected by a protective coating 35 from corrosion. The electrode 34 forms part of an electrostatic actuator, the other part of which represent the bending beams 21, 22 and 23 (FIG. 2), which are located substantially above the dome-shaped elevation 33. Alternatively, the electrostatic actuator can be accommodated in a chamber separated from the corrosive medium. The distance between sensor element 20 and protective coating 35 is dimensioned such that they do not touch during vibrations. The distance between sensor element 20 and an inner surface 36 of housing 31 corresponds to the gap width of the crevice corrosion to be detected. If a crevice corrosion with different gap widths is to be detected, this can be realized as an alternative to the exemplary embodiment shown with a housing shape which has a stepped cup bottom. An evaluation device 37 is electrically connected by lines 38 to the sensor element 20 and by a line 39 to the electrode 34. The evaluation device 37 supplies control signals for excitation of oscillations in the sensor element 20 and evaluates the self-adjusting electrical signals as vibration signals for determining the vibration behavior of the sensor element 20 at the same time or during subsequent decay processes. Since the vibration behavior of the sensor element 20 changes as a function of the corrosion of the sputtered material, a characteristic value can be determined which characterizes the progress of the corrosion. If this exceeds a predetermined threshold value, an alarm message is output via a fieldbus 40.
Die Anregung des Sensorelements 20 zu Schwingungen kann kontinuierlich oder in regelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgen. Da sich Korrosion im Vergleich zu anderen Überwachungsgrößen nur langsam verändert, bietet sich eine Überwachung in größeren zyklischen Abständen an, um unnötigen Energieverbrauch zu vermeiden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein elektrostatischer Aktor als Self-Sensing-Aktor betrieben. Alternativ können selbstverständlich Sensoren zur Erfassung von Schwingungen getrennt vom Aktor ausgebildet werden.The excitation of the sensor element 20 to vibrations can be carried out continuously or at regular time intervals. Since corrosion is slow to change compared to other monitoring quantities, monitoring at longer intervals is recommended to avoid unnecessary power consumption. In the exemplary embodiment shown, an electrostatic actuator is operated as a self-sensing actuator. Alternatively, of course, sensors for detecting vibrations can be formed separately from the actuator.
Die Auswertung des oder der Schwingungssignale stützt sich auf die Änderung des dynamischen, mechanischen Verhaltens des oder der Schwingkörper. Zum Beispiel ändert sich die Höhe der Eigenfrequenz des Schwingkörpers mit der Größe des Schwing- körpers, die durch Korrosion vermindert wird. Im Fall eines einseitig fest eingespannten Balkens ist die Eigenfrequenz der Grundschwingung durch die FormelThe evaluation of the vibration signal (s) is based on the change of the dynamic, mechanical behavior of the vibration body (s). For example, the height of the natural frequency of the vibrating body changes with the size of the vibrating body, which is reduced by corrosion. In the case of a cantilever beam, the natural frequency of the fundamental is given by the formula
gegeben, wobei E den Elastizitätsmodul, P1 die Dichte deswhere E is the modulus of elasticity, P 1 is the density of the
Balkenmaterials, I das Flächenträgheitsmoment, r den Radius und 1 die Länge des Balkens bezeichnen.Beam material, I designate the area moment of inertia, r the radius and 1 the length of the beam.
Die Balkenlänge wird durch die Korrosion nicht verändert, während sich der Radius und die Eigenfrequenz durch zunehmende Korrosion verringern. Damit ist die Änderung der Eigenfrequenz direkt proportional zur Korrosion und die Überwachung der Lage der Eigenfrequenz ermöglicht einen linearen Korrosi- onssensor. Die Eigenfrequenz kann über die Überwachung derThe beam length is not changed by the corrosion, while the radius and the natural frequency are reduced by increasing corrosion. Thus, the change of the natural frequency is directly proportional to the corrosion and the monitoring of the position of the natural frequency allows a linear corrosion sensor. The natural frequency can be monitored by the
Phasenlage des Ansteuersignals im Vergleich zum Schwingungssignal oder über die Überwachung der Amplitude des Schwingungssignals in bestimmten Frequenzbereichen ermittelt werden.Phase position of the drive signal in comparison to the vibration signal or via the monitoring of the amplitude of the vibration signal can be determined in certain frequency ranges.
Die Auswertung des mechanischen Schwingungsverhaltens kann mit einer Auswertung nach der bekannten Widerstandsmethode kombiniert werden. Dazu wird ein Strom durch den Schwingkörper, beispielsweise durch den Biegebalken 21 mit Hilfe der Leitungen 211 und 212 im Figur 2, eingeleitet, der zu unterschiedlichen Spannungsänderungen bei unterschiedlichem Korro-
sionsgrad führt. Im Falle des Balkens ist der Widerstand durchThe evaluation of the mechanical vibration behavior can be combined with an evaluation according to the known resistance method. For this purpose, a current through the oscillating body, for example by the bending beam 21 by means of the lines 211 and 212 in Figure 2, is introduced, which leads to different voltage changes with different corro- degree leads. In the case of the bar, the resistance is through
R = P2 πrR = P 2 πr
gegeben, wobei p den spezifischen elektrischen Widerstand des Balkenmaterials bezeichnet. Eine von der aktuellen Länge des Biegebalkens unabhängige Detektion wird durch die mul- tiplikative Verknüpfung der beiden Kennwerte ω und R er- reicht. In einem Kennwert K = ωR2 hebt sich der Einfluss der Länge gerade auf, so dass ein längenunabhängiger Kennwert erzeugt werden kann.
where p denotes the electrical resistivity of the beam material. A detection independent of the actual length of the bending beam is achieved by the multiplication of the two characteristic values ω and R. In a characteristic value K = ωR 2 , the influence of the length is just canceled, so that a length-independent characteristic value can be generated.