Elektrische Kapazitätstomographie - Durchflussmessung für pneumatische Förderprozesse

Die pneumatische Fördertechnik zählt zu den wichtigsten industriellen Fördertechniken für den Transport von pulverförmigen, bzw. granularen Feststoffen. Die granularen Materialien werden hierbei mit einem Transportgas durch ein Leitungssystem befördert.

Die messtechnische Erfassung partikulärer Förderprozesse ist aber eine technisch anspruchsvolle Aufgabe. In der Literatur werden unter anderem mechanische, elektrische, akustische und optische Verfahren zur Erfassung der Förderung.

In horizontalen Rohrleitungen wird die Erfassung des Durchflusses zudem durch die räumliche Verteilung der Partikel innerhalb der Rohrleitung, die als Strömungsregime bezeichnet wird, beeinflusst. Ein Überblick über die Strömungsformen der pneumatischen Förderung ist in Abbildung 1. dargestellt. Die Charakterisierung des Strömungszustandes ist für den Betrieb von pneumatischen Förderanlagen auch häufig von Interesse, da sich dadurch wesentliche Betriebsparameter, wie der Energiebedarf oder die abrasive Abnützung der Rohrleitungen ergeben.

Abbildung 1

Zu den elektrischen Sensortechniken gehören kapazitive Sensoren, die sich zu einer günstigen Sensormodalität für die Durchflussmessung von partikelförmigen Feststoffen entwickelt haben. Die Hauptvorteile kapazitiver Sensoren sind ihr berührungsloses Arbeitsprinzip und der kostengünstige und robuste Aufbau des kapazitiven Frontends.

EMS erforscht im Bereich der kapazitiven Messtechnik die Anwendung der elektrischen Kapazitätstomographie (electrical capacitance tomography; ECT) zur messtechnischen Erfassung von pneumatischen Förderprozessen. Die ECT ist eine nicht-invasive Methode zur Ermittlung der räumlichen Permittivitätsverteilung innerhalb eines Gebiets (Region of Interest; ROI). Das Prinzip basiert auf der Messung der Kapazitäten zwischen Elektroden, die sich an der Außenseite des interessierenden Bereichs, z.B. eines Rohrs, befinden. Basierend auf den Messungen kann mit geeigneter Signalverarbeitung auf die Materialverteilung rückgeschlossen werden.

Abbildung 2. zeigt dazu einen Labordemonstrator während eines Durchflussexperiments.

Abbildung 2.

Die Forschung von EMS umfasst die Entwicklung von Sensoranordnungen, Messelektronik, als auch Signalverarbeitungsmethoden, welche in einem holistischen Entwicklungsansatz vereint wird. Ein wesentliches Element für die Entwicklung kapazitiver Durchflussmesstechnik ist die Einbindung von Information über die zu untersuchenden Strömungsprozesse. Dafür kollaboriert EMS mit dem CDL für Particulate Flow Modeling (JKU / Linz). In gemeinsamen Forschungsprojekten konnte u.A. die Anwendung von kapazitiven Methoden zur Durchflussmessung in rauen Industrieprozessen gezeigt werden. Die Weiterentwicklung erfolgt im Rahmen des am EMS beheimateten CDLs für Measurement Systems for Harsh Operating Conditions.

Abbildung 3.

Publikationen

Neumayer et.al. „Electrical Capacitance Tomography for Monitoring of Pneumatic Conveying Processes“, 6. Tagung Innovation Messtechnik, Linz, 2019.

Suppan et.al. “Prior design for tomographic volume fraction estimation in pneumatic conveying systems from capacitive data”, Transactions of the Institute of Measurement and Control, 2019.

Neumayer et.al. “PCA based state reduction for inverse problems using prior information”, COMPEL - The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, 2017.

Flatscher et.al. “Impedance matched electrical capacitance tomography system: front-end design and system analysis”, Measurement Science and Technology, 2019.

Flatscher et.al. “Spectroscopic impedance measurement front-end for applications in industrial processes”, Technisches Messen, 2020.

Suppan et.al. “Thermal Drifts of Capacitive Flow Meters: Analysis of Effects and Model-Based Compensation”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2020.

Neumayer et.al. “Coaxial Probe for Dielectric Measurements of Aerated Pulverized Materials”, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2019.

Ansprechpartner
image/svg+xml
Thomas Bretterklieber
Dipl.-Ing. Dr.techn.
Tel.
+43 316 873 - 30509
Fax
+43 (316) 873 - 1030509
Sprechstunden
Nach Vereinbarung
Markus Neumayer
Dipl.-Ing. Dr.techn.
Tel.
+43 316 873 - 30508
Steckbrief
image/svg+xml

Projekttyp:

Laufzeit:

Status:

Arbeitsgruppe: Energy Aware Measurement Systems